李 超，崔柱文，蔡潔云，張 濤，秦云華，李世杰，姜 黎，劉 巍*

1. 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心卷煙產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，昆明市五華區(qū)紅錦路181 號(hào) 650023 2. 云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，昆明市科醫(yī)路41 號(hào) 650106 3. 紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，昆明市紅錦路367 號(hào) 650231

國(guó)內(nèi)外研究表明，卷煙質(zhì)量、吸阻［1-3］、煙用輔料規(guī)格［4-5］、切絲寬度［6-8］等卷煙物理參數(shù)協(xié)同影響著卷煙的燃燒性和煙氣指標(biāo)。與常規(guī)卷煙相比，煙絲填充量少、煙氣過(guò)濾效率低等因素導(dǎo)致細(xì)支煙具有主流煙氣總粒相物、煙堿和CO 釋放量較低等特點(diǎn)［9-14］。例如羅彥波等［11］以葉組相同的3 種圓周卷煙為研究對(duì)象，分析了ISO 和加拿大深度（HCI）抽吸模式下的主流煙氣常規(guī)指標(biāo)、煙氣危害性評(píng)價(jià)指數(shù)（H）和體外毒理學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)不同圓周卷煙主流煙氣單位煙堿H指數(shù)隨著圓周的降低而下降。葛暢等［12］以葉組相同的細(xì)支和常規(guī)卷煙為研究對(duì)象，從單支卷煙和單位焦油的角度考察了兩種規(guī)格卷煙常規(guī)煙氣指標(biāo)及粒相物中中性致香成分的差異，發(fā)現(xiàn)細(xì)支卷煙總粒相物（TPM）、煙堿、焦油、CO、水分、單口煙堿、單口焦油以及各中性致香成分的分析結(jié)果均低于常規(guī)卷煙。中支煙、短支煙同樣具有煙絲填充量少等特點(diǎn)，但煙支長(zhǎng)度、切絲寬度和煙支圓周對(duì)卷煙主流煙氣各種成分釋放量影響的系統(tǒng)性研究，尤其是其對(duì)卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)釋放量及其變化分析的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，對(duì)不同煙支長(zhǎng)度、切絲寬度和煙支圓周卷煙的主流煙氣常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行研究，旨在揭示不同煙支長(zhǎng)度、切絲寬度和煙支圓周卷煙煙氣的釋放特征，為中支、短支煙的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

卷煙樣品分別由玉溪卷煙廠和昆明卷煙廠按照設(shè)計(jì)方案卷制。

煙堿（≥98.5%，國(guó)家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心提供）；一氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣體（＞99.99%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）；乙醇（色譜純，德國(guó)Merck 公司）；十七烷（內(nèi)標(biāo)，≥98.5%，美國(guó)TCI 公司）；異丙醇（AR，西隴化工股份有限公司）。

MS204S 電 子 天 平（感 量0.000 1 g，瑞 士Mettler Toledo 公司）；RM200A 轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)、7890A 氣相色譜儀（美國(guó)Agilent 公司）；定量加液器（德國(guó)Brand 公司）；HY—8 調(diào)速振蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 不同圓周卷煙樣品的卷制

選擇2016 年生產(chǎn)的同一產(chǎn)地、同一等級(jí)、同一批次產(chǎn)品編號(hào)“YLKFCP03WDC3FYK316”的復(fù)烤片煙進(jìn)行卷制，以避免因煙葉原料的不同造成檢測(cè)結(jié)果的差異。為盡量減少輔料對(duì)煙氣成分的影響，采用無(wú)濾嘴卷煙作為研究對(duì)象，委托云南紅塔藍(lán)鷹紙業(yè)有限公司在同一機(jī)臺(tái)生產(chǎn)同一批次透氣度為50 CU、克重為32 g/m2的直羅紋木漿卷煙紙，并分切成寬度29.0、26.5、25.0、22.2 和19.0 mm 5種規(guī)格。為了研究切絲寬度對(duì)不同圓周和長(zhǎng)度卷煙煙氣成分釋放量的影響，分別制備了0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 和1.2 mm 等寬度的煙絲，煙絲含水率控制為（12.5±0.5）%。煙葉切絲委托云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心工藝部在其制絲生產(chǎn)線上完成。卷制前將煙絲樣品在（22±2）℃和（60±5）%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h，并制定了不同圓周無(wú)濾嘴卷煙的放樣方案，如表1 所示。

