雪茄煙主流煙氣指標測定及穩定性分析

李翔宇，姜興益，張洪非，羅彥波，朱鳳鵬，龐永強

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

一直以來都有一些煙草消費者在關注并使用雪茄煙。在國際上，FDA 的最終認定原則（Final Deeming Rule）將雪茄煙納入煙草制品管理，因此，雪茄煙研究成為煙草研究科學的熱點之一。煙氣是燃吸類煙草制品直接面向消費者的最主要特征，是體現產品質量和風格特征的主要因素，也是構筑產品核心技術的關鍵點之一。雪茄煙煙氣研究日益受到關注。一方面，煙氣指標的穩定性反映了產品的感官品質和風格特征穩定性［1］，另一方面，使用吸煙機準確測試雪茄煙煙氣可為雪茄煙有害成分與風險研究提供借鑒。

與常規卷煙相比，雪茄煙的規格較多，長度、直徑范圍較廣，產品質量差異較大，針對雪茄煙煙氣分析測試的研究也較少。據報道，雪茄煙相關的期刊論文僅為常規卷煙的1/100 左右［2］。目前，國外僅有少數報道涉及雪茄煙煙氣分析。Schmeltz 等［3］分析了某雪茄煙的TPM、pH、水分、煙堿、B［a］P、揮發性酚、CO、NH3等，發現雪茄煙煙氣與卷煙煙氣pH、NH3和CO 明顯不同。Klupinski 等［4］對比了美國生產的小雪茄和卷煙主流煙氣粒相物，發現了3 種有顯著差異的物質。國內研究者主要針對雪茄煙的茄芯原料進行了分析，例如，趙瑞等［5］研究了雪茄煙茄芯原料中的主要化學成分與感官品質，王玉華等［6］分析了雪茄煙茄芯原料中的中性致香物質。盡管雪茄煙產品類型豐富，但目前針對雪茄煙煙氣的分析研究報道較少。

因此，本研究中通過查閱相關資料，參考CORESTA 推薦方法［7-12］中所用樣品，選取了國內外16 個雪茄煙樣品。根據CORESTA 推薦方法CRM 46［7］、CRM 64［8］、CRM 65［9］、CRM 66［10］、CRM 67［11］和CRM 68［12］，優化和細化方法中的關鍵環節。對雪茄煙樣品進行煙氣成分分析，并與CORESTA 推薦方法和CORESTA 雪茄煙學組第1～12 次雪茄煙共同試驗［13-16］的數據進行比對分析。通過對比分析雪茄煙樣品的煙氣穩定性，探討提高實驗室雪茄煙煙氣測試結果準確性的措施，以期為雪茄煙煙氣指標研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

根據雪茄煙產地、規格等的不同，選取國內外雪茄煙樣品共16 個（國外和國內樣品各8 個）。

異丙醇（色譜純，上海科醚化學科技有限公司）；乙醇、正十七烷烴（色譜純，上海安譜實驗科技有限公司）；CO 標準氣體（中國計量科學研究院國家標準物質研究中心）；煙堿（≥98%，美國Sigma-Aldrich 公司）；去離子水（自制）。

SM410-CV 型雪茄煙吸煙機、雪茄煙夾持器和煙氣捕集器、COA205 型非散射紅外分析儀、氣相收集系統、皂膜流量計（德國Borgwaldt-KC 公司）；氣相色譜儀（配火焰離子化檢測器，美國Agilent 公司）；CP224S 電子天平（感量：0.000 1 g，德國Sartorius 公司）。

1.2 方法

1.2.1 雪茄煙常規化學指標測試

按照CRM 64［8］調節雪茄煙樣品和調試吸煙機，根據雪茄煙直徑計算抽吸容量并準備夾持器，煙氣常規化學指標及測試方法見表1。

表1 雪茄煙主流煙氣常規化學指標及測試方法Tab.1 Routine chemical indexes of mainstream cigar smoke and corresponding testing methods

1.2.2 雪茄煙直徑測量

繞線法：分別在距嘴端15 mm 處、33 mm 處進行標記，用30 旦白色線繞標記處1 周，在繞線交匯處用筆標記，測量繞線標記的兩點交匯處之間的長度，即為雪茄煙周長C，用D=C/3.142 計算得到雪茄煙直徑D，取8 支雪茄煙直徑測量的平均值為最終結果。以15 mm 處的直徑進行夾持器和捕集器的選取，以33 mm 處的直徑進行抽吸容量V 的計算。參考YC/T 461—2013［17］，根據雪茄煙33 mm 處的直徑D 計算得到抽吸容量V（表2）。

