烤烟型细支与常规卷烟烟气中9种主要成分的逐口释放量比较

刘 琪 马梦婕 龚珍林 袁益来 朱怀远 吴 洋 廖惠云

(江苏中烟工业有限责任公司，江苏 南京 210019)

卷烟烟气成分复杂，一般将焦油、烟碱、CO、HCN、NH3、NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛9种主要成分作为表征卷烟烟气危害体系的化合物，并对常规卷烟烟气及逐口烟气释放量进行了大量研究[1-3]。相比于常规卷烟，细支卷烟具有圆周小、焦油和烟碱量较低等特点[4-5]，在满足消费者吸食需求基础上，其烟叶原料和辅材耗料明显降低，烟气中危害物质释放量更少。近年来，中国细支卷烟发展迅速[6]，但关于细支卷烟主流烟气中有害成分释放量的研究相对较少。Siu等[4]研究表明超细卷烟主流烟气的一氧化碳、羰基化合物及芳香胺等多种有害成分释放量明显降低；Ashley等[7]研究发现HCI、MASS、ISO 3种抽吸模式下，较细烟支所产生的一氧化碳、乙醛、氢氰酸、苯及烟草特有亚硝胺的含量较少。甘学文等[8]对比研究了ISO模式和HCI模式对超细卷烟常规成分的影响；刘彤等[9]基于单光子飞行时间质谱在线逐口分析了细支烟主流烟气中7种挥发性有机化合物；田忠等[10]探索了制丝关键工序对细支卷烟燃烧温度、烟气成分以及感官质量的影响；边照阳等[5]研究了ISO模式和HCI模式下细支卷烟主流烟气中15种有害成分的释放量规律；葛畅等[11]从单支卷烟和单位焦油的角度考察了细支和常规卷烟主流烟气常规指标及中性致香成分的差异；施丰成等[12]对比分析了接装纸透气度变化对常规、中支及细支卷烟物理指标、感官质量、烟气指标、烟气化学成分的影响；廖惠云等[13]考察了细支与常规卷烟主流烟气中生物碱的逐口释放量变化，并对8个不同卷烟样品进行了对比分析；杨松等[14]探讨了细支和常规卷烟主流烟气常规成分和5种关键烤烟甜香味成分逐口释放量的差异；袁海霞等[15]设计了适应细支卷烟大流量叶丝风选的三级柔性风选系统。丁美宙等[16]对比研究了丝状梗丝和片状梗丝与叶丝在加工过程中的混合均匀性,以及2种梗丝对细支卷烟物理、烟气、有害成分释放、感官、燃烧等方面及质量稳定性的影响。

细支卷烟烟支细长、横截面小、吸阻较大、抽吸气流速度大，理论上决定了烟气逐口成分释放规律区别于常规卷烟，但目前还缺乏实际的数据支撑[11]。因此，在保持配方烟丝一致和辅材尽量相同的情况下，试验拟以典型的不同盒标焦油量烤烟型细支卷烟和常规卷烟为对象，考察逐口烟气中焦油、烟碱及7种危害性指标释放量的规律，并对比分析圆周对逐口烟气释放量的影响，旨在进一步了解细支卷烟的烟气释放特征。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