1.2.2 不同長(zhǎng)度卷煙樣品的制備

由于每臺(tái)卷煙設(shè)備的圓周和長(zhǎng)度是匹配固定的，無(wú)法用現(xiàn)有的卷煙設(shè)備卷制各圓周對(duì)應(yīng)的不同長(zhǎng)度的卷煙，為此采用人工剪切的方式將卷煙機(jī)卷制的不同圓周的卷煙制備成不同長(zhǎng)度的卷煙。制備前先對(duì)樣品進(jìn)行外觀和質(zhì)量挑選：煙支樣品在溫度（22±2）℃、濕度（60±5）%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h 后，按GB/T 22838—2009［15］的方法剔除有空頭、爆口、破損、塌陷、翹邊和硬度不均勻等外觀缺陷的煙支；然后對(duì)外觀合格的煙支進(jìn)行質(zhì)量挑選，按平均質(zhì)量±0.03 g 的范圍挑選50 支卷煙。將挑選后外觀和質(zhì)量滿足需要的不同圓周和不同切絲寬度的卷煙，制備成煙支長(zhǎng)度74、84、92 和100 mm 4 個(gè)規(guī)格的卷煙樣品。

表1 不同圓周卷煙卷制方案①②Tab.1 Manufacturing scheme for cigarettes with different circumferences

1.2.3 卷煙主流煙氣化學(xué)指標(biāo)分析

按照GB/T 16447—2004［16］的方法將卷煙樣品置于溫度（22±1）℃和相對(duì)濕度（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h。依據(jù)GB/T 19609—2004［17］的方法分析主流煙氣中總粒相物（TPM）和焦油，依據(jù)GB/T 23355—2009［18］的方法分析主流煙氣中的煙堿，依據(jù)GB/T 23203.1—2013［19］的方法分析總粒相物中的水分，依據(jù)GB/T 23356—2009［20］的方法分析主流煙氣中CO 的釋放量。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用1.2.3 節(jié)分析得到的主流煙氣中TPM、焦油、煙堿、水分和CO 的釋放量以及抽吸口數(shù)、燃燒煙絲質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析單位焦油釋放量、單位煙堿釋放量、單位燃燒煙絲質(zhì)量釋放量。采用Design Expert（10.0.3）和Minitab（18.0）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)回歸分析、方差分析、顯著性檢驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化法［21］對(duì)不同樣品進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙氣常規(guī)指標(biāo)釋放量

由相同葉絲1.0 mm 切絲寬度制作的5 種煙支圓周（27.0、24.2、23.0、20.0、17.0 mm）、4 種煙支長(zhǎng)度（100、92、84、74 mm）的20 種規(guī)格卷煙，其常規(guī)物理指標(biāo)及煙氣常規(guī)指標(biāo)釋放量如表2 所示。

表2 切絲寬度為1.0 mm 的20 種卷煙的常規(guī)物理指標(biāo)和煙氣常規(guī)指標(biāo)釋放量Tab.2 Releases of routine components in mainstream smoke of 20 cigarette samples with tobacco cutting width of 1.0 mm

當(dāng)煙支圓周一定時(shí)，隨著煙支長(zhǎng)度的增加，卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的釋放量逐漸增加，這主要是由煙絲量增加所致。不同切絲寬度（0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 和1.2 mm）的卷煙均具有相同的規(guī)律。

2.2 煙氣常規(guī)指標(biāo)單位釋放量分析

不同煙支長(zhǎng)度卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的差異，是由煙絲質(zhì)量、葉絲寬度、煙支圓周、煙支長(zhǎng)度、吸阻、填充密度等多因素作用所導(dǎo)致的［3］。為客觀比較不同煙支長(zhǎng)度和不同圓周卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的釋放量，采用WHO 推薦的單位煙堿釋放量（mg/mg 煙堿）［14］結(jié)合單位焦油釋放量、單位煙絲質(zhì)量釋放量的方式，進(jìn)一步比較煙支長(zhǎng)度對(duì)主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的影響。

2.2.1 煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙堿釋放量分析

在1.0 mm 切絲寬度下，20 種不同規(guī)格卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙堿釋放量如圖1 所示。結(jié)果表明：①在23.0～27.0 mm 的圓周范圍內(nèi)，TPM 和焦油的單位煙堿釋放量，隨煙支長(zhǎng)度的增加而逐漸降低，并且隨著煙支圓周增大，負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)越明顯。②主流煙氣TPM、焦油、水分和CO 的單位煙堿釋放量，對(duì)于5 種煙支圓周，均在煙支長(zhǎng)度為100 mm 時(shí)出現(xiàn)最小值。這可能是由于相同圓周下，100 mm 長(zhǎng)度卷煙的煙堿釋放量遠(yuǎn)高于中支、短支卷煙所致。

