气溶胶加热卷烟主要化学成分及其气溶胶释放分析

李翔宇，李 倩，姜兴益，王红霞，罗彦波，张洪非，朱风鹏，庞永强，侯宏卫，胡清源*

1.国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区翠竹街6 号 450001

2.河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经开区第三大街8 号 450000

加热卷烟（Heated Tobacco Product，HTP）的国际烟草市场占有率快速升高［1］。目前，国际市场上HTP的代表产品包括菲莫国际、英美烟草、日本烟草和韩国KT&G等公司推出的iQOS、glo、ploom TECH和Lil 等［2-3］，中国烟草企业推出的Mate、KUNGFU、MOK等。ISO和CORESTA组织将加热型烟草制品（HTP）分为3 种：电加热卷烟（electrically Heated Tobacco Product，eHTP）、炭加热卷烟（carbon Heated Tobacco Product，cHTP）以及气溶胶加热卷烟（aerosol Heated Tobacco Product，aHTP）。eHTP以iQOS 和glo 为代表，针对iQOS 和glo 的研究目前相对较多［4-9］，包括有害成分释放、抽吸模式的影响和生物安全性等方面；cHTP代表产品是雷诺公司的ECLIPSE 和REVO（现均已下市），目前国际市场上无主流商品；aHTP是加热卷烟市场上另外一类较为成功的产品，主要通过加热以1,2-丙二醇和丙三醇为主要溶剂的烟液形成气溶胶，气溶胶将芯基材中的烟碱及其他成分如香味物质等带出，并递送到消费者口中，供消费者吸食。国际市场上比较成熟的产品包括日烟国际公司的ploom TECH+和韩国KT&G 公司的Lil HYBRID 等，但是当前关于aHTP的相关报道较少［10］。

气溶胶加热卷烟与电加热卷烟产品气溶胶产生机理差异较大，气溶胶加热卷烟主要化学成分及其释放研究尚未见系统报道。因此，为掌握气溶胶加热卷烟的基本特征，本研究中针对2种主流气溶胶加热卷烟的芯基材、烟液和气溶胶主要成分进行分析，并与电加热卷烟进行对比，旨在为气溶胶加热卷烟的研发和监管提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

两种气溶胶加热卷烟样品（A和B）：样品A的消费形式接近电子烟，烟液和烟弹配套销售，单次加热时间不固定，烟弹中的芯基材为颗粒式，单个烟弹可供抽吸50 口，烟液体积为2 mL；使用时通过烟液产生的气溶胶加热烟弹，是适合“缓慢长吸”的低温加热型样品。样品B 的消费形式接近电加热卷烟，单次加热时间为4 min，烟弹为烟支形式，烟液和烟弹分开销售，烟液体积为2 mL；使用时，烟液雾化产生气溶胶，气溶胶通入烟支加热芯基材，烟支外周同步气溶胶加热，辅助烟气生成，最终通过烟液气溶胶和外周加热两种方式共同产生烟气，供消费者吸食。按照商品预包装，样品A 包装包括配套的芯基材和烟液，样品B则是烟支和烟液分别包装销售，配套烟液仅有1种。样品A实际共有3个样品，分别为烟支a1配套烟液a1'、烟支a2配套烟液a2'以及烟支a3配套烟液a3'；样品B 共有4 个样品，分别为烟支b1配套烟液b'、烟支b2配套烟液b'、烟支b3配套烟液b'、烟支b4配套烟液b'。

异丙醇中烟碱溶液标准物质（9.6 mg/mL，天津阿尔塔科技有限公司）；1,2-丙二醇标准品（＞99.8%，北京百灵威科技有限公司）；丙三醇标准品［＞99.5%，阿拉丁试剂（上海）有限公司］；1,3-丁二醇标准品（＞99.5%，加拿大TRC 公司）；甲醇、异丙醇（色谱纯，北京迪马科技有限公司）；超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。

