不同圆周、不同滤嘴通风率卷烟主流烟气酸性成分的逐口释放

邓其馨，林 艳，黄延俊，谢 卫，刘泽春*，刘惠民，谢剑平

1.福建中烟工业有限责任公司技术中心，福建省厦门市滨水路298号 361021

2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

近年来，中细支卷烟销量快速增长，成为烟草工业企业和消费者关注的热点［1-2］。为降低烟支吸阻，中细支卷烟普遍采用滤嘴通风技术，这也造成了卷烟感官质量和化学成分释放量的改变。楚文娟等［3］考察了滤嘴参数对细支烟主流烟气pH和感官质量的影响；此外，楚文娟等［4］还考察了滤嘴参数对细支烟主流烟气中代表性香味成分释放量的影响。这些结果表明不同圆周、不同滤嘴通风率卷烟的感官质量和烟气化学成分释放存在较大差异，也可能会对逐口烟气释放造成影响。

卷烟烟气的逐口释放研究主要关注逐口释放量均值、变化趋势及逐口波动情况，可为烟用材料参数优化及烟用添加剂合理使用提供参考［5］。关于不同滤嘴通风度下常规和细支卷烟主流烟气常规成分及有害成分的逐口释放研究已有报道［6］。廖惠云等［7］考察了细支与常规卷烟主流烟气5 种生物碱逐口释放的差异。李超等［8］考察了卷烟纸透气度和滤棒吸阻对常规卷烟烟气焦油、烟碱和苯酚逐口释放的影响。庞永强等［9］分析了不同焦油卷烟主流烟气乙醛和苯等7 种有害成分的逐口释放情况。近年来，香味成分的逐口释放也成为关注的焦点。黄延俊等［10］考察了不同圆周、不同滤嘴通风卷烟主流烟气中树苔特征成分的逐口释放。张艇等［11］研究了常规卷烟烟气12 种外加醛酮类香料的逐口转移规律。刘嘉莉等［12］采用SPME-GC/MS 法考察了常规卷烟主流烟气吡啶、糠醛、柠檬烯和大马酮等8 种香味成分的逐口释放规律。余晶晶等［13］考察了卷烟纸和接装纸透气度对常规卷烟烟气28 种中性和碱性香味成分逐口释放的影响。杨松等［14］比较了细支和常规卷烟主流烟气常规成分和5 种烤甜香味成分逐口释放量的差异。此外，卷烟主流烟气酸性成分是中式卷烟烟气的一类重要的香味成分［15-18］，不仅与烟气pH 有关，还与烟气吃味、刺激性、醇和度、舒适性和香味品质有关［19-21］。然而，目前关于卷烟圆周和滤嘴通风对酸性成分逐口释放规律的研究尚鲜见报道。因此，考察不同圆周和滤嘴通风率对酸性成分逐口释放的影响，旨在为不同圆周和通风率卷烟产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

采用固定烟丝制备不同圆周卷烟样品，样品信息见表1。采用在线激光打孔制备25%和50%滤嘴通风率卷烟样品。44 mm 剑桥滤片（德国Borgwaldt K C 公司）。

表1 卷烟样品信息Tab.1 Cigarette sample information

异丙醇、二氯甲烷（色谱纯），乙酸苯乙酯（AR），N,O-双（三甲基硅基）三氟乙酰胺（BSTFA，AR），酸性成分标样：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、乳酸、己酸、2-呋喃甲酸、庚酸、苯甲酸、辛酸、壬酸、癸酸、棕榈酸、亚油酸、油酸、亚麻酸、硬脂酸和反-2-己烯酸（内标）（色谱纯，北京百灵威科技有限公司）。

7890/5975 气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent 公 司）；RM20H 转 盘型吸烟机（德 国Borgwaldt K C 公司）；AG104 型电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷烟烟气常规成分的逐口测定

