卷煙輔助材料參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK 及4 種芳香胺總量釋放量的影響研究

李朝榮，陶飛燕，汪長(zhǎng)國(guó)，2，戴亞，2，馮廣林，2，周志剛*

（1.川渝中煙工業(yè)公司技術(shù)中心，四川成都 610066；2.卷煙減害降焦四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066）

卷煙輔助材料參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK 及4 種芳香胺總量釋放量的影響研究

李朝榮1，陶飛燕1，汪長(zhǎng)國(guó)1，2，戴亞1，2，馮廣林1，2，周志剛1*

（1.川渝中煙工業(yè)公司技術(shù)中心，四川成都 610066；2.卷煙減害降焦四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066）

[目的]探索卷煙主要輔助材料對(duì)主流煙氣中苯并[a]芘（B（a）P）、4-（N-甲基亞硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）和4種芳香胺總量釋放量的影響。[方法]分別通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)方法考察卷煙紙透氣度、卷煙紙克重、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量的影響。[結(jié)果]結(jié)果表明，卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度與卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK、4種芳香胺總量釋放量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中影響最大的為濾嘴通風(fēng)度，濾棒吸阻次之；在正交試驗(yàn)范圍內(nèi)，卷煙紙透氣度為50 CU，濾棒吸阻為4 500 Pa/支及濾嘴通風(fēng)度為60 CU為最優(yōu)方案，并與優(yōu)化前進(jìn)行了對(duì)比，優(yōu)化后卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK和4種芳香胺總量釋放量均低于優(yōu)化前。[結(jié)論]研究結(jié)果為卷煙減害工作提供了參考。

卷煙輔助材料；B（a）P；NNK；芳香胺；正交設(shè)計(jì)

卷煙煙氣是復(fù)雜的化學(xué)體系，它是煙草制品在抽吸的過程中不完全燃燒形成的，這使煙氣的化學(xué)成分達(dá)到數(shù)千種[1]。煙氣中絕大多數(shù)化學(xué)成分對(duì)人體無害，只有少數(shù)成分對(duì)人體有害。2002年Rodgman等對(duì)煙氣中已報(bào)道的有害成分進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為在卷煙煙氣中共存在149種有害成分[2]，其中苯并[a]芘（B（a）P）、4-（N-甲基亞硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、2-氨基萘和4-氨基聯(lián)苯的IARC分級(jí)為Group1（人體致癌物），1-氨基萘和3-氨基聯(lián)苯為Group 2A（很可能的人體致癌成分）[3]。

近年來，隨著人們對(duì)吸煙有害健康的日益關(guān)注，如何降低卷煙煙氣中的有害成分成為煙草行業(yè)研究的重點(diǎn)。王彥亭等[4]利用新型NaY分子篩有效降低卷煙煙氣降低卷煙煙氣中的苯并[a]芘、煙草特有亞硝胺（TSNAs）、自由基和CO等；戴亞等[5]從天然植物中提取多種酮、酚類及其衍生物和從新鮮動(dòng)物血液中提取血紅素后制備成穩(wěn)定的卟啉類化合物，組合成復(fù)合生化制劑，可較大幅度地降低主流煙氣中多種稠環(huán)芳烴（PAHs）、煙草特有亞硝胺（TSNAs）、自由基和芳香胺等有害成分的含量；劉少民等[6]研究了介孔材料Me-M48和M48選擇性降低卷煙煙氣中的苯并[a]芘；張悠金等[7]制備的納米復(fù)合氧化物和介孔復(fù)合體可顯著降低主流煙氣中焦油、一氧化碳、苯并[a]芘和煙草特有亞硝胺等有害物質(zhì)。筆者通過研究卷煙主要輔材參數(shù)對(duì)卷煙有害成分釋放量的影響，旨在為卷煙減害工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與參數(shù)設(shè)置

卷煙紙：透氣度分別為40、50、60、70、80 CU的5種卷煙紙和克重分別為26、28、30、32、34 g/m2的5種卷煙紙。

濾棒：吸阻分別為3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 Pa的5種濾棒[長(zhǎng)度為（144±0.5）mm、圓周為（24.0±0.2）mm]。

