卷煙紙特性對短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的影響

李國政 孫培建 高明奇 孟祥士 田海英 楊 松 胡少東，*

（1.河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南鄭州，450000；2.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，河南鄭州，450001）

近年來卷煙銷售規模快速擴張，短支卷煙作為中式卷煙的創新產品，已經成為卷煙消費市場的熱點之一。目前市場上的短支卷煙煙支長度多為75 mm，與常規卷煙相比，短支卷煙煙絲段長度小，抽吸時煙氣在煙支中的行程短，煙支的燃燒狀態及煙氣在煙絲段的擴散、冷凝和過濾均有較大變化，因此煙氣化學成分的產生和轉化也有一定差異。目前煙草行業以卷煙主流煙氣中7 種有害成分（CO、HCN、苯酚、巴豆醛、氨、苯并[α]芘和NNK）釋放量為基礎，建立了卷煙危害性指數（H值）的計算方法，利用H值來綜合表征卷煙煙氣危害性[1]。卷煙紙可通過影響卷煙的燃燒以及煙氣的稀釋和擴散，進而影響主流煙氣的化學成分釋放量[2-4]。目前，卷煙紙特性對卷煙燃燒溫度[5]、常規煙氣指標[6]和主流煙氣7 種有害成分釋放量[7-12]的影響已有相關文獻報道。然而，這些研究主要針對常規卷煙紙，對短支卷煙的研究尚未見報道。因此，本研究開展卷煙紙特性（透氣度、定量、助燃劑含量、助燃劑鉀/鈉比和灰分）對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響研究，旨在為短支卷煙產品設計和減害降焦提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1材料

卷煙紙樣品均為全木漿豎紋卷煙紙，由牡丹江恒豐紙業股份有限公司提供。以定量32 g/m2，透氣度60 CU，助燃劑含量1.3%，助燃劑鉀/鈉比2∶1，灰分20%為基準指標，設計并制備不同特性的卷煙樣品。卷煙紙樣品采用同一批配方煙絲，在同一機臺（河南中煙工業有限責任公司）上進行卷制。通過搭配不同特性的卷煙紙，卷制具有不同透氣度、定量、助燃劑含量、助燃劑鉀/鈉比和灰分的短支卷煙，方案如表1所示。

表1 卷煙樣品設計方案Table 1 Design scheme of cigarette samples

1.2測定方法

按 照GB/T 23227—2018、GB/T 451.2—2002、GB/T 742—2008、YC/T 275—2008 和YC/T 274—2008的測定方法，分別測定卷煙紙樣品的透氣度、定量、灰分、助燃劑含量和鉀、鈉離子含量。

所有卷煙樣品按照GB/T 16447—2004 規定的條件平衡水分后進行分選，分選標準為：平均質量±20 mg，平均吸阻±45 Pa，總通風率±5%。卷煙樣品物理性能按照GB/T 22838—2009 進行測試，包括質量、通風率、吸阻等。

采 用GB/T 23356—2009、GB/T 21130—2007、YC/T 253—2008、YQ/T 17—2012、YC/T 377—2010、YC/T 255—2008 和YC/T 254—2008 的測定方法，分別測定卷煙樣品主流煙氣CO、苯并[α]芘、HCN、NNK、氨、苯酚和巴豆醛等7 種有害成分的釋放量。參照文獻[1]的方法，計算卷煙樣品的危害性指數H。

2 結果與討論

2.1卷煙紙參數及卷煙樣品物理參數

對卷煙紙進行測試，結果如表2 所示。結果表明，卷煙紙透氣度、定量、助燃劑含量、助燃劑鉀/鈉比及灰分等性能均符合設計要求。

表2 卷煙紙實測參數表Table 2 Measured parameters of cigarette paper

對卷煙的物理性能進行測試，結果如表3 所示。結果表明，所有煙支質量、濾嘴通風率、煙支開吸阻及閉吸阻基本一致，煙支通風率隨卷煙紙透氣度升高而增加，卷煙樣品符合設計要求。

