雪茄煙主流煙氣指標(biāo)測(cè)定及穩(wěn)定性分析

李翔宇，姜興益，張洪非，羅彥波，朱鳳鵬，龐永強(qiáng)

國(guó)家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

一直以來(lái)都有一些煙草消費(fèi)者在關(guān)注并使用雪茄煙。在國(guó)際上，F(xiàn)DA 的最終認(rèn)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(xué)的熱點(diǎn)之一。煙氣是燃吸類煙草制品直接面向消費(fèi)者的最主要特征，是體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和風(fēng)格特征的主要因素，也是構(gòu)筑產(chǎn)品核心技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。雪茄煙煙氣研究日益受到關(guān)注。一方面，煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性反映了產(chǎn)品的感官品質(zhì)和風(fēng)格特征穩(wěn)定性［1］，另一方面，使用吸煙機(jī)準(zhǔn)確測(cè)試雪茄煙煙氣可為雪茄煙有害成分與風(fēng)險(xiǎn)研究提供借鑒。

與常規(guī)卷煙相比，雪茄煙的規(guī)格較多，長(zhǎng)度、直徑范圍較廣，產(chǎn)品質(zhì)量差異較大，針對(duì)雪茄煙煙氣分析測(cè)試的研究也較少。據(jù)報(bào)道，雪茄煙相關(guān)的期刊論文僅為常規(guī)卷煙的1/100 左右［2］。目前，國(guó)外僅有少數(shù)報(bào)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(fā)性酚、CO、NH3等，發(fā)現(xiàn)雪茄煙煙氣與卷煙煙氣pH、NH3和CO 明顯不同。Klupinski 等［4］對(duì)比了美國(guó)生產(chǎn)的小雪茄和卷煙主流煙氣粒相物，發(fā)現(xiàn)了3 種有顯著差異的物質(zhì)。國(guó)內(nèi)研究者主要針對(duì)雪茄煙的茄芯原料進(jìn)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(xué)成分與感官品質(zhì)，王玉華等［6］分析了雪茄煙茄芯原料中的中性致香物質(zhì)。盡管雪茄煙產(chǎn)品類型豐富，但目前針對(duì)雪茄煙煙氣的分析研究報(bào)道較少。

因此，本研究中通過(guò)查閱相關(guān)資料，參考CORESTA 推薦方法［7-12］中所用樣品，選取了國(guó)內(nèi)外16 個(gè)雪茄煙樣品。根據(jù)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(yōu)化和細(xì)化方法中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)雪茄煙樣品進(jìn)行煙氣成分分析，并與CORESTA 推薦方法和CORESTA 雪茄煙學(xué)組第1～12 次雪茄煙共同試驗(yàn)［13-16］的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。通過(guò)對(duì)比分析雪茄煙樣品的煙氣穩(wěn)定性，探討提高實(shí)驗(yàn)室雪茄煙煙氣測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的措施，以期為雪茄煙煙氣指標(biāo)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

根據(jù)雪茄煙產(chǎn)地、規(guī)格等的不同，選取國(guó)內(nèi)外雪茄煙樣品共16 個(gè)（國(guó)外和國(guó)內(nèi)樣品各8 個(gè)）。

異丙醇（色譜純，上海科醚化學(xué)科技有限公司）；乙醇、正十七烷烴（色譜純，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司）；CO 標(biāo)準(zhǔn)氣體（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）；煙堿（≥98%，美國(guó)Sigma-Aldrich 公司）；去離子水（自制）。

SM410-CV 型雪茄煙吸煙機(jī)、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(tǒng)、皂膜流量計(jì)（德國(guó)Borgwaldt-KC 公司）；氣相色譜儀（配火焰離子化檢測(cè)器，美國(guó)Agilent 公司）；CP224S 電子天平（感量：0.000 1 g，德國(guó)Sartorius 公司）。

1.2 方法

1.2.1 雪茄煙常規(guī)化學(xué)指標(biāo)測(cè)試

按照CRM 64［8］調(diào)節(jié)雪茄煙樣品和調(diào)試吸煙機(jī)，根據(jù)雪茄煙直徑計(jì)算抽吸容量并準(zhǔn)備夾持器，煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)及測(cè)試方法見表1。

