烤煙型細(xì)支與常規(guī)卷煙煙氣中9種主要成分的逐口釋放量比較

劉 琪 馬夢婕 龔珍林 袁益來 朱懷遠(yuǎn) 吳 洋 廖惠云

(江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019)

卷煙煙氣成分復(fù)雜，一般將焦油、煙堿、CO、HCN、NH3、NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛9種主要成分作為表征卷煙煙氣危害體系的化合物，并對常規(guī)卷煙煙氣及逐口煙氣釋放量進(jìn)行了大量研究[1-3]。相比于常規(guī)卷煙，細(xì)支卷煙具有圓周小、焦油和煙堿量較低等特點[4-5]，在滿足消費者吸食需求基礎(chǔ)上，其煙葉原料和輔材耗料明顯降低，煙氣中危害物質(zhì)釋放量更少。近年來，中國細(xì)支卷煙發(fā)展迅速[6]，但關(guān)于細(xì)支卷煙主流煙氣中有害成分釋放量的研究相對較少。Siu等[4]研究表明超細(xì)卷煙主流煙氣的一氧化碳、羰基化合物及芳香胺等多種有害成分釋放量明顯降低；Ashley等[7]研究發(fā)現(xiàn)HCI、MASS、ISO 3種抽吸模式下，較細(xì)煙支所產(chǎn)生的一氧化碳、乙醛、氫氰酸、苯及煙草特有亞硝胺的含量較少。甘學(xué)文等[8]對比研究了ISO模式和HCI模式對超細(xì)卷煙常規(guī)成分的影響；劉彤等[9]基于單光子飛行時間質(zhì)譜在線逐口分析了細(xì)支煙主流煙氣中7種揮發(fā)性有機(jī)化合物；田忠等[10]探索了制絲關(guān)鍵工序?qū)?xì)支卷煙燃燒溫度、煙氣成分以及感官質(zhì)量的影響；邊照陽等[5]研究了ISO模式和HCI模式下細(xì)支卷煙主流煙氣中15種有害成分的釋放量規(guī)律；葛暢等[11]從單支卷煙和單位焦油的角度考察了細(xì)支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)及中性致香成分的差異；施豐成等[12]對比分析了接裝紙透氣度變化對常規(guī)、中支及細(xì)支卷煙物理指標(biāo)、感官質(zhì)量、煙氣指標(biāo)、煙氣化學(xué)成分的影響；廖惠云等[13]考察了細(xì)支與常規(guī)卷煙主流煙氣中生物堿的逐口釋放量變化，并對8個不同卷煙樣品進(jìn)行了對比分析；楊松等[14]探討了細(xì)支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分和5種關(guān)鍵烤煙甜香味成分逐口釋放量的差異；袁海霞等[15]設(shè)計了適應(yīng)細(xì)支卷煙大流量葉絲風(fēng)選的三級柔性風(fēng)選系統(tǒng)。丁美宙等[16]對比研究了絲狀梗絲和片狀梗絲與葉絲在加工過程中的混合均勻性,以及2種梗絲對細(xì)支卷煙物理、煙氣、有害成分釋放、感官、燃燒等方面及質(zhì)量穩(wěn)定性的影響。

細(xì)支卷煙煙支細(xì)長、橫截面小、吸阻較大、抽吸氣流速度大，理論上決定了煙氣逐口成分釋放規(guī)律區(qū)別于常規(guī)卷煙，但目前還缺乏實際的數(shù)據(jù)支撐[11]。因此，在保持配方煙絲一致和輔材盡量相同的情況下，試驗擬以典型的不同盒標(biāo)焦油量烤煙型細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙為對象，考察逐口煙氣中焦油、煙堿及7種危害性指標(biāo)釋放量的規(guī)律，并對比分析圓周對逐口煙氣釋放量的影響，旨在進(jìn)一步了解細(xì)支卷煙的煙氣釋放特征。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 卷煙樣品

34個不同品牌規(guī)格細(xì)支卷煙、85個不同品牌規(guī)格常規(guī)卷煙：江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

典型烤煙型細(xì)支卷煙、常規(guī)卷煙：按同一配方煙絲卷制而成，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 試驗卷煙物理指標(biāo)及盒標(biāo)煙氣指標(biāo)

1.1.2 試劑

正十七烷：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，日本TCI 公司；

煙堿：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，加拿大TRC 公司；

B[a]P、B[a]P-d12(內(nèi)標(biāo))：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，美國Sigma公司；

苯酚：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，美國AccuStandard公司；

NNK、NNK-d4(內(nèi)標(biāo))：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，德國Dr. Ehrenstorfer 公司；

