不同形態(tài)煙堿在電子煙氣溶膠中的釋放研究

趙國(guó)玲，尹新強(qiáng)，黃建國(guó)，龔淑果，代遠(yuǎn)剛，鐘科軍，彭新輝

湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，長(zhǎng)沙市勞動(dòng)中路386號(hào) 410007

含有游離煙堿電子煙煙液的主要不足是存放過(guò)程中煙堿易揮發(fā)，抽吸過(guò)程中煙堿釋放穩(wěn)定性不夠[1-4]。煙堿鹽和游離煙堿的熱重結(jié)果表明：游離煙堿的釋放溫度為150℃左右，酒石酸煙堿鹽的釋放分解溫度為220℃左右，將游離煙堿轉(zhuǎn)化成煙堿鹽、吸附煙堿和包合煙堿，可有效提高電子煙氣溶膠中煙堿釋放穩(wěn)定性[5-7]。

吸附法在卷煙加香及緩釋效果方面，具有安全、持香能力強(qiáng)和釋香可控性的優(yōu)勢(shì)，特別是作為減害吸附劑的活性炭已有很多報(bào)道[8-11]，但作為載體吸附煙堿的研究相對(duì)較少。環(huán)糊精衍生物具有合適尺寸空腔，可緩慢釋放延長(zhǎng)藥效[12-13]，以環(huán)糊精衍生物對(duì)煙堿進(jìn)行包合，也有望提高煙堿釋放的穩(wěn)定性。

為探索電子煙液中煙堿釋放穩(wěn)定性的提升方法，本文將游離煙堿進(jìn)行了成鹽、吸附和包合處理，并利用氣相色譜法研究其釋放情況，以期為電子煙煙液配方開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器及材料

（1）試劑。無(wú)水乙醇（分析純，天津大茂）、酒石酸（分析純，天津大茂）；氫氧化鈉（分析純，天津大茂）；環(huán)糊精修飾氧化石墨烯（自制）；羥丙基環(huán)糊精（分析純，國(guó)藥集團(tuán)）；羧甲基纖維素（分析純，國(guó)藥集團(tuán)）；甘油（分析純，天津大茂）、丙二醇（分析純，美國(guó)陶氏）、正十七烷（分析純，國(guó)藥集團(tuán)）、酒石酸煙堿鹽（純度為99%，湖北和諾生物工程股份有限公司）、游離煙堿（純度96%，自制）；

（2）標(biāo)樣。煙堿標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為4 mg/mL，百靈威科技有限公司）。

（3）儀器。EGO 電子煙器具（公司自制）；HP6890 型氣相色譜（美國(guó)Agilent 公司）；CP2245電子天平（感量0.0001 g，德國(guó)Sartorius 公司）。SM450 直線吸煙機(jī)（英國(guó)CERULEAN 公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與條件

1.2.1 含有不同形態(tài)煙堿電子煙煙液的制備配制霧化劑及9 種電子煙煙液樣品。

霧 化 劑： 將 甘 油： 丙 二 醇： 乙 醇： 水=45.7:36:8.8:9.5（重量比），超聲30 min，混合均勻，制得電子煙用霧化劑。

樣品A：游離煙堿溶解在霧化劑中。

樣品B：樣品A中添加環(huán)糊精修飾氧化石墨烯（添加量為1%）。

樣品C：樣品A 中添加氧化碳納米管（添加量為1%）。

樣品D：樣品A 中添加羥丙基環(huán)糊精（添加量為1%）。

樣品E：樣品A 中添加羧甲基纖維素（添加量為1%）。

樣品F：酒石酸煙堿鹽溶解在霧化劑中。

樣品G：煙堿和酒石酸以3:1（摩爾比）進(jìn)行調(diào)配。樣品H：煙堿和酒石酸以5:1（摩爾比）進(jìn)行調(diào)配。樣品I：煙堿和酒石酸以7:1（摩爾比）進(jìn)行調(diào)配。

在第二天的“嘉賓報(bào)告環(huán)節(jié)”，機(jī)械工業(yè)信息研究院李奇院長(zhǎng)首先致歡迎辭，表達(dá)了對(duì)來(lái)會(huì)嘉賓的熱情歡迎和對(duì)中國(guó)制造業(yè)發(fā)展未來(lái)的期盼。李院長(zhǎng)特別指出，在今年這個(gè)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的坐標(biāo)年——改革開放40周年的節(jié)點(diǎn)上，回望中國(guó)制造從小到大不斷崛起繁榮之路，不能不感慨萬(wàn)千。這讓我們深刻地認(rèn)識(shí)到中國(guó)制造有了進(jìn)一步向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的迭代能力，也堅(jiān)定了向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的自信心。

