何紅梅 張 媛 朱懷遠(yuǎn) 莊亞?wèn)| 熊曉敏 劉獻(xiàn)軍

(江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，江蘇 南京 210019)

卷煙煙氣是在燃燒過(guò)程中卷煙組分經(jīng)過(guò)熱解、降解、蒸餾等一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化形成的[1]。卷煙紙直接參與卷煙的燃燒，其透氣度與卷煙燃燒過(guò)程中煙草成分的熱解和化學(xué)反應(yīng)、煙氣有害成分的產(chǎn)生量密切相關(guān)[2]，是影響卷煙燃燒的一項(xiàng)重要參數(shù)。打孔是改變紙透氣度常用的一種方式[3]，針對(duì)接裝紙打孔對(duì)卷煙煙氣釋放量的影響，研究人員[4-8]已開展較為深入的研究。在卷煙紙方面，已有研究[9-10]顯示，提高卷煙紙的助燃劑K/Na比例以及添加不同金屬鹽的卷煙紙可促進(jìn)卷煙紙纖維的裂解致孔，有效降低煙氣中HCN和CO釋放量。但直接在卷煙紙上打孔尚鮮有報(bào)道。

由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織煙草技術(shù)委員會(huì)規(guī)定的吸煙機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件(ISO抽吸模式)越來(lái)越受到一些國(guó)家和地區(qū)的反對(duì)和質(zhì)疑，WHO推薦制定了“加拿大深度抽吸(HCI)模式”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[11]。這2種模式下，常規(guī)卷煙主流煙氣及有害成分釋放量差異性研究已有相關(guān)報(bào)道[12-16]。然而針對(duì)細(xì)支卷煙、不同抽吸模式下紙打孔透氣度對(duì)煙氣釋放量的影響及差異性尚未見(jiàn)報(bào)道。另一方面，細(xì)支卷煙的發(fā)展呈現(xiàn)個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)，研究紙打孔卷煙主流煙氣化學(xué)成分的逐口釋放規(guī)律可以為細(xì)支卷煙的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

本研究針對(duì)不同打孔參數(shù)的細(xì)支卷煙樣品，分析ISO與HCI 2種抽吸模式下打孔卷煙主流煙氣中焦油和煙堿的逐口遞送趨勢(shì)，旨在為降低卷煙主流煙氣中相關(guān)化學(xué)成分的釋放量提供理論參考和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

樣品：煙支長(zhǎng)度為97 mm，圓周17 mm，首孔距離煙支末端均為2 mm，其余參數(shù)見(jiàn)表1(圖1為卷煙孔帶示意圖)，江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

異丙醇：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

乙醇：色譜純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；

正十七碳烷：色譜純，梯希愛(ài)(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；

煙堿標(biāo)液：>97%，鄭州煙草研究院；

20孔道吸煙機(jī)：RM20H型，德國(guó)Borgwaldt KC公司；

綜合測(cè)試臺(tái)：DT-5型，德國(guó)Borgwaldt KC公司；

氣相色譜儀：7890A型，美國(guó)Agilent公司；

電子天平：AL204型，瑞士Mettler Toledo公司。

表1 不同卷煙樣品打孔參數(shù)及物理指標(biāo)Table 1 Perforation parameters and physical index of different cigarette samples

圖1 卷煙孔帶示意圖Figure 1 Schematic diagram of the cigarette hole belt

1.2 方法

按照GB/T 16450—2004《常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件》規(guī)定的條件逐口抽吸卷煙。抽吸完畢，按照GB/T 19609—2004《卷煙常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》、GB/T 23203.1—2013 《卷煙 總粒相物中水分的測(cè)定 第1部分：氣相色譜法》及GB/T 23355—2009 《卷煙 總粒相物中煙堿的測(cè)定 氣相色譜法》處理每口抽吸的劍橋?yàn)V片，測(cè)定每口煙氣粒相物中焦油、水分及煙堿的含量。每個(gè)樣品平行測(cè)定2次。

