加热不燃烧卷烟烟气降温技术研究进展

加热不燃烧卷烟（加热烟草制品）以其抽吸质量与抽吸习惯与传统卷烟类似、释放有害成分少、无阴燃等特点而受到市场青睐。针对其入口烟气温度过高这一技术难题,本文汇总与分析了近年来的加热不燃烧卷烟烟气降温技术相关专利,总结了降温材料和降温结构的应用问题,展望了加热不燃烧卷烟降温技术的发展方向。      

加热卷烟气溶胶化学成分分析研究进展

加热卷烟气溶胶是烟草材料在低温加热后形成的悬浮液滴, 由于没有燃烧行为, 导致加热卷烟气溶胶的物理、化学性质与传统卷烟烟气存在较大的差异, 因此研究传统卷烟烟气的方法不能直接用于加热卷烟气溶胶研究。鉴于此, 本文结合近几年加热卷烟气溶胶研究工作文献, 归纳总结了目前加热卷烟气溶胶化学成分分析常用的抽吸模式、捕集方法和分析检测技术, 为建立更加精准高效的加热卷烟气溶胶检测和质量控制提供参考。      

加热不燃烧卷烟气溶胶研究进展

综述了加热不燃烧卷烟气溶胶的化学成分和毒理学评价及加热不燃烧状态下烟叶或烟草材料的热解情况。要点如下:①加热不燃烧卷烟气溶胶主要由甘油、水、烟碱和较少潜在有害物质（HPHCs）组成,其中气溶胶中挥发性成分、苯并芘、TSNAs、酚类化合物、苯乙烯等相对于传统卷烟降低80%以上。②加热不燃烧卷烟气溶胶生理毒性低于传统卷烟。③加热不燃烧状态下例如250~550℃之间,烟碱释放速率随温度升高而减慢,而二氧化碳和一氧化碳释放速率随温度升高而增快。      

两种抽吸模式下电加热不燃烧卷烟烟气气溶胶的粒径分布

为研究电加热不燃烧卷烟烟气气溶胶的粒径分布特性,采用DMS500快速粒径谱仪和模拟循环吸烟机,考察了加拿大深度抽吸(HCI)和ISO抽吸模式下电加热不燃烧卷烟烟气气溶胶的粒径分布。结果表明:(1)烟气稀释比为350∶1时测定结果的重现性好。(2)HCI和ISO两种抽吸模式下IQOS加热不燃烧卷烟烟气气溶胶的粒径分布均呈近似对数正态分布,且主要分布在20~200 nm;逐口烟气浓度均先逐渐增加后趋于稳定,HCI抽吸模式下烟气浓度明显高于ISO抽吸模式;逐口粒数中值直径(CMD)均先略微增加后趋于稳定,全部口数的平均CMD分别为50.2和58.5 nm。(3)ISO抽吸模式下,IQOS卷烟烟气气溶胶浓度明显高于glo卷烟,但glo卷烟烟气气溶胶粒径分布范围大于IQOS卷烟;二者气溶胶的CMD相近。加热不燃烧卷烟烟气气溶胶粒径稍大于电子烟,但明显小于传统卷烟;CMD、烟气浓度的逐口变化趋势也与传统卷烟和电子烟存在差异。     

加热不燃烧烟草制品发展现状及展望

为使我国科研技术人员把握国际烟草企业新型烟草制品中加热不燃烧产品的特点和技术走向,对目前市场上销售及在研的加热不燃烧烟草制品进行总结和分析,并着重对加热不燃烧烟草制品烟气化学的安全性进行了综述。结果表明:在新型烟草制品领域,专利数据显示三大跨国烟草企业（菲莫烟草、英美烟草及日本烟草）更注重在加热不燃烧烟草制品方面的技术开发, 尤其是菲莫烟草;烟气化学对比分析表明加热不燃烧烟草制品是行业未来最具发展潜力的热点;在加热不燃烧烟草制品技术领域,电加热型（含混合型）在口感和降低有害成分释放方面优于碳加热型;相比于纯电加热型产品,混合型产品的有害成分释放量更低。      

加热不燃烧卷烟产品主流烟气中香味成分的比较

为考察加热不燃烧卷烟产品的香味成分释放情况,对市场占有率较高的3款产品进行抽吸,并采用GC/MS对主流烟气中的香味成分进行了分析,结果表明:(1) 3款产品抽吸时单位口数下酸性香味成分的释放量相对较低,中性及碱性香味成分释放量相对较高;(2)各产品单位口数下的香味成分释放总量为ILG;(3)与传统卷烟的典型香味成分比较,加热不燃烧卷烟烟气中来源于烟草本身的香气质及香气量均较低,且在烤烟型传统卷烟的特征香韵方面比较薄弱,可通过向烟支原料中增加烟草提取物,或者添加具有烘焙香、烟熏香味道的香精香料加以改善。     

