中美部分品牌烟草制品TSNA及其前体物的含量和关系

周炎，史宏志，季辉华，周骏，张杰，白若石，杨惠娟*

中美部分品牌烟草制品TSNA及其前体物的含量和关系

周炎1,2，史宏志1，季辉华2，周骏3，张杰3，白若石3，杨惠娟1*

1河南农业大学烟草学院/烟草农业减害研究中心，郑州市金水区文化路95号 450002；2美国肯塔基大学肯塔基烟草研究与发展中心，美国肯塔基州列克星敦学院路1401号 40503；3上海烟草集团北京卷烟厂，北京市通州区万盛南街99号 100024

【】初步了解中美市售部分烟草制品TSNA及其前体物的含量及关系，为雪茄安全性研究提供参考。收集了中美市售卷烟及雪茄共37款烟草制品，对其TSNA以及其前体物含量进行测定，并进行相关分析。（1）烟碱转化率美国雪茄最高，平均5.50%，中式卷烟样本烟碱转化率最低，平均为2.83%，且与美国雪茄样本存在显著差异。（2）硝酸盐含量美国雪茄最高，平均为11.69 mg/g，中国卷烟最低，平均仅为0.75 mg/g，美国卷烟硝酸盐含量约为中国卷烟的7.7倍。（3）TSNA含量：雪茄＞卷烟，中、美雪茄总TSNA平均值分别为20.62、19.86 μg/g，中国卷烟含量最低，平均仅为0.25 μg/g，美国卷烟含量约为中国的18倍。（4）烟碱转化率与硝酸盐含量呈极显著正相关。硝酸盐含量与NNK含量呈显著正相关，与其他TSNA含量呈极显著正相关。亚硝酸盐含量与NAB、NNK和总TSNA含量的相关性极显著。新烟草碱含量与所有TSNA含量均呈极显著负相关。硝酸盐含量、亚硝酸盐含量及烟碱转化率与TSNA含量相关性较强，雪茄类烟草制品安全性仍有待提高。

卷烟；雪茄；烟草制品；TSNA；硝酸盐；烟碱；烟碱转化率

随着全球经济的发展，雪茄等相对高端的烟草制品逐渐走进大众视野。中国和美国是全球最大的两个经济体，其烟草市场规模相当可观。中国烟草市场目前发展平稳，依旧由卷烟主导，同时雪茄的市场份额也在逐年扩大[1]。而美国的烟草市场却略有不同，有研究显示，2000—2015年美国的雪茄销量增长了85.2%，卷烟销量则下降了38.7%[2]。烟草制品所引发的健康问题是阻碍世界烟草市场发展的最大原因。

烟草特有亚硝胺（TSNA）是一类影响烟草制品安全性的有害物质。目前已发现8种TSNA，其中4种较为重要，分别是N-亚硝基降烟碱（NNN），N-亚硝基新烟碱（NAT），N-亚硝基假木贼碱（NAB）和4-（N-甲基-亚硝胺）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）。NNN和NNK具有强致癌性[3-4]。NNN在动物试验中已被证实会诱发肿瘤，尤其是脑癌、鼻咽癌和口腔 癌[5]。因此，如何降低烟草中以TSNA为主的有害成分含量一直以来都是世界烟草研究的主要课题。

TSNA通常是在调制过程中产生的，研究发现，新采收的鲜烟叶中TSNA含量极低，而在调制陈化后，通过微生物作用烟草中的TSNA含量显著升高。所以调制过程对烟叶TSNA含量的影响巨大。同时，品种特性也是决定烟碱、TSNA含量的重要因素。李宗平等[6]将不同品种不同烟碱转化特性的烟草分别按照烤制、晒制和晾制的方法处理，结果表明，品种间以及不同调制方法间的TSNA含量差异均达到显著或极显著水平。

生物碱和亚硝酸盐是TSNA的两种前体物，烟草生物碱中，烟碱的比例约占90%以上，直接影响着烟草制品的生理强度。同样的，烟碱也被发现对健康有着一定影响[7]。部分烟草品种存在较严重的烟碱向降烟碱转化的情况，烟碱转化率高的植株更易在调制及陈化过程中产生较多的TSNA[8-10]。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验所用样品均于2019年购自中美两国市场，在可获得范围内选取知名度较高且较有代表性的卷烟及雪茄产品。所购买烟草制品如表1所示，所有购得中式卷烟为烤烟型，美国卷烟除NP未知外均为混合型。对于卷烟样品取出5支烟支，取出烟丝混合并研磨，过20目筛，此为一个重复。对于雪茄样品，整支（茄芯茄衣茄套）一同研磨，并过20目筛，此为一个重复，所有待测样置于-20℃冰箱保存。所有试验样品设置三个重复。

