香烟滤棒中的有机添加剂专利技术分析

香烟滤棒中的有机添加剂专利技术分析

姜乐,黄靖,辛欣

国家知识产权专利局专利审查协作湖北中心、湖北省武汉市430000

摘  要：香烟燃烧时会产生几百种对人体有害的化学成分，香烟滤棒对于烟气有害成分有着直接的拦截效果。为达到烟气中的气相物和粒相物的吸附过滤，在滤嘴中添加相关材料是常见的过滤手段，近年来相关添加材料的筛选研究一直处于发展当中。本文重点关注在香烟滤棒当中有机添加剂的发展，通过专利库的检索，对专利申请量的年度分布、产出国分布、申请人类型等方面进行分析，为滤棒有机材料添加相关方面的专利发展给出相关建议。

关键词：滤棒  有机材料  添加剂  专利分析

引言

随着人们对吸烟影响健康的的理念更加深入，香烟中的“降焦减害”成为目前香烟生产的研究重点。从1930年第一个由棉花作为过滤材料制成的香烟滤嘴棒开始，到现如今普遍使用的醋酸纤维素、聚丙烯、聚乳酸等过滤材料制作滤嘴，更为环保且过滤效果更好的材料在持续不断地发展当中。为达到更好的减害效果，越来越多的研究选择在滤嘴材料中添加针对烟气有害成分吸附的添加剂。目前，常用的吸附剂主要包括活性炭、纳米材料等，以及基于中药材等天然植物成分在吸附烟气的同时改善吸烟口味的添加剂。

一、滤棒添加剂的国内外发展概况

活性炭是卷烟滤嘴中最常用的添加物,经过改性的活性炭,在挥发性有机化合物,氢氰酸,羰基化合物多环芳烃等成分的吸附方面都有较好的表现。分子筛、壳聚糖、纳米催化剂、抗氧化剂、分子印迹等特殊功能材料,作为滤嘴和烟丝添加物,在近年来也得到了学界的广泛研究,相比活性炭类物质,这些材料具有更好的选择性。天然药物经常以萃取液的形式作为添加剂,涂布在卷烟烟丝或滤棒上,也能够发挥较好的减害成效，有既降低有害成分又增香的天然植物添加剂，如降低氰化氢和巴豆醛且具有增香功能的多孔葛根颗粒。

1. 血红蛋白和血红素

血红蛋白是一种寡聚蛋白质,由四个亚基组成，成人的红细胞中含有两种血红蛋白(Hb)。利用血红蛋白能与一氧化碳、一氧化氮、氢氰酸有很强的亲合作用,易被自由基损伤,能与亚硝酸盐反应形成高铁血红蛋白,能被重金属作用而变性等性质,将其加入到卷烟滤嘴中[1],在一些专利中研究了负载添加剂的新型卷烟滤嘴对烟气一氧化碳、氢氰酸、丙烯醛以及焦油、尼古丁、粒相自由基的降低作用和量效关系。考虑到血红蛋白不易长时间储藏,以血红素代替血红蛋白发现其对烟气相关有害成分同样具有吸附效果。1992年国内专利CN1066767A对于生物制品血红素在滤嘴当中的使用进行研究，将其与辅料混合为液体并喷洒在滤嘴纤维上，制成的滤嘴具有滤除苯并芘等多环芳烃类致癌物质的作用。专利CN102763898A公开了一种采用共聚物固定血红蛋白的方法，采用这种方法形成的纳米介孔材料在滤棒当中能够保持血红蛋白的活性，并使得烟气当中的CO含量大幅降低。

2. 高分子材料

高分子材料往往具有降解性较好的优点，因此在各行业被广泛研究。在众多的降焦、降解专利中，利用添加淀粉类化合物进行降焦的专利US6119701中提出双醛淀粉的降焦效果显著，利用添加淀粉类化合物进行降解的专利US5498224和US5453144中利用淀粉类热溶胶加快卷烟滤嘴的降解，US6062228中提供了一种全新的卷烟滤嘴原材料，即在制造卷烟过滤材料的纺丝过程中将淀粉和高分子聚合物高温熔融共混后挤压。此外，高分子材料对于烟气中的酚类以及重金属的吸附效果也在研究当中，2013年的国内专利CN103585979A公开了一种分子印迹聚合物，其印迹和洗脱对象为酚类物质和重金属离子络合的模板分子，在香烟滤棒当中加入少量该吸附剂就能达到较好的吸附效果。目前，对高分子聚合物吸附剂的发展侧重于能够更好地选择性清除烟气中的有害物质，并且对烟气口感有着较小的影响。