将卷烟样品置于温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%下平衡48 h，然后按照质量为平均值±0.02 g、滤嘴通风率为设计值±2%的标准对样品进行分选。用剑桥滤片逐口捕集20 支卷烟的主流烟气总粒相物，参照GB/T 19609—2004［22］和GB/T 23355—2009［23］的方法测定烟气焦油和烟碱的释放量。

1.2.2 卷烟烟气主要酸性成分的逐口测定

用剑桥滤片逐口捕集20 支卷烟的主流烟气总粒相物，采用文献［17］中的方法进行卷烟烟气中主要酸性成分逐口分析。

2 结果与讨论

2.1 卷烟主流烟气主要酸性成分、焦油和烟碱的逐口释放

考察了17、20 和24 mm 圆周卷烟在不同滤嘴通风率下的22 种酸性成分、焦油和烟碱的逐口释放量，其中17 mm 圆周卷烟的分析结果见表2。结果表明，在相同烟支圆周下，随滤嘴通风率增加，所有酸性成分、焦油和烟碱的逐口释放量均值均逐渐降低。17、20 和24 mm 圆周卷烟不同滤嘴通风率下酸性成分释放总量的逐口均值分别在80～117、81～124 和54～117 μg/支之间。庚酸和辛酸第一口释放量较高，在滤嘴不通风时表现得特别明显，这可能是由于这两种酸性成分较容易直接迁移进入主流烟气。常规卷烟烟气丁酸释放量较低。3 个滤嘴通风度下17 mm 圆周卷烟酸性成分逐口释放量的相对标准偏差（RSD）＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸和2-呋喃甲酸。3 个滤嘴通风率下20 mm 圆周卷烟酸性成分逐口释放量的RSD＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、3-甲基戊酸、乳酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸及酸性成分总量。3 个滤嘴通风率下24 mm 卷烟酸性成分逐口释放量的RSD＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸、棕榈酸、亚麻酸及酸性成分总量。

表2 17 mm 圆周卷烟在不同滤嘴通风率下烟气酸性成分及常规成分的逐口释放量①Tab.2 Puff-by-puff releases of acidic and conventional components in mainstream smoke of cigarette with a circumference of 17 mm at different filter ventilation rates （μg·支－1）

表2（续）

2.2 相同滤嘴通风率不同圆周卷烟主流烟气酸性和常规成分的逐口释放量

相同滤嘴通风率不同圆周卷烟逐口释放量差异度较大的酸性和常规成分见表3～表5。采用双侧t 检验分别分析两组逐口酸性成分释放量的差异度，将P≤0.05 的成分列入表中，并列出了两组数据的均值比（FC）。结果表明，不通风卷烟烟支圆周对酸性和常规成分逐口释放量的影响较小，如不通风卷烟17 和24 mm 圆周相比，仅有丁酸、烟碱、辛酸和丙酸4 种成分的逐口释放量存在差异，而当滤嘴通风为25%时，有丁酸、乙酸、烟碱和硬脂酸等7 种成分及酸性成分总量的逐口释放量存在差异。24 mm 圆周卷烟与17 和20 mm 圆周卷烟烟气逐口释放量的差异较大，而17 与20 mm 圆周的卷烟逐口释放量差异较小，如当滤嘴通风率为50%时，24 mm 圆周与17 和20 mm 圆周卷烟逐口释放量差异较大的成分分别为11 种和12 种，而17 与20 mm 圆周卷烟逐口释放量差异较大的成分仅有庚酸1 种。卷烟圆周减小，在相同滤嘴通风率下酸性成分的逐口释放量均值大多增加，而烟碱则降低，如滤嘴通风率为25%时，17 和24 mm 圆周卷烟烟气的上述成分逐口释放量相比，丁酸、丙酸、乙酸、甲酸、硬脂酸和4-甲基戊酸6 种酸性成分的逐口释放量均值增加（FC＞1），而烟碱的逐口释放量均值降低（FC=0.44）。关于烟碱的结论也与之前的报道［7,14］类似。说明在相同滤嘴通风率下中细支卷烟可能需要增加烟碱的释放量，减少乙酸和甲酸等酸性成分的释放量，如采用在烟用添加剂中增加烟碱的比例，减少酸性成分的用量。

