李国政 孙培建 高明奇 孟祥士 田海英 杨 松 胡少东，*

（1.河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州，450000；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院烟草行业烟草化学重点实验室，河南郑州，450001）

近年来卷烟销售规模快速扩张，短支卷烟作为中式卷烟的创新产品，已经成为卷烟消费市场的热点之一。目前市场上的短支卷烟烟支长度多为75 mm，与常规卷烟相比，短支卷烟烟丝段长度小，抽吸时烟气在烟支中的行程短，烟支的燃烧状态及烟气在烟丝段的扩散、冷凝和过滤均有较大变化，因此烟气化学成分的产生和转化也有一定差异。目前烟草行业以卷烟主流烟气中7 种有害成分（CO、HCN、苯酚、巴豆醛、氨、苯并[α]芘和NNK）释放量为基础，建立了卷烟危害性指数（H值）的计算方法，利用H值来综合表征卷烟烟气危害性[1]。卷烟纸可通过影响卷烟的燃烧以及烟气的稀释和扩散，进而影响主流烟气的化学成分释放量[2-4]。目前，卷烟纸特性对卷烟燃烧温度[5]、常规烟气指标[6]和主流烟气7 种有害成分释放量[7-12]的影响已有相关文献报道。然而，这些研究主要针对常规卷烟纸，对短支卷烟的研究尚未见报道。因此，本研究开展卷烟纸特性（透气度、定量、助燃剂含量、助燃剂钾/钠比和灰分）对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响研究，旨在为短支卷烟产品设计和减害降焦提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1材料

卷烟纸样品均为全木浆竖纹卷烟纸，由牡丹江恒丰纸业股份有限公司提供。以定量32 g/m2，透气度60 CU，助燃剂含量1.3%，助燃剂钾/钠比2∶1，灰分20%为基准指标，设计并制备不同特性的卷烟样品。卷烟纸样品采用同一批配方烟丝，在同一机台（河南中烟工业有限责任公司）上进行卷制。通过搭配不同特性的卷烟纸，卷制具有不同透气度、定量、助燃剂含量、助燃剂钾/钠比和灰分的短支卷烟，方案如表1所示。

表1 卷烟样品设计方案Table 1 Design scheme of cigarette samples

1.2测定方法

按 照GB/T 23227—2018、GB/T 451.2—2002、GB/T 742—2008、YC/T 275—2008 和YC/T 274—2008的测定方法，分别测定卷烟纸样品的透气度、定量、灰分、助燃剂含量和钾、钠离子含量。

所有卷烟样品按照GB/T 16447—2004 规定的条件平衡水分后进行分选，分选标准为：平均质量±20 mg，平均吸阻±45 Pa，总通风率±5%。卷烟样品物理性能按照GB/T 22838—2009 进行测试，包括质量、通风率、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 的测定方法，分别测定卷烟样品主流烟气CO、苯并[α]芘、HCN、NNK、氨、苯酚和巴豆醛等7 种有害成分的释放量。参照文献[1]的方法，计算卷烟样品的危害性指数H。

2 结果与讨论

2.1卷烟纸参数及卷烟样品物理参数

对卷烟纸进行测试，结果如表2 所示。结果表明，卷烟纸透气度、定量、助燃剂含量、助燃剂钾/钠比及灰分等性能均符合设计要求。

表2 卷烟纸实测参数表Table 2 Measured parameters of cigarette paper

对卷烟的物理性能进行测试，结果如表3 所示。结果表明，所有烟支质量、滤嘴通风率、烟支开吸阻及闭吸阻基本一致，烟支通风率随卷烟纸透气度升高而增加，卷烟样品符合设计要求。

