8種中心電加熱卷煙煙氣釋放特性分析

何紅梅 - 尤曉娟 - 劉獻軍 - 朱鮮艷 - 王明輝 - 石懷彬 - 徐如彥 -

(1. 江蘇中煙工業有限責任公司，江蘇 南京 210019；2. 南通煙濾嘴有限責任公司，江蘇 南通 226014)

近年來，新型煙草制品吸引了廣大研究者關注，尤其是加熱卷煙因大幅降低有害成分且能獲得與傳統卷煙相近的抽吸滿足感而異軍突起，國際市場發展迅猛。目前國內外煙草科技工作者對電加熱卷煙開展了一些基礎研究，但主要集中在煙芯材料的物理化學分析[1-2]、卷煙煙氣有害成分及香味成分釋放[3-4]、卷煙氣溶膠毒理學評價[5-6]、模擬加熱不燃燒狀態下煙草氣溶膠釋放[7-8]，尚未見針對中心電加熱卷煙主流煙氣釋放特性的系統分析報道。

研究擬采用CORESTA推薦的電子煙抽吸模式對8款中心電加熱卷煙煙氣總釋放量和逐口釋放量進行考察，旨在發現中心電加熱卷煙煙氣釋放特性的共同點及差異性，以期為電加熱卷煙產品研發和產品質量的提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

1.1.1 材料

8款市售中心電加熱卷煙產品，其中卷煙A～G為國產7款境外上市中心電加熱卷煙產品，卷煙H為市售國外電加熱卷煙產品，8款產品煙芯材料在煙支中均有序排列。試驗所用煙具均為中心加熱型iQOS煙具(Tobacco Heating Device 2.4 PLUS)。

1.1.2 試劑

甲醇：色譜純，美國TEDIA公司；

正十七烷：色譜純，梯希愛(上海)化成工業發展有限公司。

1.1.3 儀器

模塊化吸煙機：LM4E型，德國Borgwaldt公司；

20孔道吸煙機：RM20H型，配置逐口抽吸模塊，德國Borgwaldt公司；

氣相色譜儀：Agilent 7890A型，配置檢測器FID，美國Agilent公司；

電子天平：AL204型，感率0.000 1 g，瑞士 Mettler Toledo 公司；

回旋振蕩器：HY-5A型，江蘇省金壇市訊生儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 中心電加熱卷煙退絲率計算方法

(1) 中心電加熱卷煙煙支中煙芯材料質量的測定：取20支卷煙樣品在溫度(22±2) ℃，相對濕度(50±5)%的條件下平衡48 h，用鑷子將每支卷煙中煙芯材料全部分離出來，并用電子天平稱取質量，測定結果精確至0.000 1 g。以20支卷煙煙芯材料質量的平均值為該卷煙樣品的煙芯材料質量。

(2) 中心電加熱卷煙退絲量的測定：使用中心加熱式煙具時，將卷煙煙支插入煙具過程中，由于煙具加熱片(針)與煙支中煙芯材料之間存在摩擦力，加熱片(針)可能會將部分煙芯材料朝濾嘴方向推出，導致煙芯材料后退進入降溫段，后退的這部分煙芯材料質量定義為退絲量，如圖1圈內所示。退絲量測定方法為：抽吸結束后，從煙支煙芯材料段和降溫段之間將煙支掰斷，用刀片切割被推出的這部分煙芯材料，并用電子天平稱取質量。

(3) 中心電加熱卷煙退絲率的計算：將測定的電加熱卷煙退絲量，除以該支電加熱卷煙煙芯材料的質量，即為電加熱卷煙的退絲率。

圖1 退絲現象示意圖Figure 1 Diagram of tobacco retreated phenomenon

1.2.2 煙芯材料中煙堿、甘油含量分析 將樣品在溫度(22±2) ℃，相對濕度(50±5)%的條件下平衡48 h。將平衡好的加熱卷煙煙芯材料用剪刀剪碎，準確稱取0.25 g煙芯材料，置于100 mL錐形瓶中，加2 mL水將煙芯材料浸潤，超聲10 min；加入含內標萃取液，超聲10 min，室溫下機械振蕩2 h。取萃取液過0.22 μm濾膜后上配置有氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀檢測。

GC條件：DB-ALC 1色譜柱(30 m×0.32 mm×1.8 μm)；程序升溫：初始溫度100 ℃，保持1 min，以15 ℃/min 升至220 ℃，保持1 min；總運行時間10 min；進樣口溫度250 ℃；檢測器溫度275 ℃；載氣：氮氣；恒流流速1.8 mL/min；進樣體積1.0 μL；分流比50∶1。

1.2.3 中心電加熱卷煙主流煙氣中總煙堿、甘油含量分析 在溫度(22±2) ℃，相對濕度(50±5)%的條件下平衡電加熱卷煙樣品48 h，按CORESTA 推薦的電子煙抽吸模式，即抽吸容量55.0 mL、抽吸時間3 s、抽吸頻率30 s，抽吸曲線為矩形。

