两种抽吸模式下卷烟烟气有害成分释放量与滤嘴通风率的关系

陈 欢，姜兴益，王 颖，张 威，庞永强，侯宏卫，胡清源

国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

两种抽吸模式下卷烟烟气有害成分释放量与滤嘴通风率的关系

陈 欢，姜兴益，王 颖，张 威，庞永强，侯宏卫，胡清源*

国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

为了解不同抽吸模式下卷烟烟气有害成分释放量与滤嘴通风率的关系，考察了ISO和加拿大卫生部深度(HCI)两种抽吸模式下主流烟气中烟碱及乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、一氧化碳(CO)、甲醛、N-亚硝基降烟碱(NNN)、4-(N-甲基-N-亚硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、苯酚、巴豆醛、氢氰酸(HCN)和氨等13种有害成分的释放量与滤嘴通风率的相关关系，并进一步探讨了单位烟碱有害成分释放量与滤嘴通风率的相关性。结果表明：①在ISO抽吸模式下，除NNN、NNK外，其他有害成分的释放量与滤嘴通风率负相关；甲醛和巴豆醛的单位烟碱释放量与滤嘴通风率负相关，乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的单位烟碱释放量与滤嘴通风正相关。②在HCI抽吸模式下，甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和烟碱的释放量与滤嘴通风率负相关，HCN释放量与滤嘴通风率正相关，其余有害成分的释放量与滤嘴通风无显著相关性；乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨的单位烟碱释放量与滤嘴通风率正相关。

抽吸模式；滤嘴通风率；释放量；有害成分；主流烟气

目前，国内外卷烟企业普遍采用改变卷烟纸透气度、滤嘴通风率等卷烟材料设计参数的方法来降低主流烟气中有害成分的释放量。研究表明，对于CO、烟碱、氮氧化物、香味成分等多种烟气释放物成分，滤嘴通风技术能显著降低其在ISO抽吸模式下的测定值［1-7］。近年来，WHO烟草制品管制研究小组提出了卷烟烟气中9种优先管制成分（乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、CO、甲醛、NNN和NNK），并建议在深度抽吸模式下以单位烟碱有害成分释放量进行限量管制［8］。国内相关研究主要集中在不同抽吸模式对卷烟主流烟气中有害成分释放量的影响［9-12］方面，关于卷烟滤嘴通风对FCTC 9种优先管制成分的影响研究较少，而且深度抽吸模式及单位烟碱有害成分释放量计算方式下滤嘴通风率对有害成分释放量的影响研究未见报道。因此，综合国内关注的卷烟主流烟气7种有害成分和FCTC建议的9种优先管制成分，以13种有害成分（乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、CO、甲醛、NNN、NNK、苯酚、巴豆醛、HCN和氨）为研究目标，在ISO和加拿大卫生部深度（HCI）抽吸模式下，测试不同滤嘴通风率卷烟产品中烟碱和13种有害成分释放量，以探讨不同抽吸模式下滤嘴通风率与有害成分释放量的相关性，以及滤嘴通风率与单位烟碱有害成分释放量的相关关系。

1 材料与方法

1.1 卷烟样品

选择41个不同滤嘴通风率的卷烟样品为实验样品，其中烤烟型卷烟样品24个，混合型卷烟样品17个。滤嘴通风率＜1%的卷烟样品有10个（烤烟型9个，混合型1个），滤嘴通风率在5%～20%的卷烟样品有8个（烤烟型7个，混合型1个），滤嘴通风率在20%～30%的卷烟样品有12个（烤烟型3个，混合型9个），滤嘴通风率＞30%的卷烟样品有11个（烤烟型5个，混合型6个）。所有卷烟样品的具体参数见表1。

表1 卷烟样品参数

1.2 方法

1.2.1 样品处理及烟气有害成分检测

按照GB/T 5606.1—2004《卷烟第1部分》和GB/T 16447—2004《烟草及烟草制品调节和测试的大气环境》的方法抽样并调节卷烟样品。分别在ISO和HCI两种抽吸模式下抽吸卷烟样品，然后分别参照GB/T 23356—2009［13］、GB/T 21130—2007［14］、YQ/T 17—2012［15］、GB/T 27523—2011［16］、YC/T 254—2008［17］、YC/T 255—2008［18］、YC/T 377—2010［19］、YC/T 253—2008［20］、GB/T 23355—2009［21］测定卷烟主流烟气中CO，苯并[a]芘，NNN和NNK，苯和1,3-丁二烯，甲醛、乙醛、丙烯醛和巴豆醛，苯酚，氨，HCN，烟碱的释放量。

