通風(fēng)對細支煙主流煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量的影響

楊松，岳保山，孫培健，孫學(xué)輝，王宜鵬，顏權(quán)平，賈云禎，秦亞瓊，聶聰，張曉兵，余振華*，蔡君蘭*

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草化學(xué)重點實驗室，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號450001

2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，昆明市五華區(qū)紅錦路367號650000

通風(fēng)技術(shù)是卷煙設(shè)計中使用較多的技術(shù)，是降焦減害的一種重要技術(shù)手段。卷煙通風(fēng)的實現(xiàn)方式主要包括濾嘴通風(fēng)和卷煙紙通風(fēng)。通風(fēng)主要通過影響卷煙的燃燒以及煙氣的稀釋、過濾和擴散，進而影響主流煙氣化學(xué)成分釋放量［1-4］。謝劍平等［5］研究確定了卷煙主流煙氣代表性有害成分為CO、氰化氫（HCN）、4-（甲基亞硝氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、氨（NH3）、苯并[a]芘（B[a]P）、苯酚和巴豆醛（以下簡稱7種有害成分）。以往已開展了大量通風(fēng)對常規(guī)卷煙主流煙氣7種有害成分影響的研究工作［6-9］。近年來，國內(nèi)細支煙產(chǎn)銷量快速增長，已成為煙草企業(yè)和消費市場關(guān)注的熱點之一［10］。與常規(guī)卷煙相比，細支煙的圓周大幅降低、煙支長度增長，導(dǎo)致細支煙煙氣化學(xué)成分的生成、過濾和擴散均與常規(guī)卷煙差異較大［11］，其輔材參數(shù)對煙氣成分的影響規(guī)律與常規(guī)卷煙有較大不同［10］。對于細支煙來說，輔材參數(shù)對煙氣化學(xué)成分的影響研究主要集中在常規(guī)成分和香味成分，如楊松等［10］考察了卷煙紙透氣度和定量、絲束規(guī)格以及接裝紙透氣度對細支煙煙氣常規(guī)成分釋放量及感官質(zhì)量的影響，董艷娟等［12］考察了卷煙紙參數(shù)對細支煙煙氣常規(guī)成分釋放量的影響，周全等［13］考察了卷煙紙參數(shù)對細支煙主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分和香味成分釋放量的影響，張亞平等［14］考察了卷煙紙組分對常規(guī)和細支煙煙氣釋放量的影響，高明奇等［15］考察了細支煙濾嘴參數(shù)對煙堿過濾效率的影響。楚文娟等［16］建立了基于材料參數(shù)（濾嘴通風(fēng)、濾棒壓降、卷煙紙定量、卷煙紙透氣度、卷煙紙助燃劑質(zhì)量分數(shù)和卷煙紙助燃劑鉀鈉比）的細支煙主流煙氣焦油、7種有害成分、煙堿釋放量及H值的預(yù)測模型。迄今為止，通風(fēng)對細支煙主流煙氣7種有害成分影響的研究鮮見報道。因此，考察了濾嘴通風(fēng)和卷煙紙通風(fēng)對細支煙煙氣常規(guī)化學(xué)成分和7種有害成分的影響，旨在為細支煙設(shè)計和開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

1.1.1 實驗卷煙

采用相同烤煙型煙絲，卷制具有不同濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙透氣度的細支煙，濾嘴通風(fēng)通過在線打孔方式實現(xiàn)，實驗卷煙設(shè)計方案見表1。

表1實驗卷煙的設(shè)計方案①Tab.1 Design scheme of test cigarettes

采用標準測試方法對實驗卷煙和卷煙紙的物理指標進行測試，結(jié)果分別見表2和表3。由表2可知，所有煙支質(zhì)量基本一致，變異系數(shù)為1.4%；濾嘴通風(fēng)率基本達到設(shè)計要求，煙絲段通風(fēng)率隨卷煙紙透氣度升高而增大，樣品卷煙符合設(shè)計要求。由表3可知，卷煙紙參數(shù)實測值與設(shè)計值基本一致，達到設(shè)計要求。

1.1.2 儀器和試劑

SM450直線型吸煙機（英國Cerulean公司）；AA3連續(xù)流動分析儀（德國Bran Luebbe公司）；TurboVap LV濃縮氮吹儀（美國Zymark公司）；ICS-2500離子色譜儀（美國Dionex公司）；Aglient 6890氣相色譜-熱能分析聯(lián)用儀（GC-TEA）、Agilent 6890-5973N氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、Agilent 1200高效液相色譜儀（配備二極管陣列檢測器DAD）（美國Agilent公司）；AL-204-IC電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司）。

表2實驗卷煙物理參數(shù)Tab.2 Physical parameters of test cigarettes

表3卷煙紙參數(shù)實測值Tab.3 Measured parameters of cigarette papers

氯胺T（AR,天津光復(fù)精細化工研究所）；異煙酸、1,3-二甲基巴比妥酸（99%,北京百靈威科技有限公司）；4-（甲基亞硝氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、9-苯基蒽、苯并[a]芘（B[a]P）（標準物質(zhì)，≥98%，中國標準物質(zhì)中心）；苯酚（標準物質(zhì)，≥99.5%，美國Chem Service Standards公司）；2,4-二硝基苯肼、巴豆醛、苯甲醛-2,4-二硝基苯腙（≥98%，美國Supelco公司）；環(huán)己烷、二氯甲烷、甲醇、乙腈（色譜純，美國J T Baker公司）；其他試劑均為市售分析純。

