雪茄烟气化学成分研究进展

杨涓，罗诚，李东亮，徐恒，庞永强，朱贝贝，李军华，廖占和，周婷，张洪非*

1 四川中烟工业有限责任公司技术中心，四川省成都市锦江区成龙大道一段56号 610066；

2 国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区翠竹街6号 450001；

3 四川中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂，四川省什邡市蓥华山路南段128号 618400

雪茄烟是一种用烟草做茄芯，烟草或含有烟草成分的材料做茄衣、茄套卷制而成，具有雪茄型烟草香味特征的烟草制品，有别于卷烟等传统烟草制品，雪茄烟烟支中晾晒烟占烟支质量（不含烟嘴）的70%以上，独特的烟叶组成和加工方式，成就了雪茄烟独特的风格特色。近年来，雪茄烟保持稳健的发展态势[1]。但国产雪茄烟叶整体质量偏低[2]，国产雪茄烟质量特征和风格特色有待进一步明确和凝练。

烟气化学成分协同作用直观反映了烟气感官质量和风格特征，是构筑产品核心技术的关键点之一。国内雪茄烟研究主要集中在原料方面，烟气化学领域基本为空白。围绕国产雪茄原料生产需求，亟需明确表征国产雪茄烟感官质量的关键烟气指标，以进一步提高国产雪茄原料的工业化应用价值。基于此，本文对国内外雪茄烟气化学研究进展进行了梳理和总结，并提出展望和建议，以期为国产雪茄烟气化学研究和明确烟气关键质量指标提供思路和参考。

1文献分析

据报道，雪茄烟的期刊论文仅为常规卷烟期刊论文的1/100左右[3]。有关雪茄烟气化学成分研究的文献则更少。国外对雪茄烟化学成分的报道始于上世纪30年代[4]，早期雪茄烟气文献主要为烟气有害及潜在有害物质成分（HPHCs）披露和毒理学研究，在60—70年代期间达到顶峰，主要为美国奈勒·达娜疾病预防研究所等研究机构发表。2000年后，研究重心逐渐转移到抽吸行为对生物暴露的影响方面，文献发布机构主要为美国巴特尔纪念研究所公共健康烟草研究中心、宾夕法尼亚州立大学烟草监管科学中心（TCORS）等烟草研究机构以及雪茄烟制造商。2016年，美国食品药品监督管理局（FDA）发布了一项认定“烟草产品”条例，将雪茄烟在内所有烟草产品纳入监管，按照条例要求，雪茄烟制造商需遵循与卷烟相同规定：披露雪茄烟成分（包括HPHCs）[1,5]，因此自2016年后国外雪茄烟气研究文献数量大幅增长。国内雪茄烟气研究起步晚，2013年在CORESTA推荐方法基础上制定了雪茄烟吸烟机及烟碱等常规指标测定方法行业标准[6-11]，国内目前公开发表的雪茄烟气研究性论文较少[12]。

2雪茄烟烟气化学成分

烟气成分组成和释放量与烟叶类型、叶组（叶片，叶脉，烟梗组成）的燃烧性、氧气是否充分、燃烧锥温度梯度变化有关[13]。雪茄烟在以上几方面均与卷烟有较大差异:①烟叶类型不同。②加工方式不同，雪茄烟内部的致密结构决定了燃吸过程较卷烟燃烧更不充分。③雪茄燃烧锥升温速率变化梯度较卷烟缓和，燃烧达到最高温度比卷烟高[13]。以上因素构成雪茄烟气氨、CO释放量较高，pH呈碱性的典型特征[14]。与卷烟相比，雪茄烟长度、直径、质量分布宽，加工方式决定了质量一致性较卷烟差，因而雪茄烟单位烟支烟气成分释放水平范围广，变异性大。为消除烟支规格对结果的影响，本文按单位质量烟气化学成分释放量对文献进行统计和梳理（表1），由于抽吸参数是影响烟气释放量的主要因素，早期研究者抽吸雪茄烟尤其是大雪茄的条件不尽一致，加之大多数指标分析方法不成熟，因此本文对文献报道数据进行了甄选，剔除了较早的数据。值得注意的是，国外文献报道的与卷烟规格接近的小型雪茄大多按卷烟ISO[15]条件进行抽吸，与CRM No.64[16]抽吸条件测定结果有一定差异。

