卷煙煙氣在模擬口腔環境中pH值的測定

李懷奇 邱建華 李國政 李 倩 黃 沛 陳 曉 楊 晨 王 勇 劉金曉 王 寧 馬 燕 駱 震

(河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450016)

煙氣pH值是反映卷煙質量的綜合指標之一，卷煙主流煙氣pH值的大小，能夠直接反映主流煙氣中游離煙堿占總煙堿的比例，而游離煙堿又與卷煙勁頭直接相關[1-3]，因而卷煙主流煙氣的pH值代表的游離煙堿占比，能間接反映吸煙者感受到的煙氣勁頭、煙氣刺激性和煙堿吸入量[4-6]。因此，與煙氣煙堿含量一樣，卷煙主流煙氣pH值作為評價卷煙勁頭的一個重要評價指標，引起行業內廣泛的探索和研究[7-8]。煙氣pH值的測定方法可分為兩類：一類是溶液吸收法，即用某種水溶液吸收主流煙氣的氣粒相物，再用pH電極測定該溶液的pH值[9]；另一類是捕集測定主流煙氣中粒相物的pH值法，即用劍橋濾片或靜電捕集裝置收集主流煙氣中的粒相物，再用某種水溶液萃取濾片或者捕集裝置，而后測定溶液的pH作為卷煙煙氣的pH值[10-11]。這兩類方法存在的一個突出特點是，采用純水、一定比例的異丙醇—水混合溶液等作為吸收或萃取溶液，而未考慮煙氣與吸煙者感官的相互作用。實際上，卷煙的吸食品質只有通過體液與吸食者感覺器官發生作用才能體現出來。在吸煙者吸食卷煙期間，主流煙氣通過口腔吸入再通過口腔或/和鼻腔呼出，主流煙氣中的化學成分先是被吸煙者的唾液吸收，然后被口腔和鼻腔嗅覺感覺器感知，從而引起吸煙者生理感覺發生變化。鑒于此，本研究從卷煙的酸堿性是卷煙抽吸過程中，卷煙主流煙氣與人體口腔唾液接觸，吸收而被人感知的這一感官特性出發，擬建立以模擬唾液為萃取溶液檢測卷煙主流煙氣(MS)酸堿性的測定方法，并將該方法應用于樣品檢測，對檢測結果與卷煙主流煙氣常規成分和卷煙感官評吸結果進行相關性分析，旨在為卷煙主流煙氣pH值的測定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

卷煙樣品A：卷煙感官標準樣品20個，2016年，全國煙草標準化委員會卷煙標樣分技術委員會制作；

Φ92 mm 劍橋濾片：德國Borgwaldt KC 公司。

1.2 試驗試劑和儀器

二水磷酸氫二鈉、二水硫化鈉、尿素、二水氯化鈣：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

水：經煮沸冷卻至室溫，并密封于暗處放置24 h后的蒸餾水；

pH系列標準緩沖溶液：4.01，7.00，9.00，梅特勒—托利多(瑞士)有限公司；

電子天平：XS225A-SCS型，瑞士普利賽斯公司；

半自動轉盤式吸煙機：RM20H型，德國伯格瓦特公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國賓得公司；

恒溫回旋振蕩器：THZ-C 型，江蘇太倉市華美儀器廠；

精密pH 計：FE20型，梅特勒—托利多(瑞士)有限公司；

氣相色譜儀：配備FID和TCD的HP6890 型，美國安捷倫公司；

測定水分用色譜柱：Supelco,Chromosorb 102 不銹鋼填充氣相色譜柱(1.8 m×3.175 mm×2 mm，固定相100～80 目)，美國色譜科公司；

測定煙堿用色譜柱：Agilent毛細管柱，HP-5 (30 m×0.32 mm×0.20 μm)，美國安捷倫公司。

1.3 人工唾液的配置

按ISO/TRl0271要求配制人工唾液萃取液，攪勻后用0.01%鹽酸或0.05%氫氧化鈉調節pH至6.80±0.10，裝瓶密封置于暗處陳化24 h后可用于樣品的測定。

1.4 煙氣pH 的測定方法

1.4.1 樣品準備 卷煙樣品在溫度(22±1)℃，相對濕度(60±2)%的環境下平衡48 h。然后通過重量(平均重量±0.02 g)和吸阻(平均吸阻±50 Pa)挑選，挑出符合標準的試驗卷煙。

1.4.2 主流煙氣粒相物的捕集 按照GB/T 19609—2004規定的條件，采用轉盤式吸煙機用Φ92 mm劍橋濾片捕集20 支卷煙的總粒相物。取出劍橋濾片置于250 mL 圓底錐形瓶中，并用脫脂棉擦凈濾片夾持器一并放入錐形瓶中，用于后續樣品測定。