温度对加热非燃烧卷烟烟熏香成分释放的影响

为考察温度对加热非燃烧卷烟(HnB)烟熏香成分释放的影响,研究了3种HnB烟气中26种烟熏香成分的释放量,并与传统卷烟进行了比较;在不同温度下加热HnB的烟草材料,并对产生的烟熏香成分种类和释放量进行了分析。结果表明:(1)HnB主流烟气中烟熏香成分的种类少于传统卷烟,释放量也低于传统卷烟。(2)随着加热温度的升高,HnB烟草材料释放的烟熏香成分种类和释放量均显著增加。(3)从烟熏香成分释放量随加热温度升高的增加速率看,加热温度升高至250℃时,愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚和异丁香酚等成分的释放量增加较快,加热温度升高至300℃~350℃时,苯酚、邻甲酚等成分的释放量显著增加。HnB烟气中的烟熏香成分构成与传统卷烟存在明显差异,而加热温度是影响HnB烟草材料烟熏香成分释放的关键因素。     

新型烟草制品毒理学评价研究进展

为了解新型烟草制品的健康风险评估进展,对加热非燃烧型烟草制品、无烟气烟草制品和电子烟三类新型烟草制品的毒理学评价研究进行了综述。临床前毒理学评价是新型烟草制品健康风险评估程序中一个重要组成部分。1碳加热型和电加热型卷烟的毒理学评价方法包括细菌致突变试验、染色体畸变分析、姊妹染色单体交换试验、细胞毒性试验、DNA损伤分析、胞内相关酶分析等体外试验,以及皮肤涂抹致肿瘤、烟气吸入动物模型实验。加热非燃烧型卷烟的毒性低于传统卷烟。2无烟气烟草制品的毒理学评价方法包括Ames试验、细胞毒性试验、细胞增殖试验、细胞凋亡试验、染色体畸变分析、姊妹染色体交换试验、微核分析等体外测试,以及动物模型实验。无烟气烟草制品对人体健康有不利影响。3电子烟临床前毒理学评价研究较少。因此,发展一系列适合不同类型烟草制品的体外、体内毒理学测试方法,科学、客观、全面地评价新型烟草制品的健康影响,将成为我国烟草相关风险评估工作的重要内容之一。     

加热不燃烧卷烟烟草材料的特性分析

为了深入了解不同工艺制备的加热不燃烧(HNB)卷烟烟草材料的特点及其对卷烟制品特性的影响,从化学成分分析、热裂解分析及热重分析等方面对辊压法、稠浆法、造纸法、干法制备的4种烟草原味加热不燃烧卷烟的烟草材料进行了剖析。结果表明:①辊压法、稠浆法制备的烟草材料纤维含量较低,结构紧密;造纸法、干法制备的烟草材料纤维含量高,结构相对疏松。②不同工艺加热不燃烧卷烟烟草材料的水分含量差异不大,烟碱含量为6.68～13.56mg/g;甘油含量明显高于丙二醇,且远远高于传统卷烟。③烟草材料裂解香气释放量随裂解温度的升高呈现先升高后下降,在270℃达到峰值后又缓慢降低的趋势,裂解香气成分各有特点。④加热不燃烧卷烟烟草材料的热失重均分为4个阶段,且以第2、第3阶段为主,烟草材料的热失重情况存在一定差异。     

两种抽吸模式下加热不燃烧卷烟主流烟气释放物分析

为研究加热不燃烧卷烟主流烟气中有害成分的释放量,以11个iQOS和3个glo加热不燃烧卷烟产品为对象,研究了ISO抽吸模式和加拿大深度抽吸(HCl)模式下主流烟气中有害成分(焦油、烟碱、CO、HCN、NNK、NNN、NH_3、B[a]P、苯酚、巴豆醛、甲醛、乙醛、丙烯醛、1,3-丁二烯和苯)以及水分、丙二醇和丙三醇释放的规律。结果表明:(1)加热不燃烧卷烟气溶胶捕集物释放总量较高,且主要成分为水(质量分数约70%),远高于传统卷烟;(2)iQOS和glo卷烟的主流烟气有害成分中除NNK、NH3和巴豆醛释放量与传统卷烟相当以外,其他成分远低于传统卷烟;(3)11个iQOS样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为1.3和9.8 mg,释放量受抽吸模式的影响较大;3个glo样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为2.9和7.0 mg,与常规卷烟在两种抽吸模式下的释放规律一致。     

