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(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450016)

煙氣pH值是反映卷煙質(zhì)量的綜合指標(biāo)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(guān)[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(jià)卷煙勁頭的一個(gè)重要評價(jià)指標(biāo)，引起行業(yè)內(nèi)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?yàn)V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(gè)突出特點(diǎn)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(shí)際上，卷煙的吸食品質(zhì)只有通過體液與吸食者感覺器官發(fā)生作用才能體現(xiàn)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(xué)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(fā)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(fā)，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(yīng)用于樣品檢測，對檢測結(jié)果與卷煙主流煙氣常規(guī)成分和卷煙感官評吸結(jié)果進(jìn)行相關(guān)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(yàn)材料

卷煙樣品A：卷煙感官標(biāo)準(zhǔn)樣品20個(gè)，2016年，全國煙草標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)卷煙標(biāo)樣分技術(shù)委員會(huì)制作；

Φ92 mm 劍橋?yàn)V片：德國Borgwaldt KC 公司。

1.2 試驗(yàn)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(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

水：經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)：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(jì)：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(xì)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(diào)節(jié)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(zhǔn)備 卷煙樣品在溫度(22±1)℃，相對濕度(60±2)%的環(huán)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(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)卷煙。

1.4.2 主流煙氣粒相物的捕集 按照GB/T 19609—2004規(guī)定的條件，采用轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)用Φ92 mm劍橋?yàn)V片捕集20 支卷煙的總粒相物。取出劍橋?yàn)V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(xù)樣品測定。

1.4.3 萃取體積、萃取時(shí)間、放置時(shí)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(jié)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(guī)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(shí)間對pH值測定結(jié)果的影響，確定合適的萃取時(shí)間。

(3)按照上述方法確定的萃取體積和萃取時(shí)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(shí)間對pH值測定結(jié)果的影響，確定萃取液放置的最佳時(shí)間。

1.4.4 方法的重復(fù)性試驗(yàn) 將卷煙樣品A,按照上述步驟確定的試驗(yàn)方法條件，測定其卷煙總粒相物的pH值，每日重復(fù)測定7次，連續(xù)測定5日，考察方法的重復(fù)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(jì)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(gè)卷煙感官標(biāo)準(zhǔn)樣品總粒相物的pH值，每個(gè)樣品平行測定5次，測定結(jié)果以5次測定結(jié)果的平均值表示，精確至小數(shù)點(diǎn)后2位。

1.4.6 卷煙主流煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的測定 按照GB/T 19609—2004《卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機(jī)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(guī)定的方法，測定20個(gè)卷煙感官標(biāo)準(zhǔn)樣品的總粒相物、焦油、煙堿、水分、一氧化碳等指標(biāo)。

1.4.7 卷煙感官評定方法 由15個(gè)資深評煙人員組成評吸小組，采用整體循環(huán)評吸法(overall circulation smoking manner)，按照YC/T 497—2014《卷煙 中式卷煙風(fēng)格感官評價(jià)方法》中的評判標(biāo)準(zhǔn)對20個(gè)卷煙感官標(biāo)準(zhǔn)樣品的煙氣特性(煙氣濃度、豐富性)、口味風(fēng)格(甜味、酸味、苦味)、舒適感特性(刺激感、收斂、殘留/干燥感)進(jìn)行評分。

評吸樣品煙前，先通過標(biāo)桿煙的評吸，統(tǒng)一評分口徑，以使對樣品的打分盡量一致，減小因評判標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一對樣品評價(jià)結(jié)果的影響。樣品單項(xiàng)評定結(jié)果以評吸人員評定結(jié)果的平均值表示，精確至小數(shù)點(diǎn)后2位。

1.5 數(shù)據(jù)處理

由SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件，采用單因素方差分析比較卷煙感官標(biāo)準(zhǔn)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(guān)分析，考察卷煙主流煙氣pH值與主流煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)及衍生指標(biāo)、卷煙主流煙氣pH值與卷煙風(fēng)格感官評價(jià)結(jié)果各指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理?xiàng)l件的選擇

