通風對細支煙主流煙氣常規成分及7種有害成分釋放量的影響

楊松，岳保山，孫培健，孫學輝，王宜鵬，顏權平，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煙草化學重點實驗室，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號450001

2.云南中煙工業有限責任公司技術中心，昆明市五華區紅錦路367號650000

通風技術是卷煙設計中使用較多的技術，是降焦減害的一種重要技術手段。卷煙通風的實現方式主要包括濾嘴通風和卷煙紙通風。通風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對常規卷煙主流煙氣7種有害成分影響的研究工作［6-9］。近年來，國內細支煙產銷量快速增長，已成為煙草企業和消費市場關注的熱點之一［10］。與常規卷煙相比，細支煙的圓周大幅降低、煙支長度增長，導致細支煙煙氣化學成分的生成、過濾和擴散均與常規卷煙差異較大［11］，其輔材參數對煙氣成分的影響規律與常規卷煙有較大不同［10］。對于細支煙來說，輔材參數對煙氣化學成分的影響研究主要集中在常規成分和香味成分，如楊松等［10］考察了卷煙紙透氣度和定量、絲束規格以及接裝紙透氣度對細支煙煙氣常規成分釋放量及感官質量的影響，董艷娟等［12］考察了卷煙紙參數對細支煙煙氣常規成分釋放量的影響，周全等［13］考察了卷煙紙參數對細支煙主流煙氣常規化學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對煙堿過濾效率的影響。楚文娟等［16］建立了基于材料參數（濾嘴通風、濾棒壓降、卷煙紙定量、卷煙紙透氣度、卷煙紙助燃劑質量分數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值的預測模型。迄今為止，通風對細支煙主流煙氣7種有害成分影響的研究鮮見報道。因此，考察了濾嘴通風和卷煙紙通風對細支煙煙氣常規化學成分和7種有害成分的影響，旨在為細支煙設計和開發提供參考。

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率和卷煙紙透氣度的細支煙，濾嘴通風通過在線打孔方式實現，實驗卷煙設計方案見表1。

表1實驗卷煙的設計方案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，結果分別見表2和表3。由表2可知，所有煙支質量基本一致，變異系數為1.4%；濾嘴通風率基本達到設計要求，煙絲段通風率隨卷煙紙透氣度升高而增大，樣品卷煙符合設計要求。由表3可知，卷煙紙參數實測值與設計值基本一致，達到設計要求。

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-熱能分析聯用儀（GC-TEA）、Agilent 6890-5973N氣相色譜-質譜聯用儀（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Tab.2 Physical parameters of test cigarettes

表3卷煙紙參數實測值Tab.3 Measured parameters of cigarette papers

氯胺T（AR,天津光復精細化工研究所）；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，≥98%，中國標準物質中心）；苯酚（標準物質，≥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 卷煙物理參數分析

采用GB/T 22838—2009［17］的方法進行卷煙質量、開式吸阻、濾嘴通風率、總通風率和圓周等物理參數分析。

1.2.2 煙氣常規成分和7種有害成分分析

采用相應的國家或煙草行業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］，并計算相應的H值。

2 結果與討論

2.1 總通風率對細支煙煙氣常規成分及7種有害成分釋放量的影響

樣品卷煙常規成分釋放量結果見表4，7種有害成分釋放量及H值見表5。

表4不同通風率細支煙主流煙氣常規成分釋放量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，結果見表6。線性擬合結果表明，總通風率與總粒相物、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；總通風率增加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，而通風對氣相成分影響較大［28］導致的。

為了考察總通風對單位焦油煙氣釋放量的影響，將總通風率與單位焦油煙堿、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，結果見表7。線性擬合結果表明，總通風率與單位焦油煙堿、NNK、氨和苯酚的釋放量及H值均正相關，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量負相關，與單位焦油水分和B[a]P釋放量無相關關系。這是由于隨總通風的增加，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 濾嘴通風率對細支煙煙氣常規成分及7種有害成分釋放量的影響及與常規卷煙對比分析