1.2 方法

1.2.1 卷煙物理參數(shù)分析

采用GB/T 22838—2009［17］的方法進行卷煙質(zhì)量、開式吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率和圓周等物理參數(shù)分析。

1.2.2 煙氣常規(guī)成分和7種有害成分分析

采用相應(yīng)的國家或煙草行業(yè)標準方法測定卷煙主流煙氣焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛釋放量［18-27］，并計算相應(yīng)的H值。

2 結(jié)果與討論

2.1 總通風(fēng)率對細支煙煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量的影響

樣品卷煙常規(guī)成分釋放量結(jié)果見表4，7種有害成分釋放量及H值見表5。

表4不同通風(fēng)率細支煙主流煙氣常規(guī)成分釋放量Tab.4 Releases of routine components in mainstream smoke of slim cigarettes with different ventilationrates（mg?支-1）

表5不同通風(fēng)率細支煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值Tab.5 Releases of seven harmful components in mainstream smoke and the H index of slim cigarettes with different ventilation rates

將總通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合，結(jié)果見表6。線性擬合結(jié)果表明，總通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值均負相關(guān)；總通風(fēng)率增加1%，CO、HCN和巴豆醛等釋放量的降低率較高。這可能是由于CO、HCN和巴豆醛的沸點較低、主要分布于煙氣氣相，而通風(fēng)對氣相成分影響較大［28］導(dǎo)致的。

為了考察總通風(fēng)對單位焦油煙氣釋放量的影響，將總通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合，結(jié)果見表7。線性擬合結(jié)果表明，總通風(fēng)率與單位焦油煙堿、NNK、氨和苯酚的釋放量及H值均正相關(guān)，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量負相關(guān)，與單位焦油水分和B[a]P釋放量無相關(guān)關(guān)系。這是由于隨總通風(fēng)的增加，煙堿、NNK、氨和苯酚的釋放量及H值的降低幅度小于焦油的降低幅度，CO、HCN和巴豆醛釋放量的降低幅度大于焦油的降低幅度（表6）。

表6總通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值線性擬合結(jié)果Tab.6 Regression equation parameters of releases of TPM,tar,nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol and crotonaldehyde and the H index value with total ventilation rate

表7總通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值線性擬合結(jié)果Tab.7 Regression equation parameters of releases of nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol and crotonaldehyde per unit tar basis and the H index with total ventilation rate

2.2 濾嘴通風(fēng)率對細支煙煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量的影響及與常規(guī)卷煙對比分析

在卷煙紙透氣度20、40、50和80 CU下，將濾嘴通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合，結(jié)果見表8?？芍孩倬€性擬合結(jié)果表明，在不同卷煙紙透氣度下，濾嘴通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值均負相關(guān)；②在不同卷煙紙透氣度下，濾嘴通風(fēng)率增加1%，CO、HCN和巴豆醛的降低率較高，這與上述總通風(fēng)的影響是一致的。

為了考察濾嘴通風(fēng)對單位焦油煙氣釋放量的影響，將濾嘴通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合（卷煙紙透氣度為50 CU時），結(jié)果見表9。線性擬合結(jié)果表明，濾嘴通風(fēng)率與單位焦油煙堿、NNK、氨和苯酚的釋放量及H值均正相關(guān)，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量負相關(guān)，與單位焦油水分和B[a]P的釋放量無相關(guān)關(guān)系。這是由于隨濾嘴通風(fēng)的增加，煙堿、NNK、氨和苯酚釋放量的降低幅度小于焦油，CO、HCN和巴豆醛釋放量的降低幅度大于焦油，這與總通風(fēng)對單位焦油煙氣釋放量的影響趨勢一致。

表8濾嘴通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值線性擬合結(jié)果Tab.8 Regression equation parameters of releases of TPM,tar,nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol and crotonaldehyde and the H index with filter ventilation rate

表8（續(xù)）

表9濾嘴通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值線性擬合結(jié)果①Tab.9 Regression equation parameters of releases of nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol,crotonaldehyde per unit tar basis and the H index with filter ventilation rate