2 結(jié)果與討論

2.1 ISO模式下焦油、煙堿釋放量

表2、3給出了ISO模式下不同卷煙樣品的逐口煙氣焦油、煙堿釋放量。結(jié)果表明，完整抽吸口序時(shí)(前5口)，各樣品焦油逐口釋放量范圍為0.294 7～1.387 3 mg/Cig，煙堿逐口釋放量范圍為0.032 5～0.151 7 mg/Cig，各樣品焦油、煙堿逐口釋放量隨抽吸口序的增加呈顯著增加趨勢(shì)。對(duì)照樣品的焦油和煙堿方差分別是0.067 2和0.000 9，均小于紙打孔樣品，表明相對(duì)于紙打孔樣品，對(duì)照樣品逐口煙氣釋放量的變化趨勢(shì)較為平緩。

與對(duì)照樣品相比，紙打孔卷煙樣品從燃燒端進(jìn)入的空氣流量被分割為從燃燒錐端和孔帶處兩部分進(jìn)入，增加了煙氣的稀釋度；另一方面，紙打孔增加了紙通風(fēng)率，改變了卷煙燃燒錐燃燒狀態(tài)，氧氣補(bǔ)給速率提升，引起卷煙煙絲在富氧狀態(tài)下燃燒[17]，焦油釋放量也相應(yīng)降低。因此，紙打孔樣品的焦油釋放量有不同程度降低。

表2的結(jié)果顯示，與對(duì)照樣相比，紙打孔卷煙樣品第1口的焦油釋放量均明顯降低，且隨著孔帶寬度的增加，P4～P6第1口焦油釋放量顯著降低，P1～P3第1口焦油釋放量變化規(guī)律不夠明顯。隨著抽吸口序的進(jìn)行，煙支燃燒端向?yàn)V嘴端前移，燃燒錐接近或通過(guò)打孔位置，抽吸至第3口時(shí)，P1～P3 3個(gè)樣品的燃燒錐已全部通過(guò)打孔位置，P4～P6 3個(gè)樣品的燃燒錐接近最后一個(gè)打孔位置，打孔數(shù)目的減少，直接導(dǎo)致打孔對(duì)卷煙焦油釋放量的影響進(jìn)一步減小。因此，并非所有紙打孔樣品的第2口焦油釋放量均低于對(duì)照樣品，抽吸至第3口時(shí)，紙打孔樣品的焦油釋放量與對(duì)照樣品已無(wú)明顯差異。

表3的數(shù)據(jù)顯示，卷煙紙打孔，對(duì)于卷煙焦油釋放量的影響較煙堿更加明顯。P6的焦油降幅高達(dá)9.38%，而煙堿降幅僅為0.46%，其第2口焦油降幅為30.93%，煙堿釋放量?jī)H從0.099 7 mg/Cig 降至0.084 5 mg/Cig，降幅為15.25%。與對(duì)照樣品相比，紙打孔卷煙的煙堿總釋放量變化幅度并不明顯，P3樣品的煙堿總釋放量變化幅度最大，也僅增加了4.07%。這可能是煙氣中的煙堿由煙草中的煙堿直接遷移而來(lái)[18]，盤紙打孔降低了卷煙燃燒錐的溫度，致使焦油有所降低[19]，但是燃燒錐溫度仍遠(yuǎn)高于煙堿的遷移溫度(160～220 ℃)[20]。

2.2 HCI模式下焦油、煙堿釋放量

表4、5給出了HCI模式下不同卷煙樣品的焦油、煙堿逐口釋放量。由于采用了更小的抽吸頻率、更大的抽吸容量以及濾嘴通風(fēng)孔的完全封閉，樣品的抽吸口數(shù)明顯增加，焦油和煙堿釋放量明顯高于ISO模式下的釋放量。對(duì)照樣品HCI模式下焦油、煙堿釋放量分別是ISO模式的2.92，2.32倍，P6樣品更是高達(dá)3.30，2.40倍。

表2 ISO模式下不同卷煙樣品煙氣中焦油釋放量Table 2 The yield of tar in mainstream smoke of different cigarette samples under ISO regime