環(huán)己烷、乙醇、異丙醇、甲基磺酸：色譜純，德國Chemicell公司；

超純水：電阻率18.2 MΩ·cm，自制；

2，4-二硝基苯肼、吡啶：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

鄰苯二甲酸氫鉀：分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展公司；

氫氧化鈉：分析純，重慶川東化工集團(tuán)有限公司；

氯胺-T：分析純，成都市科龍化工試劑廠；

1，3-二甲基巴比妥酸：分析純，美國Alfa Aesar公司；

鹽酸：分析純，德國CNW公司；

乙酸銨：分析純，上海晶純生化科技股份有限公司。

1.1.3 主要儀器設(shè)備

轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)：RM20H型，德國Borgwaldt公司；

氣相色譜儀：7890A型，美國Agilent公司；

氣相色譜質(zhì)/譜聯(lián)用儀：7890A/5975C型，美國Agilent公司；

高效液相色譜儀：1200型，美國Agilent公司；

連續(xù)流動分析儀：SAN++型，荷蘭Skalar公司；

離子色譜儀：ICS-5000型，美國Dionex公司；

液相色譜/三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：1260/6460型，美國Agilent公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：R-215型，瑞士Büchi 公司；

回旋式振蕩器：HY-5A型，金壇市旭生儀器廠；

超聲波發(fā)生器：KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

超純水系統(tǒng)：Milli-Q Reference型，美國Millipore公司；

電子天平：T201型，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 方法

參照GB/T 16447—2004的方法平衡卷煙樣品。ISO模式下，根據(jù)GB/T 19609—2004對34個細(xì)支卷煙和85個常規(guī)卷煙樣品進(jìn)行抽吸，采集樣品抽吸口數(shù)，并用吸煙機(jī)標(biāo)配的逐口捕集單元(劍橋濾片)捕集卷制的細(xì)支和常規(guī)卷煙主流煙氣粒相物中焦油、煙堿，以及NNK、B[a]P、苯酚和巴豆醛6種目標(biāo)成分，采用遞減法逐口捕集主流煙氣中CO、HCN和NH3，其中使用劍橋濾片和吸收瓶捕集氣、粒相物中HCN和NH3。主流煙氣中目標(biāo)物的處理手段及分析方法見表2。

表2 卷煙主流煙氣中9種主要成分逐口釋放量測試方法

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有樣品平行測定兩次。采用SPSS 19.0軟件對不同圓周卷煙抽吸口數(shù)對比、成分逐口釋放量數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計，以及成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)分析；采用Microsoft Excel軟件對成分逐口釋放特征進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同圓周卷煙抽吸口數(shù)對比

由圖1可知，細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙樣品平均抽吸口數(shù)分別為5.49，6.72，細(xì)支卷煙抽吸口數(shù)約為常規(guī)卷煙的82%，t檢驗結(jié)果顯示P=0.000(雙側(cè))<0.05，說明細(xì)支卷煙與常規(guī)卷煙抽吸口數(shù)量存在極顯著差異，可能是細(xì)支卷煙圓周較常規(guī)卷煙大幅降低，圓周與煙柱截面積比值增大，抽吸期間更大比例的煙草與外部空氣接觸，導(dǎo)致抽吸和陰燃期間煙柱長度的消耗速率(直線燃燒速率)上升。后續(xù)可規(guī)定細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙的抽吸口數(shù)分別為5，6口。

圖1 ISO抽吸模式下的抽吸口數(shù)分布直方圖

2.2 主要成分逐口釋放量數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計

由表3可知，不同卷煙樣品主流煙氣中9種目標(biāo)成分的逐口釋放量變化較大，細(xì)支卷煙主流煙氣中各目標(biāo)成分的釋放量均值均小于常規(guī)卷煙，其釋放量中位數(shù)、最小值、最大值及逐口釋放量總和也均小于常規(guī)卷煙，與Siu等[4，17]的結(jié)論相符。經(jīng)估算，以樣品卷煙的煙絲質(zhì)量/抽吸口數(shù)，得出細(xì)支卷煙單口煙氣中配方煙絲的平均燃燒消耗值約為常規(guī)卷煙的66%，間接佐證了Perfetti等[18]指出的有關(guān)隨著煙支圓周的下降，抽吸和陰燃期間煙柱長度的消耗速率(直線燃燒速率)上升，而煙柱質(zhì)量的消耗速率(質(zhì)量燃燒速率)下降的結(jié)果。相比于常規(guī)卷煙，抽吸期間配方煙絲燃燒消耗值的降低，使得細(xì)支卷煙逐口煙氣中的焦油、煙堿、CO等主要有害成分釋放量也隨之下降。

表3 逐口煙氣中9種主要成分描述統(tǒng)計結(jié)果?

