引领电子烟行业的技术将会是哪些?

着全球控烟力度的持续增大,新型烟草制品以其降低有害成分释放量的显著优势逐渐成为烟草制品的重要发展方向和研发热点。新型烟草中目前能够广泛得到市场认可的产品是蒸汽(VAPE)烟。蒸汽烟又被称为电子烟,电子烟产品首次出现2004年,是一种通过技术手段模拟传统卷烟的外观和感官体验而不燃烧烟草的装置。目前主要的跨国烟草公司均有电子烟产品。如今电子烟已经成为烟草市场中不可小觑的发展趋势。而展望未来引领新的行业变革的技术将会是哪些呢?



一、加热非燃烧技术



加热非燃烧型电子烟目前逐步得到了市场的认可,也被认为是电子烟的重要发展方向。其中目前深得用户青睐的品牌有:IQOS、PAX等。

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图 IQOS 加热不燃烧烟具

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图 PAX 2 加热不燃烧烟具



二、低温陶瓷雾化技术



低温陶瓷雾化器技术准确来说是,低温雾化和陶瓷雾化两种技术的结合。低温雾化更为健康安全,陶瓷介质可以完美的解决电子烟技术发展初期所具有重金属超标的安全隐患。



三、盐碱烟技术



使用大分子盐类聚合物的烟碱盐作为电子烟中的尼古丁媒介,而不是使用传统的“游离碱”尼古丁。


至于各类电子烟厂商及经销商所推崇的芯片、电池等技术,并不决定电子烟行业的核心发展趋势。在电动汽车即将取代传统燃油汽车、智能手机日新月异的时代,电子烟所需使用到的电子技术并不是行业发展的壁垒。


电子烟发明的初衷就是替代传统烟草,行业的前沿革新技术也将关注于在改善烟气释放品质,使得电子烟的使用体感更接近于传统烟草,同时摒弃传统烟草的毒害成分。


而就目前而言哪类技术更易获得市场的认可,进而引流行业的技术革新?


传统烟草中对吸食者的感官体验的影响主要来自于烟草生物碱,烟草生物碱是极为重要的烟草及烟气化学成分,包括了烟碱、降烟碱、新烟草碱、假木贼碱、麦斯明、可替宁、二烯烟碱、异烟碱等8种,其结构如图所示。




烟草生物碱不仅是衡量烟叶品质的关键因素,也是烟草制品愉悦感和满足感的来源。对卷烟抽吸品质具有非常重要的贡献。通常认为,烟碱量高对抽吸品质有正面效应,降烟碱量高对抽吸品质则有负面效应;降烟碱裂解产生的麦斯明和取代吡啶类化合物产生难闻的烟熏气。


逐步分析三类不同的技术发展对于还原传统烟草所能体现的优势及劣质。



 
加热非燃烧技术



加热非燃烧型电子烟依然使用传统烟叶、烟丝作为原料媒介,以其降低传统烟草中有害成分释放量的显著优势。然而,该类产品的感官品质还不够理想,无法达到传统烟草制品烟气释放的品质。


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利用实验室加热装置,在 200 ℃~500 ℃范围 内对烤烟、B2F、烤烟 C3F、烤烟 X2F、香料烟 B1、香 料烟 B2、白肋烟 B2F 和白肋烟 C3F 等7种烟丝样品进行加热,并采用GC/MS 对烟气粒相物中的香味成分进行了分析。为了从总体上掌握不同烟叶原料加热状态下烟气香味成分释放是否存在差异,对香味成分分析结果进行了PCA分析。烟叶样品在各温度下的香味成分 PCA 分析结果基本一致,以 350 ℃条件下的分析结果(图 1)为例加以说明。图1显示了不同烟叶原料在350℃下的烟气香味成分的相似性和差异性,测试样品中的两个主成分累计置信度高达 80%。可见,不同类型烟叶原料烟气中的香味成分释放特征差异明显,而部位对烟叶原料烟气香味成分释放特征的影响则不明显。



1、 在加热状态下,烟草烟气香味成分的释放 总量及醛酮类、含氮类、脂肪烃类物质的释放量随加热温度的升高显著增大,但加热温度高于400 ℃后释放量变化不明显。

2、 有机酸及呋喃和吡喃类物质的释放量随温度升高呈先升高后下降趋势,其中有机酸类物质在 400 ℃时释放量最大,而呋喃类和吡喃类物质在 350 ℃时释放量最大。

3、 酚类和芳烃类物质的释放量随加热温度升高呈增大趋势,而且在低于 300 ℃时,其释放量极小,之后急剧增大,当加热温度高于400 ℃时,释放量变化变缓。

4、 低于350 ℃时,醛酮类及呋喃类和吡喃类物质的单位焦油释放量明显较高,而酚类和芳烃类物质的单位焦油释放量很小 ;高 于 350℃时,酚类和芳烃类物质的单位焦油释放量显著增大。焦油中醛酮类、呋喃类和吡喃类、酚类和芳烃类物质随加热温度的变化情况能够较好地解释加热状态下烤烟烟气的感官特征。



不同的类型的烟草对于加热非燃烧技术的接纳度是不同的。根据实验室的数据结果可以推出的结论是:


1、 烤烟口味的传统卷烟中的烟草原料需要更高的温度才可释放出宜人的烟气感官;

2、 适合使用的加热非燃烧技术的温度阈值在350°内,此温度更利还原混合口味的烟草原料;