1.4.3 萃取體積、萃取時間、放置時間的確定

(1)將裝有按照上述方法捕集的卷煙樣品A總粒相物的錐形瓶中分別加入30，40，50，60，70，80，100，120，150 mL 模擬口腔萃取溶液，室溫條件下振蕩萃取30 min(振蕩頻率以不振碎濾片為宜，推薦振蕩頻率170 r/min)，測定其pH值，考察萃取體積對pH值測定結果的影響，確定合適的萃取體積。

(2)將裝有按照1.4.1、1.4.2規定的方法捕集的卷煙樣品A總粒相物的錐形瓶中，加入1.4.3(1)中所確定體積的萃取溶液，室溫條件下分別振蕩萃取10，20，30，40，50，60 min 后測定萃取液的pH值，考察萃取時間對pH值測定結果的影響，確定合適的萃取時間。

(3)按照上述方法確定的萃取體積和萃取時間，將萃取后的卷煙樣品A總粒相物的萃取溶液在暗處分別放置0，10，20，30，40，50，60，90 min 后測定其pH值，考察放置時間對pH值測定結果的影響，確定萃取液放置的最佳時間。

1.4.4 方法的重復性試驗 將卷煙樣品A,按照上述步驟確定的試驗方法條件，測定其卷煙總粒相物的pH值，每日重復測定7次，連續測定5日，考察方法的重復性。

1.4.5 卷煙樣品主流煙氣pH值測定 在錐形瓶中加入80 mL 的模擬口腔萃取液，室溫條件下振蕩萃取30 min(振蕩頻率以不振碎濾片為宜，推薦振蕩頻率170 r/min)，靜置10 min后，用pH計測定萃取液的pH值，作為主流煙氣總粒相物的pH。按照以上方法，測定2016年20個卷煙感官標準樣品總粒相物的pH值，每個樣品平行測定5次，測定結果以5次測定結果的平均值表示，精確至小數點后2位。

1.4.6 卷煙主流煙氣常規化學指標的測定 按照GB/T 19609—2004《卷煙 用常規分析用吸煙機測定總粒相物和焦油》、GB/T 23355—2009《總粒相物中煙堿的測定方法 氣相色譜法》、YC/T 157—2001《卷煙廠總相物中水分的測定方法》，GB/T 23356—2009《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定 非散射紅外法》規定的方法，測定20個卷煙感官標準樣品的總粒相物、焦油、煙堿、水分、一氧化碳等指標。

1.4.7 卷煙感官評定方法 由15個資深評煙人員組成評吸小組，采用整體循環評吸法(overall circulation smoking manner)，按照YC/T 497—2014《卷煙 中式卷煙風格感官評價方法》中的評判標準對20個卷煙感官標準樣品的煙氣特性(煙氣濃度、豐富性)、口味風格(甜味、酸味、苦味)、舒適感特性(刺激感、收斂、殘留/干燥感)進行評分。

評吸樣品煙前，先通過標桿煙的評吸，統一評分口徑，以使對樣品的打分盡量一致，減小因評判標準不統一對樣品評價結果的影響。樣品單項評定結果以評吸人員評定結果的平均值表示，精確至小數點后2位。

1.5 數據處理

由SPSS 17.0數據分析軟件，采用單因素方差分析比較卷煙感官標準樣品中烤煙型卷煙和混合型卷煙的主流煙氣pH值有無顯著性差異；采用簡單相關分析，考察卷煙主流煙氣pH值與主流煙氣常規化學指標及衍生指標、卷煙主流煙氣pH值與卷煙風格感官評價結果各指標之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 前處理條件的選擇

2.1.1 萃取體積的選擇 由圖1可知，在 30～80 mL時，隨著萃取體積的增大，pH值快速增大。但當萃取體積從80 mL繼續增加時，pH值僅呈略微增加的趨勢，變化不再明顯，因此選擇80 mL作為萃取劑萃取體積。

圖1 萃取液體積對pH值的影響Figure 1 The effect of extraction volume on pH value

2.1.2 萃取時間的選擇 由圖2可知，在0～20 min時，萃取液的測定結果呈快速下降的趨勢，可能是振蕩時間較短，與萃取不完全有關；20 min后，pH值測定結果逐步降低，至30 min時基本趨于穩定，因此選取最佳萃取時間是30 min。

