我国不同产区烤烟烟叶主流烟气主要有害成分分析

*

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；3.山东中烟工业有限责任公司，济南 250013；4.山东淄博烟草有限公司，山东 淄博 255095）

我国不同产区烤烟烟叶主流烟气主要有害成分分析

闫宁1，刘加红2，杜咏梅1，马强3，周德海4，张怀宝1*，张忠锋1，候小东1，付秋娟1，冀海波3

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；3.山东中烟工业有限责任公司，济南 250013；4.山东淄博烟草有限公司，山东 淄博 255095）

为明确我国不同产区烤烟烟叶主流烟气主要有害成分特征，选取17个烤烟生产省（直辖市）36个代表产地烤烟样品266份，研究了主流烟气有害成分在产区、部位之间的差异以及同一品种在产地、部位和年份间的变异情况。结果表明，我国烤烟主流烟气有害成分均存在一定变异，其中NNK、氨、苯酚变异系数较大，苯并[a]芘、氰化氢中等，焦油、巴豆醛较小；不同种植区烤烟烟叶主流烟气焦油、巴豆醛、NNK、氨、氰化氢、苯酚释放量差异显著，一氧化碳、苯并[a]芘差异不显著；不同部位烤烟烟叶主流烟气焦油、苯酚、巴豆醛、氨、NNK释放量差异显著，一氧化碳、苯并[a]芘、氰化氢差异不显著；烤烟烟叶氰化氢、NNK释放量在产地间变异最大，苯酚释放量在部位间变异最大，苯并[a]芘释放量在部位、产地间变异大于年份间变异，焦油、一氧化碳、巴豆醛释放量在部位、产地、年份间变异均较小。

烤烟；主流烟气；有害成分

烟草行业一直是在吸烟与健康的挑战中发展的，而吸烟与健康研究的焦点是烟草和烟气中存在危害或潜在危害人类健康的有害成分[1]。降低烟草及烟气有害成分含量、提高卷烟安全性，是烟草行业必须承担的社会责任[2-3]。目前已鉴定的烟气有害成分有149种，不同国家或机构对烟气有害成分名单关注对象或范围不同，国际上普遍认可的是Hoffmann提出的“Hoffmann名单”[1,4]。谢剑平等[5]通过对国内外卷烟样品中的 28项主流烟气有害成分与其生物毒性的关系研究，确定了以一氧化碳、氰化氢、4-甲基亚硝胺-1-吡啶-1-丁酮（NNK）、氨、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛7项指标来表征卷烟烟气危害性。因此，选择性降低卷烟烟气中这7种有害成分释放量，是我国烟草行业减害工作重点。

由于烟草工业降焦减害存在难以克服的矛盾，中式低危害卷烟对烤烟烟叶原料安全性提出了更高的要求[6]。烟气有害成分是烟草化学成分在燃烧过程中热解、合成或直接传输至烟气中形成的[7-8]。烟叶原料特性决定了卷烟燃烧后烟气成分的组成和含量，是影响卷烟安全性的关键因素[9-16]。目前，尚未见关于全国不同产区烤烟烟叶烟气有害成分释放量的系统研究报道，通过烟叶原料选配控制烟气有害成分释放量的技术措施还缺乏理论依据。为明确我国不同产区烤烟烟叶主流烟气主要有害成分特征，选取17个烤烟生产省（直辖市）36个代表产地烤烟样品266份，系统分析了主流烟气有害成分在产区、部位之间的差异，比较了同一品种在产地、部位、年份间的变异情况，为卷烟工业企业根据不同有害成分在烤烟不同产区和部位含量差异及变异情况选配原料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 烟叶样品选择

2013—2014年分别在我国主要烟草种植区选取17个烤烟生产省（直辖市）36个代表产地，分别为：北方烟区5个代表产地，长江中上游烟区4个代表产地，东南烟区9个代表产地，黄淮烟区4个代表产地，西南烟区14个代表产地。每年每产地选取1套B2F、C3F、C3L、X2F等级代表样品，2013、2014年分别选取样品136份、130份，共选取样品266份，每份样品10 kg。