表3 卷煙樣品物理參數Table 3 Physical parameters of test cigarettes

2.2卷煙紙透氣度對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙透氣度與卷煙紙纖維結構自然形成的眾多均勻微孔有關，對卷煙燃燒過程具有顯著的影響[10]。卷煙紙透氣度的改變主要通過影響卷煙的燃燒和煙氣的擴散進而影響煙氣成分的釋放量[13-17]。將短支卷煙的卷煙紙透氣度與主流煙氣7 種有害成分釋放量及危害性指數H值進行線性擬合，結果如圖1所示。結果表明，卷煙紙透氣度與CO、HCN、苯酚釋放量及H值呈顯著負相關（R2＞0.9）；與NNK、氨、苯并[α]芘釋放量有一定的負相關（0.9＞R2＞0.5）；與巴豆醛無明顯相關性（R2＜0.5）；卷煙紙透氣度與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量相關性由強到弱依次為：CO＞HCN＞苯酚＞NNK＞氨＞苯并[α]芘。卷煙紙透氣度由42.4 CU 增加至79.0 CU 時，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚釋放量及H值分別下降了8.5%、11.2%、9.8%、7.8%、8.4%、9.0%和8.9%，短支卷煙的卷煙紙透氣度的變化對HCN 釋放量的影響最大，這與文獻報道[7-10]基本一致。卷煙紙透氣度每增加10 CU，短支卷煙主流煙氣CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的釋放量分別降低 了2.33%、3.07%、2.68%、2.12%、2.30% 和2.45%，常規卷煙主流煙氣CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的釋放量分別降低了3.74%、4.71%、1.24、4.42%、3.85%和3.04%[8]。隨著卷煙紙透氣度的增加，短支卷煙NNK 釋放量降幅高于常規卷煙，其余有害成分釋放量的降幅均低于常規卷煙。

圖1 卷煙紙透氣度與7種有害成分釋放量及H值線性擬合結果Fig.1 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with cigarette paper porosity

2.3卷煙紙定量對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

通過改變卷煙紙的結構和助燃劑的含量，即改變卷煙紙定量可以改變煙氣中有害物質的釋放量[10]。將短支卷煙的卷煙紙定量與主流煙氣7種有害成分釋放量及危害性指數H值進行線性擬合，結果如圖2 所示。結果表明，卷煙紙定量與CO 釋放量呈顯著正相關（R2＞0.9）；與苯酚釋放量呈顯著負相關（R2＞0.9）；與氨、苯并[α]芘釋放量及H值有一定的負相關（0.9＞R2＞0.5），與NNK、HCN 及巴豆醛釋放量無明顯相關性（R2＜0.5），這與文獻報道[7-8,10]基本一致。卷煙紙定量與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關性由強到弱依次為：CO＞苯酚＞苯并[α]芘＞氨。卷煙紙定量由26.3 g/m2增加至45.3 g/m2時，CO 釋放量增加了12.9%，苯酚、苯并[α]芘、氨及H值分別降低了32.6%、15.7%、5.8%和7.3%，因此，短支卷煙的卷煙紙定量變化對苯酚釋放量的影響最大。卷煙紙定量每增加2 g/m2，短支卷煙的苯酚釋放量可降低3.4%，常規卷煙可降低4.1%[8]；短支卷煙CO 釋放量增加1.4%，常規卷煙增加2.2%[8]。隨著卷煙紙定量的增加，短支卷煙主流煙氣苯酚釋放量的降幅和CO 釋放量的增幅均低于常規卷煙。

圖2 卷煙紙定量對短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結果Fig.2 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with grammage of cigarette paper

2.4卷煙紙助燃劑含量對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙助燃劑用量的改變主要通過影響卷煙的燃燒影響煙氣成分的釋放量。卷煙紙中加入助燃劑可提高卷煙紙的燃燒速率，并相應提高卷煙煙支的燃燒速率[17-18]。將短支卷煙的卷煙紙中的助燃劑含量與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進行線性擬合，結果如圖3所示。結果表明，卷煙紙助燃劑含量與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值均呈負相關，其中除了HCN和巴豆醛為一定的負相關性外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈現顯著的負相關（R2＞0.9），這與文獻報道[7,9-10,16,19]基本一致。卷煙紙助燃劑含量與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關性由強到弱依次為：苯并[α]芘＞CO＞苯酚＞NNK＞氨＞HCN＞巴豆醛。卷煙紙助燃劑含量由0.73% 增加至2.19% 時，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分別降低了16.8%、12.3%、8.3%、10.2%、20.1%、12.7%、16.2%和14.0%。短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量的變化對苯并[α]芘釋放量的影響最大，常規卷煙的卷煙紙中助燃劑含量的變化對HCN 釋放量影響最大[7]。