濾嘴通風(fēng)度參數(shù)分別設(shè)置為0、20、40、60和 80 CU。

1.2 方法

1.2.1 卷煙樣品的制備。

1.2.1.1 單因素試驗(yàn)卷煙樣品的制備方法。選用同一牌號(hào)、同一批次的烤煙型卷煙煙絲，全部卷煙均在同一機(jī)臺(tái)卷制，并盡量保證卷煙圓周、硬度及單支重量的穩(wěn)定性，煙支規(guī)格統(tǒng)一為84 mm（60.0 mm+24.0 mm）。按照“每次只改變一個(gè)參數(shù)”的設(shè)計(jì)原則，將試驗(yàn)卷煙分為4個(gè)組，每組5個(gè)樣品，一共卷制出20個(gè)卷煙樣品。

1.2.1.2 正交試驗(yàn)卷煙樣品的制備方法。在不考慮交互作用的情況下，依據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則并結(jié)合單因素試驗(yàn)的結(jié)果選取相應(yīng)的因素和水平進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行樣品卷煙的制備。

1.2.2 測(cè)定方法。按文獻(xiàn)[8-10]的方法，分別測(cè)定卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量。

1.2.3 相關(guān)性分析方法。

1.2.3.1 單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法。卷煙主流煙氣中的B（a）P、NNK及4種芳香胺總量與輔材參數(shù)的相關(guān)性分析采用SPS12.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。回歸分析是用線性回歸方法進(jìn)行，在回歸分析中采用判定系數(shù)R2來說明自變量（卷煙紙透氣度、卷煙紙克重、濾棒吸阻、濾嘴通風(fēng)度）對(duì)因變量（B（a）P、NNK、4種芳香胺總量）的影響大小，判定系數(shù)越高，自變量對(duì)因變量的影響越大。

1.2.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法。采用直觀分析和綜合平衡法[11]對(duì)正交試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 不同輔助材料卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量的測(cè)定結(jié)果。測(cè)定了20個(gè)試制卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量的釋放量，結(jié)果見表1。

2.1.2 不同輔助材料參數(shù)與卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量的相關(guān)性分析。將表1的原始數(shù)據(jù)作一元線性回歸分析，分別以卷煙紙透氣度、卷煙紙克重、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度參數(shù)為自變量，以B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量為因變量作線性擬合處理，擬合方程見表2，得到的擬合結(jié)果見圖1。

表1 卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量的釋放量ng/支

由表2可以看出，除卷煙紙克重與卷煙主流煙氣中NNK釋放量擬合的方程沒有顯著性外（P> 0.05），所建立的其他擬合方程均有顯著性（P＜0.05），且判定系數(shù)都在0.8以上。

由圖1可以看出，擬合圖的效果較好，可以直觀地表現(xiàn)出卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量隨卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度的增大都有明顯的降低趨勢(shì)且呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系；B（a）P釋放量隨卷煙紙克重的增加也呈較為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而NNK與芳香胺總量與卷煙紙克重的關(guān)系不明顯。另外，由表2和圖1還可以看出，濾嘴通風(fēng)度對(duì)卷煙主流煙氣B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量的影響要大于濾棒吸阻、卷煙紙透氣度和卷煙紙克重。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果與分析

通過“2.1”的分析可知，卷煙紙克重對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量的影響較小，因此選擇卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3個(gè)因素，結(jié)合卷煙生產(chǎn)實(shí)踐情況，卷煙紙透氣度參數(shù)選擇50、60和70 CU 3個(gè)水平，濾棒吸阻選擇3 500、4 000和4 500 Pa/支3個(gè)水平，濾嘴通風(fēng)度選擇20、40和60 CU 3個(gè)水平，卷煙紙克重均選用28 g/m2，選用正交設(shè)計(jì)表L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)方案及測(cè)試數(shù)據(jù)見表3，采用直觀分析對(duì)各組試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表4，其中，k1、k2、k3分別表示因素3個(gè)水平3個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值，R為各因素對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差。

表2 卷煙輔材參數(shù)與卷煙主流煙氣B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量的線性回歸模型

圖1 卷煙輔材參數(shù)與卷煙主流煙氣B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量的關(guān)系