1.2.2 数据处理

采用数理统计软件SPSS 20.0，对卷烟烟气中13种有害成分释放量与滤嘴通风率的相关性，以及卷烟烟气中13种有害成分的单位烟碱释放量（由有害成分释放量除以烟碱释放量计算得到）与滤嘴通风率的相关性进行统计分析。根据变量数据的正态分布检验结果，采用Spearman秩相关系数进行相关分析。由Spearman相关系数（r）及相关性判定原理可知：当p＜0.05时，表示相关性在95%置信区间上有显著意义，当p＜0.01时，表示相关性在99%置信区间上有显著意义；|r|＜0.3表示微弱相关，0.3＜|r|＜0.5表示低度相关，0.5＜|r|＜0.8表示中度相关，0.8＜|r|＜1.0表示高度相关；当p＞0.05时，表示相关性没有显著意义。

2 结果与讨论

2.1 ISO 抽吸模式下滤嘴通风率与有害成分释放量的关系

为考察ISO抽吸模式下滤嘴通风率对卷烟样品中13种有害成分的释放量以及单位烟碱释放量的影响，分别分析了ISO抽吸模式下所有41个卷烟样品主流烟气中烟碱和13种有害成分释放量与滤嘴通风率之间的相关性，以及13种有害成分单位烟碱释放量与滤嘴通风率之间的相关性，结果见表2。由于混合型卷烟与烤烟型卷烟的NNN和NNK释放量差异很大，因此，在NNN和NNK释放量分析中仅对24种烤烟型卷烟样品和17种混合型卷烟样品进行分别分析，未对全部样品进行整体分析。

由表2可知，在ISO抽吸模式下，所有有害成分的释放量均与卷烟滤嘴通风率呈负相关关系，除NNN和NNK外，其他有害成分与滤嘴通风率之间的负相关关系均有显著意义。可见，在ISO抽吸模式下，滤嘴通风技术可通过稀释主流烟气来有效降低烟碱及卷烟产品中甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、苯并[a]芘、苯酚、氨、1,3-丁二烯、苯和HCN等11种有害成分的释放量，与文献报道相一致［22-26］。对于NNN和NNK，其释放量水平受烟丝类型、叶组配方的影响很大，已有文献报道采用单因素变化的实验样本测试得到滤嘴通风率与NNK释放量有负相关性［24-26］，但本文中实验样本为市售卷烟，卷烟主流烟气中NNN和NNK的释放量可能受到多因素变量的综合影响，因而本实验中未观察到滤嘴通风率与NNN和NNK释放量之间有显著相关性。

表2 ISO 抽吸模式下滤嘴通风率与有害成分释放量及单位烟碱释放量的相关性①

当采用单位烟碱有害成分释放量进行相关分析时，卷烟样品中不同有害成分的单位烟碱释放量与滤嘴通风率的相关关系与上述结果不一致。表2表明，样品中甲醛和巴豆醛的单位烟碱释放量与滤嘴通风率显著负相关，乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的单位烟碱释放量与滤嘴通风率显著正相关，其他有害成分与滤嘴通风率无相关性。

综上，在ISO抽吸模式下，若采用有害成分释放量计算方式，则高滤嘴通风率卷烟产品可有效降低大多数有害成分的释放量。若采用单位烟碱有害成分释放量计算方式，则高滤嘴通风率卷烟产品的有害成分释放量变化趋势不一致，高滤嘴通风率卷烟产品的烟气成分中乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的单位烟碱释放量可能会更高。

2.2 HCI 抽吸模式下滤嘴通风率与有害成分释放量的关系

HCI抽吸模式下，41个卷烟样品主流烟气中烟碱和13种有害成分释放量与滤嘴通风率之间的相关性，以及13种有害成分单位烟碱释放量与滤嘴通风率之间的相关性如表3所示。

表3 HCI 抽吸模式下滤嘴通风率与有害成分释放量及单位烟碱释放量的相关性

由表3可知，卷烟样品主流烟气中甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和烟碱的释放量与滤嘴通风率显著负相关，HCN与滤嘴通风率正相关，其余有害成分的释放量与滤嘴通风率无相关性。在HCI抽吸模式下，滤嘴通风孔100%封闭，不能通过稀释主流烟气达到降低有害成分释放量的效果，但目前市售的高滤嘴通风率卷烟产品往往同时使用高透气度的卷烟纸、复合多元滤棒等多种降低焦油和有害成分释放量的技术，这些技术可能导致了HCI抽吸模式下卷烟样品中甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和烟碱与滤嘴通风率之间呈负相关关系。

由表3还可以看出，在HCI抽吸模式下，若采用13种有害成分的单位烟碱释放量进行相关分析，则卷烟主流烟气中乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨与滤嘴通风率之间呈显著正相关关系。

