不同圓周、不同濾嘴通風率卷煙主流煙氣酸性成分的逐口釋放

鄧其馨，林 艷，黃延俊，謝 衛(wèi)，劉澤春*，劉惠民，謝劍平

1.福建中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，福建省廈門市濱水路298號 361021

2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

近年來，中細支卷煙銷量快速增長，成為煙草工業(yè)企業(yè)和消費者關注的熱點［1-2］。為降低煙支吸阻，中細支卷煙普遍采用濾嘴通風技術，這也造成了卷煙感官質(zhì)量和化學成分釋放量的改變。楚文娟等［3］考察了濾嘴參數(shù)對細支煙主流煙氣pH和感官質(zhì)量的影響；此外，楚文娟等［4］還考察了濾嘴參數(shù)對細支煙主流煙氣中代表性香味成分釋放量的影響。這些結(jié)果表明不同圓周、不同濾嘴通風率卷煙的感官質(zhì)量和煙氣化學成分釋放存在較大差異，也可能會對逐口煙氣釋放造成影響。

卷煙煙氣的逐口釋放研究主要關注逐口釋放量均值、變化趨勢及逐口波動情況，可為煙用材料參數(shù)優(yōu)化及煙用添加劑合理使用提供參考［5］。關于不同濾嘴通風度下常規(guī)和細支卷煙主流煙氣常規(guī)成分及有害成分的逐口釋放研究已有報道［6］。廖惠云等［7］考察了細支與常規(guī)卷煙主流煙氣5 種生物堿逐口釋放的差異。李超等［8］考察了卷煙紙透氣度和濾棒吸阻對常規(guī)卷煙煙氣焦油、煙堿和苯酚逐口釋放的影響。龐永強等［9］分析了不同焦油卷煙主流煙氣乙醛和苯等7 種有害成分的逐口釋放情況。近年來，香味成分的逐口釋放也成為關注的焦點。黃延俊等［10］考察了不同圓周、不同濾嘴通風卷煙主流煙氣中樹苔特征成分的逐口釋放。張艇等［11］研究了常規(guī)卷煙煙氣12 種外加醛酮類香料的逐口轉(zhuǎn)移規(guī)律。劉嘉莉等［12］采用SPME-GC/MS 法考察了常規(guī)卷煙主流煙氣吡啶、糠醛、檸檬烯和大馬酮等8 種香味成分的逐口釋放規(guī)律。余晶晶等［13］考察了卷煙紙和接裝紙透氣度對常規(guī)卷煙煙氣28 種中性和堿性香味成分逐口釋放的影響。楊松等［14］比較了細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分和5 種烤甜香味成分逐口釋放量的差異。此外，卷煙主流煙氣酸性成分是中式卷煙煙氣的一類重要的香味成分［15-18］，不僅與煙氣pH 有關，還與煙氣吃味、刺激性、醇和度、舒適性和香味品質(zhì)有關［19-21］。然而，目前關于卷煙圓周和濾嘴通風對酸性成分逐口釋放規(guī)律的研究尚鮮見報道。因此，考察不同圓周和濾嘴通風率對酸性成分逐口釋放的影響，旨在為不同圓周和通風率卷煙產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

采用固定煙絲制備不同圓周卷煙樣品，樣品信息見表1。采用在線激光打孔制備25%和50%濾嘴通風率卷煙樣品。44 mm 劍橋濾片（德國Borgwaldt K C 公司）。

表1 卷煙樣品信息Tab.1 Cigarette sample information

異丙醇、二氯甲烷（色譜純），乙酸苯乙酯（AR），N,O-雙（三甲基硅基）三氟乙酰胺（BSTFA，AR），酸性成分標樣：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、乳酸、己酸、2-呋喃甲酸、庚酸、苯甲酸、辛酸、壬酸、癸酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸和反-2-己烯酸（內(nèi)標）（色譜純，北京百靈威科技有限公司）。

7890/5975 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent 公 司）；RM20H 轉(zhuǎn) 盤型吸煙機（德 國Borgwaldt K C 公司）；AG104 型電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙煙氣常規(guī)成分的逐口測定