表1 雪茄煙主流煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)及測(cè)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(cè)量

繞線法：分別在距嘴端15 mm 處、33 mm 處進(jìn)行標(biāo)記，用30 旦白色線繞標(biāo)記處1 周，在繞線交匯處用筆標(biāo)記，測(cè)量繞線標(biāo)記的兩點(diǎn)交匯處之間的長(zhǎng)度，即為雪茄煙周長(zhǎng)C，用D=C/3.142 計(jì)算得到雪茄煙直徑D，取8 支雪茄煙直徑測(cè)量的平均值為最終結(jié)果。以15 mm 處的直徑進(jìn)行夾持器和捕集器的選取，以33 mm 處的直徑進(jìn)行抽吸容量V 的計(jì)算。參考YC/T 461—2013［17］，根據(jù)雪茄煙33 mm 處的直徑D 計(jì)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(shù)據(jù)處理

將本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與CORESTA 推薦方法及共同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并利用格拉布斯檢驗(yàn)法對(duì)從各抽吸通道得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值判斷和剔除。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)一并被剔除；如果水分、煙堿被剔除，則焦油數(shù)據(jù)被剔除；如果焦油、一氧化碳數(shù)據(jù)異常，則將其剔除。格拉布斯檢驗(yàn)方法準(zhǔn)則：在正態(tài)分布情況下，當(dāng)某次測(cè)量的殘差超過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差與臨界系數(shù)的乘積，則認(rèn)為該測(cè)量結(jié)果屬于離群值而應(yīng)予剔除；將離群值剔除后，重新計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差，并對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行判別、處理，直到測(cè)量結(jié)果中不包含離群值為止。

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)試方法對(duì)比分析

基于本實(shí)驗(yàn)室的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)文獻(xiàn)方法部分內(nèi)容進(jìn)行了修改，修改前后的內(nèi)容見表3。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照修改后的方法進(jìn)行雪茄煙煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的測(cè)試時(shí)，方法的實(shí)際可操作性以及結(jié)果準(zhǔn)確性明顯提高。

表3 測(cè)試方法修改內(nèi)容對(duì)比Tab.3 Modification comparisons between testing methods

2.2 樣品選取與分析

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

在本研究中，根據(jù)雪茄煙尺寸的情況選取具有代表性的樣品進(jìn)行分析，主要依據(jù)以下幾個(gè)原則選取雪茄煙樣品：①雪茄煙樣品的長(zhǎng)度和直徑，應(yīng)介于CORESTA 方法中提出的雪茄煙長(zhǎng)度和直徑變化范圍內(nèi)；②雪茄煙樣品的質(zhì)量，應(yīng)能夠覆蓋國(guó)標(biāo)方法型號(hào)分類中的規(guī)定值；③對(duì)于國(guó)外生產(chǎn)的雪茄煙，根據(jù)國(guó)內(nèi)進(jìn)口銷量情況選取；④對(duì)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的雪茄煙，根據(jù)其長(zhǎng)度和直徑進(jìn)行選取，使之與所選取的國(guó)外雪茄煙形成互補(bǔ)。

綜合考慮上述原則，共選擇了國(guó)內(nèi)外的16 個(gè)雪茄煙樣品。按照GB/T 15269.3—2011［18］測(cè)定16個(gè)雪茄煙樣品的質(zhì)量、長(zhǎng)度，按照1.2 節(jié)方法測(cè)定雪茄煙的直徑和抽吸容量，結(jié)果如表4 所示。

表4 雪茄煙樣品的質(zhì)量、長(zhǎng)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(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果

對(duì)表4 中的雪茄煙樣品進(jìn)行煙氣分析測(cè)試，指標(biāo)包括：總粒相物、水分、煙堿、焦油和一氧化碳。測(cè)試結(jié)果按照標(biāo)準(zhǔn)方法中的規(guī)定以mg/支進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，另外計(jì)算平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），如表5 所示。