1.2 卷烟样品制备

代表样品经外观鉴定专家鉴定平衡后，去筋，切丝（0.9±0.1） mm，卷制成卷烟（烟支长84 mm，醋酸纤维嘴长24 mm，外包纸长30 mm，圆周 24 mm）。卷制过程中，根据不同样品烟丝填充值调整其烟支质量。

1.3 检测指标及方法

主流烟气焦油、一氧化碳、苯并[a]芘、巴豆醛、苯酚、NNK、氰化氢、氨释放量分别依据以下标准测定：GB/T 19609—2004、GB/T 23356—2009、GB/T 21130—2007、YC/T 254—2008、YC/T 255—2008、GB/T 23228—2008、YC/T 403—2011、YC /T 377—2010[17]。代表样品烟气有害成分释放量以单位质量燃吸烟丝主流烟气有害成分释放量计算。燃吸烟丝质量的计算公式为：燃吸烟丝质量（g）=（烟支质量－滤嘴质量－卷烟纸质量）×燃烧烟支长度÷（烟支总长度－滤嘴长度）。

1.4 数据分析方法

对代表样品的平均值、标准偏差、变异系数、偏度系数和峰度系数等基本数据特征进行计算，并进行方差分析。计算过程使用DPS 9.05数据处理软件。

2 结 果

2.1 烤烟主流烟气主要有害成分释放量基本数据特征

从表1可以看出，我国烤烟烟气焦油及7项有害成分均存在一定变异，主流烟气主要有害成分释放量指标变异系数排序为：NNK（64.7%）＞氨（38.14%）＞苯酚（36.6%）＞苯并[a]芘（28.3%）＞氰化氢（27.01%）＞焦油（18.5%）＞巴豆醛（16.26%）＞一氧化碳（15.5%）。由此可见，代表烟叶样品主流烟气NNK、氨、苯酚变异系数较大，通过烟叶原料选配较好调控；苯并[a]芘、氰化氢变异系数中等，通过烟叶原料选配可以调控；焦油、巴豆醛、一氧化碳变异系数相对较小，通过烟叶原料选配调控幅度相对较小。

2.2 不同种植区烟叶主流烟气主要有害成分释放量特征分析

从表2、3可以看出，不同种植区烟气焦油、巴豆醛、NNK、氨、氰化氢、苯酚释放量差异显著（P＜0.05），一氧化碳、苯并[a]芘释放量差异不显著（P＞0.05）。其中，东南烟区和西南烟区烟气焦油释放量变异相对较大，北方烟区烟气焦油释放量较低；北方烟区烟气一氧化碳释放量平均值较低；不同种植区烟气苯并[a]芘释放量变异均较大，东南烟区和长江中上游烟区烟气苯并[a]芘释放量相对较低；不同种植区烟气苯酚释放量均存在较大变异，长江中上游烟区、北方烟区烟气苯酚释放量相对较低；不同种植区烟气巴豆醛释放量变异较小，北方烟区、西南烟区烟气巴豆醛释放量相对较低；不同种植区烟气NNK释放量均存在较大变异，北方烟区、长江中上游烟区烟气NNK释放量相对较低；不同种植区烟气苯酚释放量均存在较大变异，东南烟区、长江中上游烟区烟气氨释放量相对较低；不同种植区烟气氰化氢释放量变异系数差异不大，北方烟区、西南烟区烟气氨释放量相对较低。

表1 烟叶样品主流烟气主要有害成分释放量基本数据特征Table 1 Basic data characteristics of main harmful components in mainstream smoke of representative tobacco leaves

表2 不同烟草种植区烟叶样品主流烟气主要有害成分基本数据特征Table 2 Basic data characteristics of main harmful components in mainstream smoke of representative tobacco leaves from different growing areas

表 3 不同烟草种植区烟叶样品主流烟气主要有害成分释放量差异Table 3 Differences of main harmful components in mainstream smoke of representative tobacco leaves between different growing areas