加热不燃烧卷烟气溶胶中主要成分的转移行为

为探讨加热不燃烧卷烟气溶胶主要成分的转移行为,研究了不同加热不燃烧卷烟烟草材料、气溶胶及滤嘴中1,2-丙二醇、丙三醇、烟碱及部分香味成分的质量及转移情况。结果表明:①不同加热不燃烧卷烟中1,2-丙二醇、丙三醇、烟碱和香味成分转移率的差异较大,转移率范围分别为7.7%～50.0%、2.9%～16.1%、10.6%～34.3%和1.5%～1 290.0%,该差异主要与其释放效率和滤嘴截留率有关;②1,2-丙二醇从烟草材料释放出的效率较高(56.7%～89.2%),丙三醇的释放效率较低(6.9%～40.7%),烟碱的释放效率介于1,2-丙二醇和丙三醇之间(37.1%～82.5%),且随加热功率升高,1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱的释放效率逐渐提高;③香味成分释放效率的范围为13.2%～5 403.6%,可能与加热抽吸过程中其他物质的转化有关;④滤嘴对1,2-丙二醇、丙三醇、烟碱和香味成分的截留作用较强,截留率范围为35.0%～98.6%,可能与滤嘴的结构、材质和长度有关;⑤改变加热不燃烧卷烟的加热方式、烟草材料特性、滤嘴类型和结构可有效调控加热不燃烧卷烟中1,2-丙二醇、丙三醇、烟碱和香味成分向气溶胶中的转移。     

反相二维液相色谱法测定不同烟草制品烟草和烟气中烟碱异构体比值

为研究加热卷烟和传统卷烟烟碱异构体向主流烟气转移的差异性,建立了基于Trap柱捕获-中心切割的反相二维液相色谱法并分离分析传统卷烟和加热卷烟烟草、烟气中S-(-)-烟碱和R-(+)-烟碱异构体。采用所建立的方法研究了加拿大深度抽吸模式下,在加热卷烟和传统卷烟主流烟气中两种烟碱异构体释放量比值(R/S)的差异。结果表明:①传统卷烟烟草中的R/S约在0.16%~0.35%之间,与中心加热卷烟相当,而周向加热卷烟烟草中的R/S明显低于传统卷烟和中心加热卷烟。②传统卷烟主流烟气中的R/S明显高于加热卷烟,而中心加热卷烟主流烟气中的R/S高于周向加热卷烟;烟气中的R/S与加热卷烟和传统卷烟的使用温度有关。      

加热非燃烧型烟草制品剖析

为了解加热非燃烧型烟草制品的特点,从烟支结构、烟草材料、烟气释放等方面剖析了2种加热非燃烧型烟草制品。结果表明:①产品A和B均主要由热源、烟气产生和烟气冷凝3部分构成。②2种产品中产生烟气的烟草材料均为再造烟叶,其中甘油的质量分数均较高,烟碱总质量分数均明显低于传统卷烟烟叶原料,且主要为游离烟碱。产品A冷凝腔的再造烟叶进行了明显的加香处理,产品B的再造烟叶中明显添加了多种呈烟熏香韵的酚类化合物。③产品A的热源温度最高可超过500℃,部分再造烟叶发生了燃烧;产品B的热源温度为300℃左右,不会引起再造烟叶燃烧。④2种产品的烟气焦油释放量均显著低于传统卷烟,产品A的烟气中检出大量甘油酯,产品B的烟气中糖类裂解成分及水分的释放量较高。     

基于人体吸入和呼出烟气气溶胶粒径分布的气溶胶呼吸道沉降研究

为了考察烟气气溶胶在人体呼吸道的沉降特征,采用吸烟循环模拟机-快速粒径谱仪(SCS-DMS),基于志愿者实际抽吸曲线,对人体抽吸卷烟、加热卷烟和电子烟的吸入和呼出烟气气溶胶粒径分布进行在线表征,并采用多路径粒子剂量模型(MPPD),模拟研究了3类烟草制品的烟气气溶胶在人体呼吸道的沉降情况。结果表明:①在志愿者吸入和呼出过程中,卷烟、加热卷烟和电子烟烟气气溶胶的粒径增长因子分别为1.25~1.40、1.52~2.03和1.44~2.43。②不同类型样品的烟气气溶胶在呼吸道各部位的沉降系数为卷烟＜加热卷烟＜电子烟。③3类样品的烟气气溶胶在人体呼吸道不同部位的沉降系数均为口腔 < 气管支气管 < 肺部。④在右下肺叶的沉降系数相对较高,在肺部的最大沉降系数出现在第19~22级气管。      

加热卷烟芯基材料热性能及气溶胶释放特性分析研究进展

芯基材料是加热卷烟烟碱及香味成分的来源,加热卷烟烟草薄片是目前最常用的加热卷烟芯基材料,烟草薄片生产工艺主要有造纸法、干法造纸法、稠浆法和辊压法等,与传统卷烟烟草薄片相比,加热卷烟烟草薄片在理化特性和感官质量方面均存在较大差异。加热卷烟以低温加热方式供吸烟者抽吸,其气溶胶的释放特性也与传统卷烟有显著差异。本文结合近几年加热卷烟芯基材料研究工作,从制造工艺、热性能和气溶胶释放特性分析3个方面对加热卷烟芯基材料进行综述,为加热卷烟产品的设计开发和品质提升提供参考。     

