不同部位、产地烤烟梗丝主流烟气有害成分释放量分析
2015-06-27程向红韦凤杰董顺德赵海娟
程向红,韦凤杰,董顺德,周 浩,赵海娟
(1.河南中烟工业有限责任公司技术中心,河南 郑州 450000；2.河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂,河南 安阳 455000)
不同部位、产地烤烟梗丝主流烟气有害成分释放量分析
程向红1,韦凤杰1,董顺德1,周 浩1,赵海娟2
(1.河南中烟工业有限责任公司技术中心,河南 郑州 450000；2.河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂,河南 安阳 455000)
为研究烤烟梗丝部位、产地对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响，分析了国内6个烤烟主产地上部、中部和下部梗丝样本主流烟气有害成分释放量及危害性指数。结果表明，梗丝部位与梗丝烟气中苯酚和苯并[a]芘(BaP)的释放量之间没有明显规律性；梗丝部位与梗丝烟气中焦油、一氧化碳(CO)、N-亚硝胺(NNK)和氢氰酸(HCN)释放量之间有着一定的规律性，焦油表现为上部>中、下部，一氧化碳表现为上、中部>下部，N-亚硝胺大体上表现为上部<中部<下部，氢氰酸大体上表现为上部>中部>下部；梗丝部位与梗丝烟气中烟碱、巴豆醛、氨(NH3)的释放量和危害性指数之间规律性明显，均为上部>中部>下部。不同产地梗丝烟气中有害成分释放量存在一定差异，但未呈现明显的规律性；不同产地梗丝烟气的危害性指数以楚雄、平顶山和重庆较高，南平和郴州较低。
烤烟；部位；产地；梗丝；有害成分
卷烟的燃烧是一个极其复杂的化学变化过程，能产生多种烃及烃的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂烟气气溶胶。气溶胶中对人体有害的成分主要存在于烟气的焦油中[1]，因此，国标中对卷烟焦油含量进行了明确限定，并把其作为衡量卷烟质量和安全性的主要标准之一[2]。随着人们对吸烟与健康关注程度的提高，科技人员在焦油的基础上对卷烟烟气危害性成分进行了更加深入的研究，谢剑平等[3]通过生物毒理试验等方法对这些有害成分进行研究，采用卷烟主流烟气中7种有害成分(一氧化碳、氢氰酸、苯酚、巴豆醛、氨、苯并[a]芘和N-亚硝胺)来综合表征卷烟烟气危害性，建立了危害性指数计算方法，为选择性减害降焦指明了方向及思路。为了适应减害降焦的需要，卷烟企业逐渐增大梗丝在卷烟配方中的掺配比例，梗丝具有填充值高、燃烧性能好、焦油释放量低等特性,添加到卷烟中不仅可以改变烟气组分,降低焦油量，还可以节约烟叶原料、降低卷烟成本。钟科军等[4]的研究显示，卷烟配方中加入梗丝能明显降低卷烟焦油量；王兵等[5]也有类似的结论，而且认为卷烟配方中加入适量的梗丝能提高卷烟烟气的透发性、细腻程度；徐成龙等[6]测定了掺配不同比例梗丝的卷烟主流烟气中氨、氢氰酸和一氧化碳的释放量，提出梗丝掺配的最佳比例为15%；白永忠[7]研究了不同部位梗丝对卷烟品质的影响，指出梗丝综合品质下部>中部>上部。然而，关于梗丝燃吸后主流烟气有害成分释放量的分析研究报道还较少，为深入了解部位、产地对梗丝主流烟气有害成分释放量的影响，考察了国内6大烤烟主产区不同部位梗丝烟气有害成分释放量，探讨部位、产地与梗丝主流烟气有害成分释放量之间的关系，旨在为低危害低焦卷烟产品选梗提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
采用2012年度云南楚雄、贵州毕节、重庆、湖南郴州、福建南平、河南平顶山打叶复烤后的B2F(B)，C3F(C)，X2F(X)烟梗。