1.2.2 電子煙煙液pH 值的測(cè)定[14]

配制中性水以0.01 mol·L-1的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)超純水至pH=7.00±0.02 和異丙醇體積比為1 ∶1 的萃取溶液備用。準(zhǔn)確稱取1.00 g 左右電子煙煙液至具塞錐形瓶中，加入10 mL 萃取溶液，在振蕩搖床（轉(zhuǎn)速為150 r/min）上振蕩萃取20 min，靜置10 min 后用校正過(guò)的pH 計(jì)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定2 次，取平均值。

1.2.3 電子煙煙液中可測(cè)定煙堿含量測(cè)定

100 μL 電子煙煙液樣品用10 mL 含有正十七烷內(nèi)標(biāo)的異丙醇溶液稀釋。

GC 條 件： 色 譜 柱 為DB-ALC1（30 m×0.32 mm，1.8 μm）；進(jìn)樣口溫度為250℃；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?00 ℃，保持1 min，以15 ℃/ min 升至130℃，以40℃/ min 升至260℃，保持10 min；進(jìn)樣量為1 μL，分流進(jìn)樣，分流比50:1；載氣為氮?dú)猓髁?.8 mL/min；檢測(cè)器溫度為275℃；氫氣流量為40 mL/min；空氣流量為450 mL/min；尾吹氣為氮?dú)?，流?5 mL/min。

1.2.4 電子煙抽吸方法

9 種樣品各取1 mL，使用EGO 器具抽吸，設(shè)置電壓為4.2 V，采用加拿大衛(wèi)生部深度抽吸模式（HCI），抽吸參數(shù)為：抽吸容量55 mL、抽吸時(shí)間2 s、抽吸間隔30 s，用劍橋?yàn)V片分別收集每40 口煙氣氣溶膠，共抽吸160口，分析每40口氣溶膠中煙堿的釋放情況。

1.2.5 煙氣氣溶膠中煙堿含量測(cè)定

將收集40 口氣溶膠的劍橋?yàn)V片用10 mL 含有正十七烷內(nèi)標(biāo)的異丙醇溶液常溫下振蕩萃取30 min，氣相法測(cè)定40 口氣溶膠中煙堿量。

2 結(jié)果與討論

2.1 含有不同形態(tài)煙堿電子煙煙液的煙堿濃度及pH值的測(cè)定

利用1.2.2 方法分別測(cè)定9 種電子煙煙液pH 值。利用1.2.3 方法分別測(cè)定9 種電子煙煙液煙堿濃度，結(jié)果如表1。

表1 含有不同形態(tài)煙堿電子煙煙液的煙堿濃度及pH 值Tab. 1 Nicotine concentration and pH value of e-cigarette liquid containing different forms of nicotine

相對(duì)于樣品A，樣品B、C、D、E 中煙堿濃度有一定程度降低，原因可能是被吸附材料吸附的煙堿在同樣檢測(cè)條件下未被檢出。添加酒石酸的樣品中，酒石酸越多，煙堿濃度越低，原因可能是酒石酸煙堿鹽在同樣的檢測(cè)條件下未被檢出。

樣品B、C、D、E 的pH 值沒有變化，表明添加吸附材料對(duì)電子煙煙液pH 值沒有影響，而添加酒石酸則會(huì)顯著降低pH 值，當(dāng)電子煙煙液中的煙堿全部以酒石酸煙堿鹽形式存在時(shí)，電子煙煙液pH 值約為4.10。

2.2 含有不同形態(tài)煙堿電子煙煙液煙堿樣品的釋放研究

利用1.2.4 方法研究游離煙堿樣品、吸附煙堿樣品（B、C）、包合煙堿樣品（D、E）、酒石酸煙堿鹽（F）、煙堿和酒石酸調(diào)配樣品（G、H、I）中每40 口氣溶膠中煙堿含量變化，結(jié)果見表2。

表2 九種煙堿樣品在電子煙氣溶膠中釋放研究Tab. 2 Release of nine nicotine samples in e-cigarette aerosol

