兩種抽吸模式下卷煙煙氣有害成分釋放量與濾嘴通風率的關系

陳 歡，姜興益，王 穎，張 威，龐永強，侯宏衛，胡清源

國家煙草質量監督檢驗中心，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

兩種抽吸模式下卷煙煙氣有害成分釋放量與濾嘴通風率的關系

陳 歡，姜興益，王 穎，張 威，龐永強，侯宏衛，胡清源*

國家煙草質量監督檢驗中心，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

為了解不同抽吸模式下卷煙煙氣有害成分釋放量與濾嘴通風率的關系，考察了ISO和加拿大衛生部深度(HCI)兩種抽吸模式下主流煙氣中煙堿及乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、一氧化碳(CO)、甲醛、N-亞硝基降煙堿(NNN)、4-(N-甲基-N-亞硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、苯酚、巴豆醛、氫氰酸(HCN)和氨等13種有害成分的釋放量與濾嘴通風率的相關關系，并進一步探討了單位煙堿有害成分釋放量與濾嘴通風率的相關性。結果表明：①在ISO抽吸模式下，除NNN、NNK外，其他有害成分的釋放量與濾嘴通風率負相關；甲醛和巴豆醛的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率負相關，乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的單位煙堿釋放量與濾嘴通風正相關。②在HCI抽吸模式下，甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和煙堿的釋放量與濾嘴通風率負相關，HCN釋放量與濾嘴通風率正相關，其余有害成分的釋放量與濾嘴通風無顯著相關性；乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率正相關。

抽吸模式；濾嘴通風率；釋放量；有害成分；主流煙氣

目前，國內外卷煙企業普遍采用改變卷煙紙透氣度、濾嘴通風率等卷煙材料設計參數的方法來降低主流煙氣中有害成分的釋放量。研究表明，對于CO、煙堿、氮氧化物、香味成分等多種煙氣釋放物成分，濾嘴通風技術能顯著降低其在ISO抽吸模式下的測定值［1-7］。近年來，WHO煙草制品管制研究小組提出了卷煙煙氣中9種優先管制成分（乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、CO、甲醛、NNN和NNK），并建議在深度抽吸模式下以單位煙堿有害成分釋放量進行限量管制［8］。國內相關研究主要集中在不同抽吸模式對卷煙主流煙氣中有害成分釋放量的影響［9-12］方面，關于卷煙濾嘴通風對FCTC 9種優先管制成分的影響研究較少，而且深度抽吸模式及單位煙堿有害成分釋放量計算方式下濾嘴通風率對有害成分釋放量的影響研究未見報道。因此，綜合國內關注的卷煙主流煙氣7種有害成分和FCTC建議的9種優先管制成分，以13種有害成分（乙醛、丙烯醛、苯、苯并[a]芘、1,3-丁二烯、CO、甲醛、NNN、NNK、苯酚、巴豆醛、HCN和氨）為研究目標，在ISO和加拿大衛生部深度（HCI）抽吸模式下，測試不同濾嘴通風率卷煙產品中煙堿和13種有害成分釋放量，以探討不同抽吸模式下濾嘴通風率與有害成分釋放量的相關性，以及濾嘴通風率與單位煙堿有害成分釋放量的相關關系。

1 材料與方法

1.1 卷煙樣品

選擇41個不同濾嘴通風率的卷煙樣品為實驗樣品，其中烤煙型卷煙樣品24個，混合型卷煙樣品17個。濾嘴通風率＜1%的卷煙樣品有10個（烤煙型9個，混合型1個），濾嘴通風率在5%～20%的卷煙樣品有8個（烤煙型7個，混合型1個），濾嘴通風率在20%～30%的卷煙樣品有12個（烤煙型3個，混合型9個），濾嘴通風率＞30%的卷煙樣品有11個（烤煙型5個，混合型6個）。所有卷煙樣品的具體參數見表1。