梗丝烟支的选材为：卷烟纸透气度70 CU，密度27 g·m-3；二乙酸纤维丝束滤棒规格24.1 mm×100 mm、压降2 700 Pa、圆周24.2 mm、丝束规格3.0 Y/35 000；无孔接装纸宽度58 mm。烟支规格84=(59+25) mm×24.2 mm。
1.2 方法
梗丝由河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂大生产线气流干燥法生产，梗丝烟支的卷接以烟支硬度为(63±10) %，且不空头为标准，单支空筒辅材平均质量0.225 g。
按照GB/T 6447—2004[8]的方法平衡水分，分别按照GB/T 19609—2004[9],GB/T 23355—2009[10],GB/T 23356—2009[11],YC/T 255—2008[12],GB/T 23228—2008[13],YC/T 253—2008[14],YC/T 377—2010[15],GB/T 21130—2007[16],YC/T 254—2008[17]的方法检测梗丝烟支主流烟气中焦油、烟碱、一氧化碳、苯酚、N-亚硝胺、氰化氢、氨、苯并[a]芘、巴豆醛的释放量。由于不同部位、产地梗丝之间填充值差异较大，梗丝烟支的卷接无法以质量为标准进行控制，而是以烟支硬度(63±10)%，且不空头为标准进行卷制的，所以每种烟支的的质量差异较大，为了便于比较分析，把梗丝烟支烟气中各有害成分释放量折算为单克梗丝的释放量，危害性指数折算为单克梗丝的危害性指数。
危害性指数H=(CO/14.2+NNK/5.5+BaP/10.9+巴豆醛/18.6+苯酚/17.4+氨/8.1+HCN/146.3)×10/7[3]。
2 结果与分析
2.1 不同部位烤烟梗丝有害成分释放量分析
不同部位、产地烤烟梗丝有害成分释放量如表1所示。由于每种指标变化情况不同，因此，将针对各指标与梗丝部位的关系分别进行分析。
2.1.1 焦油 梗丝烟气中焦油释放量差异性不太大。梗丝部位与焦油的关系，除南平、重庆表现为上部>下部>中部外，其他产地均表现为上部>中部>下部。烟草原料烟气中焦油释放量与其内含的糖、氮等含量密切相关[18]，不同部位的烤烟叶丝焦油释放量为上部>中部>下部[19]，与梗丝烟气中焦油释放量规律基本一致。
2.1.2 烟碱 梗丝烟气中烟碱释放量差异性较大，单克梗丝释放量为0.35～0.71 mg。梗丝部位与烟碱释放量显著相关，表现为上部>中部≥下部。这与烟碱在烟株上的积累规律基本一致。
2.1.3 一氧化碳 梗丝烟气中一氧化碳释放量差异性较为明显，单克梗丝释放量为21.20～33.18 mg。梗丝部位与一氧化碳释放量关系表现为：楚雄、南平为中部>上部>下部，其他产地为上部>中部>下部。
2.1.4 N-亚硝胺 梗丝烟气中N-亚硝胺释放量差异性也较大，单克梗丝释放量为5.08～9.47 ng。不同部位的梗丝与N-亚硝胺释放量关系不太明显，除楚雄、毕节外，其他产地表现为上部<中部<下部。
表1 不同部位烤烟梗丝各有害成分释放量
2.1.5 苯并[a]芘 梗丝烟气中苯并[a]芘释放量也有一定的差异，为11.59～16.66 ng。不同部位的梗丝苯并[a]芘释放量没有明显规律性。
2.1.6 巴豆醛 梗丝烟气中巴豆醛释放量差异性不大。梗丝部位与巴豆醛释放量也显著相关，表现为上部>中部>下部。巴豆醛是挥发性羰基化合物中的含量较高的有害物质，具有很强的呼吸道纤毛毒素。挥发性羰基化合物主要由烟草中一些大分子化合物(纤维素、木质素和果胶质等)在卷烟燃烧过程中热裂解生成[20]，梗丝中这些大分子化合物远远高于烟叶，其烟气中巴豆醛的释放量理论上也会远远高于烟叶。
2.1.7 苯酚 梗丝烟气中苯酚释放量差异性较大，单克梗丝释放量为4.08～9.41 μg。不同部位的梗丝苯酚释放量没有明显规律性。