综上，在HCI抽吸模式下，若采用有害成分释放量计算方式，则降低大多数有害成分的释放量不能通过滤嘴通风技术来实现，因为高通风率卷烟在有害成分释放量方面并未呈现出明显的优势。若采用FCTC要求的深度抽吸模式下有害成分的单位烟碱释放量计算方式，则多种有害成分的单位烟碱释放量与滤嘴通风率之间呈正相关关系，高通风率卷烟主流烟气中乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨等6种有害成分的单位烟碱释放量会更高。

2.3 不同抽吸模式下卷烟危害性指数（H 值）与滤嘴通风率的相关性

据文献［27］报道，卷烟主流烟气中7种有害成分的释放量可用于计算卷烟危害性指数（H值），进而评估卷烟烟气的危害性，计算公式：

式中：Y为卷烟主流烟气有害成分释放量；C1～C7为参考值。

由上述公式可知，卷烟H值的计算由CO、HCN、NNK、氨（NH3）、苯并[a]芘（B[a]P）、苯酚、巴豆醛（CRO）7个分项组成，每个分项值为某一卷烟的实测值与参考值之比，7个分项值之和即为该卷烟的危害性评价H值。H值越大，则危害性越大，H值越小，则危害性越小。参照文献［27］报道的卷烟H值计算方法，计算了不同抽吸模式下卷烟的H值，并分析了不同抽吸模式下卷烟H值与滤嘴通风率的关系。结果（图1）表明：在ISO抽吸模式下，卷烟样品的H指数与滤嘴通风率存在显著相关性，Spearman相关系数为-0.617（p＜0.01）。在HCI抽吸模式下，卷烟样品的H指数与滤嘴通风率无相关性，Spearman相关系数为0.019。可见，在ISO抽吸模式下，采用滤嘴通风技术有望显著降低卷烟H值。但在HCI抽吸模式下，由于滤嘴通风孔100%封闭，难以通过滤嘴通风技术降低卷烟H值。因而，若要降低卷烟有害成分的释放量，则需要借助于其他减害技术。

图1 两种抽吸模式下卷烟H值与滤嘴通风率的关系

3 结论

在ISO抽吸模式下，卷烟主流烟气中烟碱和13种有害成分的释放量均随着卷烟滤嘴通风率的增大而逐渐降低。但在HCI抽吸模式下，大多数有害成分的释放量与滤嘴通风率无相关性。经过公式计算，ISO抽吸模式下卷烟H值与滤嘴通风率有显著的相关性，但在HCI抽吸模式下，由于滤嘴通风孔100%封闭，卷烟样品的H值与滤嘴通风率无相关性。

当采用FCTC推荐的单位烟碱有害成分释放量进行分析时，ISO和HCI两种抽吸条件下均存在单位烟碱有害成分释放量与滤嘴通风率呈正相关的情况，在HCI抽吸模式下该趋势更为明显。因此，需要开展滤嘴通风外的其他减害技术研究作为技术储备。同时，由于本文中考察有害成分与通风率相关性时采用了市售卷烟样本，研究结果可能会受到卷烟辅材参数、配方参数等多因素的影响，因而，所得结论仍需开展大范围样本研究来进一步验证。

［1］胡群，顾波，马静，等.卷烟辅料研究［M］.昆明：云南科技出版社，2001：106-110.

［2］王理珉，张强，孙立，等.滤嘴通风对卷烟烟气量的影响［J］.安徽农业科学，2010，38（10）：5108-5109.

［3］胡群.卷烟辅料研究［M］.昆明：云南科技出版社，2001：64-70.

［4］赵辉，杨柳，张峻松.滤嘴通风对卷烟主流烟气释放量的影响［J］.云南化工，2012，39（2）：4-7，11.

［5］陈欢，庞永强，姜兴益，等.抽吸参数对主流烟气中氮氧化物释放量的影响［J］.烟草科技，2011（8）：30-34.

［6］蔡君兰，韩冰，张晓兵，等.滤嘴通风度对卷烟主流烟气中一些香味成分释放量的影响［J］.烟草科技，2011（9）：54-60.

［7］李炎强，宗永立，屈展，等.通风、加长滤嘴对卷烟主流烟气粒相物中挥发性、半挥发性酸性成分释放量的影响［J］.中国烟草学报，2011，17（3）：7-10.

［8］World Health Organization.The scientific basis of tobacco product regulation：Second report of a WHO study group.Vol.951［R］.Geneva，World Health Organization，2008.

［9］张霞，许永，刘巍，等.抽吸条件对卷烟主流烟气中氨释放量的影响［J］.烟草科技，2012（6）：63-71.

［10］王颖，何君，谢涛，等.抽吸方式对卷烟主流烟气中主要羰基化合物释放量的影响［J］.中国烟草学报，2013，19（3）：18-22.

［11］刘建福，金勇，李克，等.接装纸对卷烟烟气焦油及7种有害成分的影响［J］.烟草科技，2013（8）：67-70.