SML600H加热卷烟吸烟机（合肥众沃仪器技术有限公司）；7890A气相色谱仪（美国Agilent公司）。

1.2 方法

按照GB/T 5606.1—2004［11］和GB/T 16447—2004［12］的方法抽样并采用原包装密封调节加热卷烟样品。为研究对比不同抽吸模式下的气溶胶加热卷烟气溶胶中主要成分的释放规律，研究选取的抽吸方法有CRM 81［13］（抽吸参数：抽吸容量55 mL、抽吸时间3 s、抽吸间隔30 s，抽吸曲线为矩形）、HCI［14］（抽吸参数：抽吸容量55 mL、抽吸时间2 s、抽吸间隔30 s，抽吸曲线为钟形）和ISO［15］（抽吸参数：抽吸容量35 mL，抽吸时间2 s，抽吸间隔60 s，抽吸曲线为钟形）3种。

样品A 的消费方式类似于电子烟，在打开电源开关后，样品A的启动方式为气流触发，依靠气流传感器感应吸烟者开始抽吸时的气流，然后启动加热单元雾化器将烟液雾化形成气溶胶，气溶胶再通过芯基材形成烟气递送给消费者，采用CORESTA推荐方法CRM 81［13］进行抽吸，ISO和HCI抽吸方法难以触发启动条件；样品B 的消费方式接近于电加热卷烟，启动方式是按键击发，按键击发后开始烟支外周加热，并启动烟液雾化，通过气溶胶和外周双重加热形成烟气递送给消费者，采用CORESTA 推荐方法CRM 81、HCI 和ISO 3 种抽吸模式作对比。本研究中，采用CORESTA CRM 62［16］中的方法测试芯基材中的烟碱，采用CORESTA CRM 60［17］中的方法测试芯基材中的1,2-丙二醇和丙三醇，采用ISO 20714∶2019［18］中的方法测试烟液中的1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱，气溶胶中1,2-丙二醇、丙三醇、烟碱和水分的释放量的测试均基于加热卷烟吸烟机抽吸产生的气溶胶，采用CORESTA CRM 84［19］中的方法测试。

2 结果与讨论

2.1 芯基材和烟液

芯基材和烟液中的烟碱、1,2-丙二醇和丙三醇的测试结果如表1所示，以下从烟碱和雾化剂两方面讨论和对比分析。

表1 气溶胶加热卷烟芯基材和烟液中烟碱、1,2-丙二醇和丙三醇的质量分数Tab.1 Mass fractions of nicotine,1,2-propanediol and glycerin in tobacco filler and e-liquid of aHTP

烟碱是烟草制品递送的首要目标物，气溶胶加热卷烟的基质包括类似于电加热卷烟的芯基材以及类似于电子烟的烟液。分别对芯基材和烟液进行检测，发现仅在芯基材中检出烟碱，其质量分数在11.04～20.21 mg/g之间，烟液中未检出烟碱，说明本研究中样品A 和B 的气溶胶中的烟碱均来自芯基材。雾化剂是递送烟碱和香味物质的载体，也是气溶胶的主要成分。

样品A 与样品B的芯基材和烟液中的1,2-丙二醇和丙三醇的质量分数及比例有明显区别，将芯基材和烟液合计时，样品A 的1,2-丙二醇和丙三醇质量分数的总比例为1.7∶1～8.9∶1，样品B的1,2-丙二醇和丙三醇质量分数的总比例为2.0∶1～2.2∶1，表明1,2-丙二醇是气溶胶加热卷烟的主要雾化剂；1,2-丙二醇和丙三醇在烟液中的总质量分数在243.45～798.79 mg/g 之间，在芯基材中的总质量分数在2.68～81.59 mg/g 之间，表明气溶胶加热卷烟的烟雾可能主要来自烟液，在抽吸过程中，热源直接加热烟液可以形成大量的烟雾，能够在一定程度上解决电加热卷烟烟雾量较低的问题。

