热分析技术揭示烟草燃烧特殊成分的形成机理和规律

随着世界反吸烟运动呼声的高涨以及人们对健康问题的日益关注，烟草消费者对卷烟质量及安全性提出了更高的要求。进行烟气中有害成分的研究对提高卷烟制品的质量和商业价值具有重要意义。烟草科技工作者应该在创造烟草低危害品牌和构建烟草减害技术体系的基础上，逐步确立主流烟气中有害成分释放量和减害核心技术方面的优势，为建立适应中式卷烟发展提供理论基础和技术支撑。

对于传统卷烟而言，大约在800℃条件下进行燃烧，烟气中的绝大部分化合物对人身体是无害的，但也有极少部分对健康有害的成分。第四章笔者已经介绍了卷烟烟气的形成过程和组成成分。本章将介绍烟气中的主要有害成分及其热分析技术在烟草燃烧产生有害成分的形成机理和规律研究中的应用。

卷烟烟气分为气相部分和粒相部分，气相中的有害成分主要有CO、HCN、挥发性醛酮类、氮氧化物、挥发性亚硝胺等，而烟气粒相中的有害成分主要有多环芳烃、烟草中特有的N-亚硝胺、酚类化合物、烟碱、自由基和一些杂环类化合物。卷烟烟气中的有害成分主要集中在焦油中。据报道，卷烟焦油中99.4%的成分对人体是无害的，仅有0.6%的成分对人体健康有害，而在有害成分中，其中有0.2%为可能致癌成分，而另外0.4%具有辅助致癌的作用，如苯并［a］芘等稠环芳烃和亚硝胺等。因此，准确测定卷烟烟气中的有害成分含量，对降低烟气有害成分和提高卷烟的品质具有重要意义。

（1）CO

在卷烟的高温燃烧区中心部位，由于缺乏氧气的供应，导致容易生成CO。烟气内的CO约30%是来源于烟草组分热分解，约36%是由烟草燃烧产生的，还有至少34%是通过CO2与炭发生氧化还原反应生成的［1］。CO是卷烟烟气中主要的7种有害成分之一，当人们吸烟时，CO会由人的口腔随着烟气进入人体内的气管和肺部，并与血液内的血红蛋白结合，导致血液中的氧运转能力降低，使人体细胞的氧利用受到阻碍，从而引起血液黏稠度的增高和心血管疾病的发生［2］。因此对卷烟烟气中CO的测定和降低的研究，始终是提升烟草制品品质和安全性的一项重要课题。

（2）多环芳烃(www.xing528.com)

多环芳烃（PAHs）是分子中含有两个或两个以上苯环的烃类。烟草本身只含微量的多环芳烃，但烟气中的稠环芳烃的种类和含量要比烟草中多得多。多环芳烃的生成与烟草在高温、缺氧条件下的不完全燃烧有着密切的关系，多数多环芳烃具有较强的毒性和致癌作用［3～5］。在所有的多环芳烃中，已经被证实有致癌作用的有10 种，苯并［a］芘是最具代表性的一种，它的致癌作用明显高于其他多环芳烃，从而成为人们关注的热点。夏巧玲［6］等采用气相色谱-质谱联用法，对卷烟烟气中的81 种苯并［a］芘、苯并［a］蒽和Chyrsene 进行了分析测定，发现国产烤烟型卷烟中的多环芳烃有56 种，混合型卷烟中有13种，进口烤烟型卷烟中有2 种，混合型卷烟中有10 种。张国安［7］等采用气相色谱/质谱法对卷烟烟气中的多环芳烃（蒽，菲，荧蒽，芘，苯并［a］蒽，苯并荧蒽，苯并［a］芘等）进行了定性和定量分析，实验结果表明卷烟烟气中多环芳烃的含量与焦油有良好的相关性。尉朝等［8］建立了气相色谱-三重串联四极杆质谱测定卷烟主流烟气中苯并［a］芘的方法，实验优化了前处理方法和仪器操作条件，有效降低了基质效应对测定的影响，方法重复性和回收率好、检测限低、灵敏度高。