［12］胡启秀，陈再根，张怡春，等.HCI抽吸模式对卷烟主流烟气TNCO释放量的影响［J］.烟草科技，2013（11）：41-47.

［13］GB/T 23356—2009卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法［S］.

［14］GB/T 21130—2007卷烟烟气总粒相物中苯并［a］芘的测定［S］.

［15］YQ/T 17—2012卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定高效液相色谱-串联质谱联用法［S］.

［16］GB/T 27523—2011卷烟主流烟气中挥发性有机化合物（1，3-丁二烯、异戊二烯、丙烯腈、苯、甲苯）的测定气相色谱-质谱联用法［S］.

［17］YC/T 254—2008卷烟主流烟气中羰基化合物的测定高效液相色谱法［S］.

［18］YC/T 255—2008卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定高效液相色谱法［S］.

［19］YC/T 377—2010卷烟主流烟气中氨的测定离子色谱法［S］.

［20］YC/T 253—2008卷烟主流烟气中氰化氢的测定连续流动法［S］.

［21］GB/T 23355—2009卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法［S］.

［22］于宏晓，赵砚棠，徐海涛，等.不同抽吸模式卷烟主流烟气中常规成分和某些有害成分释放研究［J］.中国烟草科学，2012，33（5）：90-92.

［23］许永，张霞，刘巍，等.抽吸方式对卷烟主流烟气中氢氰酸释放量的影响［J］.中国烟草学报，2011，17（6）：4-7.

［24］赵乐，彭斌，于川芳，等.辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响［J］.烟草科技，2012（10）：46-50.

［25］孔浩辉，庞永强，周瑢，等.深度抽吸模式下卷烟辅助材料设计参数对烟气CO，苯酚和NNK释放量的影响［J］.烟草科技，2013（4）：28-31，41.

［26］谢卫，黄朝章，苏明亮，等.辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量及其危害性指数的影响［J］.烟草科技，2013（1）：31-38.

［27］谢剑平，刘惠民，朱茂祥，等.卷烟烟气危害性指数研究［J］.烟草科技，2009（2）：5-15.

责任编辑 洪广峰

Relationships Between Filter Ventilation Rate and Deliveries of Harmful Components in Mainstream Cigarette Smoke Under ISO and HCI Smoking Regimes

CHEN Huan,JIANG X ingyi,WANG Ying,ZHANG Wei,PANG Yongqiang,HOU Hongwei,and HU Qingyuan*
China National Tobacco Quality Supervision&Test Center,Zhengzhou 450001,China

To find out the relationships between filter ventilation rate and the deliveries of harm ful components in mainstream cigarette smoke under different smoking regimes,the correlations between filter ventilation rate and the deliveries of nicotine and 13 harm ful components(acetaldehyde,acrolein,benzene, benzo[a]pyrene,1,3-butadiene,CO,formaldehyde,NNN,NNK,phenol,crotonaldehyde,HCN and NH3)in mainstream cigarette smoke under ISO and Health Canada intensive(HCI)smoking regimes were investigated,and the correlations between filter ventilation rate and the deliveries of harm ful com ponents per unit nicotine yield were analyzed as well.The results showed that：1)Under ISO smoking regime,filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of harm ful components(excluding NNN and NNK); filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of formaldehyde and crotonaldehyde per unitnicotine yield,while positively correlated to the deliveries of acetaldehyde,CO,benzo[a]pyrene and NH3per unit nicotine yield.2)Under HCI smoking regime,filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of formaldehyde,crotonaldehyde,benzo[a]pyrene,phenol and nicotine,while positively correlated to the delivery of HCN,there was no significant correlation between filter ventilation rate and the deliveries of the other harm ful components.The deliveries of acetaldehyde,acrolein,crotonaldehyde, CO,HCN and NH3per unit nicotine yield also positively correlated to filter ventilation rate.

Smoking regime;Filter ventilation rate;Delivery;Harm ful component;Mainstream cigarette smoke

TS411.2

A

1002-0861（2015）09-0045-05

10.16135/j.issn1002-0861.20150908

2014-10-24

2015-05-11

中国烟草总公司科技重点项目“国内外卷烟主要有害成分释放量中位值及其影响因素研究”（110201302008）。

陈欢（1982—），女，博士，高级工程师，主要从事烟草化学分析工作。E-mail：hunny_ch@163.com；*

胡清源，E-mail：huqy1965@163.com

陈欢，姜兴益，王颖，等.两种抽吸模式下卷烟烟气有害成分释放量与滤嘴通风率的关系［J］.烟草科技，2015，48（9）：45-49.

CHEN Huan,JIANG Xingyi,WANG Ying,etal.Relationships between filter ventilation rate and deliveries of harm ful components in mainstream cigarette smoke under ISO and HCI smoking regimes［J］.Tobacco Science& Technology,2015,48(9)：45-49.