表3 卷烟样品物理参数Table 3 Physical parameters of test cigarettes

2.2卷烟纸透气度对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响

卷烟纸透气度与卷烟纸纤维结构自然形成的众多均匀微孔有关，对卷烟燃烧过程具有显著的影响[10]。卷烟纸透气度的改变主要通过影响卷烟的燃烧和烟气的扩散进而影响烟气成分的释放量[13-17]。将短支卷烟的卷烟纸透气度与主流烟气7 种有害成分释放量及危害性指数H值进行线性拟合，结果如图1所示。结果表明，卷烟纸透气度与CO、HCN、苯酚释放量及H值呈显著负相关（R2＞0.9）；与NNK、氨、苯并[α]芘释放量有一定的负相关（0.9＞R2＞0.5）；与巴豆醛无明显相关性（R2＜0.5）；卷烟纸透气度与短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量相关性由强到弱依次为：CO＞HCN＞苯酚＞NNK＞氨＞苯并[α]芘。卷烟纸透气度由42.4 CU 增加至79.0 CU 时，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚释放量及H值分别下降了8.5%、11.2%、9.8%、7.8%、8.4%、9.0%和8.9%，短支卷烟的卷烟纸透气度的变化对HCN 释放量的影响最大，这与文献报道[7-10]基本一致。卷烟纸透气度每增加10 CU，短支卷烟主流烟气CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的释放量分别降低 了2.33%、3.07%、2.68%、2.12%、2.30% 和2.45%，常规卷烟主流烟气CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚的释放量分别降低了3.74%、4.71%、1.24、4.42%、3.85%和3.04%[8]。随着卷烟纸透气度的增加，短支卷烟NNK 释放量降幅高于常规卷烟，其余有害成分释放量的降幅均低于常规卷烟。

图1 卷烟纸透气度与7种有害成分释放量及H值线性拟合结果Fig.1 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with cigarette paper porosity

2.3卷烟纸定量对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响

通过改变卷烟纸的结构和助燃剂的含量，即改变卷烟纸定量可以改变烟气中有害物质的释放量[10]。将短支卷烟的卷烟纸定量与主流烟气7种有害成分释放量及危害性指数H值进行线性拟合，结果如图2 所示。结果表明，卷烟纸定量与CO 释放量呈显著正相关（R2＞0.9）；与苯酚释放量呈显著负相关（R2＞0.9）；与氨、苯并[α]芘释放量及H值有一定的负相关（0.9＞R2＞0.5），与NNK、HCN 及巴豆醛释放量无明显相关性（R2＜0.5），这与文献报道[7-8,10]基本一致。卷烟纸定量与短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量相关性由强到弱依次为：CO＞苯酚＞苯并[α]芘＞氨。卷烟纸定量由26.3 g/m2增加至45.3 g/m2时，CO 释放量增加了12.9%，苯酚、苯并[α]芘、氨及H值分别降低了32.6%、15.7%、5.8%和7.3%，因此，短支卷烟的卷烟纸定量变化对苯酚释放量的影响最大。卷烟纸定量每增加2 g/m2，短支卷烟的苯酚释放量可降低3.4%，常规卷烟可降低4.1%[8]；短支卷烟CO 释放量增加1.4%，常规卷烟增加2.2%[8]。随着卷烟纸定量的增加，短支卷烟主流烟气苯酚释放量的降幅和CO 释放量的增幅均低于常规卷烟。

图2 卷烟纸定量对短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量及H值的线性拟合结果Fig.2 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with grammage of cigarette paper

2.4卷烟纸助燃剂含量对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响

卷烟纸助燃剂用量的改变主要通过影响卷烟的燃烧影响烟气成分的释放量。卷烟纸中加入助燃剂可提高卷烟纸的燃烧速率，并相应提高卷烟烟支的燃烧速率[17-18]。将短支卷烟的卷烟纸中的助燃剂含量与主流烟气7 种有害成分释放量及H值进行线性拟合，结果如图3所示。结果表明，卷烟纸助燃剂含量与短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值均呈负相关，其中除了HCN和巴豆醛为一定的负相关性外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈现显著的负相关（R2＞0.9），这与文献报道[7,9-10,16,19]基本一致。卷烟纸助燃剂含量与短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量相关性由强到弱依次为：苯并[α]芘＞CO＞苯酚＞NNK＞氨＞HCN＞巴豆醛。卷烟纸助燃剂含量由0.73% 增加至2.19% 时，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分别降低了16.8%、12.3%、8.3%、10.2%、20.1%、12.7%、16.2%和14.0%。短支卷烟的卷烟纸助燃剂含量的变化对苯并[α]芘释放量的影响最大，常规卷烟的卷烟纸中助燃剂含量的变化对HCN 释放量影响最大[7]。

图3 卷烟纸助燃剂含量对短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量及H值的线性拟合结果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卷烟纸助燃剂钾/钠比对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响

