陳斌，徐瑋杰，湯朝起*，王磊，劉鵬，隋相軍，王金明

1 上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市浦東新區(qū)秀浦路3733 號(hào) 201315；

2 山東煙葉復(fù)烤有限公司，山東省濟(jì)南市高新區(qū)龍奧北路1067 號(hào) 250101

糖類物質(zhì)是煙葉主要化學(xué)成分之一，且通常是含量最大的成分[1]。煙葉中的糖主要包括葡萄糖、果糖、蔗糖等小分子水溶性糖，以及淀粉、纖維素、果膠等多糖[2-3]。通常所說(shuō)的煙草總糖就指的是水溶性糖。水溶性糖是影響煙草吸味的最重要的化學(xué)成分之一[4-5]，并且在煙草加工過(guò)程中，多種水溶性糖或含有水溶性糖的料液會(huì)被添加到煙葉或煙絲中，以用于改善卷煙吸味或用作保潤(rùn)劑等[6-7]。水溶性糖作為煙葉最重要的化學(xué)成分之一和最常用的添加劑[8-9]，在發(fā)揮其有益效果的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注其對(duì)卷煙煙氣有害成分的影響。這對(duì)于全面認(rèn)識(shí)水溶性糖正反兩方面的作用，具有十分重要的意義。

卷煙煙氣包含7000 多種化學(xué)成分[10]，其中有害成分的比例很小，但種類卻很多，而且多存在于焦油中，因此通常以煙氣焦油量的多少作為代表煙氣危害性大小的指標(biāo)之一[11-12]。但長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于水溶性糖對(duì)煙氣焦油量的影響及關(guān)系問(wèn)題，一直是國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)一個(gè)富有爭(zhēng)議的話題。另外，在水溶性糖的諸多熱解產(chǎn)物中，醛類成分（甲醛、乙醛、丙烯醛等）是最受關(guān)注的煙氣有害成分之一[13-14]，其中乙醛不僅直接對(duì)人體產(chǎn)生危害，還被認(rèn)為會(huì)和煙堿共同作用，增加吸煙成癮性[15-17]。幾十年來(lái)，在卷煙中加糖是否會(huì)導(dǎo)致煙氣中醛類成分的增加這類課題也進(jìn)行大量研究[8,18-24]。本文著重對(duì)水溶性糖（包括內(nèi)源糖和外加糖）含量與卷煙煙氣焦油量、醛類成分釋放量的關(guān)系進(jìn)行了梳理和綜述，以期能準(zhǔn)確理解水溶性糖對(duì)煙氣有害成分的影響，為水溶性糖的科學(xué)使用提供參考。

1 水溶性糖對(duì)卷煙煙氣焦油量的影響

1.1 煙葉內(nèi)源水溶性糖含量對(duì)煙氣焦油量的影響

表1 引用文獻(xiàn)共18 篇，國(guó)外文獻(xiàn)有左天覺(jué)在美國(guó)農(nóng)業(yè)部主持的一項(xiàng)里程碑式的研究報(bào)告[25]，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)包含《中國(guó)煙草學(xué)報(bào)》《煙草科技》《中國(guó)煙草科學(xué)》（統(tǒng)稱“煙草三刊”）從1980 年代以來(lái)發(fā)表的關(guān)于煙葉內(nèi)源水溶性糖含量與煙氣焦油量關(guān)系研究的文章共計(jì)13 篇[26-32,36-41]，以及發(fā)表在“煙草三刊”之外的引用率較高、影響力較大的4 篇文章[33-35,42]。

表1 煙葉內(nèi)源水溶性糖含量與煙氣焦油量的相關(guān)性Tab.1 Correlation between endogenous water-soluble sugar content in tobacco leaves and tar contents in mainstream smoke

表1 可知，無(wú)論是同一產(chǎn)地同一部位等級(jí)的煙葉樣品[36-38]，還是同一產(chǎn)地不同部位等級(jí)的煙葉樣品[25,29-30,35,41-42]、不同產(chǎn)地同一部位等級(jí)的煙葉樣品[26-27,33]、不同產(chǎn)地不同部位等級(jí)的煙葉樣品[28,31-32,34,39-40]，煙葉水溶性糖含量與煙氣焦油量之間都無(wú)明顯相關(guān)性或呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，可以認(rèn)為，煙葉內(nèi)源水溶性糖含量對(duì)煙氣焦油量影響較小或呈負(fù)面影響。但需要說(shuō)明的是，該結(jié)論僅是根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出，而該類研究中，煙葉內(nèi)源糖含量并不是唯一的變量，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果受很多混雜因素的影響。