2.1.8 氨 梗丝烟气中氨释放量差异性也较大，单克梗丝释放量为6.81～14.10 μg。梗丝部位与氨释放量显著相关，表现为上部>中部>下部。烟气中氨的主要来源是烟草中含氮化合物，含氮化合物随着烟株部位的升高而增加，其氨释放量会随着部位的升高而增加。
2.1.9 氢氰酸 梗丝烟气中氢氰酸释放量差异性巨大，单克梗丝释放量最大为347.72 μg，最小为88.71 μg。梗丝部位与其氢氰酸释放量除郴州各部位差异性不明显外，其他产地均表现为上部>中部>下部。氢氰酸主要来自于烟草中的蛋白质、氨基酸和硝酸盐[21]，它在烟气中的含量虽很低，但却是烟气中最具纤毛毒性的物质，是几种呼吸酶中非常活跃的抑制剂。烟叶烟气中氢氰酸释放量也表现为上部>中部>下部[22]，说明烟草烟气中氢氰酸释放量是随烟草部位的升高而增加的。
2.2 不同产地烤烟梗丝有害成分释放量分析
不同部位、产地烤烟梗丝有害成分释放量指标变化情况不同，因此，分部位对各指标进行分析(表1)。
2.2.1 上部梗丝 楚雄、平顶山梗丝焦油、一氧化碳、氢氰酸、氨和巴豆醛的释放量均明显高于其他产地，而苯酚的释放量明显低于其他产地。南平梗丝焦油、氢氰酸和氨的释放量在6个产地中最低，而苯并[a]芘的释放量在6个产地中最高。郴州梗丝烟碱、苯酚和氨的释放量在6个产地中最高，而一氧化碳和N-亚硝胺的释放量在6个产地中最低。重庆梗丝焦油和氨的释放量较高。毕节梗丝N-亚硝胺的释放量在6个产地中最高，烟碱的释放量在6个产地中最低，其他处于中等水平。
2.2.2 中部梗丝 楚雄、平顶山梗丝焦油、一氧化碳、氢氰酸和巴豆醛的释放量仍处于较高水平，而烟碱和苯酚的释放量明显低于其他产地。南平梗丝焦油、氢氰酸和氨的释放量在6个产地中仍最低。郴州梗丝焦油、烟碱和苯酚的释放量在6个产地中最高，而一氧化碳、N-亚硝胺、苯并[a]芘和巴豆醛的释放量在6个产地中最低。重庆梗丝氨的释放量在6个产地中最高。毕节梗丝N-亚硝胺的释放量在6个产地中仍最高，其他处于中等水平。
2.2.3 下部梗丝 不同产地焦油和苯并[a]芘差异性不显著。楚雄苯并[a]芘的释放量相比较高，其他处于中等水平。南平梗丝氢氰酸和氨的释放量在6个产地中仍最低。郴州梗丝一氧化碳、苯酚、N-亚硝胺的释放量在6个产地中最低。重庆梗丝焦油、一氧化碳、苯酚、氢氰酸、氨的释放量在6个产地中最高。毕节梗丝巴豆醛的释放量在6个产地中最高，其他处于中等水平。平顶山梗丝烟碱和N-亚硝胺的释放量均处于较低水平。
综合6个产地3个部位的梗丝，其烟气有害成分的释放量存在一定差异，但未呈现显著的规律性。从总体趋势来看，楚雄、平顶山和重庆梗丝焦油较高，而南平和郴州较低。
2.3 不同部位、产地烤烟梗丝危害性指数分析
梗丝烟气中7种有害成分综合危害性指数有着一定的差异(表2)，其值为11.02～15.64。梗丝部位与危害性指数显著相关，表现为上部>中部>下部。不同产地间的危害性指数：上部为楚雄>平顶山>和重庆>毕节>南平>郴州；中部为楚雄>重庆>平顶山>毕节>南平>郴州；下部为重庆>楚雄>毕节>平顶山>南平、郴州。产地间整体上以楚雄、平顶山和重庆危害性指数较高，以南平和郴州较低。
表2 不同部位、产地烤烟梗丝危害性指数
3 结论与讨论