表1 供试烟草制品名称

Tab.1 List of tested tobacco products

1.2 成分测定方法

1.2.1 生物碱和TSNA的测定

生物碱和TSNA测定由美国肯塔基大学烟草研究发展中心KTRDC分析化学实验室完成[14]。

生物碱依照修改的CORESTA推荐方法进行测定（CORESTA Recommended Method No. 62, 2020）。精确称取0.1 g样品置于塑料瓶中，加入0.5 mL 40% NaOH溶液，浸润样品并静止15 min。再加入5 mL含有喹啉（0.4 mg/mL）作为内标的甲基叔丁基醚，摇床250 rpm萃取2.5 h，并静止1 h，取上清液过滤并准备进样。使用气相色谱-火焰电离检测器（GC / FID）进行检测。

TSNA测定方法为修改的CORESTA推荐方法（CORESTA Recommended Method No. 72, 2017）。准确称取0.5 g样品置于玻璃瓶中，加入10 mL TSNA萃取液（100 mM 乙酸铵）和100 μL 2000 ng/mL内标（NNN-d4, NAT-d4, NAB-d4, NNK-d4），震荡萃取1 h，用0.22 μm滤嘴过滤后用UPLC-MS/MS系统检测。

烟碱转化率表示烟碱向降烟碱转化的能力强弱，计算方式为：烟碱转化率（PNC）= [降烟碱含量/（烟碱含量+降烟碱含量）]×100%。

1.2.2 硝酸盐与亚硝酸盐测定

硝酸盐与亚硝酸盐的测定在肯塔基大学KTRDC分析化学实验室完成，参考CORESTA共同试验报告TTPA-114-CTR中的离子色谱法（Ion Chromatography）测定烟草样品中的硝酸盐和亚硝酸盐含量。

巡礼2013年，云南省克服连续5年干旱，调整宏观水利政策，强化工作措施，健全工作机制，落实目标责任，加大监督检查，加快实施兴水强滇战略，全省水利改革发展工作势头强劲、成效显著，为全省经济社会发展提供了有力的水利支撑和保障。

1.3 数据处理

用Excel对原始数据进行标准化处理并作图，用SPSS对数据进行Kruskal-Wallis正态分布检验，Duncan’s方差分析及Pearson相关分析。

2 结果与分析

2.1 中美不同品牌烟草制品TSNA及其前体物测定结果

2.1.1 生物碱、硝酸盐、亚硝酸盐测定结果

生物碱测定结果（表2）表明，在所选取的37个样品中，总生物碱含量范围为0.56～2.64（表中数据未显示），其中美国雪茄样本总生物碱含量最低，且与其他烟草产品类型都存在显著差异，其他烟草产品类型之间差异不显著。卷烟总生物碱含量略高于雪茄样本，中式卷烟样本平均总生物碱含量最高。在所有样品总生物碱中，烟碱占比最高，在全部样本中平均占比高达91.97%。

4组样本中降烟碱含量较低，且差异不显著，但烟碱转化率存在显著差异。美国雪茄样本的烟碱转化率最大，平均5.50%，而中式卷烟样本烟碱转化率最小，平均为2.83%，且与中国、美国雪茄样本均存在显著差异。

中、美雪茄样本的总生物碱变异系数最大，分别为30.19%、30.04%；中、美卷烟总生物碱变异系数分别为4.41%、10.62%，说明雪茄样本间总生物碱含量差异大于卷烟样本。

所有样本亚硝酸盐含量处于较低水平，平均为13.02 μg/g，但变异系数高达101.54 %，不同类型样品间差异较大。亚硝酸盐含量最高的是美国雪茄，平均高达22.55 μg/g，且与其余产品类型间存在显著差异；其次是中国雪茄，平均9.91 μg/g；亚硝酸盐含量最低的为中国卷烟，平均仅为6.66 μg/g，略低于美国卷烟。

硝酸盐含量整体相对较高，其中美国雪茄最高，高达11.69 mg/g；其次是中国雪茄，平均含量为8.87 mg/g；美国卷烟平均含量为5.74 mg/g，与美国雪茄样本平均硝酸盐含量差异显著。硝酸盐含量最低的为中国卷烟，平均仅为0.75 mg/g，与其他类型烟草样本存在显著差异。美国卷烟硝酸盐含量约为中国卷烟的7.7倍。