表1 卷煙樣品參數

1.2 方法

1.2.1 樣品處理及煙氣有害成分檢測

按照GB/T 5606.1—2004《卷煙第1部分》和GB/T 16447—2004《煙草及煙草制品調節和測試的大氣環境》的方法抽樣并調節卷煙樣品。分別在ISO和HCI兩種抽吸模式下抽吸卷煙樣品，然后分別參照GB/T 23356—2009［13］、GB/T 21130—2007［14］、YQ/T 17—2012［15］、GB/T 27523—2011［16］、YC/T 254—2008［17］、YC/T 255—2008［18］、YC/T 377—2010［19］、YC/T 253—2008［20］、GB/T 23355—2009［21］測定卷煙主流煙氣中CO，苯并[a]芘，NNN和NNK，苯和1,3-丁二烯，甲醛、乙醛、丙烯醛和巴豆醛，苯酚，氨，HCN，煙堿的釋放量。

1.2.2 數據處理

采用數理統計軟件SPSS 20.0，對卷煙煙氣中13種有害成分釋放量與濾嘴通風率的相關性，以及卷煙煙氣中13種有害成分的單位煙堿釋放量（由有害成分釋放量除以煙堿釋放量計算得到）與濾嘴通風率的相關性進行統計分析。根據變量數據的正態分布檢驗結果，采用Spearman秩相關系數進行相關分析。由Spearman相關系數（r）及相關性判定原理可知：當p＜0.05時，表示相關性在95%置信區間上有顯著意義，當p＜0.01時，表示相關性在99%置信區間上有顯著意義；|r|＜0.3表示微弱相關，0.3＜|r|＜0.5表示低度相關，0.5＜|r|＜0.8表示中度相關，0.8＜|r|＜1.0表示高度相關；當p＞0.05時，表示相關性沒有顯著意義。

2 結果與討論

2.1 ISO 抽吸模式下濾嘴通風率與有害成分釋放量的關系

為考察ISO抽吸模式下濾嘴通風率對卷煙樣品中13種有害成分的釋放量以及單位煙堿釋放量的影響，分別分析了ISO抽吸模式下所有41個卷煙樣品主流煙氣中煙堿和13種有害成分釋放量與濾嘴通風率之間的相關性，以及13種有害成分單位煙堿釋放量與濾嘴通風率之間的相關性，結果見表2。由于混合型卷煙與烤煙型卷煙的NNN和NNK釋放量差異很大，因此，在NNN和NNK釋放量分析中僅對24種烤煙型卷煙樣品和17種混合型卷煙樣品進行分別分析，未對全部樣品進行整體分析。

由表2可知，在ISO抽吸模式下，所有有害成分的釋放量均與卷煙濾嘴通風率呈負相關關系，除NNN和NNK外，其他有害成分與濾嘴通風率之間的負相關關系均有顯著意義。可見，在ISO抽吸模式下，濾嘴通風技術可通過稀釋主流煙氣來有效降低煙堿及卷煙產品中甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、苯并[a]芘、苯酚、氨、1,3-丁二烯、苯和HCN等11種有害成分的釋放量，與文獻報道相一致［22-26］。對于NNN和NNK，其釋放量水平受煙絲類型、葉組配方的影響很大，已有文獻報道采用單因素變化的實驗樣本測試得到濾嘴通風率與NNK釋放量有負相關性［24-26］，但本文中實驗樣本為市售卷煙，卷煙主流煙氣中NNN和NNK的釋放量可能受到多因素變量的綜合影響，因而本實驗中未觀察到濾嘴通風率與NNN和NNK釋放量之間有顯著相關性。

表2 ISO 抽吸模式下濾嘴通風率與有害成分釋放量及單位煙堿釋放量的相關性①

當采用單位煙堿有害成分釋放量進行相關分析時，卷煙樣品中不同有害成分的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率的相關關系與上述結果不一致。表2表明，樣品中甲醛和巴豆醛的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率顯著負相關，乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率顯著正相關，其他有害成分與濾嘴通風率無相關性。

