李國(guó)政 孫培建 高明奇 孟祥士 田海英 楊 松 胡少東，*

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南鄭州，450000；2.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州，450001）

近年來(lái)卷煙銷(xiāo)售規(guī)模快速擴(kuò)張，短支卷煙作為中式卷煙的創(chuàng)新產(chǎn)品，已經(jīng)成為卷煙消費(fèi)市場(chǎng)的熱點(diǎn)之一。目前市場(chǎng)上的短支卷煙煙支長(zhǎng)度多為75 mm，與常規(guī)卷煙相比，短支卷煙煙絲段長(zhǎng)度小，抽吸時(shí)煙氣在煙支中的行程短，煙支的燃燒狀態(tài)及煙氣在煙絲段的擴(kuò)散、冷凝和過(guò)濾均有較大變化，因此煙氣化學(xué)成分的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化也有一定差異。目前煙草行業(yè)以卷煙主流煙氣中7 種有害成分（CO、HCN、苯酚、巴豆醛、氨、苯并[α]芘和NNK）釋放量為基礎(chǔ)，建立了卷煙危害性指數(shù)（H值）的計(jì)算方法，利用H值來(lái)綜合表征卷煙煙氣危害性[1]。卷煙紙可通過(guò)影響卷煙的燃燒以及煙氣的稀釋和擴(kuò)散，進(jìn)而影響主流煙氣的化學(xué)成分釋放量[2-4]。目前，卷煙紙?zhí)匦詫?duì)卷煙燃燒溫度[5]、常規(guī)煙氣指標(biāo)[6]和主流煙氣7 種有害成分釋放量[7-12]的影響已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。然而，這些研究主要針對(duì)常規(guī)卷煙紙，對(duì)短支卷煙的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究開(kāi)展卷煙紙?zhí)匦裕ㄍ笟舛?、定量、助燃劑含量、助燃劑?鈉比和灰分）對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響研究，旨在為短支卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)和減害降焦提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1材料

卷煙紙樣品均為全木漿豎紋卷煙紙，由牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司提供。以定量32 g/m2，透氣度60 CU，助燃劑含量1.3%，助燃劑鉀/鈉比2∶1，灰分20%為基準(zhǔn)指標(biāo)，設(shè)計(jì)并制備不同特性的卷煙樣品。卷煙紙樣品采用同一批配方煙絲，在同一機(jī)臺(tái)（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司）上進(jìn)行卷制。通過(guò)搭配不同特性的卷煙紙，卷制具有不同透氣度、定量、助燃劑含量、助燃劑鉀/鈉比和灰分的短支卷煙，方案如表1所示。

表1 卷煙樣品設(shè)計(jì)方案Table 1 Design scheme of cigarette samples

1.2測(cè)定方法

按 照GB/T 23227—2018、GB/T 451.2—2002、GB/T 742—2008、YC/T 275—2008 和YC/T 274—2008的測(cè)定方法，分別測(cè)定卷煙紙樣品的透氣度、定量、灰分、助燃劑含量和鉀、鈉離子含量。

所有卷煙樣品按照GB/T 16447—2004 規(guī)定的條件平衡水分后進(jìn)行分選，分選標(biāo)準(zhǔn)為：平均質(zhì)量±20 mg，平均吸阻±45 Pa，總通風(fēng)率±5%。卷煙樣品物理性能按照GB/T 22838—2009 進(jìn)行測(cè)試，包括質(zhì)量、通風(fēng)率、吸阻等。

采 用GB/T 23356—2009、GB/T 21130—2007、YC/T 253—2008、YQ/T 17—2012、YC/T 377—2010、YC/T 255—2008 和YC/T 254—2008 的測(cè)定方法，分別測(cè)定卷煙樣品主流煙氣CO、苯并[α]芘、HCN、NNK、氨、苯酚和巴豆醛等7 種有害成分的釋放量。參照文獻(xiàn)[1]的方法，計(jì)算卷煙樣品的危害性指數(shù)H。

2 結(jié)果與討論

2.1卷煙紙參數(shù)及卷煙樣品物理參數(shù)

對(duì)卷煙紙進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2 所示。結(jié)果表明，卷煙紙透氣度、定量、助燃劑含量、助燃劑鉀/鈉比及灰分等性能均符合設(shè)計(jì)要求。

表2 卷煙紙實(shí)測(cè)參數(shù)表Table 2 Measured parameters of cigarette paper

對(duì)卷煙的物理性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3 所示。結(jié)果表明，所有煙支質(zhì)量、濾嘴通風(fēng)率、煙支開(kāi)吸阻及閉吸阻基本一致，煙支通風(fēng)率隨卷煙紙透氣度升高而增加，卷煙樣品符合設(shè)計(jì)要求。