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，結果見表8。可知：①線性擬合結果表明，在不同卷煙紙透氣度下，濾嘴通風率與總粒相物、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；②在不同卷煙紙透氣度下，濾嘴通風率增加1%，CO、HCN和巴豆醛的降低率較高，這與上述總通風的影響是一致的。

為了考察濾嘴通風對單位焦油煙氣釋放量的影響，將濾嘴通風率與單位焦油煙堿、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），結果見表9。線性擬合結果表明，濾嘴通風率與單位焦油煙堿、NNK、氨和苯酚的釋放量及H值均正相關，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量負相關，與單位焦油水分和B[a]P的釋放量無相關關系。這是由于隨濾嘴通風的增加，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，這與總通風對單位焦油煙氣釋放量的影響趨勢一致。

表8濾嘴通風率與總粒相物、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）

表9濾嘴通風率與單位焦油煙堿、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

為了對比濾嘴通風率對細支和常規卷煙主流煙氣常規成分和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］，列出濾嘴通風率與常規卷煙主流煙氣常規成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數，濾嘴通風率與細支煙主流煙氣常規成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數選擇表6中卷煙紙透氣度為50 CU時的結果（因文獻中常規卷煙卷煙紙透氣度為60 CU），具體結果見表10。可知：①濾嘴通風率與細支和常規卷煙的常規成分和7種有害成分的釋放量、H值均負相關；濾嘴通風率增加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卷煙，NNK和B[a]P兩種成分無差異。說明濾嘴通風率對細支煙焦油、煙堿、CO、HCN、氨、苯酚和巴豆醛的釋放量及H值的影響小于常規卷煙。細支煙橫截面積僅為常規卷煙的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卷煙，可能是濾嘴通風對細支煙煙氣影響小于常規卷煙的主要原因。②濾嘴通風率對細支煙和常規卷煙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，受通風影響較小。

表10濾嘴通風率對細支和常規卷煙主流煙氣常規、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 卷煙紙通風對細支煙煙氣常規成分及7種有害成分釋放量的影響及與常規卷煙對比分析

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

將紙通風率與總粒相物、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，結果見表11。結果表明：①線性擬合結果表明，卷煙紙通風率與總粒相物、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；②紙通風率增加1%，CO、HCN和巴豆醛的降低率較高，這與上述總通風和濾嘴通風的影響是一致的；③紙通風增加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率增加1%時的降低率，表明卷煙紙通風的影響大于濾嘴通風，這可能是由于卷煙紙的通風孔較小（孔徑為1μm左右［30］），濾嘴在線打孔的孔徑較大（孔徑約為100μm左右），相同通風率下較小的孔徑更有利于煙氣的擴散［31］。

為了考察紙通風對單位焦油煙氣釋放量的影響，將紙通風率與單位焦油煙堿、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（濾嘴通風率為0時），結果見表12。線性擬合結果表明，紙通風率與單位焦油煙堿、氨釋放量均正相關，與單位焦油CO、HCN和巴豆醛的釋放量及H值均負相關，與單位焦油水分、NNK、B[a]P和苯酚釋放量均無相關關系。這是由于隨紙通風的增加，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對細支和常規卷煙主流煙氣常規成分、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卷煙主流煙氣常規成分、7種有害成分釋放量及H值的回歸方程參數。可知：①卷煙紙透氣度與細支和常規卷煙的7種有害成分釋放量、H值均呈負相關關系；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卷煙，說明紙通風對細支煙煙氣焦油、煙堿、CO、HCN、氨、B[a]P和苯酚釋放量及H值的影響小于常規卷煙。

表12紙通風率與單位焦油煙堿、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卷煙主流煙氣常規成分和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 結論

①總通風率、濾嘴通風率、紙通風率與細支煙主流煙氣常規成分、7種有害成分釋放量及H值呈負相關關系；②總通風率、濾嘴通風率或紙通風率增加1%時，CO、HCN、巴豆醛降低率較高；③紙通風對細支煙總粒相物、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；④濾嘴通風和紙通風對細支煙焦油、煙堿、CO、HCN、氨和苯酚的釋放量及H值的影響小于常規卷煙。