（3）烟草特有的N-亚硝胺

新鲜烟叶中并不含可测的N-亚硝胺，它是烟叶在烘烤调制过程中产生的。由于烟草含有较多的含氮有机物及硝酸盐，因此烟气中含有较多的N-亚硝胺。这些N-亚硝胺可以分3种:一是挥发性N-亚硝胺（VNA），二是非挥发性N-亚硝胺（NVNA），三是烟草特有的N-亚硝胺（TSNAs），其中TSNAs是最重要的一类N-亚硝胺。目前已鉴定出8 种N-亚硝胺，其中最引起人们关注的有4种，它们分别是N-亚硝基降烟碱（NNN）、N-亚硝基新烟碱（NAT）、N-亚硝基假木贼碱（NAB）和4-甲基亚硝基吡啶基丁酮（NNK）［9］。而且通过实验已证实，NNN和NNK是强烈的动物致癌物［10～12］。烟草中特有的N-亚硝胺在卷烟烟气中的含量很低，常采用醋酸纤维滤嘴对其进行选择性截留，截留率可高达80%以上。郭黎平［13］等采用GC-TEA联用的方法来检测卷烟烟气中的TSNA和VNA，其中检测到的VNA有NDMA、NDEA、NDMEA、Npyr、Npip、NMBzA以及未知的N-亚硝胺，它们的含量在不同卷烟中不同。在TSNA中检测到NNK，NNN，NAT以及未知的TSNA，其中以NNK的含量最高，未检测到NAB。舒俊生等［14］运用超临界CO2流体萃取结合LC-MS的方法对主流烟气中的四种烟草特有亚硝胺进行了萃取与分析，结果表明:在最佳的萃取条件下，烟草特有亚硝胺的萃取率达95%以上，它为卷烟烟气中烟草特有亚硝胺的萃取及分析提供了新方法。

（4）酚类化合物

酚类物质作为烟草的一类非常重要的成分，广泛存在于烟草和烟气中，它们对烟草制品的吸味及安全性有重要影响。主流烟气中的酚类化合物包括简单酚和多酚，多酚类因挥发性低，燃吸时很少直接转入烟气中，而是分解成简单酚进入烟气。简单酚是卷烟主流烟气中一类重要的有害成分，主要有苯酚、苯二酚、甲基苯酚、儿茶酚等，它们会对卷烟烟气产生不良影响，有较难闻的气味，很难被掩盖，而且对皮肤及呼吸道黏膜有强烈的刺激作用，尤其是儿茶酚，具有促癌作用［15，16］。多酚主要包括新绿原酸、绿原酸和芸香苷等，绿原酸和芸香苷具有改善卷烟香气品质、增强卷烟香气的作用。张艳芳［17］等采用固相微萃取-气相色谱-质谱法测定了烟草中的苯酚、邻,间,对甲酚、邻,间,对苯二酚等酚类物质。路鑫［18］等建立了卷烟主流烟气粒相物中酚类化合物的GC/GC-TOF-MS检测方法，并用此法对一种市售混合型卷烟主流烟气粒相物中的酚类组成进行了分析，总共鉴定出250个酚类化合物，其中烷基苯酚66个、烯基苯酚47个、萘酚57个、苯基苯酚17个、甲氧基苯酚32个、酚酮9个、酚醛15个。陈翠玲［19］等考察了不同产地、部位和品种的云南烟叶对主流烟气中主要酚类化合物含量的影响，以及它们与感官质量之间的关系，结果表明:主流烟气中的主要酚类化合物有对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚、苯酚、间甲酚、对甲酚和邻甲酚，它们的含量受烟叶产地、部位和品种的影响较大，而且在主流烟气中它们的含量之间具有复杂的关系。