圖2 萃取時間對pH的影響Figure 2 The effect of extraction time on pH value

2.1.3 萃取液放置時間的影響 由圖3可知，在0～40 min 內，隨著放置時間的延長測定結果有降低的趨勢，但在40 min內pH僅降低了0.03；在40～60 min時，萃取液pH降低速度相對較快；60 min后，測定結果基本穩定，可能與空氣中CO2的逐步溶入，并趨于平衡有關。考慮到實際測定過程中震蕩后萃取液界面存在一定的平衡時間，所以，本試驗選擇萃取液在密封條件下，靜置10 min 后測定的結果作為卷煙主流煙氣的pH值測定結果，在此條件下測定時，溶液不僅經過充分反應達到酸堿平衡，而且也比較符合人的感覺器官在口腔的感知及存留時間特征。同時從圖3可知，萃取后樣品測定時間在40 min 以內，超過40 min樣品測定值發生較大變化。

圖3 放置時間對pH的影響Figure 3 The effect of storage time on pH value

2.2 方法重復性評價

按照1.4.4方法進行方法重復性評價，結果顯示，日內(7次)重復性相對標準偏差為0.76%，日間(5日)重復性相對標準偏差為1.19%，兩者均<2%。說明該方法具有良好的日內和日間穩定性，可以應用于實際樣品檢測。

2.3 實際卷煙樣品的測定

采用所確定的方法，測定了20種標準卷煙主流煙氣粒相物pH值，其中前16種為烤煙型卷煙，后4種為混合型卷煙，測定結果如表1所示。從表1可以看出，所測定卷煙主流煙氣粒相物pH值范圍為6.20～6.66，其中烤煙型卷煙樣品pH值平均值為6.31，混合型卷煙樣品平均值為6.56，混合型卷煙主流煙氣粒相物pH值測定結果明顯高于烤煙型卷煙。為比較烤煙型卷煙與混合型卷煙主流煙氣pH值有無顯著性差異，使用SPSS 17.0軟件對檢測數據進行方差分析，具體結果見表2。

表1 卷煙煙氣pH值測定結果Table 1 The result of pH value of cigarette (n=5)

表2 主流煙氣pH ANOVA分析結果Table 2 pH ANOVA results of mainstream-smoke

由表2可以看出，樣品組間有顯著性差異，表明烤煙型卷煙和混合型卷煙主流煙氣pH值有顯著差異性。

2.4 卷煙樣品主流煙氣粒相物pH值與卷煙主流煙氣常規成分的關系

卷煙煙氣化學成分是卷煙主流煙氣粒相物萃取液pH值測定結果的物質基礎，而卷煙煙氣粒相物的pH值是卷煙煙氣內部物質平衡和酸堿平衡的綜合體現。由SPSS 17.0數據分析軟件計算卷煙主流煙氣的pH與卷煙主流煙氣常規化學指標及其衍生指標的相關關系，其結果見表3。由表3可知，卷煙主流煙氣pH值與各常規成分之間的相關性系數，除了抽吸口數的r值為0.005以外，其他相關性系數均在0.903～0.656，說明卷煙主流煙氣pH與各常規成分間存在密切的相關性。

2.5 卷煙樣品主流煙氣粒相物pH值與卷煙感官質量的關系

卷煙的吸食品質是指卷煙燃吸時，卷煙煙氣通過吸煙者口腔和鼻腔所具有的嗅覺和味覺綜合感受。煙草及煙氣中有數千種化學成分，各種成分在煙氣中協調一致形成了卷煙吸食品質的總體感覺。將主流煙氣pH的測定結果同卷煙風格感官評價結果進行簡單相關分析，其結果見表4。由表4可知：主流煙氣的pH 與卷煙的煙氣特性(煙氣濃度、豐富性)、口味風格(甜味、苦味)、舒適感特性(刺激感、收斂、殘留/干燥感)得分呈顯著的相關關系，與卷煙的口味風格—酸性相關性不強。

表3 卷煙煙氣pH值與常規成分簡單相關性系數? Table 3 The correlation coefficient between pH value and routine ingredients of cigarette smoke

? **表示在0.01水平(雙側)上顯著相關，*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

表4 卷煙煙氣pH值與感官評價結果皮爾遜相關系數?Table 4 The Pearson correlation coefficient between pH value and sensory evaluation results of cigarette smoke

? **表示在0.01水平(雙側)上顯著相關，*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

3 結論

本研究從煙氣酸堿性是主流煙氣與人體口腔唾液接觸吸收的這一特性出發，確定了以模擬唾液為萃取溶劑測定卷煙主流煙氣pH值的方法。對卷煙樣品主流煙氣pH值與主流煙氣常規化學指標、卷煙感官評價指標的相關性分析表明：與以往采用的測定卷煙主流煙氣pH的方法相比，本方法所測定結果與主流煙氣主要常規化學指標、卷煙感官主要評價指標的相關性更加顯著。但還需要通過調節卷煙酸堿性的物質，改變卷煙主流煙氣pH，對卷煙酸堿性的物質基礎進行研究。