表3 卷煙樣品物理參數(shù)Table 3 Physical parameters of test cigarettes

2.2卷煙紙透氣度對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙透氣度與卷煙紙纖維結(jié)構(gòu)自然形成的眾多均勻微孔有關(guān)，對(duì)卷煙燃燒過(guò)程具有顯著的影響[10]。卷煙紙透氣度的改變主要通過(guò)影響卷煙的燃燒和煙氣的擴(kuò)散進(jìn)而影響煙氣成分的釋放量[13-17]。將短支卷煙的卷煙紙透氣度與主流煙氣7 種有害成分釋放量及危害性指數(shù)H值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，卷煙紙透氣度與CO、HCN、苯酚釋放量及H值呈顯著負(fù)相關(guān)（R2＞0.9）；與NNK、氨、苯并[α]芘釋放量有一定的負(fù)相關(guān)（0.9＞R2＞0.5）；與巴豆醛無(wú)明顯相關(guān)性（R2＜0.5）；卷煙紙透氣度與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為：CO＞HCN＞苯酚＞NNK＞氨＞苯并[α]芘。卷煙紙透氣度由42.4 CU 增加至79.0 CU 時(shí)，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚釋放量及H值分別下降了8.5%、11.2%、9.8%、7.8%、8.4%、9.0%和8.9%，短支卷煙的卷煙紙透氣度的變化對(duì)HCN 釋放量的影響最大，這與文獻(xiàn)報(bào)道[7-10]基本一致。卷煙紙透氣度每增加10 CU，短支卷煙主流煙氣CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的釋放量分別降低 了2.33%、3.07%、2.68%、2.12%、2.30% 和2.45%，常規(guī)卷煙主流煙氣CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的釋放量分別降低了3.74%、4.71%、1.24、4.42%、3.85%和3.04%[8]。隨著卷煙紙透氣度的增加，短支卷煙NNK 釋放量降幅高于常規(guī)卷煙，其余有害成分釋放量的降幅均低于常規(guī)卷煙。

圖1 卷煙紙透氣度與7種有害成分釋放量及H值線性擬合結(jié)果Fig.1 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with cigarette paper porosity

2.3卷煙紙定量對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

通過(guò)改變卷煙紙的結(jié)構(gòu)和助燃劑的含量，即改變卷煙紙定量可以改變煙氣中有害物質(zhì)的釋放量[10]。將短支卷煙的卷煙紙定量與主流煙氣7種有害成分釋放量及危害性指數(shù)H值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，卷煙紙定量與CO 釋放量呈顯著正相關(guān)（R2＞0.9）；與苯酚釋放量呈顯著負(fù)相關(guān)（R2＞0.9）；與氨、苯并[α]芘釋放量及H值有一定的負(fù)相關(guān)（0.9＞R2＞0.5），與NNK、HCN 及巴豆醛釋放量無(wú)明顯相關(guān)性（R2＜0.5），這與文獻(xiàn)報(bào)道[7-8,10]基本一致。卷煙紙定量與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為：CO＞苯酚＞苯并[α]芘＞氨。卷煙紙定量由26.3 g/m2增加至45.3 g/m2時(shí)，CO 釋放量增加了12.9%，苯酚、苯并[α]芘、氨及H值分別降低了32.6%、15.7%、5.8%和7.3%，因此，短支卷煙的卷煙紙定量變化對(duì)苯酚釋放量的影響最大。卷煙紙定量每增加2 g/m2，短支卷煙的苯酚釋放量可降低3.4%，常規(guī)卷煙可降低4.1%[8]；短支卷煙CO 釋放量增加1.4%，常規(guī)卷煙增加2.2%[8]。隨著卷煙紙定量的增加，短支卷煙主流煙氣苯酚釋放量的降幅和CO 釋放量的增幅均低于常規(guī)卷煙。

圖2 卷煙紙定量對(duì)短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結(jié)果Fig.2 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with grammage of cigarette paper

2.4卷煙紙助燃劑含量對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙助燃劑用量的改變主要通過(guò)影響卷煙的燃燒影響煙氣成分的釋放量。卷煙紙中加入助燃劑可提高卷煙紙的燃燒速率，并相應(yīng)提高卷煙煙支的燃燒速率[17-18]。將短支卷煙的卷煙紙中的助燃劑含量與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，卷煙紙助燃劑含量與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值均呈負(fù)相關(guān)，其中除了HCN和巴豆醛為一定的負(fù)相關(guān)性外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)（R2＞0.9），這與文獻(xiàn)報(bào)道[7,9-10,16,19]基本一致。卷煙紙助燃劑含量與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為：苯并[α]芘＞CO＞苯酚＞NNK＞氨＞HCN＞巴豆醛。卷煙紙助燃劑含量由0.73% 增加至2.19% 時(shí)，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分別降低了16.8%、12.3%、8.3%、10.2%、20.1%、12.7%、16.2%和14.0%。短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量的變化對(duì)苯并[α]芘釋放量的影響最大，常規(guī)卷煙的卷煙紙中助燃劑含量的變化對(duì)HCN 釋放量影響最大[7]。