表5 單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的雪茄煙煙氣測(cè)定結(jié)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(gè)雪茄煙樣品的焦油、煙堿、水分的重復(fù)性數(shù)據(jù)，CORESTA CRM 68 的方法文本中提供了5個(gè)雪茄煙樣品的一氧化碳數(shù)據(jù)。另外，選擇了CORESTA 雪茄煙煙氣分析學(xué)組1～12 次雪茄煙煙氣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，去掉兩個(gè)參比卷煙Sample A（CM7）和Sample G（CM8）數(shù)據(jù)，留下雪茄煙Sample B、C、D 和E。CORESTA 推薦方法和共同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6 所示。

將單個(gè)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)（表5）與CORESTA 推薦方法和共同實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表6）進(jìn)行對(duì)比分析。由于實(shí)驗(yàn)室數(shù)量和樣本等存在差異，因此，比較結(jié)果僅用于簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和本文中所述細(xì)化操作方法的可行性。分析結(jié)果顯示：①對(duì)于總粒相物數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的總粒相物低于50 mg/支時(shí)，總粒相物的RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的總粒相物高于50 mg/支時(shí)，總粒相物的RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；②對(duì)于焦油量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的焦油量低于100 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的焦油量高于100 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；③對(duì)于煙堿量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的煙堿低于3.8 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的煙堿高于3.8 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；④對(duì)于一氧化碳數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的一氧化碳低于200 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的一氧化碳高于200 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；⑤對(duì)水分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，RSD 數(shù)據(jù)總體上略低于重復(fù)性數(shù)據(jù)；⑥所有數(shù)據(jù)的RSD 均低于CORESTA 再現(xiàn)性數(shù)據(jù)。

CORESTA 數(shù)據(jù)以及本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表

明，本方法測(cè)定結(jié)果較準(zhǔn)確。雪茄煙的直徑越大，煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性越差，雪茄煙吸煙機(jī)煙氣測(cè)試難度越高，水分?jǐn)?shù)據(jù)的穩(wěn)定性較差。另外，雪茄煙樣品調(diào)節(jié)所需的平衡時(shí)間與其質(zhì)量之間無(wú)顯著相關(guān)性，在平衡時(shí)同一款雪茄煙不同煙支的平衡時(shí)間存在差異，這說(shuō)明雪茄煙煙支的平衡時(shí)間可能與樣品自身的保存條件有關(guān)。大多數(shù)樣品在調(diào)節(jié)72 h 后可以達(dá)到平衡，與CRM46 方面“至少需要調(diào)節(jié)72 h”規(guī)定一致。另外，本研究中根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析了單位質(zhì)量煙支條件下CO 釋放和水分的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)無(wú)相關(guān)規(guī)律。結(jié)合水分測(cè)定結(jié)果和雪茄煙調(diào)節(jié)結(jié)果可知，現(xiàn)行的雪茄煙樣品調(diào)節(jié)方法仍需要改進(jìn)。

表6 CORESTA1～12 次共同實(shí)驗(yàn)（CS1～CS12）數(shù)據(jù)和CORESTA 推薦方法數(shù)據(jù)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(fù)測(cè)定結(jié)果

依照雪茄煙樣品單個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的方法、步驟和數(shù)據(jù)剔除原則，分別在3 個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(gè)指標(biāo)。測(cè)試結(jié)果如表7 所示。

表7 3 個(gè)實(shí)驗(yàn)室的雪茄煙煙氣測(cè)定結(jié)果Tab.7 Analysis results of mainstream cigar smoke in three laboratories

將3 個(gè)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)（表7）與CORESTA 推薦方法和共同實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表6）進(jìn)行對(duì)比分析。分析結(jié)果顯示：①對(duì)于總粒相物數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的總粒相物低于60 mg/支時(shí)，總粒相物的標(biāo)準(zhǔn)差RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的總粒相物高于60 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；②對(duì)于焦油量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的焦油量低于50 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的焦油量高50 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；③對(duì)于煙堿量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的煙堿低于3.3 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的煙堿高 于3.3 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù) 據(jù)低；④對(duì)于一氧化碳數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)定的一氧化碳低于200 mg/支時(shí)，RSD 與CORESTA 數(shù)據(jù)的重復(fù)性數(shù)據(jù)接近，當(dāng)測(cè)定的一氧化碳高于200 mg/支時(shí)，RSD 比CORESTA 重復(fù)性數(shù)據(jù)低；⑤對(duì)水分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，RSD 數(shù)據(jù)總體上略低于重復(fù)性數(shù)據(jù)；⑥所有數(shù)據(jù)的RSD 低于CORESTA 再現(xiàn)性數(shù)據(jù)。