進(jìn)一步的研究表明[26-27,36,39-40,42]，與水溶性糖相比，煙葉的煙堿、總氮及鉀含量是對(duì)煙氣焦油量影響更大的因素，其中，煙葉的煙堿、總氮含量與煙氣焦油量呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，鉀含量與煙氣焦油量呈顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

1.2 外加水溶性糖對(duì)卷煙煙氣焦油量的影響

關(guān)于外加水溶性糖（單因素）對(duì)卷煙煙氣焦油量的影響研究，國(guó)內(nèi)外都鮮見(jiàn)專題報(bào)道。表2 列出了近幾十年來(lái)引用率較高、影響力較大的4 篇文章[43-46]。

表2 外加水溶性糖對(duì)煙氣焦油量的影響Tab.2 Effect of adding water-soluble sugar on tar content in mainstream smoke

Shelar 等[43]研究了外加葡萄糖、果糖和蔗糖對(duì)白肋煙煙氣指標(biāo)和感官質(zhì)量的影響（表2 中序號(hào)1～6），所有卷煙樣品均為采用相同輔材制作的無(wú)濾嘴卷煙，控制煙支的硬度基本一致。結(jié)果顯示，大部分加糖樣品的焦油量高于相應(yīng)的對(duì)照樣品，但焦油量的變化沒(méi)有規(guī)律，不會(huì)隨加糖量的升高而線性增加。例如，向中上部白肋煙中加入0%、4%、8%、12%、16%的葡萄糖，卷煙煙氣焦油量分別為 14.6 mg/cig、14.3 mg/cig、15.1 mg/cig、16.2 mg/cig、14.9 mg/cig。

Baker 等[44]系統(tǒng)考察了多種糖料、多個(gè)添加量下，外加糖對(duì)煙氣成分的影響。該研究采用美式混合煙配方葉組（不含非煙草添加物、薄片等）作為參試煙草材料，將食品級(jí)的糖料溶解到水中后采用滾筒加料的方式將其添加到煙草中，卷煙樣品采用相同輔材制作，控制煙支重量基本一致。卷煙采用ISO 標(biāo)準(zhǔn)抽吸法。結(jié)果表明，無(wú)論是單因素多水平加糖試驗(yàn)（表2 中序號(hào)7～8），還是多因素單水平加糖試驗(yàn)（表2中序號(hào)9），大部分加糖樣品焦油量均低于相應(yīng)的對(duì)照樣品，但變化不顯著。他們認(rèn)為，加糖后導(dǎo)致卷煙焦油量降低的原因，一是由于卷煙是重量控制，加糖存在稀釋效應(yīng)，會(huì)使煙草成分相對(duì)含量降低；二是加糖對(duì)卷煙燃燒區(qū)燃燒和蒸餾過(guò)程平衡的影響。

Coggins等[45]采用混合型卷煙配方（35%烤煙，23%白肋煙，15%香料煙，27%薄片）作為參試煙草材料，向其中加入高、中、低3 個(gè)梯度的多種煙草常用添加劑，考察其對(duì)主流煙氣危害性的影響（表2 中序號(hào)10～13）。卷煙樣品采用重量控制，測(cè)試方法采用ISO 標(biāo)準(zhǔn)方法。結(jié)果表明，所有試驗(yàn)的糖類添加劑（包括果葡糖漿、蜂蜜、蔗糖、轉(zhuǎn)化糖等）對(duì)焦油量均沒(méi)有明顯的影響。

Cheah 等[46]向白肋煙中加入蔗糖、果糖和葡萄糖，考察其對(duì)主流煙氣成分的影響（表2 中序號(hào)14）。糖類采用溶液添加的方式，煙氣分析方法采用ISO 標(biāo)準(zhǔn)方法。結(jié)果表明，加6%的果糖的樣品和不加糖的對(duì)照樣品相比，焦油量升高，但未達(dá)到顯著性水平（P＞0.05）。

值得注意的是，目前關(guān)于外加糖對(duì)卷煙焦油量的影響的相關(guān)研究，參試煙草材料多為白肋煙或混合型卷煙。外加糖對(duì)烤煙或烤煙型卷煙焦油量的影響，還有待進(jìn)一步研究。

