岳華峰，石 炬，李曉紅，劉志暉

(湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 廣水卷煙廠，湖北 廣水 432700)

近年來隨著物質(zhì)生活的不斷豐富，綠色健康成為人們對(duì)食品選擇的一個(gè)重要因素。卷煙作為一種食品，其危害與健康矛盾的協(xié)調(diào)越來越受到世界各國關(guān)注，有研究表明，卷煙主流煙氣中的焦油、煙堿、NH3(氨)、CO(一氧化碳)、B[a]P(苯并芘)、NNK(降煙堿)、HCN(氫氰酸)、苯酚、巴豆醛對(duì)吸煙者的危害最為顯著[1-4]，可見降焦減害技術(shù)已成為衡量各大卷煙企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志[5-7]。為此，大量專家學(xué)者圍繞降焦減害這一主題開展了大量的研究[8-10]。王乃定等[11]研究了不同吸附材料對(duì)卷煙降焦減害的影響，結(jié)果表明，納米材料應(yīng)用于卷煙濾棒中可有效地達(dá)到降焦減害的作用。王建新等[1]研究表明，使用AXL的卷煙焦油釋放量和B[a]P釋放量分別降低了7%和7.6%。李紹民等[12]研究表明，利用改性Y型分子篩能顯著降低卷煙煙氣的焦油量，而且對(duì)卷煙煙氣中的苯系物、稠環(huán)芳烴、酚類成分和煙草特有亞硝胺等有害成分均具有一定的選擇性過濾效果，這些研究成果對(duì)卷煙危害性的降低都起到了一定的作用，但成本較高。為此需要在降低危害的基礎(chǔ)上控制生產(chǎn)成本，而陳化是卷煙生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，是卷煙制絲加工成卷煙的前提保障[13-15]，陳化過程中烤煙在微生物與酶活性的作用下內(nèi)含物質(zhì)進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化，使烤煙的品質(zhì)得到一定程度的改善[16]。申培林等[17]對(duì)烤煙陳化過程中多酚含量進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，綠原酸含量在陳化后較陳化前升高，蕓香苷含量呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。趙銘欽等[18]研究表明，煙葉中各種有機(jī)酸含量在陳化過程中的變化趨勢(shì)明顯不同，其中大部分酸性物質(zhì)的含量呈下降趨勢(shì)。然而關(guān)于陳化過程中卷煙物理特性對(duì)主流煙氣中有害成分影響的研究尚未見報(bào)道。因此，對(duì)不同陳化條件下卷煙的物理特性以及主流煙氣中的有害成分進(jìn)行檢測(cè)分析，以期對(duì)降焦減害的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年3月在湖北中煙公司技術(shù)中心進(jìn)行，供試烤煙品種為中煙100，樣品為許昌市、漯河市、平頂山市、南陽市、駐馬店市、洛陽市、三門峽市以及鄭州市等下屬的10個(gè)植煙縣(市)的123個(gè)C3F煙葉。

卷煙所用煙筒由湖北中煙廣水卷煙廠統(tǒng)一提供，其中煙筒的圓周為24.4 mm，長(zhǎng)度為84 mm，濾嘴長(zhǎng)度為25 mm，接裝紙長(zhǎng)度為32 mm，盤紙長(zhǎng)度為52 mm。

試驗(yàn)所用吸煙機(jī)為RM-200A轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)(德國Borgwaldt公司)；氣相色譜儀Agilent 7890A型、氣相質(zhì)譜儀Agilent 5975C、高效液相色譜儀Agilent 1200(美國Agilent公司)，液相色譜三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀API 4000(美國ABSCIEX 公司)，連續(xù)流動(dòng)分析儀AA3型(英國Seal公司)，離子色譜儀ICS 3000(美國戴安公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

陳化過程中設(shè)置3個(gè)處理，T1：不套袋，T2：套袋敞口，T3：套袋封口。分別在陳化的0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、36個(gè)月測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

煙絲質(zhì)量的測(cè)定采用千分之一分析天平稱取10支然后計(jì)算均值；燃燒溫度采用HB-SP801型紅外點(diǎn)溫圖像儀進(jìn)行測(cè)量，每20 s測(cè)量一次求均值；靜燃速率每次選10支煙同時(shí)點(diǎn)燃，記錄靜然時(shí)間，計(jì)算靜燃速率，求平均值。

