卷烟辅助材料参数对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK 及4 种芳香胺总量释放量的影响研究

李朝荣，陶飞燕，汪长国，2，戴亚，2，冯广林，2，周志刚*

（1.川渝中烟工业公司技术中心，四川成都 610066；2.卷烟减害降焦四川省重点实验室，四川成都 610066）

卷烟辅助材料参数对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK 及4 种芳香胺总量释放量的影响研究

李朝荣1，陶飞燕1，汪长国1，2，戴亚1，2，冯广林1，2，周志刚1*

（1.川渝中烟工业公司技术中心，四川成都 610066；2.卷烟减害降焦四川省重点实验室，四川成都 610066）

[目的]探索卷烟主要辅助材料对主流烟气中苯并[a]芘（B（a）P）、4-（N-甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）和4种芳香胺总量释放量的影响。[方法]分别通过单因素试验和正交试验方法考察卷烟纸透气度、卷烟纸克重、滤棒吸阻和滤嘴通风度参数对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量的影响。[结果]结果表明，卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风度与卷烟主流烟气中B（a）P、NNK、4种芳香胺总量释放量呈明显的负相关关系，其中影响最大的为滤嘴通风度，滤棒吸阻次之；在正交试验范围内，卷烟纸透气度为50 CU，滤棒吸阻为4 500 Pa/支及滤嘴通风度为60 CU为最优方案，并与优化前进行了对比，优化后卷烟主流烟气中B（a）P、NNK和4种芳香胺总量释放量均低于优化前。[结论]研究结果为卷烟减害工作提供了参考。

卷烟辅助材料；B（a）P；NNK；芳香胺；正交设计

卷烟烟气是复杂的化学体系，它是烟草制品在抽吸的过程中不完全燃烧形成的，这使烟气的化学成分达到数千种[1]。烟气中绝大多数化学成分对人体无害，只有少数成分对人体有害。2002年Rodgman等对烟气中已报道的有害成分进行了总结，认为在卷烟烟气中共存在149种有害成分[2]，其中苯并[a]芘（B（a）P）、4-（N-甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、2-氨基萘和4-氨基联苯的IARC分级为Group1（人体致癌物），1-氨基萘和3-氨基联苯为Group 2A（很可能的人体致癌成分）[3]。

近年来，随着人们对吸烟有害健康的日益关注，如何降低卷烟烟气中的有害成分成为烟草行业研究的重点。王彦亭等[4]利用新型NaY分子筛有效降低卷烟烟气降低卷烟烟气中的苯并[a]芘、烟草特有亚硝胺（TSNAs）、自由基和CO等；戴亚等[5]从天然植物中提取多种酮、酚类及其衍生物和从新鲜动物血液中提取血红素后制备成稳定的卟啉类化合物，组合成复合生化制剂，可较大幅度地降低主流烟气中多种稠环芳烃（PAHs）、烟草特有亚硝胺（TSNAs）、自由基和芳香胺等有害成分的含量；刘少民等[6]研究了介孔材料Me-M48和M48选择性降低卷烟烟气中的苯并[a]芘；张悠金等[7]制备的纳米复合氧化物和介孔复合体可显著降低主流烟气中焦油、一氧化碳、苯并[a]芘和烟草特有亚硝胺等有害物质。笔者通过研究卷烟主要辅材参数对卷烟有害成分释放量的影响，旨在为卷烟减害工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料与参数设置

卷烟纸：透气度分别为40、50、60、70、80 CU的5种卷烟纸和克重分别为26、28、30、32、34 g/m2的5种卷烟纸。

滤棒：吸阻分别为3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 Pa的5种滤棒[长度为（144±0.5）mm、圆周为（24.0±0.2）mm]。

滤嘴通风度参数分别设置为0、20、40、60和 80 CU。

1.2 方法

1.2.1 卷烟样品的制备。

1.2.1.1 单因素试验卷烟样品的制备方法。选用同一牌号、同一批次的烤烟型卷烟烟丝，全部卷烟均在同一机台卷制，并尽量保证卷烟圆周、硬度及单支重量的稳定性，烟支规格统一为84 mm（60.0 mm+24.0 mm）。按照“每次只改变一个参数”的设计原则，将试验卷烟分为4个组，每组5个样品，一共卷制出20个卷烟样品。