綜上，在ISO抽吸模式下，若采用有害成分釋放量計算方式，則高濾嘴通風率卷煙產品可有效降低大多數有害成分的釋放量。若采用單位煙堿有害成分釋放量計算方式，則高濾嘴通風率卷煙產品的有害成分釋放量變化趨勢不一致，高濾嘴通風率卷煙產品的煙氣成分中乙醛、CO、苯并[a]芘和氨的單位煙堿釋放量可能會更高。

2.2 HCI 抽吸模式下濾嘴通風率與有害成分釋放量的關系

HCI抽吸模式下，41個卷煙樣品主流煙氣中煙堿和13種有害成分釋放量與濾嘴通風率之間的相關性，以及13種有害成分單位煙堿釋放量與濾嘴通風率之間的相關性如表3所示。

表3 HCI 抽吸模式下濾嘴通風率與有害成分釋放量及單位煙堿釋放量的相關性

由表3可知，卷煙樣品主流煙氣中甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和煙堿的釋放量與濾嘴通風率顯著負相關，HCN與濾嘴通風率正相關，其余有害成分的釋放量與濾嘴通風率無相關性。在HCI抽吸模式下，濾嘴通風孔100%封閉，不能通過稀釋主流煙氣達到降低有害成分釋放量的效果，但目前市售的高濾嘴通風率卷煙產品往往同時使用高透氣度的卷煙紙、復合多元濾棒等多種降低焦油和有害成分釋放量的技術，這些技術可能導致了HCI抽吸模式下卷煙樣品中甲醛、巴豆醛、苯并[a]芘、苯酚和煙堿與濾嘴通風率之間呈負相關關系。

由表3還可以看出，在HCI抽吸模式下，若采用13種有害成分的單位煙堿釋放量進行相關分析，則卷煙主流煙氣中乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨與濾嘴通風率之間呈顯著正相關關系。

綜上，在HCI抽吸模式下，若采用有害成分釋放量計算方式，則降低大多數有害成分的釋放量不能通過濾嘴通風技術來實現，因為高通風率卷煙在有害成分釋放量方面并未呈現出明顯的優勢。若采用FCTC要求的深度抽吸模式下有害成分的單位煙堿釋放量計算方式，則多種有害成分的單位煙堿釋放量與濾嘴通風率之間呈正相關關系，高通風率卷煙主流煙氣中乙醛、丙烯醛、巴豆醛、CO、HCN和氨等6種有害成分的單位煙堿釋放量會更高。

2.3 不同抽吸模式下卷煙危害性指數（H 值）與濾嘴通風率的相關性

據文獻［27］報道，卷煙主流煙氣中7種有害成分的釋放量可用于計算卷煙危害性指數（H值），進而評估卷煙煙氣的危害性，計算公式：

式中：Y為卷煙主流煙氣有害成分釋放量；C1～C7為參考值。

由上述公式可知，卷煙H值的計算由CO、HCN、NNK、氨（NH3）、苯并[a]芘（B[a]P）、苯酚、巴豆醛（CRO）7個分項組成，每個分項值為某一卷煙的實測值與參考值之比，7個分項值之和即為該卷煙的危害性評價H值。H值越大，則危害性越大，H值越小，則危害性越小。參照文獻［27］報道的卷煙H值計算方法，計算了不同抽吸模式下卷煙的H值，并分析了不同抽吸模式下卷煙H值與濾嘴通風率的關系。結果（圖1）表明：在ISO抽吸模式下，卷煙樣品的H指數與濾嘴通風率存在顯著相關性，Spearman相關系數為-0.617（p＜0.01）。在HCI抽吸模式下，卷煙樣品的H指數與濾嘴通風率無相關性，Spearman相關系數為0.019。可見，在ISO抽吸模式下，采用濾嘴通風技術有望顯著降低卷煙H值。但在HCI抽吸模式下，由于濾嘴通風孔100%封閉，難以通過濾嘴通風技術降低卷煙H值。因而，若要降低卷煙有害成分的釋放量，則需要借助于其他減害技術。