表2 中美部分品牌烟草制品生物碱、硝酸盐、亚硝酸盐含量

Tab.2 Alkaloid, nitrate and nitrite contents of some Chinese and American tobacco products

续表2

类型编号生物碱/%烟碱转化率/%占总生物碱百分比/%NO3-N/（mg/g）NO2-N/（μg/g） 烟碱降烟碱新烟草碱假木贼碱总生物碱烟碱降烟碱新烟草碱假木贼碱 中国雪茄（13）平均值1.65a0.08a0.01c0.05a1.79a4.74ab91.844.580.563.028.87ab9.91 b 标准差0.50.0400.030.541.941.721.890.150.964.892.71 变异系数/%30.6845.3833.7147.2730.1940.921.8741.2325.9231.855.1627.36 美国雪茄（12）平均值1.22b0.07a0.01d0.03b1.33b5.5 a91.985.340.452.2311.69a22.55a 标准差0.360.0300.010.41.511.781.450.110.513.9119.4 变异系数/%29.842.5553.4641.3730.0427.441.9427.1925.4423.0733.4186.02 Total（37）平均值1.560.070.010.061.704.4791.974.320.523.207.9413.02 标准差0.450.030.000.030.481.741.471.710.121.135.4713.22 变异系数/%28.6941.0738.8552.0928.4938.991.6039.5623.2535.2468.89101.54

2.1.2 TSNA测定结果

分析测定结果可知，37个样品中，总TSNA最大值为78.78 μg/g，最小值为0.2 μg/g（表中数据未显示），4类烟草制品总TSNA含量整体趋势为：中、美雪茄＞美国卷烟＞中国卷烟，中、美雪茄与中国卷烟总TSNA含量存在显著差异。总TSNA含量平均值最大的为中国雪茄样本，达到了20.62 μg/g；其次为美国雪茄样本，平均值为19.86 μg/g；总TSNA平均值最小的为中国卷烟样本，仅为0.25 μg/g，而美国卷烟样本总TSNA平均值约为中国卷烟样本的18倍。

所选取样品中，中国卷烟的总TSNA含量变异系数最小，为24.33%，中、美雪茄TSNA含量变异系数分别均高达101.89%、99.9%，说明不同雪茄样本间TSNA含量差异明显，远大于卷烟样本间差异。

从TSNA组分来看，中、美卷烟样本中，NAT在总TSNA中占有最大比例，平均分别为47.02%和40.94%，且中国卷烟与中国雪茄NAT含量之间差异显著；NNN为第二主要成分，分别为32.35%、37.84%。而中、美雪茄样本总TSNA中，NNN占比最高，分别为53.87%、59.05%。

表3 中美部分烟草品牌TSNA含量

Tab.3 TSNA content of some Chinese and American tobacco products

2.2 中美烟草制品TSNA与其前体物的相关分析

运用SPSS对每一个变量的所有值进行Kruskal-Wallis检验，结果表明所有样本符合正态分布。对全部37个样本的TSNA、生物碱和硝酸盐检测数据进行Pearson相关分析，相关系数如表4。可以看出，除NNK外，降烟碱与其余3种TSNA以及总TSNA均呈正相关关系；烟碱转化率与所有TSNA均呈正相关关系，与硝酸盐呈极显著正相关。硝酸盐与NNK呈显著正相关，与其他TSNA呈极显著正相关。亚硝酸盐与TSNA形成存在正相关关系，特别是与NAB、NNK和总TSNA的相关性极显著。新烟草碱与所有TSNA均呈极显著负相关。此外，硝酸盐和亚硝酸盐与烟碱、新烟草碱和总生物碱呈极显著负相关关系。

表4 37个样本TSNA和生物碱、硝酸盐的相关系数

Tab.4 Correlation coefficient between TSNA content and contents of alkaloid and nitrate in 37 samples

注：*表示在0.05水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。下同。

Note: * indicates a significant correlation at the 0.05 level, ** indicates a significant correlation at the 0.01 level.Same below.