与蔡君兰等［20］的电子烟烟液检测结果相比，本研究中气溶胶加热卷烟的烟液中不含烟碱，1,2-丙二醇、丙三醇的质量分数分别在164.3～492.1、52.3～313.1 mg/g 之间，而电子烟烟液中烟碱、1,2-丙二醇和丙三醇的质量分数分别在0～34.5、0～783.0和184.5～917.5 mg/g之间，与电子烟烟液具有明显区别，表明不能将气溶胶加热卷烟简单地判定为电子烟和电加热卷烟的“加合物”。将气溶胶加热卷烟检测结果与温光和等［21］电加热卷烟检测结果相比，电加热卷烟的芯基材中烟碱的质量分数为7.06～15.26 mg/g，1,2-丙二醇和丙三醇的比例为0～0.7∶1。气溶胶加热型卷烟的芯基材中烟碱的质量分数在11.04～20.21 mg/g之间，与电加热卷烟相近；但是，1,2-丙二醇和丙三醇主要存在于气溶胶加热卷烟烟液中，其比例远大于电加热卷烟，表明气溶胶加热卷烟的雾化剂配方与电加热卷烟差异较大，气溶胶加热卷烟烟雾量的重要来源是烟液。

2.2 气溶胶

2.2.1 主要成分释放量

样品A烟弹的产品抽吸设计参数为提供50口气溶胶，因此，本研究中将样品A 抽吸口数设定为60口。每10 口气溶胶捕集在一张滤片中，共捕集6 张滤片，以分析样品A 的每10 口气溶胶主要成分的释放规律（图1）。由图1 可知，样品A 的气溶胶中烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇以及水分的释放呈现较强的规律性：①每10口气溶胶烟碱释放量的变化趋势一致，烟碱释放量随抽吸口数的增加而下降；②1,2-丙二醇释放量整体稳定，波动不大，表明样品A在60口气溶胶范围内持续稳定释放1,2-丙二醇，这可能是由于气溶胶中的1,2-丙二醇主要由烟液提供，烟液的产品抽吸设计参数为250口气溶胶，大于实验中的60口气溶胶，因此，可以保证1,2-丙二醇的释放稳定性；③丙三醇释放量随抽吸口数的增加呈现先上升后稳定的趋势，前10口气溶胶中丙三醇的释放量较低，这可能是由于器具刚开始抽吸时加热温度较低；④1,2-丙二醇和丙三醇的释放总量在30口气溶胶时达到最大，表明器具在30口气溶胶左右时雾化量达到最大，结合表2 中1,2-丙二醇、丙三醇在芯基材和烟液中的质量分布，气溶胶中较高质量分数的1,2-丙二醇、丙三醇可能来自烟液的贡献，而这一结果与文献［22］一致，即气溶胶中的雾化剂主要来自烟液；⑤综合1,2-丙二醇和丙三醇的释放规律发现，气溶胶加热卷烟气溶胶释放的稳定性较强，或可弥补电加热卷烟存在的气溶胶释放量不稳定的问题；⑥抽吸过程中，水分释放量的波动较为明显，在前10口气溶胶中最高，在30～40口气溶胶中最低，可能受环境的影响较大。

图1 样品A气溶胶中主要化学成分释放量每10口气溶胶的变化趋势Fig.1 Variation trends of main chemical component releases per 10 puffs in aerosol from sample A

表2 样品A抽吸60口气溶胶中主要化学成分的释放总量Tab.2 Total releases of main chemical components in aerosol (60 puffs) from sample A （mg）

为了进一步分析样品A 的气溶胶释放规律，采用CORESTA 推荐方法CRM 81 法连续抽吸样品A，捕集共计60口气溶胶在同一张滤片上，对烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇以及水分释放总量进行分析测试。由表2可知：①60口气溶胶中的烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇以及水分总量与图1的每10口气溶胶的总和一致；②对比表1 和表2 芯基材、烟液和气溶胶中1,2-丙二醇和丙三醇的量可知，丙三醇的迁移率高于1,2-丙二醇；③水分的释放量最高，为0.21 mg/口，样品A或可避免电加热卷烟水分释放量过高导致的烫嘴问题。