CO含量的測(cè)定采用GB/T 23356—2009進(jìn)行；NNN含量的測(cè)定采用LC-MS/MS法進(jìn)行，B[a]P含量的測(cè)定采用GB/T 21130—2007進(jìn)行，巴豆醛含量的測(cè)定采用YC/T 254—2008進(jìn)行，苯酚含量的測(cè)定采用YC/T 255—2008進(jìn)行，HCN含量的測(cè)定采用YC/T 253—2008進(jìn)行，NH3含量的測(cè)定采用YC/T 377—2010進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010與MATLAB2016b進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 陳化過程中不同陳化條件下卷煙物理指標(biāo)的變化

由圖1可知，隨著烤煙陳化的不斷進(jìn)行，卷煙的物理指標(biāo)呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，各處理卷煙煙絲的質(zhì)量均呈現(xiàn)出波浪形變化，但均控制在780～825 mg/支。煙支在吸食過程中燃燒溫度隨陳化時(shí)間的延長(zhǎng)總體表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，且T1處理的燃燒溫度在陳化18個(gè)月達(dá)到峰值，T2處理在陳化27個(gè)月達(dá)到峰值，T3處理在陳化21個(gè)月達(dá)到峰值，峰值的大小表現(xiàn)為T3>T1>T2；此外在陳化的前18個(gè)月T1處理的燃燒溫度明顯高于T2和T3處理。陳化過程中各處理卷煙的靜燃速率均逐漸提高，且在陳化進(jìn)行的0～12個(gè)月T3處理略高于T1和T2處理，陳化進(jìn)行的12～24個(gè)月3個(gè)處理差異不明顯，陳化進(jìn)行的24～36個(gè)月各處理的靜燃速率表現(xiàn)為T3>T2>T1。陳化過程中煙支的吸阻隨陳化時(shí)間的延長(zhǎng)總體上逐漸降低，且各處理在陳化9～15個(gè)月吸阻表現(xiàn)為T2>T3>T1，且T2和T1處理吸阻的最大差值為144 Pa，而T2和T3處理吸阻的最大差值為41 Pa；在陳化的15～30個(gè)月，卷煙的吸阻表現(xiàn)為T3>T2>T1，且在陳化18～27個(gè)月 T2和T1處理的差異保持在較小水平，T3和T2處理的最大吸阻差值出現(xiàn)在陳化的第21個(gè)月，差值為83 Pa，T3和T1處理的最大吸阻差值出現(xiàn)在陳化的第24個(gè)月，差值為101 Pa。

圖1 陳化過程中卷煙物理指標(biāo)的變化

2.2 陳化過程中不同陳化條件下卷煙主流煙氣中有害成分的變化

由圖2可知，陳化過程中各處理卷煙主流煙氣中的不同有害成分的變化差異較大，其中各處理主流煙氣中焦油含量總體表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢(shì)，且各處理焦油含量均在陳化24個(gè)月左右達(dá)到谷值，在陳化的18～24個(gè)月各處理焦油含量表現(xiàn)為T3>T2>T1，而其他陳化階段各處理的焦油含量均表現(xiàn)為T1>T2>T3。綜合來看，經(jīng)過陳化后烤煙的焦油含量有一定幅度的降低，對(duì)卷煙的降焦減害有較大的促進(jìn)作用，烤煙的可用性得到進(jìn)一步提高。

與焦油含量相比，在陳化過程中烤煙主流煙氣中HCN含量大體上也表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢(shì)，但3個(gè)處理HCN含量達(dá)到谷值的時(shí)間差異較大，其中T1和T3處理出現(xiàn)在陳化的21個(gè)月，而T2處理出現(xiàn)在陳化的15個(gè)月；且在陳化的前9個(gè)月各處理HCN含量差異較小，在陳化的9～18個(gè)月T1處理顯著大于T2和T3處理(P<0.05)，且在陳化的15個(gè)月T1和T3處理的HCN含量的差值達(dá)到最大，為31.3 μg/g，陳化進(jìn)行18個(gè)月后各處理煙氣中HCN含量表現(xiàn)為T2>T3>T1。就整個(gè)陳化過程而言，各處理烤煙經(jīng)過陳化后卷煙主流煙氣中HCN含量均有較大幅度的降低，卷煙的危害性得到一定程度的降低。