表2 不同直徑雪茄煙的抽吸容量①Tab.2 Puffing volume calculated by cigar diameter

1.2.3 數據處理

將本實驗結果與CORESTA 推薦方法及共同實驗結果進行對比，并利用格拉布斯檢驗法對從各抽吸通道得到的原始數據進行異常值判斷和剔除。數據剔除遵循以下原則：如果總粒相物被剔除，則水分、煙堿、焦油、一氧化碳數據一并被剔除；如果水分、煙堿被剔除，則焦油數據被剔除；如果焦油、一氧化碳數據異常，則將其剔除。格拉布斯檢驗方法準則：在正態分布情況下，當某次測量的殘差超過實驗標準差與臨界系數的乘積，則認為該測量結果屬于離群值而應予剔除；將離群值剔除后，重新計算實驗標準差，并對剩余數據進行判別、處理，直到測量結果中不包含離群值為止。

2 結果與討論

2.1 測試方法對比分析

基于本實驗室的預實驗結果對文獻方法部分內容進行了修改，修改前后的內容見表3。初步實驗結果表明，按照修改后的方法進行雪茄煙煙氣常規化學指標的測試時，方法的實際可操作性以及結果準確性明顯提高。

表3 測試方法修改內容對比Tab.3 Modification comparisons between testing methods

2.2 樣品選取與分析

CRM 64 中規定：雪茄煙煙氣分析用吸煙機夾持器應滿足直徑為6.5～22.5 mm 雪茄煙的測試。CRM 65中規定：雪茄煙長度為65～250 mm，質量為＜1 g ～＞15 g，直徑為6～25 mm。GB/T 15269.1—2010［19］中規定：雪茄煙按型號分為大號（m≥6.0 g/支）、中號（3.0 g/支≤m＜6.0 g/支）、小號（1.2 g/支≤m＜3.0 g/支）和微型（m＜1.2 g/支）。

在本研究中，根據雪茄煙尺寸的情況選取具有代表性的樣品進行分析，主要依據以下幾個原則選取雪茄煙樣品：①雪茄煙樣品的長度和直徑，應介于CORESTA 方法中提出的雪茄煙長度和直徑變化范圍內；②雪茄煙樣品的質量，應能夠覆蓋國標方法型號分類中的規定值；③對于國外生產的雪茄煙，根據國內進口銷量情況選取；④對于國內生產的雪茄煙，根據其長度和直徑進行選取，使之與所選取的國外雪茄煙形成互補。

綜合考慮上述原則，共選擇了國內外的16 個雪茄煙樣品。按照GB/T 15269.3—2011［18］測定16個雪茄煙樣品的質量、長度，按照1.2 節方法測定雪茄煙的直徑和抽吸容量，結果如表4 所示。

表4 雪茄煙樣品的質量、長度和抽吸容量Tab.4 Weight,length and puffing volume of cigar samples

2.3 雪茄煙煙氣單個實驗室測定結果

對表4 中的雪茄煙樣品進行煙氣分析測試，指標包括：總粒相物、水分、煙堿、焦油和一氧化碳。測試結果按照標準方法中的規定以mg/支進行統計分析，另外計算平均相對標準偏差（RSD），如表5 所示。

表5 單個實驗室的雪茄煙煙氣測定結果Tab.5 Analysis results of mainstream cigar smoke in one laboratory

CORESTA CRM 65、66 和67 的方法文本中提供了10 個雪茄煙樣品的焦油、煙堿、水分的重復性數據，CORESTA CRM 68 的方法文本中提供了5個雪茄煙樣品的一氧化碳數據。另外，選擇了CORESTA 雪茄煙煙氣分析學組1～12 次雪茄煙煙氣分析數據進行對比分析，去掉兩個參比卷煙Sample A（CM7）和Sample G（CM8）數據，留下雪茄煙Sample B、C、D 和E。CORESTA 推薦方法和共同實驗數據如表6 所示。

將單個實驗室數據（表5）與CORESTA 推薦方法和共同實驗結果（表6）進行對比分析。由于實驗室數量和樣本等存在差異，因此，比較結果僅用于簡單評價測量結果的準確性和本文中所述細化操作方法的可行性。分析結果顯示：①對于總粒相物數據來說，當測定的總粒相物低于50 mg/支時，總粒相物的RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的總粒相物高于50 mg/支時，總粒相物的RSD 比CORESTA 重復性數據低；②對于焦油量數據來說，當測定的焦油量低于100 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的焦油量高于100 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；③對于煙堿量數據來說，當測定的煙堿低于3.8 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的煙堿高于3.8 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；④對于一氧化碳數據來說，當測定的一氧化碳低于200 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的一氧化碳高于200 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；⑤對水分數據來說，RSD 數據總體上略低于重復性數據；⑥所有數據的RSD 均低于CORESTA 再現性數據。

CORESTA 數據以及本實驗數據對比結果表

明，本方法測定結果較準確。雪茄煙的直徑越大，煙氣指標的穩定性越差，雪茄煙吸煙機煙氣測試難度越高，水分數據的穩定性較差。另外，雪茄煙樣品調節所需的平衡時間與其質量之間無顯著相關性，在平衡時同一款雪茄煙不同煙支的平衡時間存在差異，這說明雪茄煙煙支的平衡時間可能與樣品自身的保存條件有關。大多數樣品在調節72 h 后可以達到平衡，與CRM46 方面“至少需要調節72 h”規定一致。另外，本研究中根據實驗數據對比分析了單位質量煙支條件下CO 釋放和水分的關系，發現無相關規律。結合水分測定結果和雪茄煙調節結果可知，現行的雪茄煙樣品調節方法仍需要改進。