2.3 不同部位烟叶主流烟气主要有害成分释放量差异

从图1可以看出，不同部位烟叶一氧化碳、氰化氢、苯并[a]芘释放量差异不显著（P＞0.05），焦油、巴豆醛、苯酚、氨、NNK释放量差异显著（P＜0.05）。其中，中部烟叶巴豆醛释放量最高，但中部、下部烟叶巴豆醛释放量差异不显著（P＞0.05）；不同部位烟叶焦油、苯酚、氨、NNK释放量顺序均为：上部＞中部＞下部，中部、下部烟叶苯酚、氨、NNK释放量差异不显著（P＞0.05），不同部位烟叶焦油释放量差异显著（P＜0.05）。

2.4 主流烟气主要有害成分释放量在产地、部位、年份间变异比较

从表 4、5可以看出，焦油释放量在产地、部位、年份间的变异均较小，且差异不大；一氧化碳释放量在产地、部位、年份间变异大小排序为：产地＞部位＞年份；苯并[a]芘释放量在部位、产地间变异大于年份间变异，K326苯并[a]芘释放量在产地间变异大于部位间变异，而云烟 87则是在部位间变异大于产地间变异；巴豆醛释放量在部位、产地、年份间变异均较小，且差异不大；苯酚释放量在部位间变异最大，在产地与年份间的变异差异不大；NNK释放量在产地、部位、年份间均存在较大变异，其中产地间变异最大；K326氨释放量在部位间的变异最大，云烟 87氨释放量在产地间的变异最大；氰化氢释放量在产地间的变异最大，年份变异其次，部位间变异最小。

表4 K326品种主流烟气主要有害成分释放量在产地、部位、年份间的变异系数Table 4 Coefficient of variation of main harmful components in mainstream smoke of K326 variety between different regions, leaf positions and years %

表5 云烟87主流烟气主要有害成分释放量在产地、部位、年份间的变异系数Table 5 Coefficient of variation of main harmful components in mainstream smoke of Yunyan 87 variety between different regions, lef positions and years %

3 讨 论

本研究中，我国烤烟烟气焦油及7项有害成分释放量均存在一定变异，其变异系数排序为：NNK＞氨＞苯酚＞苯并[a]芘＞氰化氢＞焦油＞巴豆醛＞一氧化碳。不同种植区烟叶主流烟气焦油、巴豆醛、NNK、氨、氰化氢、苯酚释放量差异显著，但一氧化碳、苯并[a]芘释放量差异不显著。其中，北方烟区烤烟焦油、巴豆醛、苯酚、NNK、氰化氢释放量较低，氨释放量中等偏高；长江中上游烟区烤烟焦油、巴豆醛、氰化氢释放量中等，苯酚、NNK、氨释放量较低；东南烟区烤烟巴豆醛释放量较高，焦油、NNK释放量中等偏高，苯酚、氰化氢释放量中等，氨释放量较低；黄淮烟区烤烟焦油、苯酚、NNK、氨、氰化氢释放量较高，巴豆醛释放量中等偏高；西南烟区烤烟焦油、苯酚、巴豆醛、NNK、氨释放量均处于中等水平。因此，在卷烟配方中合理安排不同种植区烟叶比例，可以选择性降低卷烟主流烟气有害成分释放量。

不同部位烤烟烟叶主流烟气焦油、苯酚、巴豆醛、氨、NNK释放量差异显著，而一氧化碳、苯并[a]芘、氰化氢释放量差异不显著。本研究中，不同部位烤烟烟叶烟气焦油、苯酚、氨、NNK释放量顺序均为：上部＞中部＞下部，中部烟叶巴豆醛释放量最高，但烟气一氧化碳、苯并[a]芘、氰化氢释放量与烟叶部位关系不大。在烟叶部位与主流烟气有害成分关系研究中，除张霞等[18]选取云南省237份烟叶样品外，其他研究选择的样品数量较少。本研究选择了17个烤烟生产省（直辖市）36个代表产地烤烟样品266份，而且部位间主流烟气有害成分释放量的差异是用单因素随机区组方差分析进行统计，更具代表性。