隨機選取平衡后的卷煙樣品，在LM4E模塊化吸煙機上使用iQOS煙具進行抽吸，抽吸13口(抽吸12口后，煙具電源燈熄滅，抽吸最后一口時，煙具處于無電狀態)。每支卷煙捕集在一張44 mm劍橋濾片上。抽吸結束后，加入含內標萃取液振蕩萃取30 min，取萃取液過0.22 μm濾膜后上配置有氫火焰離子化檢測器的氣相色譜儀檢測。GC條件同1.2.2。

1.2.4 中心電加熱卷煙主流煙氣中逐口煙堿、甘油含量分析 中心電加熱卷煙主流煙氣中逐口煙堿、甘油含量分析需在RM20H轉盤吸煙機上進行逐口抽吸，每口煙氣捕集在一張44 mm劍橋濾片上，樣品前處理和分析條件同1.2.3。

1.2.5 煙堿、甘油轉移率計算 按式(1)計算加熱卷煙主流煙氣中煙堿、甘油轉移率。

(1)

式中：

T——煙堿或甘油轉移率，%；

m1——加熱卷煙主流煙氣中煙堿或甘油釋放量，mg/支；

m2——加熱卷煙煙芯材料中煙堿或甘油含量，mg/支。

2 結果與討論

2.1 煙氣總粒相物、煙堿和甘油釋放特性分析

電加熱卷煙煙氣釋放特性是重要的產品質量特性，試驗重點考察了煙氣中總粒相物(TPM)、煙芯材料和煙氣中煙堿和甘油釋放量，并對煙堿和甘油轉移率進行了分析，其結果如表1所示。結果表明，不同品牌卷煙煙氣總粒相物釋放量差異較明顯，8款電加熱卷煙主流煙氣中總粒相物釋放量為33.40～42.70 mg/支，卷煙A最高，卷煙C最低。

表1 8款中心電加熱卷煙煙堿、甘油轉移率分析

8款卷煙樣品煙芯材料中煙堿釋放量為3.13～4.93 mg/支，卷煙H最高，卷煙C最低；8款卷煙樣品煙氣中煙堿釋放量為1.14～1.60 mg/支，卷煙A最高，卷煙C最低；8款卷煙樣品煙堿轉移率為29.82%～40.53%，其中，卷煙H最低，卷煙G最高。

8款卷煙樣品煙芯材料中甘油含量為39.71～54.56 mg/支，煙氣中甘油含量為4.94～7.97 mg/支。卷煙A～G煙芯材料和煙氣甘油釋放量均高于卷煙H；8款卷煙樣品甘油轉移率為12.44%～15.92%，其中，卷煙H最低，卷煙E最高。

2.2 煙氣釋放穩定性分析

表2反映了8款中心電加熱卷煙煙氣釋放物中總粒相物、煙堿、甘油釋放量的相對標準偏差。所選卷煙A～G總粒相物、煙堿、甘油的相對標準偏差均較卷煙H高，即相比較卷煙H，卷煙A～G的整體煙氣釋放穩定性較低。對于同一品牌規格卷煙樣品，總粒相物、煙堿、甘油3個指標中均是甘油的RSD最高，表明煙氣中甘油的穩定性最難控制。

表2 8款中心電加熱卷煙煙氣釋放物相對標準偏差

2.3 煙氣逐口釋放量及其穩定性分析

為研究中心電加熱卷煙逐口煙氣釋放特性，分別以20支卷煙為樣本，對比分析了卷煙A和卷煙H兩款產品的總粒相物、煙堿、甘油逐口釋放量，結果如表3和圖2所示。卷煙A逐口總粒相物及逐口煙堿釋放量總體上與卷煙H相差不大，而卷煙A逐口甘油釋放量比卷煙H高。兩款產品的總粒相物、煙堿、甘油釋放量均隨抽吸口序增加整體呈先上升后逐漸下降的趨勢，中間略有波動，最高點多出現在第4～7口。這與傳統卷煙有所區別，傳統卷煙在ISO抽吸模式下主流煙氣中常規成分釋放量在完整抽吸口序下呈逐口上升趨勢[9]。

雖然兩款產品逐口釋放量趨勢相同，但從表3可以看出：① 從第1～12口(第13口煙具已處無電狀態)，卷煙A總粒相物、煙堿、甘油逐口釋放量RSD值遠大于卷煙H。卷煙A總粒相物RSD值平均為16.74%，卷煙H平均為11.47%；卷煙A煙堿RSD值平均為20.49%，卷煙H平均為9.22%；卷煙A甘油RSD值平均為26.04%，卷煙H平均為12.54%。卷煙A主流煙氣中煙堿和甘油逐口釋放量RSD都在卷煙H的2倍以上。② 第13口，卷煙H不再釋放煙堿和甘油，而卷煙A第13口均存在煙堿和甘油釋放。由于使用的是同種加熱煙具，說明卷煙H煙支散熱比較快，煙具無電后能快速散熱，而卷煙A煙支在煙具無電后煙芯材料部位尚有余熱，導致煙氣釋放物仍在產生。