表1 雪茄主流烟气中的化学成分释放量（每克雪茄烟草释放量）Tab. 1 Components in the mainstream smoke of cigars and cigarettes (values are given for 1.0 g tobacco smoked)

2.1 常规指标

2.1.1 烟碱

雪茄烟主流烟气烟碱释放量（1.12～13.97 mg/支[12]）分布范围宽，一方面是由于雪茄烟规格多样，另外，烟碱可直接挥发进入烟气[24]，不同雪茄烟产品烟碱含量差异大也是原因之一，雪茄烟烟芯烟碱含量范 围（6.3～24.8 mg/g[25-26]）较 卷 烟（16.2～26.3 mg/g[27]）更广。雪茄烟烟碱转移率与规格有关，不似卷烟烟碱转移率较为恒定（7%～10%）[27]，小雪茄烟碱转移率（11%～16%）比大雪茄（3%～4%）高[14]。小雪茄单位TPM烟碱释放量比大雪茄略高。另外，研究者发现在ISO抽吸模式下，小雪茄单位烟支烟碱释放量与TPM显著正相关，与烟支重量、抽吸口数、滤嘴通风率及烟支长度相关性不大[26,28]。

研究表明，烟气中游离烟碱含量与劲头呈正相关[29-30]，Schmeltz等[31]通过比较雪茄烟和卷烟烟气中碱性成分的含量，指出雪茄烟和卷烟烟气的感官区别与烟气挥发相中的游离烟碱有关。雪茄烟气偏碱性，烟气中烟碱形态分布与卷烟差异较大，烟气总烟碱中游离烟碱占比较卷烟高，因而雪茄吃味强度比卷烟大。雪茄烟气较高含量的游离烟碱能通过口腔粘膜迅速吸收，使抽烟者无需吞下烟气就能得到生理满足，卷烟烟气中烟碱主要以质子化形态存在，抽吸者需将烟气吞下通过肺泡吸收获得对烟碱更高效的吸收和输送[32]。烟气中游离烟碱含量差异是雪茄抽吸习惯不同于卷烟的主要原因，这一点，在碱性更强的大雪茄上体现更为明显。

2.1.2 焦油和CO

焦油是烟草中有机物质在缺氧条件下不完全燃烧后去除烟碱和水分的总粒相物。雪茄烟包裹茄芯的茄衣和茄套透气性较差，另一方面，由于雪茄烟尺寸比卷烟大，烟芯为叶卷裹制，密度较卷烟大，抽吸时内部空气少，以上因素决定了与卷烟相比，其燃烧更不充分，焦油释放量比卷烟高[13]。国外研究者[14]制作了不同茄衣材料包裹相同茄芯的卷烟型雪茄，发现薄片茄衣样品比卷烟纸茄衣的样品焦油释放量高，验证了包裹茄芯的茄衣茄套透气度低是雪茄烟焦油释放量较高原因之一。2019年，研究者测定了中外雪茄烟气焦油释放量为26.3～201.2 mg/支[12]，较国产卷烟高（5～16 mg/支[33]），其中大雪茄焦油释放量（54.9～201.2 mg/支）显著高于早期文献报道大雪茄数据（5.1～12.3 mg/支[34]），这可能是由于以前的研究者对直径大于12 mm的大雪茄采取恒定抽吸容量（20 mL）导致结果偏低。从单位TPM焦油释放量来看，大雪茄和小雪茄释放水平接近[12]。

雪茄烟在不完全燃烧状态下，扩散进入烟支的空气少，氧化程度低，比卷烟燃烧生成更多CO，雪茄烟主流烟气CO释放量（37.3～497.4 mg/支[12]）显著高于国产卷烟（5～15 mg/支[33]）。大雪茄单位TPM释放量比小雪茄略高[12]。小雪茄在卷烟ISO抽吸模式下，CO释放量高于雪茄CRM抽吸模式[14]。另外，雪茄烟气中焦油释放量与CO释放量的相关性比卷烟小[34]。

2.2 有害成分

2.2.1 烟草特有亚硝胺（TSNA）

烟气TSNA主要来自烟叶中TSNA的直接转移，雪茄烟叶中硝酸盐、生物碱含量都较高，由于调制和发酵条件适宜，亚硝酸盐积累水平较高，亚硝酸盐与生物碱作用导致雪茄烟叶TSNA含量较高。雪茄烟叶中硝酸盐含量高，在燃吸高温下，硝酸盐热解产生大量NOx并与生物碱反应，进一步增加了烟气TSNA释放量。单位质量的卷烟型雪茄比3R4F参比卷烟（混合型）释放更多的TSNA，且TSNA释放量水平分布范围广[18]。