本研究中，烤烟主流烟气氰化氢、NNK释放量在产地间的变异最大，苯酚释放量在部位间的变异最大，苯并[a]芘释放量在部位、产地间变异大于年份间变异。众多研究证实[8-16]，烟气有害成分释放量与烟叶化学成分关系密切，不同产地、不同部位烟叶组织结构和化学成分差异较大[17-21]，这导致烟气氰化氢、NNK、苯酚、苯并[a]芘释放量在产地间和部位间变异较大。相比之下，烤烟主流烟气焦油、一氧化碳、巴豆醛释放量在部位、产地、年份间的变异均较小。

4 结 论

本研究发现，我国烤烟主流烟气主要有害成分均存在一定变异，其中NNK、氨、苯酚变异系数较大，苯并[a]芘、氰化氢中等，焦油、巴豆醛较小；不同种植区烤烟烟叶主流烟气焦油、巴豆醛、NNK、氨、氰化氢、苯酚释放量差异显著，一氧化碳、苯并[a]芘释放量差异不显著；不同部位烤烟烟叶主流烟气焦油、苯酚、巴豆醛、氨、NNK释放量差异显著，一氧化碳、苯并[a]芘、氰化氢差异不显著；烤烟主流烟气氰化氢、NNK释放量在产地间的变异最大，苯酚释放量在部位间的变异最大，苯并[a]芘释放量在部位、产地间变异大于年份间变异，焦油、一氧化碳、巴豆醛释放量在部位、产地、年份间的变异均较小。

[1] FOWLES J, DYBING E. Application of toxicological risk assessment principles to the chemical constituents of cigarette smoke [J]. Tob Control, 2003, 12(4): 424-430.

[2] 朱尊权. 烟叶的可用性与卷烟的安全性[J]. 烟草科技，2000（8）：3-6.

[3] 杜咏梅，肖协忠，王允白. 烟气焦油与卷烟安全性[J].中国烟草科学，2000，21（2）：31-34.

[4] 尚平平，李翔，谢复炜，等. 烟草烟气中有害成分定量危险评定的研究进展[J]. 中国烟草学报，2013，19（2）：106-114.

[5] 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.

[6] 朱尊权. 卷烟减害与自主创新[J]. 中国烟草学报，2006，12（1）：3-7.

[7] BAKER R R, DA SILVA J R P, SMITH G. The effect of tobacco ingredients on smoke chemistry. Part I: Flavourings and additives [J]. Food Chem Toxicol, 2004, 42: 3-37.

[8] BAKER R R, MASSEY E D, SMITH G. An overview of the effects of tobacco ingredients on smoke chemistry and toxicity[J]. Food Chem Toxicol, 2004, 42: 53-83.

[9] 窦玉青，陈刚，刘光亮，等. 初烤烟叶外观质量与其烟气组分的关系[J]. 中国烟草科学，2010，31（3）：54-58.

[10] 郭东锋，姚忠达，汪季涛，等. 烤烟烟叶常规化学成分与主流烟气成分的关系[J]. 烟草科技，2013（2）：46-51，82.

[11] 黄朝章，蔡国华，赵艺强，等. 单料烟主流烟气HCN与烟叶常规化学成分的相关性[J]. 烟草科技，2013（2）：62-64.

[12] 蒯雁，杜咏梅，张怀宝，等. 烤烟主流烟气中氢氰酸释放量的差异性及主要影响因素分析[J]. 中国烟草科学，2014，35（3）：85-89.

[13] 李哲，陈爱国，金红成，等. 不同氮肥形态下烤烟叶片组织结构的差异及对焦油释放量的影响研究[J]. 中国烟草学报，2014，20（2）：70-74.

[14] 耿召良，张婕，葛永辉，等. 烤烟主流烟气内源有害成分与烟叶化学成分相关性[J]. 应用生态学报，2015，26（5）：1447-1453.