將卷煙樣品置于溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%下平衡48 h，然后按照質(zhì)量為平均值±0.02 g、濾嘴通風率為設計值±2%的標準對樣品進行分選。用劍橋濾片逐口捕集20 支卷煙的主流煙氣總粒相物，參照GB/T 19609—2004［22］和GB/T 23355—2009［23］的方法測定煙氣焦油和煙堿的釋放量。

1.2.2 卷煙煙氣主要酸性成分的逐口測定

用劍橋濾片逐口捕集20 支卷煙的主流煙氣總粒相物，采用文獻［17］中的方法進行卷煙煙氣中主要酸性成分逐口分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙主流煙氣主要酸性成分、焦油和煙堿的逐口釋放

考察了17、20 和24 mm 圓周卷煙在不同濾嘴通風率下的22 種酸性成分、焦油和煙堿的逐口釋放量，其中17 mm 圓周卷煙的分析結(jié)果見表2。結(jié)果表明，在相同煙支圓周下，隨濾嘴通風率增加，所有酸性成分、焦油和煙堿的逐口釋放量均值均逐漸降低。17、20 和24 mm 圓周卷煙不同濾嘴通風率下酸性成分釋放總量的逐口均值分別在80～117、81～124 和54～117 μg/支之間。庚酸和辛酸第一口釋放量較高，在濾嘴不通風時表現(xiàn)得特別明顯，這可能是由于這兩種酸性成分較容易直接遷移進入主流煙氣。常規(guī)卷煙煙氣丁酸釋放量較低。3 個濾嘴通風度下17 mm 圓周卷煙酸性成分逐口釋放量的相對標準偏差（RSD）＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸和2-呋喃甲酸。3 個濾嘴通風率下20 mm 圓周卷煙酸性成分逐口釋放量的RSD＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、3-甲基戊酸、乳酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸及酸性成分總量。3 個濾嘴通風率下24 mm 卷煙酸性成分逐口釋放量的RSD＞25%的成分有甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸、棕櫚酸、亞麻酸及酸性成分總量。

表2 17 mm 圓周卷煙在不同濾嘴通風率下煙氣酸性成分及常規(guī)成分的逐口釋放量①Tab.2 Puff-by-puff releases of acidic and conventional components in mainstream smoke of cigarette with a circumference of 17 mm at different filter ventilation rates （μg·支－1）

表2（續(xù)）

2.2 相同濾嘴通風率不同圓周卷煙主流煙氣酸性和常規(guī)成分的逐口釋放量

相同濾嘴通風率不同圓周卷煙逐口釋放量差異度較大的酸性和常規(guī)成分見表3～表5。采用雙側(cè)t 檢驗分別分析兩組逐口酸性成分釋放量的差異度，將P≤0.05 的成分列入表中，并列出了兩組數(shù)據(jù)的均值比（FC）。結(jié)果表明，不通風卷煙煙支圓周對酸性和常規(guī)成分逐口釋放量的影響較小，如不通風卷煙17 和24 mm 圓周相比，僅有丁酸、煙堿、辛酸和丙酸4 種成分的逐口釋放量存在差異，而當濾嘴通風為25%時，有丁酸、乙酸、煙堿和硬脂酸等7 種成分及酸性成分總量的逐口釋放量存在差異。24 mm 圓周卷煙與17 和20 mm 圓周卷煙煙氣逐口釋放量的差異較大，而17 與20 mm 圓周的卷煙逐口釋放量差異較小，如當濾嘴通風率為50%時，24 mm 圓周與17 和20 mm 圓周卷煙逐口釋放量差異較大的成分分別為11 種和12 種，而17 與20 mm 圓周卷煙逐口釋放量差異較大的成分僅有庚酸1 種。卷煙圓周減小，在相同濾嘴通風率下酸性成分的逐口釋放量均值大多增加，而煙堿則降低，如濾嘴通風率為25%時，17 和24 mm 圓周卷煙煙氣的上述成分逐口釋放量相比，丁酸、丙酸、乙酸、甲酸、硬脂酸和4-甲基戊酸6 種酸性成分的逐口釋放量均值增加（FC＞1），而煙堿的逐口釋放量均值降低（FC=0.44）。關于煙堿的結(jié)論也與之前的報道［7,14］類似。說明在相同濾嘴通風率下中細支卷煙可能需要增加煙堿的釋放量，減少乙酸和甲酸等酸性成分的釋放量，如采用在煙用添加劑中增加煙堿的比例，減少酸性成分的用量。