為了對比濾嘴通風(fēng)率對細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分和7種有害成分的釋放量及H值的影響，同時參考以往文獻報道［6,29］，列出濾嘴通風(fēng)率與常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數(shù)，濾嘴通風(fēng)率與細支煙主流煙氣常規(guī)成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數(shù)選擇表6中卷煙紙透氣度為50 CU時的結(jié)果（因文獻中常規(guī)卷煙卷煙紙透氣度為60 CU），具體結(jié)果見表10?？芍孩贋V嘴通風(fēng)率與細支和常規(guī)卷煙的常規(guī)成分和7種有害成分的釋放量、H值均負相關(guān)；濾嘴通風(fēng)率增加1%時，細支煙焦油、煙堿、CO、HCN、氨、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值的降低率均小于常規(guī)卷煙，NNK和B[a]P兩種成分無差異。說明濾嘴通風(fēng)率對細支煙焦油、煙堿、CO、HCN、氨、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值的影響小于常規(guī)卷煙。細支煙橫截面積僅為常規(guī)卷煙的48.5%（23/47.4），在標準抽吸條件下，細支煙的氣體流速遠大于常規(guī)卷煙，可能是濾嘴通風(fēng)對細支煙煙氣影響小于常規(guī)卷煙的主要原因。②濾嘴通風(fēng)率對細支煙和常規(guī)卷煙NNK和B[a]P的影響差異較小，這可能是由于NNK和B[a]P沸點較高，受通風(fēng)影響較小。

表10濾嘴通風(fēng)率對細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)、7種有害成分釋放量及H值影響比較Tab.10 Comparison of influences of filter ventilation rate on releases of routine components and seven harmful components in mainstream smoke and the H index between slim and king-sized cigarettes

2.3 卷煙紙通風(fēng)對細支煙煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量的影響及與常規(guī)卷煙對比分析

由于濾嘴通風(fēng)率對煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量有影響，因此選擇在濾嘴通風(fēng)率為0條件下，考察紙通風(fēng)對細支煙煙氣常規(guī)成分及7種有害成分釋放量的影響。

將紙通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合，結(jié)果見表11。結(jié)果表明：①線性擬合結(jié)果表明，卷煙紙通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛釋放量及H值均負相關(guān)；②紙通風(fēng)率增加1%，CO、HCN和巴豆醛的降低率較高，這與上述總通風(fēng)和濾嘴通風(fēng)的影響是一致的；③紙通風(fēng)增加1%時，總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、苯酚、巴豆醛及H值的降低率均大于濾嘴通風(fēng)率增加1%時的降低率，表明卷煙紙通風(fēng)的影響大于濾嘴通風(fēng)，這可能是由于卷煙紙的通風(fēng)孔較?。讖綖?μm左右［30］），濾嘴在線打孔的孔徑較大（孔徑約為100μm左右），相同通風(fēng)率下較小的孔徑更有利于煙氣的擴散［31］。

為了考察紙通風(fēng)對單位焦油煙氣釋放量的影響，將紙通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值進行線性擬合（濾嘴通風(fēng)率為0時），結(jié)果見表12。線性擬合結(jié)果表明，紙通風(fēng)率與單位焦油煙堿、氨釋放量均正相關(guān)，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量及H值均負相關(guān)，與單位焦油水分、NNK、B[a]P和苯酚釋放量均無相關(guān)關(guān)系。這是由于隨紙通風(fēng)的增加，煙堿和氨釋放量的降低幅度小于焦油，CO、HCN和巴豆醛的釋放量及H值的降低幅度大于焦油。

表11卷煙紙通風(fēng)率與總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值線性擬合結(jié)果Tab.11 Regression equation parameters of releases of TPM,tar,nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol,crotonaldehyde and the H index with ventilation rate of cigarette paper

為了對比卷煙紙通風(fēng)對細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分、7種有害成分釋放量及H值的影響，同時參考以往文獻報道［6,32］，表13中同時列出卷煙紙透氣度與常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數(shù)?？芍孩倬頍熂埻笟舛扰c細支和常規(guī)卷煙的7種有害成分釋放量、H值均呈負相關(guān)關(guān)系；②卷煙紙透氣度增加10 CU時，細支煙煙氣焦油、煙堿、CO、HCN、氨、B[a]P和苯酚釋放量及H值降低率均小于常規(guī)卷煙，說明紙通風(fēng)對細支煙煙氣焦油、煙堿、CO、HCN、氨、B[a]P和苯酚釋放量及H值的影響小于常規(guī)卷煙。

表12紙通風(fēng)率與單位焦油煙堿、CO、水分、HCN、NNK、氨、B[a]P、苯酚和巴豆醛釋放量及H值的線性擬合結(jié)果①Tab.12 Regression equation parameters of releases of nicotine,CO,moisture,HCN,NNK,ammonia,B[a]P,phenol and crotonaldehyde per unit tar basis and the H index with the paper ventilation rates

表13卷煙紙透氣度對細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分和7種有害成分釋放量及H值影響比較Tab.13 Comparison of influences of cigarette paper air permeability on releases of routine components and seven harmfulcomponents and the H index between slim and king-sized cigarettes

3 結(jié)論

①總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率與細支煙主流煙氣常規(guī)成分、7種有害成分釋放量及H值呈負相關(guān)關(guān)系；②總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率或紙通風(fēng)率增加1%時，CO、HCN、巴豆醛降低率較高；③紙通風(fēng)對細支煙總粒相物、焦油、煙堿、CO、水分、HCN、NNK、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值的影響大于濾嘴通風(fēng)；④濾嘴通風(fēng)和紙通風(fēng)對細支煙焦油、煙堿、CO、HCN、氨和苯酚的釋放量及H值的影響小于常規(guī)卷煙。