圖1 兩種抽吸模式下卷煙H值與濾嘴通風率的關系

3 結論

在ISO抽吸模式下，卷煙主流煙氣中煙堿和13種有害成分的釋放量均隨著卷煙濾嘴通風率的增大而逐漸降低。但在HCI抽吸模式下，大多數有害成分的釋放量與濾嘴通風率無相關性。經過公式計算，ISO抽吸模式下卷煙H值與濾嘴通風率有顯著的相關性，但在HCI抽吸模式下，由于濾嘴通風孔100%封閉，卷煙樣品的H值與濾嘴通風率無相關性。

當采用FCTC推薦的單位煙堿有害成分釋放量進行分析時，ISO和HCI兩種抽吸條件下均存在單位煙堿有害成分釋放量與濾嘴通風率呈正相關的情況，在HCI抽吸模式下該趨勢更為明顯。因此，需要開展濾嘴通風外的其他減害技術研究作為技術儲備。同時，由于本文中考察有害成分與通風率相關性時采用了市售卷煙樣本，研究結果可能會受到卷煙輔材參數、配方參數等多因素的影響，因而，所得結論仍需開展大范圍樣本研究來進一步驗證。

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責任編輯 洪廣峰

Relationships Between Filter Ventilation Rate and Deliveries of Harmful Components in Mainstream Cigarette Smoke Under ISO and HCI Smoking Regimes

CHEN Huan,JIANG X ingyi,WANG Ying,ZHANG Wei,PANG Yongqiang,HOU Hongwei,and HU Qingyuan*
China National Tobacco Quality Supervision&Test Center,Zhengzhou 450001,China

To find out the relationships between filter ventilation rate and the deliveries of harm ful components in mainstream cigarette smoke under different smoking regimes,the correlations between filter ventilation rate and the deliveries of nicotine and 13 harm ful components(acetaldehyde,acrolein,benzene, benzo[a]pyrene,1,3-butadiene,CO,formaldehyde,NNN,NNK,phenol,crotonaldehyde,HCN and NH3)in mainstream cigarette smoke under ISO and Health Canada intensive(HCI)smoking regimes were investigated,and the correlations between filter ventilation rate and the deliveries of harm ful com ponents per unit nicotine yield were analyzed as well.The results showed that：1)Under ISO smoking regime,filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of harm ful components(excluding NNN and NNK); filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of formaldehyde and crotonaldehyde per unitnicotine yield,while positively correlated to the deliveries of acetaldehyde,CO,benzo[a]pyrene and NH3per unit nicotine yield.2)Under HCI smoking regime,filter ventilation rate negatively correlated to the deliveries of formaldehyde,crotonaldehyde,benzo[a]pyrene,phenol and nicotine,while positively correlated to the delivery of HCN,there was no significant correlation between filter ventilation rate and the deliveries of the other harm ful components.The deliveries of acetaldehyde,acrolein,crotonaldehyde, CO,HCN and NH3per unit nicotine yield also positively correlated to filter ventilation rate.

Smoking regime;Filter ventilation rate;Delivery;Harm ful component;Mainstream cigarette smoke

TS411.2

A

1002-0861（2015）09-0045-05

10.16135/j.issn1002-0861.20150908

2014-10-24

2015-05-11

中國煙草總公司科技重點項目“國內外卷煙主要有害成分釋放量中位值及其影響因素研究”（110201302008）。

陳歡（1982—），女，博士，高級工程師，主要從事煙草化學分析工作。E-mail：hunny_ch@163.com；*

胡清源，E-mail：huqy1965@163.com

陳歡，姜興益，王穎，等.兩種抽吸模式下卷煙煙氣有害成分釋放量與濾嘴通風率的關系［J］.煙草科技，2015，48（9）：45-49.

CHEN Huan,JIANG Xingyi,WANG Ying,etal.Relationships between filter ventilation rate and deliveries of harm ful components in mainstream cigarette smoke under ISO and HCI smoking regimes［J］.Tobacco Science& Technology,2015,48(9)：45-49.