2.1.1 萃取體積的選擇 由圖1可知，在 30～80 mL時(shí)，隨著萃取體積的增大，pH值快速增大。但當(dāng)萃取體積從80 mL繼續(xù)增加時(shí)，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(shí)間的選擇 由圖2可知，在0～20 min時(shí)，萃取液的測定結(jié)果呈快速下降的趨勢，可能是振蕩時(shí)間較短，與萃取不完全有關(guān)；20 min后，pH值測定結(jié)果逐步降低，至30 min時(shí)基本趨于穩(wěn)定，因此選取最佳萃取時(shí)間是30 min。

圖2 萃取時(shí)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(shí)間的影響 由圖3可知，在0～40 min 內(nèi)，隨著放置時(shí)間的延長測定結(jié)果有降低的趨勢，但在40 min內(nèi)pH僅降低了0.03；在40～60 min時(shí)，萃取液pH降低速度相對較快；60 min后，測定結(jié)果基本穩(wěn)定，可能與空氣中CO2的逐步溶入，并趨于平衡有關(guān)?？紤]到實(shí)際測定過程中震蕩后萃取液界面存在一定的平衡時(shí)間，所以，本試驗(yàn)選擇萃取液在密封條件下，靜置10 min 后測定的結(jié)果作為卷煙主流煙氣的pH值測定結(jié)果，在此條件下測定時(shí)，溶液不僅經(jīng)過充分反應(yīng)達(dá)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(shí)間特征。同時(shí)從圖3可知，萃取后樣品測定時(shí)間在40 min 以內(nèi)，超過40 min樣品測定值發(fā)生較大變化。

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

2.2 方法重復(fù)性評價(jià)

按照1.4.4方法進(jìn)行方法重復(fù)性評價(jià)，結(jié)果顯示，日內(nèi)(7次)重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.76%，日間(5日)重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.19%，兩者均<2%。說明該方法具有良好的日內(nèi)和日間穩(wěn)定性，可以應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測。

2.3 實(shí)際卷煙樣品的測定

采用所確定的方法，測定了20種標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，具體結(jié)果見表2。

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

表2 主流煙氣pH ANOVA分析結(jié)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(guī)成分的關(guān)系

卷煙煙氣化學(xué)成分是卷煙主流煙氣粒相物萃取液pH值測定結(jié)果的物質(zhì)基礎(chǔ)，而卷煙煙氣粒相物的pH值是卷煙煙氣內(nèi)部物質(zhì)平衡和酸堿平衡的綜合體現(xiàn)。由SPSS 17.0數(shù)據(jù)分析軟件計(jì)算卷煙主流煙氣的pH與卷煙主流煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)及其衍生指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果見表3。由表3可知，卷煙主流煙氣pH值與各常規(guī)成分之間的相關(guān)性系數(shù)，除了抽吸口數(shù)的r值為0.005以外，其他相關(guān)性系數(shù)均在0.903～0.656，說明卷煙主流煙氣pH與各常規(guī)成分間存在密切的相關(guān)性。

2.5 卷煙樣品主流煙氣粒相物pH值與卷煙感官質(zhì)量的關(guān)系

卷煙的吸食品質(zhì)是指卷煙燃吸時(shí)，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(shù)千種化學(xué)成分，各種成分在煙氣中協(xié)調(diào)一致形成了卷煙吸食品質(zhì)的總體感覺。將主流煙氣pH的測定結(jié)果同卷煙風(fēng)格感官評價(jià)結(jié)果進(jìn)行簡單相關(guān)分析，其結(jié)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(fēng)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(guān)關(guān)系，與卷煙的口味風(fēng)格—酸性相關(guān)性不強(qiáng)。

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

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

表4 卷煙煙氣pH值與感官評價(jià)結(jié)果皮爾遜相關(guān)系數(shù)?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(cè))上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié)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(fā)，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(guī)化學(xué)指標(biāo)、卷煙感官評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)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(jié)果與主流煙氣主要常規(guī)化學(xué)指標(biāo)、卷煙感官主要評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性更加顯著。但還需要通過調(diào)節(jié)卷煙酸堿性的物質(zhì)，改變卷煙主流煙氣pH，對卷煙酸堿性的物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行研究。