表3 ISO模式下不同卷煙樣品煙氣中煙堿釋放量Table 3 The yield of nicotine in mainstream smoke of different cigarette samples under ISO regime

表4 HCI模式下不同卷煙樣品煙氣中焦油釋放量Table 4 The yield of tar in mainstream smoke of different cigarette samples under HCI regime

表5 HCI模式下不同卷煙樣品煙氣中煙堿釋放量Table 5 The yield of nicotine in mainstream smoke of different cigarette samples under HCI regime

與ISO模式不同，HCI模式下各樣品完整抽吸口序時(shí)(前8口)，只有前5口的焦油和煙堿釋放量隨抽吸口序的增加而增加，第7口開始，基本呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。這可能是隨著抽吸口序的進(jìn)一步增加，煙支變短，煙氣在未燃燒煙支內(nèi)部的沉積、冷凝等因素令抽吸燃燒期間壓降升高、截留效應(yīng)增加[21-22]。

在HCI模式下，卷煙紙打孔對(duì)樣品煙氣中焦油和煙堿釋放量與ISO模式有較大的區(qū)別。與對(duì)照樣品相比，只有P6樣品前7口的焦油釋放量有一定降低，P1樣品前5口略有下降，但是兩樣品的總焦油釋放量較對(duì)照樣均有所升高，其中P6的焦油升高了2.29%，P1升高了0.93%，其它4個(gè)樣品總焦油和煙堿釋放量均比對(duì)照樣品高，焦油和煙堿增幅分別為0.94%～6.56%和0.45%～6.7%，表明在HCI模式下，卷煙紙打孔對(duì)于卷煙整體焦油和煙堿釋放量有不利的影響。

2.3 2種抽吸模式下焦油與煙堿釋放量分析

ISO模式下，P1～P6樣品前3口焦油釋放量變化較為明顯，因此，進(jìn)一步比較分析了2種抽吸模式下前3口焦油逐口釋放量的增長(zhǎng)率。圖2為不同卷煙樣品兩種抽吸模式下前3口煙氣中焦油的逐口增長(zhǎng)率。如圖2所示，ISO模式下第1口到第2口的增長(zhǎng)率最高，其對(duì)照樣增長(zhǎng)率為32.3%，P1～P6增長(zhǎng)率為56.0%～90.9%，而HCI模式下對(duì)照樣增長(zhǎng)率只有5.1%，P1～P6增長(zhǎng)率為11.4%～30.8%，遠(yuǎn)低于ISO模式下的增長(zhǎng)率；第2口到第3口，對(duì)照樣增長(zhǎng)率為36.1%，打孔卷煙增長(zhǎng)率為33.7%～67.6%，紙打孔樣品的增長(zhǎng)率有所減小，HCI模式下對(duì)照樣增長(zhǎng)率為20.8%，打孔卷煙增長(zhǎng)率為11.0%～38.8%，縮小了與 ISO模式增長(zhǎng)率之間的差距；ISO模式下第3口到第4口的增長(zhǎng)率繼續(xù)迅速降低，此時(shí)卷煙樣品HCI模式下的增長(zhǎng)率已與ISO模式相當(dāng)。前3口焦油增長(zhǎng)率的變化趨勢(shì)反映了ISO模式下焦油逐口釋放量的變化趨勢(shì)較HCI模式大。

與對(duì)照樣品相比，HCI模式下，紙打孔樣品的焦油和煙堿總釋放量均有不同程度的升高。P4樣品的焦油增幅最大，達(dá)6.57%，煙堿增幅達(dá)6.69%。一方面是由于紙打孔時(shí)，靜燃速率未受卷煙紙打孔的影響[23]，卷煙抽吸口數(shù)明顯增加所致(表5中P6樣品的抽吸口數(shù)較對(duì)照樣增加了0.9口)；另一方面，盡管HCI模式下，采用較高的抽吸容量，卷煙燃燒溫度升高，而陰燃溫度差異性不大[19]，抽吸結(jié)束后熱氣流降溫速率較快，有利于揮發(fā)性成分的迅速冷凝，以及在下一口抽吸時(shí)向煙支下游的遞送，同時(shí)，抽吸燃燒期間升溫速率的升高，也進(jìn)一步增加了煙氣焦油釋放量[24]。