表6 CORESTA1～12 次共同實驗（CS1～CS12）數據和CORESTA 推薦方法數據Tab.6 Data obtained in the 1st-12th cigar collaborative studies of CORESTA and tested with CORESTA recommended methods

2.4 煙氣重復測定結果

依照雪茄煙樣品單個實驗室測試的方法、步驟和數據剔除原則，分別在3 個實驗室測試雪茄煙樣品煙氣成分，包括總粒相物、焦油、煙堿、一氧化碳和水分共5 個指標。測試結果如表7 所示。

表7 3 個實驗室的雪茄煙煙氣測定結果Tab.7 Analysis results of mainstream cigar smoke in three laboratories

將3 個實驗室數據（表7）與CORESTA 推薦方法和共同實驗結果（表6）進行對比分析。分析結果顯示：①對于總粒相物數據來說，當測定的總粒相物低于60 mg/支時，總粒相物的標準差RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的總粒相物高于60 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；②對于焦油量數據來說，當測定的焦油量低于50 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的焦油量高50 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；③對于煙堿量數據來說，當測定的煙堿低于3.3 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的煙堿高 于3.3 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數 據低；④對于一氧化碳數據來說，當測定的一氧化碳低于200 mg/支時，RSD 與CORESTA 數據的重復性數據接近，當測定的一氧化碳高于200 mg/支時，RSD 比CORESTA 重復性數據低；⑤對水分數據來說，RSD 數據總體上略低于重復性數據；⑥所有數據的RSD 低于CORESTA 再現性數據。

結合單個實驗室數據比對結果可知，依照本文中的細化步驟進行雪茄煙煙氣分析是可行的，測量結果的準確性較高。

2.5 國內外雪茄煙樣品煙氣指標穩定性對比

使用3 個實驗室的雪茄煙煙氣指標數據，計算總粒相物、焦油、煙堿、一氧化碳和水分指標的變異系數，考察16 個國內外雪茄煙樣品的煙氣指標的穩定性。煙氣指標的對比結果如圖1 所示。由圖1 可知：

①雪茄煙直徑越大，變異系數越大，即煙氣指標的穩定性越差，與CORESTA 雪茄煙共同實驗報告結果相似［13-16］。這可能是因為，雪茄煙的直徑越大，采用吸煙機進行煙氣抽吸測試時越容易出現異常問題。因此在實驗中應密切注意大直徑煙支漏氣、煙支復點、煙支熄火、抽吸口數、氣袋體積等多種影響因素。在處理數據時應剔除因實驗操作問題帶來的異常值。

圖1 國內外雪茄煙煙氣指標穩定性對比Fig.1 Comparison of smoke index stability between cigar samples from domestic and foreign markets

②由總粒相物、焦油、煙堿、一氧化碳和水分5個煙氣指標的分析結果可知，國內雪茄煙樣品略優于國外雪茄煙樣品。這說明，雖然國內雪茄煙起步較晚，但國內雪茄煙廠的制作工藝和品質控制較好。

③相較于其他煙氣指標，水分的變異系數較高。根據CORESTA 推薦方法，雪茄煙平衡時間至少需要72 h，并且樣品或試樣的質量相對變化在24 h 以內應不大于0.1%。本實驗數據顯示，樣品調節達到平衡的時間與煙支的直徑和質量無顯著相關性，樣品平衡所需的時間差異較大。即使在滿足CORESTA 推薦方法的前提下，雪茄煙的水分變異系數遠高于其他指標。因此，目前推薦的平衡方法可能無法滿足雪茄煙水分測定的需求，應進一步探索雪茄煙的平衡方法，如選擇參比卷煙的質量作為參考等。另外，在進行雪茄煙煙氣測試的時候，實驗室可以針對雪茄煙的平衡時間進行預實驗。

綜上所述，與卷煙煙氣分析結果相比，雪茄煙煙氣指標的測定結果偏差較大，需進行特定條件下實驗數據異常值的檢驗，且在實驗過程中應注意多種復雜情況。

3 結論

結合CORESTA 推薦方法，對雪茄煙煙氣分析實驗方法進行了細化研究，并對國內外16 個樣品進行了煙氣分析測試及數據分析對比。雪茄煙煙氣指標的穩定性分析結果表明：雪茄煙的直徑越大其煙氣指標穩定性越差，國內樣品的煙氣指標穩定性略好于國外，雪茄煙樣品水分調節平衡方法需要改進，實際操作時應使雪茄煙樣品充分平衡。本方法測定結果接近或略低于CORESTA 的重復性值，低于CORESTA 的再現性值。與卷煙煙氣分析結果相比，雪茄煙煙氣分析結果偏差較大，需進行特定條件下試驗數據異常值的檢驗。本研究結果可為實驗室雪茄煙常規煙氣成分分析提供借鑒。