卷烟纸助燃剂钾/钠比的改变主要通过影响卷烟的燃烧影响烟气成分的释放量[20]。将短支卷烟卷烟纸助燃剂钾/钠比与主流烟气7 种有害成分释放量及H值进行线性拟合，结果如图4 所示。结果表明，卷烟纸助燃剂钾/钠比与短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值均呈负相关，其中除了苯并[α]芘、HCN、巴豆醛和NNK 为一定的负相关外（0.9＞R2＞0.5），其余均呈现显著的负相关（R2＞0.9）。常规卷烟主流烟气7 种有害成分释放量也随卷烟纸助燃剂钾离子占比的增加呈现降低趋势[12,19]，这与短支卷烟的趋势基本一致。卷烟纸助燃剂钾/钠比与短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量相关性由强到弱依次为：CO＞氨＞苯酚＞苯并[α]芘＞HCN＞巴豆醛＞NNK。卷烟纸助燃剂钾离子占比由0 增加至100%时，CO、HCN、NNK、氨、苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛及H值分别降低了12.8%、21.0%、8.5%、10.2%、11.1%、13.0%、14.1%和13.1%，短支卷烟的卷烟纸中助燃剂钾/钠比的变化对HCN 释放量的影响最大。

图4 卷烟纸助燃剂钾/钠比对短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量及H值的线性拟合结果Fig.4 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ratio of potassium ion

2.6卷烟纸灰分对短支卷烟主流烟气7 种有害成分释放量及H值的影响

卷烟纸灰分（碳酸钙）含量的改变主要通过影响卷烟纸的燃烧速率影响烟气成分的释放量，同时增加碳酸钙含量后，炭化线附近卷烟纸微孔数目增加，导致炭化线附近卷烟纸透气度增大，从而可促进主流烟气成分向侧流烟气中扩散，因此可有效降低卷烟的危害性[21-22]。将短支卷烟的卷烟纸灰分与主流烟气7 种有害成分释放量及H值进行线性拟合，结果如图5 所示。结果表明，卷烟纸灰分与短支卷烟主流烟气苯酚、CO、氨、苯并[α]芘、HCN 及H值均呈一定的负相关（0.9＞R2＞0.5），与巴豆醛和NNK 无明显相关性（R2＜0.5）；对于常规卷烟，卷烟纸灰分与主流烟气7种有害成分释放量均呈负相关[22]。卷烟纸灰分与短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量相关性由强到弱依次为：苯酚＞CO＞氨＞苯并[α]芘＞HCN。卷烟纸灰分由16.6%增加至27.0%时，CO、HCN、氨、苯并[α]芘、苯酚及H值降低率分别为6.0%、5.1%、3.8%、5.0%、8.6%和3.2%，短支卷烟的卷烟纸灰分变化对苯酚和CO 释放量的影响较大，常规卷烟的卷烟纸灰分变化对HCN、氨、苯酚和H值影响较大[22]。

图5 卷烟纸灰分对短支卷烟主流烟气7种有害成分释放量及H值线性拟合结果Fig.5 Linear fitting results of deliveries of seven harmful smoke components and H value with ash of cigarette paper

3 结论

3.1短支卷烟的卷烟纸透气度与主流烟气CO、HCN、苯酚释放量呈显著的负相关，与巴豆醛释放量无明显相关性，短支卷烟的卷烟纸透气度的变化对HCN释放量的影响最大。

3.2短支卷烟的卷烟纸定量与主流烟气CO 释放量呈显著正相关，与苯酚释放量呈显著负相关，短支卷烟的卷烟纸定量变化对苯酚释放量的影响最大。

3.3短支卷烟的卷烟纸助燃剂含量和钾/钠比与主流烟气7种有害成分释放量均呈负相关，短支卷烟的卷烟纸助燃剂含量和钾/钠比的变化分别对苯并[α]芘和HCN释放量的影响最大。

3.4短支卷烟的卷烟纸灰分与主流烟气苯酚、CO、氨及HCN 均呈一定的负相关，与巴豆醛和NNK 无明显相关性，短支卷烟的卷烟纸灰分变化对苯酚和CO释放量的影响较大。

3.5短支卷烟危害指数H值与卷烟纸的透气度、助燃剂含量和助燃剂钾/钠比均呈显著的负相关，与卷烟纸定量和灰分呈一定的负相关。调整卷烟纸助燃剂含量是降低短支卷烟危害性指数的最有效手段。