样品B加热装置的加热时间为4.0 min，因此，在抽吸间隔为30 s 时（CRM 81 和HCI 模式），每支样品分别抽吸8 口；在抽吸间隔为60 s 时（ISO 模式），每支样品分别抽吸4 口。3种抽吸模式下，烟碱、1,2-丙二醇和丙三醇的释放量如图2 所示。可知：①在CRM 81和HCI两种抽吸模式下，样品B的烟碱释放量低于传统卷烟；②尽管样品B的1,2-丙二醇、丙三醇在芯基材和烟油中的总质量分数相当，但样品B的气溶胶中1,2-丙二醇的释放量显著低于丙三醇，可能主要是由于样品B 的烟支除了由气溶胶加热，器具同时对烟支进行外围加热，样品B 的烟支部分中仅检出了丙三醇，因此，外围加热会进一步提高丙三醇的转移率；③对比CRM 81 和HCI 抽吸模式，抽吸容量均为55 mL，抽吸曲线和抽吸持续时间不同（CRM 81 模式分别为矩形、3 s，HCI 模式分别为钟形、2 s），但是CRM 81和HCI两种抽吸模式下，气溶胶中烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇以及水分的释放量相当，表明抽吸曲线和抽吸持续时间对结果影响不大；将CRM 81、HCI 两种模式与ISO 做对比，抽吸参数中的抽吸间隔、抽吸容量不同（CRM 81、HCI模式分别为30 s、55 mL，ISO 模式分别为60 s、35 mL），CRM 81、HCI两种抽吸模式下的气溶胶中烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇以及水分的释放量明显高于ISO 抽吸模式，表明抽吸间隔和抽吸容量对气溶胶加热卷烟气溶胶成分的释放量影响较大，这与本研究组早期关于电加热卷烟的研究结论［6］一致。2.2.2 样品B与电加热卷烟气溶胶比较

图2 3种抽吸模式下样品B气溶胶中主要化学成分释放总量对比Fig.2 Total releases of main chemical components in aerosol from sample B under three puffing regimes

样品B 的消费形式接近电加热卷烟，因此将样品B 与iQOS、glo 的气溶胶主要成分释放量进行对比。为便于跨品类对比分析，将所有样品的释放水平折算为单位体积下（100 cm3）的释放量。以iQOS和glo 电加热卷烟产品（共10 个样品）为对比对象，分别测试了HCI和ISO抽吸模式下气溶胶中主要化学成分（烟碱、1,2-丙二醇、丙三醇和水分）的释放量，与气溶胶加热卷烟B 的对比结果见图3。可知：①气溶胶加热卷烟B的单位气溶胶烟碱释放量低于iQOS，略高于glo；②气溶胶加热卷烟B 和iQOS 在ISO 抽吸模式下单位气溶胶烟碱释放量均高于HCI模式，而glo则呈现出HCI抽吸模式下单位烟碱释放量高于ISO，可能是由于不同加热方式导致；③HCI和ISO 抽吸模式下，气溶胶加热卷烟1,2-丙二醇的释放量分别在0.31～0.40 和0.14～0.28 mg/（100 cm3）之间，而电加热卷烟气溶胶中1,2-丙二醇释放量极低［0～0.04 mg/（100 cm3）］，表明气溶胶加热卷烟气溶胶中1,2-丙二醇是主要的雾化剂之一，而电加热卷烟的主要雾化剂是丙三醇；④HCI和ISO抽吸模式下，气溶胶加热卷烟丙三醇的释放量分别在1.05～1.32 和1.09～2.14 mg/（100 cm3）之间，电加热卷烟丙三醇的释放量分别在0.65～1.12 和0.26～1.19 mg/（100 cm3）之间，表明气溶胶加热卷烟烟雾量大于电加热卷烟；⑤气溶胶加热卷烟和电加热卷烟水分释放量相当，而且在ISO 抽吸模式下水分释放量整体高于HCI 模式，气溶胶加热卷烟在ISO 抽吸模式下水分释放量约为HCI模式的2倍。

图3 在HCI和ISO抽吸模式下气溶胶加热卷烟与电加热卷烟主要化学成分释放量对比Fig.3 Releases of main chemical components in aerosol from aHTP (sample B) and eHTP under ISO and HCI regimes

3 结论

①气溶胶加热卷烟主要化学成分及释放物分析结果表明，气溶胶中的烟碱递送来自芯基材，雾化剂递送主要来自烟液；②消费形式类似于电子烟的样品气溶胶中烟碱释放量随着抽吸口数下降，消费形式类似于电加热卷烟的样品气溶胶中烟碱释放量与电加热卷烟相当；③与电加热卷烟相比，气溶胶加热卷烟的雾化剂释放量显著提高，或可弥补电加热卷烟烟雾量不足的问题。