由于37个烟草制品类型间差异较大，我们进一步对不同类型的烟草制品进行分组相关分析（表5）。中、美卷烟在TSNA与生物碱的相关关系上存在较大差异。中国卷烟中所有生物碱都与TSNA呈正相关关系，其中假木贼碱与NNK呈极显著正相关；烟碱转化率与NNN、NAT和总TSNA均呈负相关，但相关性不显著。硝酸盐与TSNA呈正相关，亚硝酸盐整体上与TSNA呈负相关关系。而美国卷烟生物碱中，除降烟碱外，几乎所有生物碱都与TSNA呈负相关关系。

表5 不同类型烟草制品TSNA和生物碱、硝酸盐的相关系数

Tab.5 Correlation coefficient between TSNA content and the contents of alkaloid and nitrate content in tobacco products

续表5

烟碱降烟碱假木贼碱新烟草碱总生物碱转化率NO3-NNO2-N 中国雪茄（13）NNN0.1650.364-0.132-0.5390.1520.1810.1030.564* NAT0.0230.214-0.244-0.558*0.0090.1400.0540.634* NAB-0.0730.122-0.283-0.632*-0.0920.1370.2410.620* NNK-0.0130.124-0.140-0.589*-0.0330.1560.1640.405 TSNAs0.1130.314-0.172-0.580*0.0990.1770.1060.596* 美国雪茄（12）NNN0.205-0.0390.223-0.1730.180-0.264-0.3780.320 NAT0.123-0.1810.154-0.2600.091-0.380-0.2970.357 NAB0.039-0.2150.062-0.3720.007-0.362-0.3480.428 NNK-0.165-0.3850.119-0.385-0.192-0.5040.2650.831** TSNAs0.085-0.1960.196-0.2920.054-0.406-0.1950.543

相应的，美国卷烟的烟碱转化率与除NNK外的所有TSNA均呈正相关关系，其中与NNN为极显著正相关（图1）。硝酸与亚硝酸均与TSNA含量呈正相关关系。中国雪茄TSNA除NNN外，整体上与新烟草碱呈显著负相关；TSNA中除NNK外均与硝酸盐含量呈显著正相关；烟碱转化率以及硝酸盐含量与TSNA总体上呈正相关关系。而美国雪茄中，烟碱转化率及硝酸盐与TSNA整体呈负相关关系，相关性不显著，亚硝酸盐与NNK呈现出极显著的相关性。

图1 美国卷烟烟碱转化率与NNN含量的相关关系

Fig.1 Correlation between PNC and NNN content in American cigarettes

2.3 产品类型与产品国别间的效应检验

运用SPSS对不同成分数据分别进行方差的单变量分析，检验不同产品类型以及国别间的烟草关键成分是否存在显著差异，以及产品类型与国别之间是否存在互作，显著性结果（值）如表6。不同类型（雪茄/卷烟）的TSNA及其前体物有着显著或极显著差异（显著<0.05，极显著<0.01），不同国别的烟草产品之间TSNA及其前体物含量差异不显著，且类型与国别两因素间存在互作的可能性较小。因此，TSNA及其前体物含量与烟草产品的类型（雪茄/卷烟）有着较大关系。

表6 不同因素间效应检验显著性结果

Tab.6 P values of effect tests between different factors

3 讨论

中国主流卷烟的原料主要为烤烟，烤烟的烘烤调制方式决定了其较低的TSNA含量，而美国卷烟配方中有较大比例的白肋烟，白肋烟在晾制过程中生物碱和亚硝酸盐在微生物的作用下大量转化为TSNA，本次测定结果显示美国卷烟的总TSNA约为中国的18倍，而中、美雪茄样本平均TSNA分别约为中国卷烟的82.5倍和79.4倍；其中TSNA变异系数分别达到101.89%和99.9%，远大于中、美卷烟。这可能是由于所选样本的原料差异较大，不同品种的雪茄烟其烟碱转化能力以及制作工艺也有所不同，会对样本的TSNA含量产生较大影响。周迪等[15]对不同品种雪茄烟烟叶的TSNA及其前体物含量进行检测，结果表明不同品种间的生物碱含量、烟碱转化率以及TSNA的含量与组成均存在显著差异。

生物碱方面，美国雪茄显著低于其他烟草制品，其余烟草制品间无显著差异。烟碱转化率最高的为美国雪茄，最低的为中式卷烟，且二者间差异极显著，说明美国雪茄产品中可能存在较为严重的烟碱向降烟碱转化的现象，为TSNA的生成提供有利条件。除原料品种特性外，还可能与雪茄烟生产中的调制及发酵过程有关。雪茄烟生产过程中有多种发酵方法，每种方法对烟叶的风格和化学成分都会产生独特的影响[16]。李晶晶等[17]研究表明，不同温湿度发酵条件下，茄芯TSNA含量最高增幅达到294.96%，存在极显著差异。因此，对雪茄发酵条件的调控或许可在一定程度上降低烟草有害成分含量。

硝酸盐及亚硝酸盐含量基本符合以下规律：美国烟草制品＞中国烟草制品，雪茄＞卷烟，其中中国卷烟含量最低，美国雪茄含量最高。美国卷烟硝酸盐含量约为中国卷烟的7.7倍。已有研究提出可从选种、农艺措施、调制工艺等多个层面对烟草硝酸盐及亚硝酸盐含量进行调控[18-20]。