從表2 可以看出，添加氧化碳納米管的樣品C 的煙氣氣溶膠中煙堿釋放穩(wěn)定性較差，尤其是120～160口煙氣中煙堿釋放量相對(duì)于100～120 口降低25%，并且氧化碳納米管在丙二醇中的分散性較差。添加羧甲基纖維素的樣品E 的煙氣中80～160 口中煙堿釋放量有少量降低。而添加環(huán)糊精修飾氧化石墨烯、羥丙基環(huán)糊精的樣品B、D 的煙堿釋放穩(wěn)定性較好，并且環(huán)糊精修飾氧化石墨烯、羥丙基環(huán)糊精在含丙二醇、甘油的霧化劑中分散效果較滿意，能形成均一體系，24 h 內(nèi)未發(fā)生沉降。因此相對(duì)于樣品C，樣品B、D、E 穩(wěn)定釋放煙堿的效果更優(yōu)。

進(jìn)一步考慮到抽吸過(guò)程中，碳基材料顆?？赡苓M(jìn)入人體的安全隱患，而環(huán)糊精具有較好的生物相容性，因此在電子煙煙液中添加適量羥丙基環(huán)糊精和羧甲基纖維素，可用來(lái)提高氣溶膠中煙堿釋放的穩(wěn)定性。

含煙堿的電子煙液中，隨著酒石酸含量的增加，從樣品I（煙堿：酒石酸=7:1）到樣品F（酒石酸煙堿鹽），氣溶膠中煙堿的釋放量逐漸降低，當(dāng)煙堿的存在形式全部是酒石酸煙堿鹽時(shí)，氣溶膠中煙堿的釋放量顯著降低。

由于在抽吸過(guò)程中，游離煙堿先釋放出來(lái)，之后煙堿鹽分解生成游離煙堿逐漸釋放，因此加入酒石酸有助于提高抽吸過(guò)程中煙堿釋放的穩(wěn)定性。從表2 的數(shù)據(jù)看，不同于游離煙堿樣品A 隨抽吸口數(shù)增加煙堿釋放量持續(xù)減少的趨勢(shì)，添加了酒石酸之后樣品的煙堿釋放量在不同階段均有增有減，整體的釋放穩(wěn)定性得以提高。

2.3 感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

9 種樣品分別取1.0 mL 加入EGO 煙具中，在室溫下平衡0.5 h后，由5名卷煙評(píng)吸人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。

表3 含有不同形態(tài)煙堿電子煙煙液的感官質(zhì)量比較Tab. 3 Comparison of sensory evaluation of e-cigarette liquid containing different forms of nicotine

從表3 可知，添加羥丙基環(huán)糊精的樣品D 感官質(zhì)量?jī)?yōu)于游離煙堿樣品A，對(duì)喉部的沖擊感降低，喉部勁頭前后一致，煙氣顯柔和，細(xì)膩，成團(tuán)性較好。添加羧甲基纖維素的樣品E 可以有效降低煙堿氣息,降低刺激。煙堿酒石酸鹽樣品F 煙氣成團(tuán)性較好，霧化量較好，余味干凈，但煙堿氣息較弱，與顯著較低的煙堿釋放量相符。煙堿和酒石酸的調(diào)配比例為5:1 和7:1 的樣品（H，I）霧化效果較好，煙氣的成團(tuán)性較好，余味干凈，煙堿氣息較弱，刺激降低。

從感官評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，在含有煙堿的電子煙煙液中添加適量的羥丙基環(huán)糊精、羧甲基纖維素、酒石酸有助于提高抽吸過(guò)程中煙堿釋放的穩(wěn)定性，降低煙氣中煙堿氣息和刺激感。

3 結(jié)論

本文研究了含有不同形態(tài)煙堿的電子煙煙液中煙堿含量及pH 值變化，比較了不同形態(tài)煙堿在電子煙氣溶膠中釋放情況及感官質(zhì)量差異。在含有游離煙堿的電子煙煙液中添加羥丙基環(huán)糊精、羧甲基纖維素對(duì)電子煙氣溶膠中煙堿釋放有較好的穩(wěn)定作用。相對(duì)于未添加酒石酸的煙堿，以煙堿:酒石酸=5:1和7:1 的電子煙煙液的氣溶膠中的煙堿釋放穩(wěn)定。感官質(zhì)量評(píng)價(jià)表明：在含有煙堿的電子煙液中添加適量的羥丙基環(huán)糊精、羧甲基纖維素、酒石酸有助于提高抽吸過(guò)程中煙堿釋放的穩(wěn)定性，降低煙堿氣息和刺激感。

綜合考慮電子煙氣溶膠中煙堿釋放效果和感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇在含有煙堿的電子煙煙液中添加適量的羥丙基環(huán)糊精、羧甲基纖維素、酒石酸有助于提高煙堿釋放穩(wěn)定性和提升感官質(zhì)量。