不同圓周、不同濾嘴通風(fēng)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(zé)任公司技術(shù)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(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

近年來，中細(xì)支卷煙銷量快速增長，成為煙草工業(yè)企業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)［1-2］。為降低煙支吸阻，中細(xì)支卷煙普遍采用濾嘴通風(fēng)技術(shù)，這也造成了卷煙感官質(zhì)量和化學(xué)成分釋放量的改變。楚文娟等［3］考察了濾嘴參數(shù)對細(xì)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(xì)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(fēng)率卷煙的感官質(zhì)量和煙氣化學(xué)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(guān)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(guān)于不同濾嘴通風(fēng)度下常規(guī)和細(xì)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(bào)道［6］。廖惠云等［7］考察了細(xì)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(qiáng)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(guān)注的焦點(diǎn)。黃延俊等［10］考察了不同圓周、不同濾嘴通風(fēng)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(xì)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(guān)，還與煙氣吃味、刺激性、醇和度、舒適性和香味品質(zhì)有關(guān)［19-21］。然而，目前關(guān)于卷煙圓周和濾嘴通風(fēng)對酸性成分逐口釋放規(guī)律的研究尚鮮見報(bào)道。因此，考察不同圓周和濾嘴通風(fēng)率對酸性成分逐口釋放的影響，旨在為不同圓周和通風(fēng)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(fēng)率卷煙樣品。44 mm 劍橋?yàn)V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(biāo)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(biāo)）（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(jī)（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(fēng)率為設(shè)計(jì)值±2%的標(biāo)準(zhǔn)對樣品進(jìn)行分選。用劍橋?yàn)V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?yàn)V片逐口捕集20 支卷煙的主流煙氣總粒相物，采用文獻(xiàn)［17］中的方法進(jìn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)時(shí)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(jìn)入主流煙氣。常規(guī)卷煙煙氣丁酸釋放量較低。3 個(gè)濾嘴通風(fēng)度下17 mm 圓周卷煙酸性成分逐口釋放量的相對標(biāo)準(zhǔn)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(gè)濾嘴通風(fēng)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(gè)濾嘴通風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(yàn)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(fēng)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(fēng)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(dāng)濾嘴通風(fēng)為25%時(shí)，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(dāng)濾嘴通風(fēng)率為50%時(shí)，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(fēng)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(fēng)率為25%時(shí)，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(guān)于煙堿的結(jié)論也與之前的報(bào)道［7,14］類似。說明在相同濾嘴通風(fēng)率下中細(xì)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)率為25%時(shí)最大。說明濾嘴通風(fēng)率會導(dǎo)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(dǎo)致24 mm 圓周卷煙煙氣單位焦油甲酸、乙酸等小分子有機(jī)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(jī)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(guān)。

圖1 不同煙支圓周、濾嘴通風(fēng)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(guān)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(guān)性，考察3 個(gè)圓周和3 種濾嘴通風(fēng)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(gè)濾嘴通風(fēng)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(guān)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(fēng)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(gè)濾嘴通風(fēng)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(fēng)率下煙氣單位焦油酸性成分逐口釋放量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。可以看出，對于24 mm 圓周不通風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)率下單位焦油酸性成分逐口釋放量的相對標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)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(fēng)率增加，單位焦油甲酸、乙酸和丙酸等小分子有機(jī)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(guān)系數(shù)（r＜0）（除濾嘴不通風(fēng)時(shí)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(dāng)20 mm 圓周卷煙的濾嘴通風(fēng)率較大時(shí)，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(dāng)20 mm 圓周卷煙的濾嘴通風(fēng)率低時(shí)，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(fēng)時(shí)單位焦油壬酸釋放量均值為0.21 μg/mg，50%濾嘴通風(fēng)時(shí)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(fēng)時(shí)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(fēng)時(shí)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(fēng)率需要綜合考慮。

圖4 20 mm 圓周卷煙不同濾嘴通風(fēng)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(fēng)率為25%時(shí)RSD 較大。結(jié)合這些成分在通風(fēng)率為25%時(shí)的相關(guān)系數(shù)（r＜0）（圖2），表明單位焦油該成分在濾嘴通風(fēng)率為25%時(shí)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(fēng)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(xì)支卷煙酸性成分及常規(guī)化學(xué)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(xì)支卷煙的差異性較小。②相同濾嘴通風(fēng)率下中細(xì)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(fēng)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(fēng)率增加，常規(guī)卷煙與中細(xì)支卷煙在相同濾嘴通風(fēng)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(fēng)卷煙表現(xiàn)得更為明顯。⑤對于中細(xì)支卷煙，隨濾嘴通風(fēng)率增加，單位焦油甲酸和乙酸等小分子有機(jī)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。