3. 天然植物

据世界知识产权组织专利介绍, 在卷烟滤嘴中加人多酚类化合物其衍生物, 可以清除卷烟烟气中的自由基, 这些清除剂可以通过化学方法、生物技术或从植物提取物中得到。目前报道的研究也表明添加入滤嘴的微胶囊中可包含一种或多种物质, 这些物质可选自于叶绿酸、甲基纤维素、焦谷氨酸钠和植物油。目前，越来越多的国内专利申请公开在香烟滤棒当中加入中药材或其他植物的提取物，并发现这些物质出料对烟气过滤清洁外，还能够带来更丰富的烟气口感。国内专利CN109315830A公开了一种滤嘴中的金银花颗粒吸附剂，通过将发酵后的金银花进行碳化处理，能够选择性吸附卷烟烟气有害物质，同时赋予发酵碳化金银花颗粒以特殊的焦香味。

二、滤棒有机添加剂专利技术的整体情况分析

1. 专利申请量趋势分析

在1930-1950年这20年的时间里，有关于滤嘴中有机添加剂的专利申请较少，这一阶段各国技术均不成熟，尚处于探索时期。从1951年之后的20年间相关专利申请量有了较大提升，主要为国外申请，添加剂用于对烟雾中尼古丁的清除。例如1960年的专利US2928399A中，将蛋白质颗粒分布在滤嘴纤维上达到烟雾吸附效果。在1970年之后的10年当中，相关的专利申请量出现明显下降，此时各国仍在尝试不同材料作为添加剂的效果，对于新材料尚在开发当中。在1980年后，有关滤嘴当中有机添加剂的专利申请量开始稳步上升，并在2011-2020年期间快速上升。在这一阶段中，由于人们物质生活的不断提高，关于吸烟有害健康的认识逐渐深入人心，因此各国对于香烟中有害物质的清除以及提供不同抽吸口感都进行更进一步的研究，并发现一些有机物在降焦减害以及丰富香烟口感方面都有着较大的应用空间。

2．专利申请产出国申请量分布

专利申请产出国一般是指一项技术的原创技术国，一个国家的专利产出量与该国相关领域的技术实力息息相关。在最近10年间，中国、瑞士、日本、美国和英国在香烟滤棒有机添加剂方面的专利申请量局世界前茅，其中，中国的相关专利申请量最大，占总量的79%。此外，瑞士、日本和美国的专利申请量相当，均约占总量的6%。

以中国为主要分析对象进行进一步探究。云南省在10年间的专利申请量高于其他省份，特别是从2014至2015年申请量有着大幅上升，之后一直保持较高的专利申请量，这些专利申请中大部分为发明专利。这是由于云南自然条件与国内其他省份相比非常适合种植烟草这种经济作物，在全球范围内也是最适合种植烟草的地区之一，因此产生的与香烟有关的各种研究也更多地随之展开。

3．专利申请人分布

国内各大中烟工业有限责任公司为主要的专利申请人，其中云南中烟工业有限责任公司的相关领域专利申请总量排名世界第一。国外关于有机添加剂领域专利申请量较大的公司主要是伊斯曼柯达公司、菲利普莫里斯公司、日本烟草产业株式会社等，这些申请人均为全球范围内影响较大的烟草公司。

三、结语

滤棒是实现卷烟降焦减害的重要结构，日本和美国对于烟用滤棒添加剂的研究技术发展较早，且研制的卷烟商业化程度高，技术成熟。自2006年以来，国内在烟用滤棒添加剂领域的专利申请量逐年增加，近年来，结合国内特有的中药技术研究，在滤棒中添加中药提取成分的添加剂用于有害气体吸附和口味改善成为新的热点研究方向。

目前，天然植物由于含有丰富的有机化合物，具有增香、杀菌、抗氧化等作用，将其应用在卷烟中，能够达到增香保润以及提高卷烟品质的效果[2]。天然植物，特别是具有药用效果的植物，在滤棒添加剂滤具有广阔的应用前景，因其材料多样性以及不参与燃烧，不产生其他有害物质的优点，有望作为新型过滤添加剂被广泛使用。随着降焦减害的需求逐步增加，滤棒添加剂未来趋势必然朝着天然无毒、过滤高效、口感丰富、低成本易采集的方向发展。（第二作者对本文贡献等同于第一作者）

参考文献

[1] 杨俊. 血红蛋白（血红素）降低卷烟有害成分的研究，2002.

[2] 姜瑞. 天然植物材料在卷烟中的应用研究.昆明理工大学，2017.