1.1.1 卷烟样品

34个不同品牌规格细支卷烟、85个不同品牌规格常规卷烟：江苏中烟工业有限责任公司；

典型烤烟型细支卷烟、常规卷烟：按同一配方烟丝卷制而成，相关参数见表1。

表1 试验卷烟物理指标及盒标烟气指标

1.1.2 试剂

正十七烷：标准物质，日本TCI 公司；

烟碱：标准物质，加拿大TRC 公司；

B[a]P、B[a]P-d12(内标)：标准物质，美国Sigma公司；

苯酚：标准物质，美国AccuStandard公司；

NNK、NNK-d4(内标)：标准物质，德国Dr. Ehrenstorfer 公司；

环己烷、乙醇、异丙醇、甲基磺酸：色谱纯，德国Chemicell公司；

超纯水：电阻率18.2 MΩ·cm，自制；

2，4-二硝基苯肼、吡啶：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

邻苯二甲酸氢钾：分析纯，天津市光复科技发展公司；

氢氧化钠：分析纯，重庆川东化工集团有限公司；

氯胺-T：分析纯，成都市科龙化工试剂厂；

1，3-二甲基巴比妥酸：分析纯，美国Alfa Aesar公司；

盐酸：分析纯，德国CNW公司；

乙酸铵：分析纯，上海晶纯生化科技股份有限公司。

1.1.3 主要仪器设备

转盘式吸烟机：RM20H型，德国Borgwaldt公司；

气相色谱仪：7890A型，美国Agilent公司；

气相色谱质/谱联用仪：7890A/5975C型，美国Agilent公司；

高效液相色谱仪：1200型，美国Agilent公司；

连续流动分析仪：SAN++型，荷兰Skalar公司；

离子色谱仪：ICS-5000型，美国Dionex公司；

液相色谱/三重四极杆质谱联用仪：1260/6460型，美国Agilent公司；

旋转蒸发仪：R-215型，瑞士Büchi 公司；

回旋式振荡器：HY-5A型，金坛市旭生仪器厂；

超声波发生器：KQ-500DE型，昆山市超声仪器有限公司；

超纯水系统：Milli-Q Reference型，美国Millipore公司；

电子天平：T201型，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 方法

参照GB/T 16447—2004的方法平衡卷烟样品。ISO模式下，根据GB/T 19609—2004对34个细支卷烟和85个常规卷烟样品进行抽吸，采集样品抽吸口数，并用吸烟机标配的逐口捕集单元(剑桥滤片)捕集卷制的细支和常规卷烟主流烟气粒相物中焦油、烟碱，以及NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛6种目标成分，采用递减法逐口捕集主流烟气中CO、HCN和NH3，其中使用剑桥滤片和吸收瓶捕集气、粒相物中HCN和NH3。主流烟气中目标物的处理手段及分析方法见表2。

表2 卷烟主流烟气中9种主要成分逐口释放量测试方法

1.3 数据处理

所有样品平行测定两次。采用SPSS 19.0软件对不同圆周卷烟抽吸口数对比、成分逐口释放量数据描述统计，以及成分逐口释放量与抽吸口数的相关性进行系统分析；采用Microsoft Excel软件对成分逐口释放特征进行比较。

2 结果与讨论

2.1 不同圆周卷烟抽吸口数对比

由图1可知，细支卷烟和常规卷烟样品平均抽吸口数分别为5.49，6.72，细支卷烟抽吸口数约为常规卷烟的82%，t检验结果显示P=0.000(双侧)<0.05，说明细支卷烟与常规卷烟抽吸口数量存在极显著差异，可能是细支卷烟圆周较常规卷烟大幅降低，圆周与烟柱截面积比值增大，抽吸期间更大比例的烟草与外部空气接触，导致抽吸和阴燃期间烟柱长度的消耗速率(直线燃烧速率)上升。后续可规定细支卷烟和常规卷烟的抽吸口数分别为5，6口。

图1 ISO抽吸模式下的抽吸口数分布直方图

2.2 主要成分逐口释放量数据描述统计

由表3可知，不同卷烟样品主流烟气中9种目标成分的逐口释放量变化较大，细支卷烟主流烟气中各目标成分的释放量均值均小于常规卷烟，其释放量中位数、最小值、最大值及逐口释放量总和也均小于常规卷烟，与Siu等[4，17]的结论相符。经估算，以样品卷烟的烟丝质量/抽吸口数，得出细支卷烟单口烟气中配方烟丝的平均燃烧消耗值约为常规卷烟的66%，间接佐证了Perfetti等[18]指出的有关随着烟支圆周的下降，抽吸和阴燃期间烟柱长度的消耗速率(直线燃烧速率)上升，而烟柱质量的消耗速率(质量燃烧速率)下降的结果。相比于常规卷烟，抽吸期间配方烟丝燃烧消耗值的降低，使得细支卷烟逐口烟气中的焦油、烟碱、CO等主要有害成分释放量也随之下降。

表3 逐口烟气中9种主要成分描述统计结果†

细支卷烟中焦油、烟碱、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37种成分的极差、均值、标准误差、方差均小于常规卷烟。综合离散指标结果，说明焦油、烟碱、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37种成分在细支卷烟逐口烟气之间的释放量波动较常规卷烟更为稳定，而CO和巴豆醛的则相反，主要原因可能源于不同圆周卷烟之间主流烟气中气、粒两相的物质递送存在差异。研究[19]表明，焦油、烟碱、NNK、B[a]P、苯酚以及HCN、NH3等成分均全部或大部分分布于主流烟气粒相中，而CO和巴豆醛则分布于气相中，加之细支卷烟吸阻及其波动性较常规卷烟大，对逐口烟气递送中气相物质的影响可能甚于粒相物质，进而使得CO和巴豆醛在细支卷烟烟气逐口释放波动较常规卷烟大，而其他7种成分则相反。