圖1 1.0 mm 切絲寬度、不同煙支長(zhǎng)度的5 種圓周卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙堿釋放量Fig.1 Releases of conventional smoke indexes per unit nicotine from smoke of cigarettes with tobacco cutting width of 1.0 mm at different rod circumferences and lengths

不同切絲寬度（0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 和1.2 mm）的卷煙樣品均符合以上規(guī)律，圓周24.2 mm 卷煙的煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙堿釋放量的趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

2.2.2 煙氣常規(guī)指標(biāo)單位焦油釋放量分析

相同切絲寬度下，當(dāng)煙支圓周一定時(shí)，盡管卷煙主流煙氣常規(guī)指標(biāo)與煙支長(zhǎng)度正相關(guān)，但煙氣常規(guī)指標(biāo)的單位焦油釋放量無(wú)明顯差異（圖3），即煙氣常規(guī)指標(biāo)的單位焦油釋放量不隨煙支長(zhǎng)度增加而呈上升趨勢(shì)。不同切絲寬度（0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 和1.2 mm）的卷煙樣品均符合以上規(guī)律，24.2 mm 圓周卷煙的煙氣常規(guī)指標(biāo)單位焦油釋放量的趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

2.2.3 煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙絲質(zhì)量釋放量分析

盡管煙支長(zhǎng)度增加使得卷煙主流煙氣相關(guān)指標(biāo)增大，但結(jié)果表明，以單位燃燒煙絲質(zhì)量計(jì)，大多數(shù)卷煙主流煙氣相關(guān)指標(biāo)總體上呈下降趨勢(shì)（圖5）?？赡艿脑颍孩傧嗤薪z寬度下，當(dāng)煙支圓周一定時(shí)，抽吸口數(shù)取決于煙絲質(zhì)量。②切絲寬度和煙支圓周一定時(shí)，TPM、焦油、水分和CO 的單位燃燒煙絲質(zhì)量釋放量總體上呈下降趨勢(shì)，尤其是在23.0～27.0 mm 范圍內(nèi)。③切絲寬度一定時(shí)，主流煙氣TPM、焦油、水分和CO 的單位煙絲質(zhì)量釋放量，在5 種煙支圓周下，均在100 mm 煙支長(zhǎng)度時(shí)出現(xiàn)最小值。

圖2 不同切絲寬度、不同煙支長(zhǎng)度的24.2 mm 圓周卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙堿釋放量Fig.2 Releases of conventional smoke indexes per unit nicotine from smoke of cigarettes with circumference of 24.2 mm at different tobacco cutting widths and rod lengths

圖3 不同煙支長(zhǎng)度、不同圓周的1.0 mm 切絲寬度卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位焦油釋放量Fig.3 Releases of conventional smoke indexes per unit tar from smoke of cigarettes with tobacco cutting width of 1.0 mm at different rod circumferences and lengths

圖4 不同切絲寬度、不同煙支長(zhǎng)度的24.2 mm 圓周卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位焦油釋放量Fig.4 Releases of conventional smoke indexes per unit tar from smoke of cigarettes with circumference of 24.2 mm at different tobacco cutting widths and rod lengths

圖5 表明，切絲寬度1.0 mm 的卷煙，在圓周相同時(shí)，隨著煙支長(zhǎng)度的增加，其燃燒煙絲質(zhì)量增加。但圖6 表明，其單位長(zhǎng)度煙絲質(zhì)量也隨著煙支長(zhǎng)度的增大而略有增大，即燃燒煙絲質(zhì)量與煙支長(zhǎng)度并未呈線性正相關(guān)。在主流煙氣TPM、焦油、水分和CO 釋放量與煙支長(zhǎng)度正相關(guān)的趨勢(shì)下，隨著煙支長(zhǎng)度增加，燃燒煙絲質(zhì)量的增幅大于主流煙氣TPM、焦油、水分和CO 釋放量的增幅。這可能是在100 mm 煙支長(zhǎng)度時(shí)出現(xiàn)單位煙絲質(zhì)量釋放量最小值的原因。

圖5 不同煙支長(zhǎng)度、不同圓周的1.0 mm 切絲寬度卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙絲質(zhì)量釋放量Fig.5 Releases of conventional smoke indexes per unit tobacco weight from smoke of cigarettes with tobacco cutting width of 1.0 mm at different rod circumferences and lengths

圖6 不同煙支圓周和長(zhǎng)度的1.0 mm 切絲寬度卷煙的單位長(zhǎng)度煙絲質(zhì)量Fig.6 Cut tobacco weight per unit length of cigarettes with tobacco cutting width of 1.0 mm at different rod circumferences and lengths