2.4 煙支退絲率與煙氣釋放穩定性的關系

表4反映了8款中心電加熱卷煙產品煙芯材料質量均值、退絲量均值和退絲率均值。由表4可知，卷煙H煙芯材料質量為0.284 4 g/支，僅次于卷煙A的0.290 7 g/支，但卷煙H的退絲量最小，即卷煙A～G所有煙支在插入加熱煙具時產生的退絲現象較卷煙H明顯，因此卷煙A～G的退絲率均明顯高于卷煙H。

表3 卷煙A和卷煙H逐口煙氣釋放量均值及相對標準偏差

圖2 卷煙A和卷煙H逐口TPM、煙堿、甘油釋放量Figure 2 The puff-by-puff release of TPM, nicotine and glycerol in cigarettes A and H

為了進一步分析煙氣不穩定性的原因，將8款產品的每支卷煙退絲率分別與其對應的煙氣總粒相物、煙堿、甘油釋放量以及煙堿、甘油轉移率進行線性擬合，擬合方程見表5和表6。對于相同品牌規格卷煙，退絲率與其對應煙氣總粒相物、煙堿、甘油釋放量以及煙堿、甘油轉移率均呈負相關，這可能存在兩方面原因：① 退絲率越大，參與受熱的煙絲量越少，煙氣釋放物自然減少；② 退絲現象會使煙芯材料段芯材之間產生較大空隙，減少受熱腔體內芯材的有效接觸，降低熱量傳導效率。另一方面，卷煙H退絲率與煙氣總粒相物、煙堿、甘油釋放量以及煙堿、甘油轉移率之間相關性最弱，是因為這款產品并不是每支卷煙均產生退絲現象，試驗的20支卷煙中有9支退絲率為0，其他11支卷煙即便有退絲現象其退絲率也相對較小。

表5和表6中線性方程不同，相關系數R2一致，這是由于檢測煙芯材料煙堿、甘油含量是一個破壞性試驗，無法在抽吸前檢測每支卷煙對應煙芯材料煙堿、甘油含量，故表6中卷煙煙堿、甘油轉移率為表5中對應卷煙主流煙氣煙堿、甘油釋放量除以該卷煙煙芯材料煙堿、甘油平均含量所得，即對于同一品牌規格卷煙，計算轉移率的分子(每支卷煙主流煙氣煙堿、甘油釋放量)不同，而分母(煙芯材料中煙堿、甘油平均含量)相同，因此退絲率與釋放量、轉移率兩者雖線性方程不同，但相關系數R2相同。

為了進一步驗證退絲率對電加熱卷煙煙氣釋放穩定性的影響，將卷煙A～G 7款產品中退絲率<4.22%(以卷煙H為標準，卷煙H最大退絲率為4.22%)的煙支挑選出來，對其TPM、煙堿、甘油釋放量作相對標準偏差分析(表7)。結果表明，當退絲率<4.22%時，卷煙A～G煙氣釋放物中TPM、煙堿、甘油相對標準偏差均有明顯的下降，其中卷煙C、G煙氣釋放物中TPM、煙堿、甘油有兩項指標相對標準偏差低于卷煙H。由此，退絲率較大對中心電加熱卷煙煙氣釋放物穩定性有不利影響，解決煙支退絲問題對提高中心電加熱卷煙煙氣釋放穩定性會產生積極作用。

表4 8款中心電加熱卷煙煙芯材料質量、退絲量和

退絲率均值

Table 4 Tobacco core material mass, tobacco retreated mass and tobacco retreated ratio in central eight electrical central heated cigarettes (n=20)

表5 8款中心電加熱卷煙退絲率與總粒相物、煙堿、甘油釋放量線性擬合方程

表6 8款中心電加熱卷煙退絲率與煙堿、甘油轉移率線性擬合方程

表7 退絲率<4.22%中心電加熱卷煙煙氣釋放物相對標準偏差

3 結論

不同品牌中心電加熱卷煙產品總粒相物、煙堿、甘油總釋放量有明顯差異，其中，總粒相物釋放量為33.40～42.70 mg/支，甘油釋放量為4.94～7.97 mg/支，煙堿釋放量為1.14～1.60 mg/支；煙堿轉移率為29.82%～40.53%，甘油轉移率為12.44%～15.92%，卷煙H的煙堿和甘油轉移率均最低。電加熱卷煙產品總粒相物、煙堿、甘油逐口釋放量均隨抽吸口序的增加整體呈先上升后逐漸下降的趨勢，中間略有波動，最高點多出現在第4～7口。8款電加熱卷煙中，卷煙H的總粒相物、煙堿、甘油總釋放量RSD及其逐口釋放量RSD值均最小，即卷煙H煙氣釋放穩定性最高。

不同品牌電加熱卷煙煙支之間、相同品牌不同煙支之間，在插入煙具時產生的退絲量均有所不同。退絲現象的出現對煙氣釋放穩定性有不利影響，減少中心電加熱卷煙的退絲現象可以提高煙氣釋放穩定性。后續有必要進一步對如何減少中心電加熱卷煙的退絲現象進行深入研究。