細(xì)支卷煙中焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37種成分的極差、均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差、方差均小于常規(guī)卷煙。綜合離散指標(biāo)結(jié)果，說明焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH37種成分在細(xì)支卷煙逐口煙氣之間的釋放量波動較常規(guī)卷煙更為穩(wěn)定，而CO和巴豆醛的則相反，主要原因可能源于不同圓周卷煙之間主流煙氣中氣、粒兩相的物質(zhì)遞送存在差異。研究[19]表明，焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚以及HCN、NH3等成分均全部或大部分分布于主流煙氣粒相中，而CO和巴豆醛則分布于氣相中，加之細(xì)支卷煙吸阻及其波動性較常規(guī)卷煙大，對逐口煙氣遞送中氣相物質(zhì)的影響可能甚于粒相物質(zhì)，進(jìn)而使得CO和巴豆醛在細(xì)支卷煙煙氣逐口釋放波動較常規(guī)卷煙大，而其他7種成分則相反。

此外，常規(guī)卷煙的CO和細(xì)支卷煙的巴豆醛分別存在眾數(shù)，僅說明該樣品煙氣中此成分逐口釋放量一定程度上較其他成分變化小，關(guān)于細(xì)支與常規(guī)卷煙在該統(tǒng)計指標(biāo)之間的差異有待進(jìn)一步研究。

2.3 主要成分逐口釋放特征比較

由圖2可知，隨著抽吸口數(shù)的增加，除個別數(shù)據(jù)(細(xì)支卷煙中第5口苯酚釋放量)外，細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙主流煙氣中的焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH38種成分大體呈逐步增加的趨勢，而巴豆醛第1口的釋放量大于第2口，與文獻(xiàn)[20]的結(jié)論較為一致，而與文獻(xiàn)[21]中有關(guān)巴豆醛第1口釋放量的結(jié)論不一致，可能與卷煙燃吸所采用的點燃方式不同有關(guān)。除少部分口數(shù)釋放量(巴豆醛和HCN的第4口、第5口，以及NH3的第5口)外，細(xì)支卷煙的其余絕大部分逐口釋放量均小于常規(guī)卷煙，各成分逐口釋放量總和均小于常規(guī)卷煙，說明相比于常規(guī)卷煙，細(xì)支卷煙煙氣中有害成分的釋放量有不少幅度降低。

圖2 逐口煙氣中9種主要成分的逐口釋放量及總釋放量

2.4 主要成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)的相關(guān)性

由表4可知，細(xì)支卷煙中9種主要成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)相關(guān)性系數(shù)為0.608～0.986，表明整體上細(xì)支卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數(shù)遞增而增加，其中焦油、B[a]P呈極顯著正相關(guān)，煙堿、CO、NNK、HCN和NH3呈顯著正相關(guān)，苯酚和巴豆醛的正相關(guān)性一般。常規(guī)卷煙的相關(guān)性系數(shù)除巴豆醛為0.009 外，其他的為0.867～0.992，其中焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P 和NH3呈極顯著正相關(guān)，苯酚和HCN呈顯著正相關(guān)，巴豆醛的正相關(guān)性較小。相比于細(xì)支卷煙，常規(guī)卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數(shù)遞增而增加的趨勢整體上更顯著。

表4 主要成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)的相關(guān)性?

不同圓周卷煙焦油逐口釋放量與抽吸口數(shù)存在極顯著正相關(guān)。由偏相關(guān)統(tǒng)計可知，相比于無控制焦油情況下，細(xì)支卷煙中煙堿、CO、NNK、苯酚的相關(guān)性均發(fā)生了正負(fù)反轉(zhuǎn)，B[a]P的相關(guān)性稍有降低，巴豆醛的變化較小， HCN和NH3的變化為極顯著正相關(guān)。常規(guī)卷煙中僅煙堿和苯酚的相關(guān)性發(fā)生了正負(fù)反轉(zhuǎn)，巴豆醛的相關(guān)性有所增加，其余各指標(biāo)則略有不同程度的降低。綜上，焦油對細(xì)支卷煙中主要成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)之間相關(guān)性的影響更甚于常規(guī)卷煙。

3 結(jié)論

以同一烤煙型配方煙絲的細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙為對象，量化分析逐口煙氣中焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛、HCN和NH39種主要成分的釋放量，并從不同圓周卷煙抽吸口數(shù)、逐口數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計、逐口釋放量特征，以及逐口釋放量與抽吸口數(shù)之間的相關(guān)性等角度考察了細(xì)支卷煙與常規(guī)卷煙之間的差異。結(jié)果表明：① 細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙的平均抽吸口數(shù)存在極顯著差異，分別為5.49，6.72口，各成分在細(xì)支卷煙中的逐口釋放量及其總量均低于常規(guī)卷煙；② 細(xì)支卷煙中焦油、煙堿、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分的波動小于常規(guī)卷煙，而CO和巴豆醛的則相反；③ 隨著抽吸口數(shù)的增大，細(xì)支卷煙和常規(guī)卷煙中的焦油、煙堿、CO、NNK、B[a]P、苯酚、HCN和NH3等成分大體呈逐步增加的趨勢，唯獨巴豆醛的第1口釋放量大于第2口；④ 常規(guī)卷煙煙氣中9種主要成分的單口煙氣釋放量隨抽吸口數(shù)遞增而增加的趨勢整體上更顯著于細(xì)支卷煙，而在控制焦油情況下，細(xì)支卷煙各成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)相關(guān)性發(fā)生變化的程度更甚于常規(guī)卷煙。