1.2.1.2 正交试验卷烟样品的制备方法。在不考虑交互作用的情况下，依据正交试验设计原则并结合单因素试验的结果选取相应的因素和水平进行试验设计，根据试验设计的参数进行样品卷烟的制备。

1.2.2 测定方法。按文献[8-10]的方法，分别测定卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量。

1.2.3 相关性分析方法。

1.2.3.1 单因素试验数据分析方法。卷烟主流烟气中的B（a）P、NNK及4种芳香胺总量与辅材参数的相关性分析采用SPS12.0统计软件进行。回归分析是用线性回归方法进行，在回归分析中采用判定系数R2来说明自变量（卷烟纸透气度、卷烟纸克重、滤棒吸阻、滤嘴通风度）对因变量（B（a）P、NNK、4种芳香胺总量）的影响大小，判定系数越高，自变量对因变量的影响越大。

1.2.3.2 正交试验设计数据分析方法。采用直观分析和综合平衡法[11]对正交试验测试数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 不同辅助材料卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量的测定结果。测定了20个试制卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量的释放量，结果见表1。

2.1.2 不同辅助材料参数与卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量的相关性分析。将表1的原始数据作一元线性回归分析，分别以卷烟纸透气度、卷烟纸克重、滤棒吸阻和滤嘴通风度参数为自变量，以B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量为因变量作线性拟合处理，拟合方程见表2，得到的拟合结果见图1。

表1 卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量的释放量ng/支

由表2可以看出，除卷烟纸克重与卷烟主流烟气中NNK释放量拟合的方程没有显著性外（P> 0.05），所建立的其他拟合方程均有显著性（P＜0.05），且判定系数都在0.8以上。

由图1可以看出，拟合图的效果较好，可以直观地表现出卷烟主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量随卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风度的增大都有明显的降低趋势且呈较强的负相关关系；B（a）P释放量随卷烟纸克重的增加也呈较为明显的负相关关系，而NNK与芳香胺总量与卷烟纸克重的关系不明显。另外，由表2和图1还可以看出，滤嘴通风度对卷烟主流烟气B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量的影响要大于滤棒吸阻、卷烟纸透气度和卷烟纸克重。

2.2 正交试验设计结果与分析

通过“2.1”的分析可知，卷烟纸克重对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量的影响较小，因此选择卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风度为正交试验设计的3个因素，结合卷烟生产实践情况，卷烟纸透气度参数选择50、60和70 CU 3个水平，滤棒吸阻选择3 500、4 000和4 500 Pa/支3个水平，滤嘴通风度选择20、40和60 CU 3个水平，卷烟纸克重均选用28 g/m2，选用正交设计表L9（34）进行试验设计，正交试验方案及测试数据见表3，采用直观分析对各组试验所得数据进行分析，结果见表4，其中，k1、k2、k3分别表示因素3个水平3个试验数据的平均值，R为各因素对应评价指标的极差。

表2 卷烟辅材参数与卷烟主流烟气B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量的线性回归模型

图1 卷烟辅材参数与卷烟主流烟气B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量的关系

通过表4～6分析每一个因素对各评价指标的影响，可以看出对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量的影响因素的大小顺序为滤嘴通风度>滤棒吸阻>卷烟纸透气度；因素B和因素C分别为B3和C3时，B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量均较小，因此B3和C3分别为因素B和因素C的优水平；因素A为A2时，B（a）P的释放量较小，为A1时，NNK和芳香胺总量释放量相对较小，综合分析卷烟纸透气度取A1。由上述分析可知，最优化的试验方案应为A1B3C3。

表3 正交设计方案及测试数据

表4 评价指标B（a）p正交试验数据直观分析结果ng/支

表5 评价指标NNK正交试验数据直观分析结果ng/支

卷烟辅助材料优化前后卷烟样品主流烟气中B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量的对比情况见表7。由表7可以看出，辅材优化前后卷烟主流烟气中B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量分别降低3.06、1.22和3.28 ng/支。

表6 评价指标芳香胺总量正交试验数据直观分析结果ng/支

表7 优化前后卷烟主流烟气中B（a）P、NNK和芳香胺总量释放量对比ng/支

3 结论与讨论

（1）通过不同辅材参数对卷烟主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量影响的单因素试验，结果发现，卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风度与卷烟主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量呈明显的负相关关系，其中影响最大的为滤嘴通风度，卷烟纸克重与B（a）P释放量呈负相关关系，与NNK和芳香胺总量释放量关系不明显。

（2）采用正交试验设计对卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风度参数进行优化，优化后与优化前相比，卷烟主流烟气中B（a）P、NNK及4种芳香胺总量释放量分别降低3.06、1.22和3.28 ng/支。

[1]HOFFMANN D，HOFFMANN I，EL-BAYOUMY K.The Less Harmful Cigarette：A Controversial Issue.A Tribute to Ernst L.Wynder[J]. Chem Res Toxicol，2001，14：767-900.