圖3 卷煙紙助燃劑含量對短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結果Fig.3 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with weight percentage of cigarette paper combustion improver

2.5卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙助燃劑鉀/鈉比的改變主要通過影響卷煙的燃燒影響煙氣成分的釋放量[20]。將短支卷煙卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進行線性擬合，結果如圖4 所示。結果表明，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值均呈負相關，其中除了苯并[α]芘、HCN、巴豆醛和NNK 為一定的負相關外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈現顯著的負相關（R2＞0.9）。常規卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量也隨卷煙紙助燃劑鉀離子占比的增加呈現降低趨勢[12,19]，這與短支卷煙的趨勢基本一致。卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量相關性由強到弱依次為：CO＞氨＞苯酚＞苯并[α]芘＞HCN＞巴豆醛＞NNK。卷煙紙助燃劑鉀離子占比由0 增加至100%時，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分別降低了12.8%、21.0%、8.5%、10.2%、11.1%、13.0%、14.1%和13.1%，短支卷煙的卷煙紙中助燃劑鉀/鈉比的變化對HCN 釋放量的影響最大。

圖4 卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結果Fig.4 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ratio of potassium ion

2.6卷煙紙灰分對短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙灰分（碳酸鈣）含量的改變主要通過影響卷煙紙的燃燒速率影響煙氣成分的釋放量，同時增加碳酸鈣含量后，炭化線附近卷煙紙微孔數目增加，導致炭化線附近卷煙紙透氣度增大，從而可促進主流煙氣成分向側流煙氣中擴散，因此可有效降低卷煙的危害性[21-22]。將短支卷煙的卷煙紙灰分與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進行線性擬合，結果如圖5 所示。結果表明，卷煙紙灰分與短支卷煙主流煙氣苯酚、CO、氨、苯并[α]芘、HCN 及H值均呈一定的負相關（0.9＞R2＞0.5），與巴豆醛和NNK 無明顯相關性（R2＜0.5）；對于常規卷煙，卷煙紙灰分與主流煙氣7種有害成分釋放量均呈負相關[22]。卷煙紙灰分與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關性由強到弱依次為：苯酚＞CO＞氨＞苯并[α]芘＞HCN。卷煙紙灰分由16.6%增加至27.0%時，CO、HCN、氨、苯并[α]芘、苯酚及H值降低率分別為6.0%、5.1%、3.8%、5.0%、8.6%和3.2%，短支卷煙的卷煙紙灰分變化對苯酚和CO 釋放量的影響較大，常規卷煙的卷煙紙灰分變化對HCN、氨、苯酚和H值影響較大[22]。

圖5 卷煙紙灰分對短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值線性擬合結果Fig.5 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ash of cigarette paper

3 結論

3.1短支卷煙的卷煙紙透氣度與主流煙氣CO、HCN、苯酚釋放量呈顯著的負相關，與巴豆醛釋放量無明顯相關性，短支卷煙的卷煙紙透氣度的變化對HCN釋放量的影響最大。

3.2短支卷煙的卷煙紙定量與主流煙氣CO 釋放量呈顯著正相關，與苯酚釋放量呈顯著負相關，短支卷煙的卷煙紙定量變化對苯酚釋放量的影響最大。

3.3短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量和鉀/鈉比與主流煙氣7種有害成分釋放量均呈負相關，短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量和鉀/鈉比的變化分別對苯并[α]芘和HCN釋放量的影響最大。

3.4短支卷煙的卷煙紙灰分與主流煙氣苯酚、CO、氨及HCN 均呈一定的負相關，與巴豆醛和NNK 無明顯相關性，短支卷煙的卷煙紙灰分變化對苯酚和CO釋放量的影響較大。

3.5短支卷煙危害指數H值與卷煙紙的透氣度、助燃劑含量和助燃劑鉀/鈉比均呈顯著的負相關，與卷煙紙定量和灰分呈一定的負相關。調整卷煙紙助燃劑含量是降低短支卷煙危害性指數的最有效手段。