加热烟草制品(HTPs)气溶胶成分的MD-GC/MS分析

  目的  了解加热烟草制品（HTPs）气溶胶成分特点。  方法  采用中心切割二维气相色谱-质谱法,对17个典型的HTPs气溶胶成分进行了分析。  结果  （1）HTPs气溶胶的主要成分与普通卷烟烟气相近,但释放量较低,其中66.7%的成分种类在HTPs气溶胶中的每口释放量小于卷烟烟气释放量的10%;（2）HTPs气溶胶中占比最高的成分为甘油（35.8%）,烟碱（25.7%）,1, 2-丙二醇（10.8%）,乙酸（3.1%）,糠醛（3.1%）等;苯甲醇、苯乙醇、茄酮、新植二烯等成分释放量与卷烟烟气较为接近;（3）不同种类HTPs气溶胶主要成分基本一致,但含氧裂解产物和酚类物质的释放量差别较大。      

GC-TCD法同时检测加热不燃烧卷烟烟草材料中的水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇

为准确检测加热不燃烧卷烟烟草材料中的主要成分,以正丁醇和1,3-丁二醇为内标,以甲醇为溶剂振荡萃取,建立了同时检测加热不燃烧卷烟烟草材料中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇含量(质量分数)的气相色谱-热导检测器(GC-TCD)方法,并采用该方法测定了6个加热不燃烧卷烟烟草材料样品。结果表明:(1)方法的回收率为95.18%～100.80%,相对标准偏差(RSD)为0.56%～1.27%,4种目标物的检出限为0.10～1.02 mg/g。(2)所测样品中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的含量分别为90.27～119.63、0.33～2.41、14.54～15.14和130.93～143.83 mg/g。该方法简单、灵敏、准确,适用于加热不燃烧卷烟烟草材料中4种主要成分的同时测定。     

GC-TCD法同时检测加热不燃烧卷烟气溶胶水分,及烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的释放量

为同时检测加热不燃烧卷烟气溶胶中的水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇,以1,3-丁二醇和正丁醇为内标,建立了气相色谱-热导检测器(GC-TCD)分析方法。采用含两种内标的异丙醇溶液对捕集了加热不燃烧卷烟总粒相物的剑桥滤片振荡萃取40 min,然后进行GC-TCD定量分析,并采用该方法测定了4个加热不燃烧卷烟样品的气溶胶成分。结果表明:①该方法能够同时测定加热不燃烧卷烟气溶胶萃取液中低浓度的烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯、薄荷醇和高浓度的水分;②水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的定量限分别为0.630、0.031、0.059、0.035、0.046和0.048 mg/支,加标回收率在95.1%～109.2%之间,相对标准偏差在1.77%～4.28%之间。该方法适用于加热不燃烧卷烟气溶胶主要成分的同时定量检测。     

烟草烟气中有害成分定量危险评定的研究进展

危险评定方法已广泛用于烟草工业、政府和学术机构等领域,该方法是通过综合考虑烟草制品和卷烟烟气中有害成分的含量或释放量、有害成分毒理学资料和吸烟者暴露情况等,评定暴露烟草烟气有害成分后的危险概率。基于化合物危险评定的理念,根据各成分的危险度排序,为烟草的管控提供一种科学的评价方法。本文综述了国际上近年来通用的化合物危险评定方法的发展历程,及采用此方法对烟草制品和卷烟烟气有害成分进行定量评价的研究进展。     

国内加热不燃烧型卷烟专利技术统计分析

为使我国烟草行业相关科技人员准确把握加热不燃烧型卷烟研发的技术特点,对国家知识产权局1985—2016年公开公告的有关加热不燃烧型卷烟专利进行了检索和统计分析。结果表明:(1)1985—2016年国家知识产权局共公开972件加热不燃烧型卷烟专利,其中电加热型卷烟专利占75%以上,是目前加热不燃烧型卷烟专利的主流。(2)菲利浦·莫里斯烟草公司在加热不燃烧型卷烟方面申请专利数量最多;国内烟草行业在该领域专利技术研发取得了长足进步,专利总量远超国外烟草公司和其他专利申请人,成为加热不燃烧型卷烟领域专利技术研发的主体。(3)电加热型卷烟专利研发热点和布局重点是加热段结构改进、烟草配方及添加剂优化、加热效果和感官质量提高等方面;燃料加热型卷烟专利研发热点和布局重点是烟草配方及添加剂优化、热源技术和加热段结构改进、感官质量和加热效果提高方面;理化反应加热型卷烟专利研发重点是烟草配方及添加剂优化、加热段结构改进和感官质量提高方面。