表3 相同滤嘴通风率下17 和24 mm 圆周卷烟烟气逐口释放量差异较大的酸性成分①②Tab.3 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 17/24 mm at the same filter ventilation rate

表4 相同滤嘴通风率下20 和24 mm 圆周卷烟烟气逐口释放量差异较大的酸性成分①Tab.4 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 20/24 mm at the same filter ventilation rate

表5 相同滤嘴通风率下17 和20 mm 圆周卷烟烟气逐口释放量差异较大的酸性成分①Tab.5 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 17/20 mm at the same filter ventilation

2.3 相同烟支圆周下滤嘴通风率对单位焦油酸性成分逐口释放量均值的影响

图1 为相同烟支圆周下滤嘴通风率对烟气单位焦油酸性成分逐口释放量均值的影响。结果表明，24 mm 圆周卷烟烟气甲酸、乙酸和丙酸的单位焦油逐口释放量均值随滤嘴通风率增加逐渐降低，其余18 种酸性成分以及22 种酸性成分总量单位焦油逐口释放量均值随滤嘴通风率增加逐渐增大。17 和20 mm 圆周卷烟烟气单位焦油酸性成分逐口释放量略有差异，如17 mm 圆周卷烟烟气单位焦油丙酸在滤嘴通风率为25%时最大。说明滤嘴通风率会导致单位焦油棕榈酸、亚油酸、油酸、亚麻酸和硬脂酸等高级脂肪酸的逐口释放量均值增加，但是仅导致24 mm 圆周卷烟烟气单位焦油甲酸、乙酸等小分子有机酸的逐口释放量均值明显降低，17 和20 mm 圆周卷烟烟气单位焦油小分子有机酸的逐口释放量均值变化不明显。这可能与圆周减小后烟丝的燃烧特性和裂解温度变化有关。

图1 不同烟支圆周、滤嘴通风率对单位焦油酸性成分逐口释放量均值的影响Fig.1 Effects of different cigarette circumferences and filter ventilation rates on the mean values of puff-by-puff releases per unit tar of acidic components

2.4 单位焦油酸性成分逐口释放量变化趋势

采用Pearson 简单相关分析法分析单位焦油酸性成分逐口释放量与抽吸口数序号的相关性，考察3 个圆周和3 种滤嘴通风率下单位焦油酸性成分逐口释放量的变化趋势（图2）。结果表明，对于24 mm 圆周卷烟，3 个滤嘴通风率下烟气单位焦油甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸和2-呋喃甲酸逐口释放量与抽吸口数序号的相关系数（r）＞0，表明单位焦油该成分随抽吸口数序号的增大而增加；单位焦油4-甲基戊酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸和硬脂酸与抽吸口数序号的r＜0，表明单位焦油该成分的逐口释放量逐渐降低。

图2 不同烟支圆周和滤嘴通风率下单位焦油酸性成分逐口释放量变化趋势Tab.2 Variations in puff-by-puff releases per unit tar of acidic components at different cigarette circumferences and filter ventilation rates

20 与24 mm 圆周卷烟烟气单位焦油酸性成分逐口释放量变化趋势差别不大。3 个滤嘴通风率下，17 与24 mm 圆周卷烟相比r＜0 的成分增加了戊酸、3-甲基戊酸、己酸和油酸4 种。