表3 相同濾嘴通風率下17 和24 mm 圓周卷煙煙氣逐口釋放量差異較大的酸性成分①②Tab.3 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 17/24 mm at the same filter ventilation rate

表4 相同濾嘴通風率下20 和24 mm 圓周卷煙煙氣逐口釋放量差異較大的酸性成分①Tab.4 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 20/24 mm at the same filter ventilation rate

表5 相同濾嘴通風率下17 和20 mm 圓周卷煙煙氣逐口釋放量差異較大的酸性成分①Tab.5 Significantly different acidic components in puff-by-puff releases in smoke between cigarettes with a circumference of 17/20 mm at the same filter ventilation

2.3 相同煙支圓周下濾嘴通風率對單位焦油酸性成分逐口釋放量均值的影響

圖1 為相同煙支圓周下濾嘴通風率對煙氣單位焦油酸性成分逐口釋放量均值的影響。結(jié)果表明，24 mm 圓周卷煙煙氣甲酸、乙酸和丙酸的單位焦油逐口釋放量均值隨濾嘴通風率增加逐漸降低，其余18 種酸性成分以及22 種酸性成分總量單位焦油逐口釋放量均值隨濾嘴通風率增加逐漸增大。17 和20 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油酸性成分逐口釋放量略有差異，如17 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油丙酸在濾嘴通風率為25%時最大。說明濾嘴通風率會導致單位焦油棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸和硬脂酸等高級脂肪酸的逐口釋放量均值增加，但是僅導致24 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油甲酸、乙酸等小分子有機酸的逐口釋放量均值明顯降低，17 和20 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油小分子有機酸的逐口釋放量均值變化不明顯。這可能與圓周減小后煙絲的燃燒特性和裂解溫度變化有關。

圖1 不同煙支圓周、濾嘴通風率對單位焦油酸性成分逐口釋放量均值的影響Fig.1 Effects of different cigarette circumferences and filter ventilation rates on the mean values of puff-by-puff releases per unit tar of acidic components

2.4 單位焦油酸性成分逐口釋放量變化趨勢

采用Pearson 簡單相關分析法分析單位焦油酸性成分逐口釋放量與抽吸口數(shù)序號的相關性，考察3 個圓周和3 種濾嘴通風率下單位焦油酸性成分逐口釋放量的變化趨勢（圖2）。結(jié)果表明，對于24 mm 圓周卷煙，3 個濾嘴通風率下煙氣單位焦油甲酸、乙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、乳酸和2-呋喃甲酸逐口釋放量與抽吸口數(shù)序號的相關系數(shù)（r）＞0，表明單位焦油該成分隨抽吸口數(shù)序號的增大而增加；單位焦油4-甲基戊酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸和硬脂酸與抽吸口數(shù)序號的r＜0，表明單位焦油該成分的逐口釋放量逐漸降低。

圖2 不同煙支圓周和濾嘴通風率下單位焦油酸性成分逐口釋放量變化趨勢Tab.2 Variations in puff-by-puff releases per unit tar of acidic components at different cigarette circumferences and filter ventilation rates

20 與24 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油酸性成分逐口釋放量變化趨勢差別不大。3 個濾嘴通風率下，17 與24 mm 圓周卷煙相比r＜0 的成分增加了戊酸、3-甲基戊酸、己酸和油酸4 種。