2.4 2種抽吸模式下煙堿/焦油比分析

表6給出了2種抽吸模式下，煙氣中煙堿/焦油比值的分析結(jié)果。從表6中可以看出，HCI模式下，與對(duì)照樣品相比，總的煙堿/焦油比數(shù)值變化不大，變化范圍為0%～2.12%，但是無(wú)論是總煙堿/焦油比還是逐口煙堿/焦油比，打孔卷煙與對(duì)照樣品均未呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。而在ISO模式下，紙打孔卷煙的總煙堿/焦油比均大于對(duì)照樣品，且呈現(xiàn)打孔數(shù)目相同的情況下，總煙堿/焦油比隨著孔帶寬度的增加而增加，孔帶寬度相同時(shí)，煙堿/焦油比隨著打孔數(shù)目的增加而升高的趨勢(shì)。ISO模式下的逐口煙堿/焦油比值顯示，針對(duì)完整抽吸口序(前5口)，相同打孔數(shù)目下，隨著孔帶寬度的增加，P1～P3樣品第2口的煙堿/焦油比逐漸升高，第3口先降低后升高，第4口和第5口又逐漸升高。P4～P6樣品第2口和第3口的煙堿/焦油比逐漸升高，第4口先降低后升高，第5口又逐漸升高。如前文所述，相對(duì)于對(duì)照樣品，打3個(gè)孔時(shí)，第3口為過(guò)渡抽吸口序，打4個(gè)孔時(shí)，第4口為過(guò)渡抽吸口序，紙打孔對(duì)卷煙燃燒狀態(tài)的影響所致。有研究表明，煙草中煙堿保持一定水平，吸煙者抽吸低焦油卷煙時(shí)無(wú)代償作用[25]，而且煙堿/焦油比與卷煙的香氣、雜氣、刺激性、余味等指標(biāo)之間均呈極顯著線性正相關(guān)關(guān)系[26]，即煙堿/焦油比在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，卷煙的綜合質(zhì)量較好，設(shè)計(jì)低焦油卷煙時(shí)，應(yīng)設(shè)法提高煙堿/焦油比的數(shù)值。本研究的紙打孔卷煙在焦油釋放量降低的同時(shí)，煙堿/焦油比仍維持在較高的水平，可為低焦油細(xì)支卷煙的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支撐。

圖2 不同卷煙樣品2種抽吸模式下前3口煙氣中 焦油的逐口增長(zhǎng)率

Figure 2 The growth rate of tar in the first three puff with different cigarette samples under the two smoke regimes

表6 2種模式下不同卷煙樣品主流煙氣煙堿/焦油比Table 6 The nicotine/tar ratio in the mainstream smoke of different cigarette samples under the two smoke regimes

3 結(jié)論

ISO模式下，卷煙紙打孔細(xì)支卷煙的焦油釋放量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，煙堿釋放量無(wú)明顯變化，打孔樣品的總煙堿/焦油比均大于對(duì)照樣品，且煙堿/焦油比與孔帶寬度、打孔數(shù)目呈正比，即在焦油釋放量降低的同時(shí)，煙堿/焦油比仍保持在較高水平，這可為有效解決低焦油卷煙煙氣滿足感提供技術(shù)支撐。HCI模式下，卷煙紙打孔細(xì)支卷煙的焦油和煙堿總釋放量均有不同程度的升高，且在完整抽吸口序下，第6口以后的逐口釋放量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。一般說(shuō)來(lái)，隨著通風(fēng)率的增加，焦油釋放量降低；完整抽吸口序下，隨著抽吸口序的增加，逐口釋放量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，本研究結(jié)論與此相左。這可能是在HCI模式下，卷煙紙打孔改變了卷煙的燃燒狀態(tài)所致，下一步將針對(duì)2種抽吸模式下卷煙燃燒錐燃燒溫度、逐口在線壓降變化情況的差異性開展深入研究。