2.5 单位焦油酸性成分逐口释放量波动情况

图3 为不同烟支圆周及滤嘴通风率下烟气单位焦油酸性成分逐口释放量的相对标准偏差（RSD）。可以看出，对于24 mm 圆周不通风卷烟单位焦油酸性成分逐口释放的RSD＞30%的成分有庚酸和辛酸，说明单位焦油两种酸性成分逐口释放量的波动较大，这是由于这两种酸性成分第一口的释放量明显大于其他口数。随滤嘴通风率增加，丙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、3-甲基戊酸的RSD 增大；而甲酸、乙酸、戊酸、己酸和酸性成分总量的RSD 降低，即滤嘴通风有利于单位焦油这些成分的稳定释放。

图3 不同烟支圆周和滤嘴通风率下单位焦油酸性成分逐口释放量的相对标准偏差Tab.3 Relative standard deviations of puff-by-puff releases per unit tar of acidic components at different cigarette circumferences and filter ventilation rates

对于20 mm 圆周不通风卷烟，也是单位焦油庚酸和辛酸逐口释放量的RSD＞30%。但是随滤嘴通风率增加，单位焦油甲酸、乙酸和丙酸等小分子有机酸的RSD 降低，单位焦油壬酸、癸酸、棕榈酸和硬脂酸等高级脂肪酸的RSD 增加，结合这些成分的相关系数（r＜0）（除滤嘴不通风时棕榈酸外）（图2），表明单位焦油该成分的逐口释放量呈明显降低趋势（图4），即当20 mm 圆周卷烟的滤嘴通风率较大时，虽然单位焦油棕榈酸和硬脂酸的逐口释放量均值增加，但其逐口释放量降幅明显。也说明当20 mm 圆周卷烟的滤嘴通风率低时，虽然单位焦油高级脂肪酸释放量较低（如图4a 所示，滤嘴不通风时单位焦油壬酸释放量均值为0.21 μg/mg，50%滤嘴通风时单位焦油壬酸释放量均值为0.43 μg/mg），但逐口释放更稳定（如图4a 所示，滤嘴不通风时单位焦油壬酸释放量第1口与第6口的差值为0.05 μg/mg，50%滤嘴通风时单位焦油壬酸释放量第1 口与第7口差值为0.14 μg/mg），因此滤嘴通风率需要综合考虑。

图4 20 mm 圆周卷烟不同滤嘴通风率下部分酸性成分的单位焦油逐口释放量Tab.4 Puff-by-puff releases per unit tar of some acidic components in smoke of cigarettes with a circumference of 20 mm at different filter ventilation rates

对于17 mm 圆周卷烟单位焦油壬酸、癸酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸等酸性成分在滤嘴通风率为25%时RSD 较大。结合这些成分在通风率为25%时的相关系数（r＜0）（图2），表明单位焦油该成分在滤嘴通风率为25%时的逐口释放量呈明显降低的趋势（图5）。

图5 17 mm 圆周卷烟不同滤嘴通风率下部分酸性成分的单位焦油逐口释放量Tab.5 Puff-by-puff releases per unit tar of some acidic components in smoke of cigarettes with a circumference of 17 mm at different filter ventilation rates

3 结论

①20 和17 mm 圆周中细支卷烟酸性成分及常规化学成分的逐口释放与24 mm 圆周常规卷烟存在明显差异，而中支与细支卷烟的差异性较小。②相同滤嘴通风率下中细支卷烟丁酸、辛酸和硬脂酸等酸性成分的逐口释放量均值较高，烟碱的逐口释放量均值较低。③不通风卷烟烟支圆周对上述成分逐口释放量的影响较小，随滤嘴通风率增加，常规卷烟与中细支卷烟在相同滤嘴通风率下主流烟气上述成分的逐口释放量差异性增加。④庚酸和辛酸的第一口释放量较高，对于不通风卷烟表现得更为明显。⑤对于中细支卷烟，随滤嘴通风率增加，单位焦油甲酸和乙酸等小分子有机酸的逐口释放量均值降低，逐口释放量的波动性减小；单位焦油棕榈酸和硬脂酸等高级脂肪酸的逐口释放量均值增加，但逐口释放量降幅明显。