[15] 颜克亮，周博，朱东来，等. 烟叶常规化学成分与7项有害成分释放量的相关性分析[J]. 西南农业学报，2015，28（3）：1306-1310.

[16] 付秋娟，刘加红，张怀宝，等. 初烤烟叶外观质量与其主流烟气有害成分释放量关系研究[J]. 中国烟草科学，2015，36（6）：94-99.

[17] 杜咏梅，张怀宝，张忠锋，等. 我国烤烟茄尼醇含量及其与烟草和烟气主要化学成分的相关性[J]. 中国烟草科学，2014，35（6）：54-58.

[18] 张霞，刘巍，张涛，等. 烟叶原料对卷烟主流烟气7项有害成分释放量的影响研究[J]. 中国烟草学报，2013，19（6）：1-8.

[19] 彭斌，赵乐，孙学辉，等. 烟叶部位对卷烟主流烟气7种有害成分释放量的影响[J]. 烟草科技，2012（11）：42-44.

[20] 陈敏，郭吉兆，郑赛晶，等. 烟叶部位、产地与卷烟主流烟气 7种有害成分释放量关系研究[J]. 中国烟草学报，2012，18（5）：16-22.

[21] 邓小华，周冀衡，周清明，等. 湖南烤烟焦油量在生态区域和叶片部位间的差异分析[J]. 烟草科技，2009（11）：47-51.

Analysis on Main Harmful Components in Mainstream Smoke of Flue-cured Tobacco Leaves from Different Areas in China

YAN Ning1, LIU Jiahong2, DU Yongmei1, MA Qiang3, ZHOU Dehai4, ZHANG Huaibao1*, ZHANG Zhongfeng1, HOU Xiaodong1, FU Qiujuan1, JI Haibo3
(1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China; 2. Qujing Company of Tobacco Companies in Yunnan Province, Qujing 655000, Yunnan, China; 3. China Tobacco Shandong Industrial Corporation, Jinan 250013, China; 4. Shandong Zibo Tobacco Co., Ltd, Zibo, Shandong 255095, China)

In order to clarify the main harmful components in mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves from different growing areas in China, we selected 266 flue-cured tobacco samples from 17 flue-cured tobacco-producing provinces (municipalities) and 36 representative areas, and studied the differences of the main harmful components in mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves between different areas and leaf positions, and variations of the same variety between different growing areas, leaf positions and years. The results showed that there were some variations of the main harmful components in mainstream smoke of flue-cured tobacco in China, of which, the coefficients of variation of NNK, ammonia and phenol were larger, those of benzopyrene and hydrogen cyanide were medium, and those of tar and crotonaldehyde were smaller. The differences in contents of tar, crotonaldehyde, NNK, ammonia, hydrogen cyanide and phenol in mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves between different growing areas were significant, while the differences in carbon monoxide and benzopyrene were not significant. The differences in contents of tar, phenol, croton aldehyde, ammonia and NNK of mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves between different leaf positions were significant, while the differences in carbon monoxide, benzopyrene and hydrogen cyanide were not significant. The variations of contents of hydrogen cyanide and NNK of flue-cured tobacco leaves between different growing areas were the highest, and the variation of content of phenol between different leaf positions was the highest. The variation of benzopyrene content between different leaf positions and between growing areas were higher than those between different years, and the variations of the contents of tar, carbon monoxide and crotonaldehyde between different leaf positions, growing areas and years were smaller.

flue-cured tobacco; mainstream smoke; harmful components

TS41+1

1007-5119（2017）01-0085-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.01.015

中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-TRIC05）；中国烟草总公司科技重点项目“烤烟烟叶原料安全性评价体系研究”（110200902063）；云南省烟草公司项目“提高中华品牌曲靖烟叶原料需求匹配度关键技术研究”（2013YN22）

闫 宁（1987-），男，博士，助理研究员，从事烟草功能成分与综合利用研究。E-mail：yannning5110@163.com *通信作者，E-mail：zhanghuaibao@caas.cn

2016-04-11

2016-08-19