1.3 水溶性糖對(duì)成品卷煙煙氣焦油量的影響

Pennings等[47]以歐洲市場(chǎng)在售的53種成品卷煙為研究對(duì)象，考察了糖類和保濕劑與煙氣成分的相關(guān)性，結(jié)果表明卷煙焦油釋放量和總糖含量呈弱負(fù)相關(guān)；Phillpotts 等[20]考察了英國(guó)及除英國(guó)外其他歐洲國(guó)家市場(chǎng)上常見(jiàn)卷煙糖含量和煙氣成分的關(guān)系，簡(jiǎn)單相關(guān)分析后發(fā)現(xiàn)英國(guó)市場(chǎng)42 種卷煙含糖量和焦油釋放量呈弱負(fù)相關(guān)，歐洲其他國(guó)家40 種卷煙的含糖量和焦油釋放量呈弱正相關(guān)，相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平。張志剛等[48]對(duì)某種牌號(hào)卷煙的焦油量與其煙絲中的總糖、總氮等進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明總糖含量對(duì)卷煙焦油量貢獻(xiàn)為正值，簡(jiǎn)單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)卷煙焦油釋放量和煙絲總糖含量呈弱正相關(guān)，相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。

1.4 與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的差異

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)一直有“糖高焦油高”的說(shuō)法，認(rèn)為加糖會(huì)使焦油升高[9,49-50]。然而，從上文的論述中可知，內(nèi)源水溶性糖含量與煙氣焦油量之間無(wú)明顯相關(guān)性或呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（1.1 節(jié)），外加水溶性糖可能也不會(huì)導(dǎo)致卷煙焦油釋放量增加（1.2 節(jié)、1.3節(jié)）。因此，國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)“糖高焦油高”的傳統(tǒng)說(shuō)法可能有一定的局限性。

煙氣焦油是煙草在不完全燃燒的情況下產(chǎn)生的，影響煙氣焦油量的因素很多很復(fù)雜，不僅與煙草內(nèi)源化學(xué)成分和外源添加劑有關(guān)，還與卷煙輔材及煙支設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)[51-54]，從現(xiàn)有研究結(jié)果來(lái)看，水溶性糖含量不是主要的影響因素。

2 水溶性糖對(duì)卷煙煙氣醛類成分的影響

糖類在燃燒過(guò)程中，僅有約0.5%被轉(zhuǎn)移到主流煙氣中，大部分糖會(huì)熱解或和煙氣中其它成分反應(yīng)[55]。糖的熱解試驗(yàn)[13-14]表明，糖類自身裂解產(chǎn)物主要是呋喃衍生物（糠醛、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛等）、小分子醛酮（甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮等）、有機(jī)酸（乙酸等）等。葡萄糖、果糖、蔗糖、轉(zhuǎn)化糖等熱解產(chǎn)物種類幾乎是一樣的，在比例上可能有一些差異。在卷煙燃燒過(guò)程中，糖類除了自身的熱解，本身及其熱解產(chǎn)物還會(huì)和煙草中的胺（銨化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)等）發(fā)生美拉德反應(yīng)，而美拉德反應(yīng)產(chǎn)物又可以進(jìn)一步分解為醛類、酮類、吡嗪和吡啶等[56-59]。在糖的諸多裂解產(chǎn)物中，醛類（甲醛、乙醛、丙烯醛）是最受關(guān)注的煙氣危害性成分。

早期的研究大多認(rèn)為，外加糖不會(huì)導(dǎo)致卷煙醛類成分釋放量升高。1971 年，Gager 等[60-61]在煙草中加入C14標(biāo)記葡萄糖和蔗糖，發(fā)現(xiàn)主流煙氣中放射性醛類的含量極少（＜0.07%）。1975 年，Thomton 等[22]向白肋煙中加入大量（10.5%～17.8%）的果糖和葡萄糖后發(fā)現(xiàn)，主流煙氣中揮發(fā)性醛類含量不但沒(méi)有增加，反而略有減少，而糠醛等呋喃衍生物的含量大幅增加。同年，Phillpotts 等[20]的研究表明，主流煙氣中的總?cè)┊a(chǎn)量與煙草的糖含量或平衡水分含量無(wú)關(guān)，而與焦油釋放量之間存在正相關(guān)關(guān)系。Seeman 等[19]研究也得出相似結(jié)論，他們分析了大量美國(guó)市售成品卷煙的主流煙氣中乙醛釋放量和CO 以及焦油的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)乙醛釋放量和焦油及CO 顯著性相關(guān)，和卷煙中還原糖含量并沒(méi)有相關(guān)性。他們認(rèn)為相比于還原糖，乙醛釋放量受卷煙設(shè)計(jì)特性（例如濾嘴通風(fēng)率等）決定的煙氣成分總產(chǎn)量的影響更大。Sanders 等[21]認(rèn)為，葡萄糖等水溶性糖類不是主流煙氣中醛類成分的主要前體物，在相同重量下，糖并不會(huì)比煙草本身產(chǎn)生更多的醛類物質(zhì)。煙草中本身存在的多聚糖，比如纖維素等，才是主流煙氣中醛類的主要前體物。他們從分子結(jié)構(gòu)的角度對(duì)機(jī)理進(jìn)行了探討，認(rèn)為相比于多聚糖，小分子糖更容易形成五元環(huán)中間體（即呋喃前體物），因而熱解時(shí)更容易形成呋喃類產(chǎn)物，而不是低分子量羰基化合物。