圖3 卷煙紙助燃劑含量對(duì)短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結(jié)果Fig.3 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with weight percentage of cigarette paper combustion improver

2.5卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙助燃劑鉀/鈉比的改變主要通過(guò)影響卷煙的燃燒影響煙氣成分的釋放量[20]。將短支卷煙卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖4 所示。結(jié)果表明，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值均呈負(fù)相關(guān)，其中除了苯并[α]芘、HCN、巴豆醛和NNK 為一定的負(fù)相關(guān)外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)（R2＞0.9）。常規(guī)卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量也隨卷煙紙助燃劑鉀離子占比的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)[12,19]，這與短支卷煙的趨勢(shì)基本一致。卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為：CO＞氨＞苯酚＞苯并[α]芘＞HCN＞巴豆醛＞NNK。卷煙紙助燃劑鉀離子占比由0 增加至100%時(shí)，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分別降低了12.8%、21.0%、8.5%、10.2%、11.1%、13.0%、14.1%和13.1%，短支卷煙的卷煙紙中助燃劑鉀/鈉比的變化對(duì)HCN 釋放量的影響最大。

圖4 卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對(duì)短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值的線性擬合結(jié)果Fig.4 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ratio of potassium ion

2.6卷煙紙灰分對(duì)短支卷煙主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值的影響

卷煙紙灰分（碳酸鈣）含量的改變主要通過(guò)影響卷煙紙的燃燒速率影響煙氣成分的釋放量，同時(shí)增加碳酸鈣含量后，炭化線附近卷煙紙微孔數(shù)目增加，導(dǎo)致炭化線附近卷煙紙透氣度增大，從而可促進(jìn)主流煙氣成分向側(cè)流煙氣中擴(kuò)散，因此可有效降低卷煙的危害性[21-22]。將短支卷煙的卷煙紙灰分與主流煙氣7 種有害成分釋放量及H值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖5 所示。結(jié)果表明，卷煙紙灰分與短支卷煙主流煙氣苯酚、CO、氨、苯并[α]芘、HCN 及H值均呈一定的負(fù)相關(guān)（0.9＞R2＞0.5），與巴豆醛和NNK 無(wú)明顯相關(guān)性（R2＜0.5）；對(duì)于常規(guī)卷煙，卷煙紙灰分與主流煙氣7種有害成分釋放量均呈負(fù)相關(guān)[22]。卷煙紙灰分與短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為：苯酚＞CO＞氨＞苯并[α]芘＞HCN。卷煙紙灰分由16.6%增加至27.0%時(shí)，CO、HCN、氨、苯并[α]芘、苯酚及H值降低率分別為6.0%、5.1%、3.8%、5.0%、8.6%和3.2%，短支卷煙的卷煙紙灰分變化對(duì)苯酚和CO 釋放量的影響較大，常規(guī)卷煙的卷煙紙灰分變化對(duì)HCN、氨、苯酚和H值影響較大[22]。

圖5 卷煙紙灰分對(duì)短支卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量及H值線性擬合結(jié)果Fig.5 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ash of cigarette paper

3 結(jié)論

3.1短支卷煙的卷煙紙透氣度與主流煙氣CO、HCN、苯酚釋放量呈顯著的負(fù)相關(guān)，與巴豆醛釋放量無(wú)明顯相關(guān)性，短支卷煙的卷煙紙透氣度的變化對(duì)HCN釋放量的影響最大。

3.2短支卷煙的卷煙紙定量與主流煙氣CO 釋放量呈顯著正相關(guān)，與苯酚釋放量呈顯著負(fù)相關(guān)，短支卷煙的卷煙紙定量變化對(duì)苯酚釋放量的影響最大。

3.3短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量和鉀/鈉比與主流煙氣7種有害成分釋放量均呈負(fù)相關(guān)，短支卷煙的卷煙紙助燃劑含量和鉀/鈉比的變化分別對(duì)苯并[α]芘和HCN釋放量的影響最大。

3.4短支卷煙的卷煙紙灰分與主流煙氣苯酚、CO、氨及HCN 均呈一定的負(fù)相關(guān)，與巴豆醛和NNK 無(wú)明顯相關(guān)性，短支卷煙的卷煙紙灰分變化對(duì)苯酚和CO釋放量的影響較大。

3.5短支卷煙危害指數(shù)H值與卷煙紙的透氣度、助燃劑含量和助燃劑鉀/鈉比均呈顯著的負(fù)相關(guān)，與卷煙紙定量和灰分呈一定的負(fù)相關(guān)。調(diào)整卷煙紙助燃劑含量是降低短支卷煙危害性指數(shù)的最有效手段。