2.2.2 氨和氮氧化物

雪茄烟气中氨[14]和氮氧化物[13]显著高于烤烟和混合型卷烟，一方面是由于雪茄烟叶中硝酸盐含量较高，在抽吸过程中部分硝酸盐被还原成氨所致。另一方面，氨和氮氧化物的形成也与雪茄烟不完全燃烧有关[13]。氨是影响雪茄吃味强度的因素之一[31]，氨与其他含氮化合物参与了烟气吃味劲头的形成。雪茄烟气呈碱性，游离氨占氨总量比例较卷烟高，较高含量的游离氨会增加烟气的刺激性[35]，这也是雪茄烟感官不同于卷烟原因之一。

2.2.3 其他成分

雪茄单位质量多环芳烃释放量高于烤烟型卷烟，苯并芘释放量由大到小顺序为：小雪茄＞卷烟型雪茄＞卷烟[18,20]。雪茄烟中酚类物质释放量低于卷烟，这是由于烟叶中糖类是烟气中酚类的主要来源，雪茄烟叶中糖类含量较低与烟气酚类释放量较低有关[25]。另外，研究者发现卷烟型雪茄和滤嘴小雪茄无论是每口还是每支均比3R4F和1R6F参比卷烟（混合型）释放了更多的羰基化合物[36]。

2.3 香味成分

雪茄烟香韵远较卷烟丰富，2016年，Klupinski等[19]应用GC×GC-TOFMS分析技术比较美国产卷烟型雪茄和卷烟（混合型）主流烟气粒相物，前者色谱峰数量为2800～5700个，后者为1800～3800个，雪茄烟气复杂程度超过卷烟。研究者在卷烟型雪茄烟气中发现3种与卷烟（混合型）显著差异的物质，降龙涎香醚是其中之一。降龙涎香醚具有琥珀、木香、苔香香气，研究者曾在香料烟中检出该物质[37]，但还未有在烟气中检出的报道。因部分雪茄烟叶中含有赖百当类萜醇，该物质可能是由顺-冷杉醇（一种赖百当类萜醇）在烟叶调制及醇化过程发生氧化、降解和转化形成[38]。另外，有研究者发现雪茄烟气中释放较多挥发性吡啶类化合物有助于增强雪茄烟的吃味强度[17]。Bazemore 等[39]应用多维GC/MS-嗅闻仪分析技术识别美国市场上浓味和淡味雪茄产品抽吸后实验者口腔中的有味道的成分，发现两者的特征成分不同，但绝大部分为吡啶类，吡咯类物质，主要是烟碱热解产物和美拉德反应产物，香气特征为坚果、霉味、烟草、黄油、烤肉、花香等。

2.4 烟气pH

通常认为，卷烟（烤烟和混合型）烟气呈酸性（pH5.6～6.3）[30]，并随抽吸过程缓缓下降。雪茄烟中含有较多含氮化合物，糖类含量很低，燃烧生成氨、吡啶、吡咯等大量碱性物质，因此雪茄烟气大多呈碱性。

与卷烟（烤烟和混合型）烟气pH在抽吸过程中单向下降不同，雪茄烟气pH呈先降后升的规律[14]。大雪茄同卷烟型雪茄变化趋势相似，但变化幅度更陡，部分大雪茄抽吸过程中烟气pH最低值低于卷烟。研究者[26]发现卷烟型雪茄的pH变化趋势与卷烟接近，部分小雪茄在抽吸了1/3之后，烟气会变为酸性并一直保持酸性到抽吸结束，大雪茄会在抽吸了1/3之后变成酸性，2/3会变为碱性。不同抽吸段雪茄烟气pH变化情况见表2。