2006 年，Baker[44]開(kāi)展了一項(xiàng)里程碑式的研究，系統(tǒng)考察了多種糖類對(duì)主流煙氣成分，尤其是甲醛釋放量的影響。該項(xiàng)研究使用典型美式混合煙配方（不含薄片及其它非煙草添加成分）作為參試煙草材料，糖料溶解在水中后，采用滾筒加料的方式添加到煙絲中，煙支采用重量控制，每支煙的煙絲含量均為710 mg 左右。甲醛及其它揮發(fā)性羰基化合物的測(cè)定，是將煙氣通過(guò)酸化的2,4-二硝基苯肼，將其中的羰基化合物轉(zhuǎn)化為非揮發(fā)性腙，將溶液用吡啶穩(wěn)定后，用HPLC-uv 進(jìn)行檢測(cè)。他們的研究結(jié)果表明，在ISO 抽吸模式下，所有糖類均會(huì)增加主流煙氣中甲醛的產(chǎn)量；糖的在添加量為10.5%以內(nèi)時(shí)，甲醛釋放量和糖的添加量呈線性相關(guān)，但與其他羰基化合物的相關(guān)性很小或沒(méi)有相關(guān)性。

2010 年，Hahn 等[23]考察了甘油、可可粉、蔗糖對(duì)卷煙主流煙氣成分的影響。他們采用混合煙配方葉組（50%烤煙，20%白肋煙，20%梗絲，10%香料煙）作為參試煙草材料，添加量分低、中、高3 個(gè)梯度，其中蔗糖最大添加量為4.8%。卷煙煙支保持重量一致，采用ISO 抽吸模式。甲醛和乙醛的測(cè)定方法與Baker[44]基本一致。結(jié)果表明，加糖后主流煙氣中甲醛含量顯著增加，但乙醛含量并沒(méi)有明顯增加。

2018 年，Cheah 等[46]研究了蔗糖、果糖和葡萄糖對(duì)白肋煙主流煙氣成分的影響。卷煙采用ISO 抽吸模式，用單孔道吸煙機(jī)進(jìn)行抽吸，醛類成分測(cè)定結(jié)果是6 個(gè)重復(fù)的平均值，每個(gè)重復(fù)吸1 支煙。用Carboxen 572 采樣盒對(duì)醛類成分采樣后，用配備SPD M20A 光電二極管陣列檢測(cè)器的HPLC 儀器進(jìn)行分析，使用的流動(dòng)相是超純水/乙腈（1:1（V/V））。結(jié)果表明，加糖會(huì)導(dǎo)致主流煙氣中乙醛、丙烯醛、巴豆醛、丙醛和丁醛的含量增加，增加幅度為5%～40%。主流煙氣中甲醛含量變化不大，與Baker[44]、Hahn 等[23]的研究結(jié)果不一致，原因可能是該研究中使用的醛類成分測(cè)定方法不適合甲醛，因?yàn)樗哂懈叨葥]發(fā)性和親水性，在進(jìn)入采樣盒之前，有一部分甲醛已經(jīng)被劍橋?yàn)V片捕獲，從而導(dǎo)致甲醛測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。另外，他們的研究表明，與蔗糖和葡萄糖相比，添加果糖后主流煙氣中醛類增加幅度更大，可能和果糖反應(yīng)活性更高有關(guān)[62-63]。

Roemer 等[8]將Baker[44]、Coggins[45]、Roemer[64]的研究中相同抽吸模式下所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，通過(guò)線性回歸方法擬合出煙氣成分和糖添加量的函數(shù)（不考慮糖的類型），并對(duì)所得斜率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（與零斜率的差異）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲醛、丙烯醛、2-丁酮、異戊二烯、苯、甲苯等成分含量隨加糖量的增加而顯著增加，其中甲醛的變化最為顯著，在5%的添加量下，與不添加糖的對(duì)照樣品相比，甲醛含量最大增加了25%。乙醛含量和糖施用量之間不存在顯著性關(guān)系。