此外，常规卷烟的CO和细支卷烟的巴豆醛分别存在众数，仅说明该样品烟气中此成分逐口释放量一定程度上较其他成分变化小，关于细支与常规卷烟在该统计指标之间的差异有待进一步研究。

2.3 主要成分逐口释放特征比较

由图2可知，随着抽吸口数的增加，除个别数据(细支卷烟中第5口苯酚释放量)外，细支卷烟和常规卷烟主流烟气中的焦油、烟碱、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH38种成分大体呈逐步增加的趋势，而巴豆醛第1口的释放量大于第2口，与文献[20]的结论较为一致，而与文献[21]中有关巴豆醛第1口释放量的结论不一致，可能与卷烟燃吸所采用的点燃方式不同有关。除少部分口数释放量(巴豆醛和HCN的第4口、第5口，以及NH3的第5口)外，细支卷烟的其余绝大部分逐口释放量均小于常规卷烟，各成分逐口释放量总和均小于常规卷烟，说明相比于常规卷烟，细支卷烟烟气中有害成分的释放量有不少幅度降低。

图2 逐口烟气中9种主要成分的逐口释放量及总释放量

2.4 主要成分逐口释放量与抽吸口数的相关性

由表4可知，细支卷烟中9种主要成分逐口释放量与抽吸口数相关性系数为0.608～0.986，表明整体上细支卷烟烟气中9种主要成分的单口烟气释放量随抽吸口数递增而增加，其中焦油、B[a]P呈极显著正相关，烟碱、CO、NNK、HCN和NH3呈显著正相关，苯酚和巴豆醛的正相关性一般。常规卷烟的相关性系数除巴豆醛为0.009 外，其他的为0.867～0.992，其中焦油、烟碱、CO、NNK、B[a]P 和NH3呈极显著正相关，苯酚和HCN呈显著正相关，巴豆醛的正相关性较小。相比于细支卷烟，常规卷烟烟气中9种主要成分的单口烟气释放量随抽吸口数递增而增加的趋势整体上更显著。

表4 主要成分逐口释放量与抽吸口数的相关性†

不同圆周卷烟焦油逐口释放量与抽吸口数存在极显著正相关。由偏相关统计可知，相比于无控制焦油情况下，细支卷烟中烟碱、CO、NNK、苯酚的相关性均发生了正负反转，B[a]P的相关性稍有降低，巴豆醛的变化较小， HCN和NH3的变化为极显著正相关。常规卷烟中仅烟碱和苯酚的相关性发生了正负反转，巴豆醛的相关性有所增加，其余各指标则略有不同程度的降低。综上，焦油对细支卷烟中主要成分逐口释放量与抽吸口数之间相关性的影响更甚于常规卷烟。

3 结论

以同一烤烟型配方烟丝的细支卷烟和常规卷烟为对象，量化分析逐口烟气中焦油、烟碱、CO、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛、HCN和NH39种主要成分的释放量，并从不同圆周卷烟抽吸口数、逐口数据描述统计、逐口释放量特征，以及逐口释放量与抽吸口数之间的相关性等角度考察了细支卷烟与常规卷烟之间的差异。结果表明：① 细支卷烟和常规卷烟的平均抽吸口数存在极显著差异，分别为5.49，6.72口，各成分在细支卷烟中的逐口释放量及其总量均低于常规卷烟；② 细支卷烟中焦油、烟碱、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分的波动小于常规卷烟，而CO和巴豆醛的则相反；③ 随着抽吸口数的增大，细支卷烟和常规卷烟中的焦油、烟碱、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分大体呈逐步增加的趋势，唯独巴豆醛的第1口释放量大于第2口；④ 常规卷烟烟气中9种主要成分的单口烟气释放量随抽吸口数递增而增加的趋势整体上更显著于细支卷烟，而在控制焦油情况下，细支卷烟各成分逐口释放量与抽吸口数相关性发生变化的程度更甚于常规卷烟。