結(jié)合單個(gè)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果可知，依照本文中的細(xì)化步驟進(jìn)行雪茄煙煙氣分析是可行的，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。

2.5 國(guó)內(nèi)外雪茄煙樣品煙氣指標(biāo)穩(wěn)定性對(duì)比

使用3 個(gè)實(shí)驗(yàn)室的雪茄煙煙氣指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算總粒相物、焦油、煙堿、一氧化碳和水分指標(biāo)的變異系數(shù)，考察16 個(gè)國(guó)內(nèi)外雪茄煙樣品的煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性。煙氣指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可知：

①雪茄煙直徑越大，變異系數(shù)越大，即煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性越差，與CORESTA 雪茄煙共同實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果相似［13-16］。這可能是因?yàn)椋┣褵煹闹睆皆酱螅捎梦鼰煓C(jī)進(jìn)行煙氣抽吸測(cè)試時(shí)越容易出現(xiàn)異常問(wèn)題。因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)密切注意大直徑煙支漏氣、煙支復(fù)點(diǎn)、煙支熄火、抽吸口數(shù)、氣袋體積等多種影響因素。在處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)剔除因?qū)嶒?yàn)操作問(wèn)題帶來(lái)的異常值。

圖1 國(guó)內(nèi)外雪茄煙煙氣指標(biāo)穩(wěn)定性對(duì)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(gè)煙氣指標(biāo)的分析結(jié)果可知，國(guó)內(nèi)雪茄煙樣品略優(yōu)于國(guó)外雪茄煙樣品。這說(shuō)明，雖然國(guó)內(nèi)雪茄煙起步較晚，但國(guó)內(nèi)雪茄煙廠的制作工藝和品質(zhì)控制較好。

③相較于其他煙氣指標(biāo)，水分的變異系數(shù)較高。根據(jù)CORESTA 推薦方法，雪茄煙平衡時(shí)間至少需要72 h，并且樣品或試樣的質(zhì)量相對(duì)變化在24 h 以內(nèi)應(yīng)不大于0.1%。本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，樣品調(diào)節(jié)達(dá)到平衡的時(shí)間與煙支的直徑和質(zhì)量無(wú)顯著相關(guān)性，樣品平衡所需的時(shí)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(shù)遠(yuǎn)高于其他指標(biāo)。因此，目前推薦的平衡方法可能無(wú)法滿足雪茄煙水分測(cè)定的需求，應(yīng)進(jìn)一步探索雪茄煙的平衡方法，如選擇參比卷煙的質(zhì)量作為參考等。另外，在進(jìn)行雪茄煙煙氣測(cè)試的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室可以針對(duì)雪茄煙的平衡時(shí)間進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。

綜上所述，與卷煙煙氣分析結(jié)果相比，雪茄煙煙氣指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果偏差較大，需進(jìn)行特定條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)異常值的檢驗(yàn)，且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意多種復(fù)雜情況。

3 結(jié)論

結(jié)合CORESTA 推薦方法，對(duì)雪茄煙煙氣分析實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了細(xì)化研究，并對(duì)國(guó)內(nèi)外16 個(gè)樣品進(jìn)行了煙氣分析測(cè)試及數(shù)據(jù)分析對(duì)比。雪茄煙煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性分析結(jié)果表明：雪茄煙的直徑越大其煙氣指標(biāo)穩(wěn)定性越差，國(guó)內(nèi)樣品的煙氣指標(biāo)穩(wěn)定性略好于國(guó)外，雪茄煙樣品水分調(diào)節(jié)平衡方法需要改進(jìn)，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)使雪茄煙樣品充分平衡。本方法測(cè)定結(jié)果接近或略低于CORESTA 的重復(fù)性值，低于CORESTA 的再現(xiàn)性值。與卷煙煙氣分析結(jié)果相比，雪茄煙煙氣分析結(jié)果偏差較大，需進(jìn)行特定條件下試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常值的檢驗(yàn)。本研究結(jié)果可為實(shí)驗(yàn)室雪茄煙常規(guī)煙氣成分分析提供借鑒。