表2 不同类型雪茄烟气pH [13,14,17,26]Tab. 2 Comparison of the different cigar smoke pH

由于主流烟气pH 反映的是主流烟气粒相和气相物质总的酸碱平衡状态，因此能够更准确地反映卷烟的感官质量[40]。对于手卷雪茄来说，在抽吸过程味道是不断变化的，通常来说前段比较清淡、中段味道丰富醇厚、后段辛辣感增强，大部分雪茄烟气pH在抽吸过程也有比较明显的变化过程。随着抽吸雪茄烟气pH降低变为酸性，烟气更加醇和细腻，在后段，烟气pH变为碱性，因而烟气辛辣感增加。pH变化趋势在某种程度上反映了化学成分变化的复杂过程。pH决定了烟气中游离烟碱的占比，研究表明， pH在6以上才会产生游离烟碱，在pH为8时，烟气中游离烟碱含量占50%[32]。pH与游离氨含量也有密切关系，烟气pH在6.8～7.2，烟气中游离氨的含量约为总氨的0.8%，pH 在5.3～5.6，游离氨仅占0.01%[35]，因而雪茄烟气较高pH与雪茄烟气的劲头和刺激性直接相关。有研究表明卷烟烟气pH与影响综合感受的苦味、收敛、残留感、刺激感、热感呈显著正相关性[41]。雪茄烟气pH变化较卷烟复杂，不同规格雪茄烟烟气pH变化趋势对雪茄烟感官风格的影响还有待深入研究。

综上所述，雪茄烟和卷烟烟气中化学成分种类基本相同，但组成与释放量水平有较大差异。雪茄烟产品丰富多样、叶组组成、卷制特性均造成雪茄烟气成分释放量分布范围广和稳定性差，影响因素远较卷烟复杂。雪茄烟气文献有限，加上早期雪茄抽吸条件和分析方法不统一，文献报道雪茄烟气数据存在一定差异。由于卷烟型雪茄等小型雪茄在美国市场流行和抽吸难度较小等因素，国外学者对其烟气化学成分研究相对较多，大雪茄烟气成分释放量数据较为缺乏，且用于比较的卷烟主要为美国市售卷烟，以混合型居多，缺乏烤烟型卷烟的对照数据。另外，国外对雪茄烟气化学成分研究大多从监管角度出发，雪茄烟气香味成分的研究则更少且零散。雪茄制造工艺、烟支物理特性和养护环节对烟气成分的影响研究鲜有报道。近年来，复制吸烟者抽吸参数，研究雪茄烟抽吸行为对烟气释放量和生物暴露的影响[20,42-44]，开发稳定可靠的雪茄烟气分析方法[45-50]，成为国外雪茄烟气领域研究热点。随着国内雪茄烟市场快速发展，明确国产雪茄质量特征和风格特色，剖析国产雪茄烟气成分显得尤为迫切。

3 小结与展望

当前雪茄烟气研究远不如卷烟广泛和深入，分析方法标准有限、测试经验欠缺、无参比雪茄烟和雪茄烟产品自身特性等诸多因素，造成雪茄烟气分析难度大，成为当前雪茄烟气化学成分研究面临的挑战，可靠数据是开展烟气研究的前提和基础，鉴于此，CORESTA雪茄工作组成立了雪茄科学研究小组，明确雪茄烟使用模式和抽吸条件研究，标准分析方法开发和验证，参比雪茄烟的研制是未来雪茄烟重点研究方向[3]。

随着国内雪茄烟重大专项的启动，中外雪茄烟气成分差异、国产雪茄和国产卷烟烟气成分的差异、国产雪茄烟气感官质量和风格特征的物质基础均有待阐明。建议将国外雪茄烟气化学研究热点和前沿分析技术与国产雪茄烟质量评价破题需求相结合，多维度加强雪茄烟气化学成分分析和研究。①着重新分析技术的应用，开发稳定可靠雪茄烟气化学成分分析方法，积累国产雪茄烟气成分释放水平基础数据。②模拟抽吸者抽吸行为，探寻不同雪茄产品抽吸习惯差异，研究雪茄抽吸条件对烟气成分释放量及感官质量的影响。③以感官为导向，分析中外雪茄烟气成分的差异，凝练国产雪茄烟特征香吃味的烟气物质基础，建立国产雪茄烟质量评价指标体系。④系统研究雪茄烟气有害成分的形成机理，雪茄烟与卷烟烟气成分之间差异，筛选表征国产雪茄烟气安全性关键指标，建立国产雪茄烟气安全性评价指标体系。⑤研究不同产区雪茄原料、雪茄制造工艺、雪茄烟养护介质、雪茄烟物理特性对烟气化学成分和感官质量的影响。通过上述几方面研究工作的开展，为国产雪茄烟的发展提供一定理论支撑和参考依据。