[2]RODGMAN A，GREEN C R.Toxic chemicals in cigarette mainstream smoke-hazard and horpla：contibutions to tobacco research [J].Beitr.Zur Tobakfor.Int.2003，20（8）：481-545.

[3]IARC.IARC Monographs on the Evaluation of the Carinogenic Risks of Chemicals to Humans[M].Lyon：IARC Press，1986.

[4]王彦亭，谢剑平，张虹，等.降低卷烟烟气中有害成分的技术研究及应用[J]中国烟草学报，2003，9（3）：1-7.

[5]戴亚，汪长国，朱立军，等.一种复合生化制剂在卷烟减害中的应用[J].烟草科技，2008（5）：5-8.

[6]刘少民，雍国平，金钟秀，等.介孔材料选择性降低卷烟烟气中苯并（a）芘的研究[J]中国烟草学报，2006，12（4）：20-24.

[7]张悠金，舒俊生，杨俊，等.新型纳米材料介孔复合体在卷烟降焦减害中的应用[C]//中国烟草学会工业专业委员会.中烟烟草化学学组年会暨学术研讨会论文集.广州，2004：293-298.

[8]中国烟草总公司郑州烟草研究院.GB/T 21130-2007卷烟烟气总粒相物中苯并[α]芘的测定[S].北京：中国标准出版社，2007.

[9]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T 23228-2008卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定气相色谱－热能分析联用法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[10]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T 23358-2009卷烟主流烟气总粒相物中主要芳香胺的测定气相色谱-质谱联用法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[11]郑少华，姜奉华．试验设计与数据处理[M]．北京：中国建材工业出版社，2004．

（责任编辑 张杨林）

Study on Effects of Parameters of Auxiliary Material of Cigarette on Release Amount of B (a) P, NNK and Total Amount of Four Kinds of Aromatic Amine in the Mainstream Cigarette Smoke

LI Chao-ronget al.(Technical Research Center Chuanyu Branch of China Tobacco Corporation,Chengdu, Sichuan 610066)

[Objective]The aim was to explore the effects of the key auxiliary material in cigarette on the release amount of benzo[α]pyrene(B(a)P),4-(N-methyl-nitrosamine)-1-(3-pyridyl)-1-butanone(NNK)and the total amount of four kinds of aromatic amines.[Method]The effects of the air permeability of cigarette paper, the gram weight of cigarette paper,the filter rod draw resistance and the ventilation degree of filter on the release amount of B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke were investigated through the experimental methods of single factor experiment and orthogonal design experiment respectively.[Result]The results indicated that the air permeability of cigarette paper,the filter rod draw resistance and the ventilation degree of filter present a negative correlation with the release amount of the B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke,and what effected most was the ventilation degree of the filter followed by the filter rod;In the scope of the orthogonal experiment,the optimal scheme was that the air permeability of cigarette paper was of 50 CU, the filter rod draw resistance was 4 500 Pa per cigar and the ventilation degree of filter was 60 CU,which were compared with that before the optimization,and the results of the comparison indicated that the release amount of the B（a）P,NNK and the total amount of four kinds of aromatic amines in the mainstream cigarette smoke were less than that before the optimization.[Conclusion]The results provided references for cigarette harm reduction work.

Auxiliary material of cigarette;B(a)P；NNK；Aromatic amine;Orthogonal design

S572

A

2095-0896（2014）12-049-05

中国烟草总公司重大专项（110201101034）降低烟气中氨释放量的复烤、醇化及加工技术研究》；中国烟草总公司面上项目（2012-122-25）《卷烟产品系统设计与减害技术集成研究》；中国烟草总公司立项项目（1001200701007）《选择性减害技术研究及产品应用》；重庆市立项项目（06-1-173）《低害卷烟研制及减害机理研究》。

李朝荣（1976-），男，陕西富平人，助理工程师，从事卷烟配方工作。*通讯作者，工程师，从事卷烟工艺及配方工作。

2014-11-18