通過表4～6分析每一個(gè)因素對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，可以看出對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量的影響因素的大小順序?yàn)闉V嘴通風(fēng)度>濾棒吸阻>卷煙紙透氣度；因素B和因素C分別為B3和C3時(shí)，B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量均較小，因此B3和C3分別為因素B和因素C的優(yōu)水平；因素A為A2時(shí)，B（a）P的釋放量較小，為A1時(shí)，NNK和芳香胺總量釋放量相對(duì)較小，綜合分析卷煙紙透氣度取A1。由上述分析可知，最優(yōu)化的試驗(yàn)方案應(yīng)為A1B3C3。

表3 正交設(shè)計(jì)方案及測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)B（a）p正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析結(jié)果ng/支

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)NNK正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析結(jié)果ng/支

卷煙輔助材料優(yōu)化前后卷煙樣品主流煙氣中B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量的對(duì)比情況見表7。由表7可以看出，輔材優(yōu)化前后卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量分別降低3.06、1.22和3.28 ng/支。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)芳香胺總量正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析結(jié)果ng/支

表7 優(yōu)化前后卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK和芳香胺總量釋放量對(duì)比ng/支

3 結(jié)論與討論

（1）通過不同輔材參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量影響的單因素試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度與卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中影響最大的為濾嘴通風(fēng)度，卷煙紙克重與B（a）P釋放量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與NNK和芳香胺總量釋放量關(guān)系不明顯。

（2）采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風(fēng)度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后與優(yōu)化前相比，卷煙主流煙氣中B（a）P、NNK及4種芳香胺總量釋放量分別降低3.06、1.22和3.28 ng/支。

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[9]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 23228-2008卷煙主流煙氣總粒相物中煙草特有N-亞硝胺的測(cè)定氣相色譜－熱能分析聯(lián)用法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[10]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 23358-2009卷煙主流煙氣總粒相物中主要芳香胺的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[11]鄭少華，姜奉華．試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M]．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004．

（責(zé)任編輯 張楊林）

Study on Effects of Parameters of Auxiliary Material of Cigarette on Release Amount of B (a) P, NNK and Total Amount of Four Kinds of Aromatic Amine in the Mainstream Cigarette Smoke

LI Chao-ronget al.(Technical Research Center Chuanyu Branch of China Tobacco Corporation,Chengdu, Sichuan 610066)

[Objective]The aim was to explore the effects of the key auxiliary material in cigarette on the release amount of benzo[α]pyrene(B(a)P),4-(N-methyl-nitrosamine)-1-(3-pyridyl)-1-butanone(NNK)and the total amount of four kinds of aromatic amines.[Method]The effects of the air permeability of cigarette paper, the gram weight of cigarette paper,the filter rod draw resistance and the ventilation degree of filter on the release amount of B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke were investigated through the experimental methods of single factor experiment and orthogonal design experiment respectively.[Result]The results indicated that the air permeability of cigarette paper,the filter rod draw resistance and the ventilation degree of filter present a negative correlation with the release amount of the B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke,and what effected most was the ventilation degree of the filter followed by the filter rod;In the scope of the orthogonal experiment,the optimal scheme was that the air permeability of cigarette paper was of 50 CU, the filter rod draw resistance was 4 500 Pa per cigar and the ventilation degree of filter was 60 CU,which were compared with that before the optimization,and the results of the comparison indicated that the release amount of the B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke were less than that before the optimization.[Conclusion]The results provided references for cigarette harm reduction work.

Auxiliary material of cigarette;B(a)P；NNK；Aromatic amine;Orthogonal design

S572

A

2095-0896（2014）12-049-05

中國(guó)煙草總公司重大專項(xiàng)（110201101034）降低煙氣中氨釋放量的復(fù)烤、醇化及加工技術(shù)研究》；中國(guó)煙草總公司面上項(xiàng)目（2012-122-25）《卷煙產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)與減害技術(shù)集成研究》；中國(guó)煙草總公司立項(xiàng)項(xiàng)目（1001200701007）《選擇性減害技術(shù)研究及產(chǎn)品應(yīng)用》；重慶市立項(xiàng)項(xiàng)目（06-1-173）《低害卷煙研制及減害機(jī)理研究》。

李朝榮（1976-），男，陜西富平人，助理工程師，從事卷煙配方工作。*通訊作者，工程師，從事卷煙工藝及配方工作。

2014-11-18