不同切絲寬度（0.7、0.8、0.9、1.0、1.1 和1.2 mm）的卷煙均具有相同的規(guī)律（圖7）：①煙堿釋放量取決于煙絲質(zhì)量，對(duì)于17.0 和24.2 mm 圓周卷煙尤其明顯，其他圓周卷煙有波動(dòng)；②煙氣成分單位煙絲質(zhì)量釋放量整體上與煙支長(zhǎng)度負(fù)相關(guān)。

2.3 煙支圓周、煙支長(zhǎng)度對(duì)煙氣焦油釋放量的回歸分析及顯著性檢驗(yàn)

考察不同煙支圓周（A）、煙支長(zhǎng)度（B）、切絲寬度（C）3 個(gè)自變量以及其交互作用，AB、AC、BC、A2、B2、C2等對(duì)煙支焦油釋放量的影響，并通過(guò)最小二乘法擬合出回歸方程如下：Sqrt（焦油釋放量）-1=0.949 96-0.050 728×A-5.699 94×10-4×B+0.084 943×C+2.986 34×10-5×AB+6.366 59×10-4×AC-4.870 06×10-4×BC+8.785 95×10-4×A2-8.258 14×10-6×B2-0.026 577×C2。對(duì)回歸方程及各變量進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表3。可知，回歸方程具有顯著性，說(shuō)明方程成立；煙支圓周和煙支長(zhǎng)度與焦油釋放量極顯著正相關(guān)，其中煙支圓周對(duì)焦油的影響更顯著；切絲寬度與焦油釋放量顯著負(fù)相關(guān)；另外A2對(duì)焦油的影響也是極顯著的，說(shuō)明這種影響不僅是線性的，還存在非線性作用。

圖7 不同切絲寬度、不同煙支長(zhǎng)度的24.2 mm 圓周卷煙煙氣常規(guī)指標(biāo)單位煙絲質(zhì)量釋放量Fig.7 Releases of conventional smoke indexes per unit tobacco weight from smoke of cigarettes with circumference of 24.2mm at different tobacco cutting widths and rod lengths

表3 回歸方程及各變量的方差分析和顯著性檢驗(yàn)Tab.3 Regression equation and variance analysis and significance test of each variation

2.4 煙支長(zhǎng)度、圓周對(duì)煙氣焦油釋放量影響的響應(yīng)面分析

采用響應(yīng)面分析法考察煙支圓周（A）、煙支長(zhǎng)度（B）和切絲寬度（C）對(duì)煙氣焦油釋放量的影響。由圖8 可以看出，焦油釋放量隨煙支圓周和煙支長(zhǎng)度的增加均呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的趨勢(shì)。等高線的形狀為拋物線形，則表示兩因素的交互作用強(qiáng)；煙支圓周（A）、煙支長(zhǎng)度（B）之間交互作用的等高線為拋物線形，這就說(shuō)明各兩因素之間的交互作用顯著。從其三維空間曲面圖可以看出，焦油釋放量的影響呈拋物線形，即隨煙支圓周（A）和煙支長(zhǎng)度（B）的升高，焦油釋放量先增加后有降低趨勢(shì)，因此，適當(dāng)增加煙支圓周（A）和煙支長(zhǎng)度（B）可以提高焦油釋放量，這與2.3 節(jié)的分析結(jié)果相吻合。

圖8 不同因素對(duì)卷煙焦油釋放量影響的響應(yīng)曲面和等高線Fig.8 Response surface and contour of effects of different factors on tar release of cigarette

3 結(jié)論

①切絲寬度一定時(shí)，卷煙主流煙氣總粒相物（TPM）、焦油、水分和CO 的單位煙堿釋放量和單位煙絲質(zhì)量釋放量在5 種煙支圓周下，均在煙支長(zhǎng)度為100 mm 時(shí)出現(xiàn)最小值。②切絲寬度和煙支圓周一定時(shí)，TPM、焦油、水分和CO 的單位燃燒煙絲質(zhì)量釋放量，總體上呈下降趨勢(shì)。切絲寬度和煙支圓周相同時(shí)，卷煙主流煙氣各常規(guī)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值隨煙支長(zhǎng)度增加而增加，但煙氣常規(guī)指標(biāo)的單位焦油釋放量無(wú)明顯差異。③在圓周23.0～27.0 mm 范圍內(nèi)，TPM 和焦油的單位煙堿釋放量隨煙支長(zhǎng)度的增大而逐漸降低，隨煙支圓周的增大與之負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)越明顯。④煙支圓周和煙支長(zhǎng)度與焦油釋放量均顯著正相關(guān)，切絲寬度與焦油釋放量顯著負(fù)相關(guān)。