圖2 陳化過程中卷煙主流煙氣中有害成分的變化

各處理卷煙主流煙氣中苯酚含量在陳化過程中均總體上表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)，且3個(gè)處理苯酚含量的最大值差異較小，但各處理達(dá)到峰值的陳化時(shí)間有所差異；陳化過程中的前6個(gè)月各處理苯酚含量差異較?。辉陉惢M(jìn)行的6～12個(gè)月各處理卷煙主流煙氣中苯酚含量表現(xiàn)為T1>T2>T3；在陳化15個(gè)月后各處理卷煙主流煙氣中苯酚的含量表現(xiàn)為T3>T2>T1，且在陳化的24～27個(gè)月各處理差異出現(xiàn)最大值，其中T3處理比T1處理高12.81 μg/g，比T2處理高10.01 μg/g。陳化27個(gè)月后苯酚含量迅速降低，但考慮到卷煙企業(yè)正常的烤煙陳化時(shí)間，陳化對(duì)苯酚危害的降低作用較小。

陳化過程中烤煙主流煙氣中NH3含量變化也總體表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，且均在陳化的9個(gè)月達(dá)到峰值，之后迅速下降；在陳化的6～15個(gè)月主流煙氣中NH3含量大體表現(xiàn)為T1>T3>T2，其他陳化時(shí)期則表現(xiàn)為T2>T3>T1。綜合來看，陳化可以降低烤煙主流煙氣中NH3的含量，提高卷煙的安全性，且套袋不利于NH3含量的降低。

陳化過程中B[a]P含量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，但經(jīng)過陳化烤煙主流煙氣中B[a]P含量均高于陳化前，峰值出現(xiàn)在陳化的21～24個(gè)月，3個(gè)處理之間的差異無明顯規(guī)律，表明在煙葉適用于卷煙制造的正常陳化時(shí)間范圍內(nèi)(24個(gè)月左右)，可以明顯降低B[a]P的危害。

陳化過程中烤煙主流煙氣中CO、煙堿與NNK含量總體上均隨陳化時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，且CO與煙堿含量大體上表現(xiàn)為T1處理高于T2和T3處理，表明陳化過程中套袋能降低烤煙主流煙氣CO和煙堿含量，進(jìn)一步降低卷煙的危害；烤煙主流煙氣中NNK含量在3個(gè)處理間差異不明顯，表明烤煙經(jīng)過陳化后NNK含量在一定程度上得到降低。

烤煙主流煙氣中巴豆醛含量隨陳化的進(jìn)行總體上逐漸增加，且在陳化進(jìn)行6～18個(gè)月不同處理間差異比較明顯，表現(xiàn)為T3>T2>T1，表明套袋處理不利于巴豆醛含量的降低，其他陳化階段3個(gè)處理間差異不明顯。

綜合分析表明，可以在卷煙生產(chǎn)中可以通過陳化減少卷煙制品主流煙氣中的有害成分，且套袋處理對(duì)一些有害成分指標(biāo)的降解效果較好。

2.3 卷煙物理指標(biāo)與有害成分含量的灰色關(guān)聯(lián)分析

由表1可知，經(jīng)過陳化后卷煙的煙絲質(zhì)量與焦油、HCN、CO以及煙堿含量均有較高的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)系數(shù)均達(dá)到0.43以上，表明卷煙中煙絲的質(zhì)量對(duì)主流煙氣中焦油、HCN、CO以及煙堿的含量影響較大，在生產(chǎn)中可以利用膨脹煙絲技術(shù)增加煙絲的填充值，降低煙絲質(zhì)量，進(jìn)而降低焦油、HCN、CO以及煙堿的危害；煙支燃燒溫度與主流煙氣中B[a]P和巴豆醛的含量有較高的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.408 6和0.479 2，表明在卷煙生產(chǎn)過程中可以增加卷煙的進(jìn)氣量，促進(jìn)煙葉的充分燃燒，控制卷煙的燃燒溫度，進(jìn)而減少B[a]P和巴豆醛的危害；卷煙的靜燃速率與煙氣中NNK含量的關(guān)聯(lián)度達(dá)到各指標(biāo)的最大值，關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.741 7，表明卷煙的靜燃速率對(duì)主流煙氣中NNK含量影響較大，在生產(chǎn)中可以適當(dāng)增加卷煙的燃燒速率進(jìn)而降低NNK的危害，從而達(dá)到減害的目的；煙支吸阻與除B[a]P、煙堿和NNK之外的其他有害成分含量均有較高的關(guān)聯(lián)度，表明在卷煙生產(chǎn)中可以通過升級(jí)濾棒的手段降低卷煙吸阻，從而降低主流煙氣中有害成分的危害。