外加糖對(duì)卷煙主流煙氣中小分子醛類成分釋放量的影響，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。但近年來(lái)的研究大多表明，加糖可能會(huì)引起部分醛類成分，尤其是甲醛釋放量的升高。

3 水溶性糖對(duì)卷煙煙氣其它有害成分的影響

黃朝章等[65]研究了單料煙主流煙氣中HCN 釋放量與其煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)主流煙氣中HCN 的釋放量與煙葉中的總糖、還原糖呈顯著負(fù)相關(guān)，蒯雁等[66]研究也得出類似結(jié)論。袁秀秀等[67]分析了烤煙常規(guī)化學(xué)成分含量對(duì)主流煙氣7 種有害成分的影響，結(jié)果表明隨著煙葉糖含量增加，氨和NNK 釋放量減少，巴豆醛釋放量略有增加，總糖、還原糖含量與巴豆醛釋放量呈正相關(guān)，與苯酚釋放量呈負(fù)相關(guān)，總糖含量與煙氣整體危害性指數(shù)之間規(guī)律不明顯。Cai 等[68]考察了73 種煙葉成分對(duì)主流煙氣7 種有害成分釋放量及危害性指數(shù)的影響，結(jié)果表明對(duì)煙氣危害性指數(shù)影響最大的煙葉化學(xué)成分是鉀、蘋(píng)果酸和生物堿含量，糖含量影響并不顯著。

Hahn 等[23]研究結(jié)果表明，和對(duì)照樣品相比，混合煙配方中加入1.5%～5%蔗糖后，主流煙氣中1,3-丁二烯含量明顯升高，苯并[a]芘含量略有降低，煙草特有氮亞硝胺（TSNAs）含量整體略有降低。Roemer 等[8]對(duì)多位研究者的數(shù)據(jù)匯總分析發(fā)現(xiàn)，2-丁酮、異戊二烯、苯、甲苯和苯并[k]熒蒽釋放量隨加糖量的增加而顯著增加，1,3-丁二烯、苯酚、NNK、苯并[a]芘的釋放量沒(méi)有顯著變化，N-亞硝基二甲胺、N-硝基鳥(niǎo)嘌呤和4-氨基聯(lián)苯則隨加糖量的增加而顯著減少；整體上，隨著加糖量的增加，羰基成分產(chǎn)率增加，而含氮成分產(chǎn)率降低。

4 總結(jié)和展望

目前關(guān)于糖類對(duì)卷煙危害性煙氣成分的影響的研究，國(guó)內(nèi)主要側(cè)重于煙葉本身水溶性糖和與焦油釋放量的相關(guān)性，國(guó)外更關(guān)注外加糖對(duì)卷煙焦油和醛類成分釋放量的影響。整體來(lái)看，內(nèi)源水溶性糖含量對(duì)卷煙焦油釋放量的影響較輕微，外加糖對(duì)可能對(duì)卷煙焦油釋放量影響較小，但目前相關(guān)研究較少，仍然需要開(kāi)展更多的研究，尤其以烤煙作為參試煙草材料的研究。水溶性糖對(duì)醛類釋放量的影響方面仍然存在爭(zhēng)議，但近期的研究大多表明，水溶性糖含量對(duì)部分醛類，尤其是甲醛釋放量存在影響。糖類成分作為煙葉中含量最大的化學(xué)成分，以及卷煙制造過(guò)程中最重要的添加劑之一，研究其含量對(duì)卷煙煙氣危害性成分釋放量的影響很有必要。通過(guò)上文綜述，我們認(rèn)為，關(guān)于水溶性糖對(duì)卷煙主流煙氣醛類成分及其他有害成分釋放量的影響還需要進(jìn)一步深入研究。在研究過(guò)程中，要注意糖的最大添加量、卷煙樣品選擇、檢測(cè)方法的精確性等細(xì)節(jié)問(wèn)題，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)問(wèn)題可能都會(huì)對(duì)該類研究的結(jié)論有一定影響。此外，煙氣有害成分增加或減少，并不完全等同于對(duì)人體危害程度的增加或減少；要完全理解水溶性糖等煙草化學(xué)成分或添加劑對(duì)人體健康的影響，還需要開(kāi)展相關(guān)的毒理學(xué)研究以提供更多的證據(jù)。