2.5 單位焦油酸性成分逐口釋放量波動情況

圖3 為不同煙支圓周及濾嘴通風率下煙氣單位焦油酸性成分逐口釋放量的相對標準偏差（RSD）。可以看出，對于24 mm 圓周不通風卷煙單位焦油酸性成分逐口釋放的RSD＞30%的成分有庚酸和辛酸，說明單位焦油兩種酸性成分逐口釋放量的波動較大，這是由于這兩種酸性成分第一口的釋放量明顯大于其他口數(shù)。隨濾嘴通風率增加，丙酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、3-甲基戊酸的RSD 增大；而甲酸、乙酸、戊酸、己酸和酸性成分總量的RSD 降低，即濾嘴通風有利于單位焦油這些成分的穩(wěn)定釋放。

圖3 不同煙支圓周和濾嘴通風率下單位焦油酸性成分逐口釋放量的相對標準偏差Tab.3 Relative standard deviations of puff-by-puff releases per unit tar of acidic components at different cigarette circumferences and filter ventilation rates

對于20 mm 圓周不通風卷煙，也是單位焦油庚酸和辛酸逐口釋放量的RSD＞30%。但是隨濾嘴通風率增加，單位焦油甲酸、乙酸和丙酸等小分子有機酸的RSD 降低，單位焦油壬酸、癸酸、棕櫚酸和硬脂酸等高級脂肪酸的RSD 增加，結(jié)合這些成分的相關系數(shù)（r＜0）（除濾嘴不通風時棕櫚酸外）（圖2），表明單位焦油該成分的逐口釋放量呈明顯降低趨勢（圖4），即當20 mm 圓周卷煙的濾嘴通風率較大時，雖然單位焦油棕櫚酸和硬脂酸的逐口釋放量均值增加，但其逐口釋放量降幅明顯。也說明當20 mm 圓周卷煙的濾嘴通風率低時，雖然單位焦油高級脂肪酸釋放量較低（如圖4a 所示，濾嘴不通風時單位焦油壬酸釋放量均值為0.21 μg/mg，50%濾嘴通風時單位焦油壬酸釋放量均值為0.43 μg/mg），但逐口釋放更穩(wěn)定（如圖4a 所示，濾嘴不通風時單位焦油壬酸釋放量第1口與第6口的差值為0.05 μg/mg，50%濾嘴通風時單位焦油壬酸釋放量第1 口與第7口差值為0.14 μg/mg），因此濾嘴通風率需要綜合考慮。

圖4 20 mm 圓周卷煙不同濾嘴通風率下部分酸性成分的單位焦油逐口釋放量Tab.4 Puff-by-puff releases per unit tar of some acidic components in smoke of cigarettes with a circumference of 20 mm at different filter ventilation rates

對于17 mm 圓周卷煙單位焦油壬酸、癸酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸等酸性成分在濾嘴通風率為25%時RSD 較大。結(jié)合這些成分在通風率為25%時的相關系數(shù)（r＜0）（圖2），表明單位焦油該成分在濾嘴通風率為25%時的逐口釋放量呈明顯降低的趨勢（圖5）。

圖5 17 mm 圓周卷煙不同濾嘴通風率下部分酸性成分的單位焦油逐口釋放量Tab.5 Puff-by-puff releases per unit tar of some acidic components in smoke of cigarettes with a circumference of 17 mm at different filter ventilation rates

3 結(jié)論

①20 和17 mm 圓周中細支卷煙酸性成分及常規(guī)化學成分的逐口釋放與24 mm 圓周常規(guī)卷煙存在明顯差異，而中支與細支卷煙的差異性較小。②相同濾嘴通風率下中細支卷煙丁酸、辛酸和硬脂酸等酸性成分的逐口釋放量均值較高，煙堿的逐口釋放量均值較低。③不通風卷煙煙支圓周對上述成分逐口釋放量的影響較小，隨濾嘴通風率增加，常規(guī)卷煙與中細支卷煙在相同濾嘴通風率下主流煙氣上述成分的逐口釋放量差異性增加。④庚酸和辛酸的第一口釋放量較高，對于不通風卷煙表現(xiàn)得更為明顯。⑤對于中細支卷煙，隨濾嘴通風率增加，單位焦油甲酸和乙酸等小分子有機酸的逐口釋放量均值降低，逐口釋放量的波動性減小；單位焦油棕櫚酸和硬脂酸等高級脂肪酸的逐口釋放量均值增加，但逐口釋放量降幅明顯。