3、 越高的温度导致烟草中的有害成分大量释放,失去减低毒害的意义。



加热非燃烧技术并不适用于还原我国的烤烟口味,这也就是为什么更多的是欧美混合烟品牌(例如:IQOS、PAX等)相继推出了烘烤加热非燃烧的电子烟品牌。



 
低温陶瓷雾化技术



为了产生宜人的香气和香味,电子烟中可能添加一些化学成分。其中,除烟碱外, 还包括降烟碱、新烟草碱和可替宁等次生烟碱。 这些烟草生物碱在功能上相似,然而次生烟碱通常在毒性和效用上低于烟碱。此外,烟草生物碱易与电子烟的外加香精发生作用,并可通过自身具有的嗅觉、味觉和化学感觉影响电子烟的感官品质。因此电子烟中尼古丁的主要添加物为次生盐碱。


为了解不同雾化温度对于电子烟抽吸特性的影响,不同温度下烟草生物碱具有的嗅觉、味觉和化学感觉特征。依据 GB/T 22366—2008 使用三点选配法(3-AFC)测定烟草生物碱的觉察阈值。


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其中电子烟油中的烟草生物碱主要溶解于丙二醇溶剂。而烟油中的丙三醇更多的是作为烟雾载体的出现。也就是说影响到电子烟口感的主要物质为:丙二醇。

丙二醇雾化温度:188.2°

丙三醇雾化温度:290.9°

低温雾化足以满足烟气感官需求的物理条件。


低温陶瓷雾化技术优势:

  • 丙三醇在高温的情况下可能裂解生产甲醛;

  • 陶瓷媒介雾化,摒弃了传统金属丝加热,减少了重金属超标危害;


技术实现难点:低温陶瓷雾化的技术难点并不在于更低的温度和采用陶瓷作为媒介进行加热。而在于烟油的调配,在低温环境下香精香料与烟草生物碱之间的化合作用弱于高温环境,如何使用低温香料进行调配是各大电子烟厂商所需解决的技术障碍。


但就目前的烟草业技术储备来说,传统烟草行业广泛使用的烟草香料均为低温香料,也就是说对于传统烟草公司而言属于成熟技术。所以低温陶瓷雾化技术广泛使用与含有传统烟草背景的电子品牌,例如:V2/GR、VUSE、BLU等。


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图 BLU电子烟



 
盐碱烟技术



盐碱烟:尼古丁盐,烟叶中尼古丁的形式。它们是含有尼古丁和其他有机成分的化合物。它可能与烟叶中的一种或多种化学物质相结合,形成更稳定的分子结构。



图 尼古丁盐


目前主流的电子烟油中通常使用的尼古丁形式叫做“游离碱”尼古丁。这种形式尼古丁与其他任何物质不相依附,通常被认为在蒸汽和其他用途上更加可取,因为它是尼古丁的一种“挥发性”(即容易蒸发的)形式。

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图 JUUL电子烟


烟碱盐并非作为划时代的技术产物出现在烟草行业中,烟碱盐的技术研发一直处于烟草业中逆转技术。在传统卷烟的制备过程中,降低烟叶原料中的烟碱盐含量增加“游离碱”尼古丁可以带来更好的口感,并可显著提升感官品质。


而目前电子烟行业选用烟碱盐技术作为引领科技变革的放向在于,两种尼古丁的性态差异导致了不同的受感体验。吸食香烟是为了获取尼古丁中的烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs),nAChRs会介入不同的神经递质释放,并进而影响到奖赏系统,亦即中脑边缘多巴胺回路


而将“游离碱”尼古丁溶解在丙二醇中,通过雾化蒸发,人体吸收的是气态的尼古丁分子,吸收快人体排出也快。烟碱盐尼古丁,是将尼古丁混合入盐类物质中,在蒸发后,尼古丁分子是嵌入在大聚合盐类分子中,可在人体肺部中更长时间的停留和吸收。也就是相同的尼古丁分子,在烟碱盐的成分中转运率会更高一些,给使用者带来更多的乙酰胆碱受体(nAChRs)。


在烟油中使用的烟碱盐并不可直接从烟叶原料中直接提取获得,均为通过烟碱盐、共晶体和盐共晶体以及其多晶形式的制备而成。


而目前光在我国公开专利的此类技术有:

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此类技术的行业应用前景非常广泛,可以显著的提高电子烟的使用感官。但目前次类技术牢牢把控在各大传统烟草公司的手中。


技术展望:


1、广泛使用烟碱盐作为尼古丁媒介,会显著提高电子烟的接受程度。进而冲击传统烟草行业,而技术壁垒已被传统行业早先布局,如何才能打破技术壁垒是非传统烟草公司的电子烟从业者需要思考的问题。


2、多晶体的烟碱盐制备工艺远远难于“游离式”尼古丁的提取。


3、烟碱盐的化学性状与“游离式”尼古丁截然不同,在与香精香料的勾兑配比中将面临极大的难度。


4、因为是大分子结构的多晶体,烟碱盐的尼古丁含量具有非确定性。不同的雾化温度及其他配料均会对尼古丁的实际释放产生不可预估的作用。在目前的电子烟监管中存在政策性风险。(可参考FDA对于率先使用烟碱盐技术的JUUL所下发的申报认证要求)


5、不同工艺下的烟碱盐具有不可复制性,对于雾化温度及雾化调节均有要求。降低了烟碱盐烟油的范用性(目前成熟的烟碱盐烟油均仅可使用指定雾化功率曲线的电子烟器具,具有单一性)



本文来源:知乎、艾邦团队整理编辑

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