对37份烟草制品中的TSNA及其前体物进行相关分析，结果显示硝酸盐与大部分TSNA亚硝酸盐和烟碱转化率呈极显著正相关，亚硝酸盐与NAB、NNK和总TSNA呈极显著正相关。进一步将样品按类别进行相关分析，结果显示中国卷烟中假木贼碱与NNK为极显著正相关关系；美国卷烟中烟碱转化率与NNN呈显著正相关，与之前史宏志等[21-22]对烟草及其制品TSNA与前体物的研究结果一致。从本次样品的分析结果来看，市售烟草制品中TSNA含量与硝酸盐和亚硝酸盐关系较大，而烟草生物碱虽同为前体物，烟碱、降烟碱与TSNA的相关性却并不显著，这与之前的研究有所不同，可能是由于本次样本量不够大，同时烟草制品中通常由多种类型的烟叶甚至再造烟叶混合制成，也许会对结果造成一定影响。

4 结论

综上所述，无论是中国还是美国市场上的雪茄类产品TSNA含量普遍较高，雪茄减害将是亟待解决的问题之一，相信可以从品种、栽培措施以及加工环节对有害成分的含量加以调控，但其感官评价也许会相应降低。如何在生产中平衡烟草制品风味特色和安全性将是烟草企业面临的一大挑战。

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The correlation between TSNAs content and their precursors content in some tobacco products on Chinese and the United States’ markets

ZHOU Yan1,2, SHI Hongzhi1, JI Huihua2, ZHOU Jun3, ZHANG Jie3, BAI Ruoshi3, YANG Huijuan1*

1 Tobacco Harm Reduction Research Center, College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2 Kentucky Tobacco Research & Development Center, University of Kentucky, 1401 University Drive. Lexington, Kentucky, 40503, the United States;3 Shanghai Tobacco Group Beijing Cigarette Factory, Tongzhou District, Beijing 100024, China

A preliminary understanding of the relationship of TSNAs content and their precursors content in some tobacco products sold in China and the United States will provide references for cigar safety research.A total of 37 tobacco products, including cigarettes and cigars on the market in China and the United States were collected, and the contents of TSNAs and their precursors were determined and analyzed.(1) The nicotine conversion rate of American cigars is the highest, with an average of 5.50%; in contrast, the nicotine conversion rate of Chinese cigarette samples is the lowest, with an average of 2.83%, indicating a very significant difference. (2) The nitrate content of American cigars is the highest, with an average of 11.69 mg/g, while that of Chinese cigarettes is the lowest, with an average of 0.75 mg/g. The nitrate content of American cigarettes is about 7.7 times of that of Chinese cigarettes. (3) TSNA content of cigars is greater than cigarettes, the average amount of total TSNA of American and Chinese cigars are 20.62 and 19.86 μg/g, respectively; Chinese cigarettes have the lowest TSNA content, which is only 0.25 μg/g, and American cigarettes contain approximately 18 times that of Chinese cigarettes. (4) Nicotine conversion rate and nitrate content have a very significant positive correlation. Nitrate content has a significant positive correlation with NNK content, and a very significant positive correlation with other TSNAs content. The correlation between nitrite content and the contents of NAB, NNK and total TSNAs is extremely significant. Anatabine content has a very significant negative correlation with all TSNAs contents.The contents of nitrate, nitrite and PNC has a strong correlation with the content of TSNA, and the safety of cigar tobacco products still needs to be improved.

cigarette; cigar; tobacco products; TSNA; nitrate; nicotine; nicotine conversion

. Email：huijuanyang@henau.edu.cn

周炎，史宏志，季辉华，等. 中美部分品牌烟草制品TSNA及其前体物的含量和关系[J]. 中国烟草学报，2022，28（2）. ZHOU Yan, SHI Hongzhi, JI Huihua, et al. The correlation between TSNAs content and their precursors content in some tobacco products on Chinese and the United States’ markets[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022, 28(2). doi: 10.16472/j.chinatobacco.2020.347

四川省烟草公司科技项目（SCYC201915）；CSC 国家留学基金委2018 公派硕士项目（学号201808410388）

周炎（1993—），硕士，主要从事烟草生物技术研究，Tel：15903068503，Email：1320298556@qq.com

杨惠娟（1978—），博士，副教授，硕士生导师，主要从事烟草生物技术及生理生化研究，Tel：13838596126，Email：huijuanyang@henau.edu.cn

2020-12-31；

2022-03-05