部位和产地是烟叶分级及使用的重要因素，不同部位、产地的烟叶质量及主流烟气有害成分释放量有着显著的差异性。张霞等[23]选取产地、烤房、品种、土壤、部位作为影响因素对初烤烟叶主流烟气7种有害成分进行多因素方差分析，表明产地、部位对7种有害成分释放量指标有着显著性影响。彭斌等[19]研究认为，烤烟叶片主流烟气有害成分释放量随着叶片的部位而变化。陈敏等[22]研究了烟叶不同部位、产地对卷烟主流烟气中7种有害成分释放量的影响，氢氰酸、苯酚、氨、焦油、危害性指数呈现为上部>中部>下部，巴豆醛为上部<中部<下部。由于烟梗与烟叶在部位上内含物质积累规律是一致的，梗丝主流烟气有害成分释放量与部位之间的关系与烟叶有着相近之处，同时，又由于梗丝的主要化学组成与烟叶相差较大，其主流烟气有害成分释放量与部位的关系与烟叶也有着一定的差异。本研究显示，梗丝部位与烟气中苯酚和苯并[a]芘的释放量之间没有明显规律性，焦油表现为上部>中、下部，一氧化碳表现为上、中部>下部，N-亚硝胺大体上为上部<中部<下部，氢氰酸大体上为上部>中部>下部。烟碱、巴豆醛、氨和危害性指数均为上部>中部>下部。
李世勇等[24]研究显示，不同产地的烟叶焦油、一氧化碳释放量有着明显的差异性，陈敏等[22]的研究也表明，不同产地的烟叶有害成分及危害性指数存在着一定的差异。本研究显示，不同产地的梗丝烟气有害成分的释放量并未呈现明显的规律性，从总体趋势来看，楚雄、平顶山和重庆梗丝主流烟气中焦油释放量及综合危害性指数较高，而南平和郴州较低。
卷烟配方中掺配梗丝，主要是利用其较高的填充性能和较低的危害性，如果单从减害降焦角度出发，梗丝选材应以部位为主。但是梗丝质量及可用性是一个综合概念，在工业应用中也应考虑到梗丝外观、物理和感官质量指标。梗丝部位、产地对这些指标的影响还待进一步研究。
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(责任编辑：常思敏)
The influence of stalk position and growing area of stem wire on harmful components in mainstream cigarette smoke
CHENG Xianghong1, WEI Fengjie1, DONG Shunde1, ZHOU Hao1, ZHAO Haijuan2
(1.Technology Center of Henan Branch of China Tobacco Industry Corporation Ltd.,Zhengzhou 450000,China;2.Anyang Cigarette Factory of Henan Branch of China Tobacco Industry Corporation Ltd.,Anyang 455000,China)
Tobacco stem wire of different stalk positions from six growing areas were analyzed to evaluate their effect on harmful components in mainstream cigarette smoke.Results showed that:1)No significant relationship was found between phenol,BaP and stalk position.The order are upper>middle and lower for tar,upper and middle>lower for CO.Basically,the order are upper
flue-cured tobacco; stalk position; growing area; cut stem; harmful compounds
2015-05-30
河南中烟工业有限责任公司资助项目(201215)
程向红(1977-)，男,河南上蔡人,工程师,学士,主要从事卷烟产品研究。
韦凤杰(1974-)，男,河南舞钢人,高级农艺师,博士。
1000-2340(2015)05-0590-05
S 572；TS 411
A