表1 卷煙物理指標(biāo)與有害成分含量的灰色關(guān)聯(lián)分析

3 結(jié)論與討論

烤煙陳化過程中卷煙的物理指標(biāo)有不同程度的差異，其中煙絲質(zhì)量變化呈波浪形變化，不同陳化條件下的差異較大，但均保持在0.8 g左右，這主要是由于實(shí)際卷煙的要求所致[19]。而在陳化的前18個(gè)月不套袋陳化的卷煙燃燒溫度明顯高于2個(gè)套袋處理，可能是由于套袋陳化過程中在微生物與酶的作用下，烤煙的干物質(zhì)消耗較多，燃燒的溫度相對(duì)較低[19]。在陳化過程中各處理卷煙的靜燃速率均逐漸增加，但差異不明顯，可能是由于烤煙的干物質(zhì)在陳化過程中雖然進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化，但各處理的降解轉(zhuǎn)化量只在一定范圍內(nèi)變化，不足以影響卷煙靜燃速率變化，另外在燃燒時(shí)由于沒有抽吸作用的助燃，使得燃燒時(shí)的速率差異不大。煙支的吸阻隨陳化時(shí)間的延長(zhǎng)總體上逐漸降低，且在陳化的6～30個(gè)月套袋處理煙葉的吸阻要大于不套袋處理，可能是由于套袋陳化的內(nèi)含物質(zhì)消耗略多，制成的煙絲填充值較低，煙絲較多使得吸阻較大[19]。

經(jīng)過陳化，除巴豆醛外烤煙主流煙氣中的危害成分含量均有一定程度的降低，這主要是由于巴豆醛的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在陳化條件下絕對(duì)含量變化不大，隨著陳化過程中烤煙干物質(zhì)的消耗相對(duì)含量逐漸增加[19]；套袋處理在一定的陳化時(shí)期能夠降低焦油、HCN、B[a]P、CO以及煙堿的含量，可能是由于這些有害成分的前體物或本身物質(zhì)在套袋陳化時(shí)，微生物以及相關(guān)酶的作用較強(qiáng)，降解速率較快[19]，但不利于苯酚與NH3含量的降低，這可能是由于不套袋處理的環(huán)境條件更有利于此類物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化。且不同處理對(duì)NNK含量影響不大，表明套袋處理不足以營造足夠的環(huán)境條件來降低NNK的含量。

本研究分析表明，卷煙的物理指標(biāo)對(duì)主流煙氣中有害成分的影響較大，其中煙絲質(zhì)量對(duì)焦油、HCN、CO以及煙堿含量均有較大的影響，由于煙絲量越多，煙絲間的空隙越小，抽吸時(shí)進(jìn)入的氧氣量越低，煙絲燃燒不充分，主流煙氣中焦油、HCN、CO以及煙堿含量相應(yīng)增加；煙支燃燒溫度對(duì)主流煙氣中B[a]P和巴豆醛含量影響較大。于建軍[19]研究表明，卷煙的燃燒溫度越高，B[a]P和巴豆醛前提物裂解產(chǎn)生的量越多，可知在一定范圍內(nèi)減少煙絲的燃燒量、降低燃燒溫度可以降低主流煙氣中高B[a]P和巴豆醛的含量。煙支的靜燃速率與NNK含量有較高的關(guān)聯(lián)度。龐永強(qiáng)等[20]研究表明，增加抽吸時(shí)烤煙的通風(fēng)量能夠明顯降低卷煙主流煙氣中NNK等有害成分的含量，可知隨著靜燃速率增加，卷煙充分燃燒，NNK含量相對(duì)減少。煙支吸阻對(duì)主流煙氣中除B[a]P、煙堿和NNK之外的其他有害成分含量均有較大影響，可能是吸阻較大造成煙絲的燃燒不充分，進(jìn)而使得苯酚、NH3以及CO含量增加[20]。

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