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摘 要：为研究河南主产烟区烤烟单料烟主流烟气中巴豆醛释放量的变化特征，采集河南主产烟区上、中、下3个部位烤烟样本144份，采用高效液相色谱法测定单料烟主流烟气中巴豆醛的释放量，并进行聚类分析。结果表明，河南主产烟区上、中、下3个部位烟叶主流烟气中巴豆醛释放量的均值分别为21.86、23.72、23.91 μg/支，其中中部叶的变幅较大；上部叶与下部叶巴豆醛释放量差异显著，中部叶与下部叶和上部叶差异不显著；主栽的4个品种中烟叶主流烟气中巴豆醛释放量表现为秦烟96>中烟203>豫烟10号>中烟100，秦烟96与中烟100的下部叶和中部叶巴豆醛释放量存在显著差异，其他品种间及上部叶的各品种间差异不显著；根据聚类分析结果将河南产烟区烤烟主流烟气中巴豆醛释放量类型初步分为高释放型、中释放型、低释放型3大类型，高释放型主要分布在三门峡、洛阳和南阳大部分产区，中释放型主要分布在漯河、平顶山和许昌大部分产区，低释放型只有平顶山和漯河少部分产区。
关键词：河南烟区；烤烟；单料烟；主流烟气；巴豆醛；聚类分析
中图分类号：S572.01 文章编号：1007-5119（2016）02-0054-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.02.010
Abstract： In order to investigate the variation of crotonaldehyde release characteristics in mainstream smoke of Henan single grade tobacco， 144 flue-cured tobacco samples of 3 stalk positions （upper， middle and lower） were collected from the main tobacco-growing areas in Henan Province. Ccrontonaldehyde content in mainstream smoke was determined with high performance liquid chromatography and was studied by cluster analysis. The results showed that the average crontonaldehyde content in mainstream smoke in upper， middle and lower leaves were 21.86， 23.72， 23.91 μg/cig， respectively， with the middle leaves showing the largest variation. The crontonaldehyde contents in upper and lower leaves showed significant difference， while no significant difference was observed between middle leaves and lower， upper leaves. For the leaves from the same stalk position， main tobacco cultivars in the order of crontonaldehyde content in mainstream smoke were Qinyan96> Zhongyan203> Yuyan10> Zhongyan100. The crontonaldehyde contents of lower and middle leaves differed significantly between Qinyan96 and Zhongyan100， but this difference was not significant between the other varieties or between upper leaves of all the tested varieties. The results of cluster analysis suggested that crontonaldehyde contents in mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves from Henan Province could be divided into three categories （high， middle and low）， with the high release type mainly distributed in Sanmenxia， Luoyang and Nanyang most of the producing areas， the middle release type mainly distributed in Luohe， Pingdingshan， and Xuchang most of the producing areas， the low release type only distributed in Pingdingshan and small part of Luohe producing areas. This result can provide a theoretical basis for the harm reduction of cigarettes.
Keywords： Henan tobacco growing area； flue-cured tobacco； single grade tobacco； mainstream smoke； crotonaldehyde； cluster analysis 在烟草和烟气中已鉴定出数十种致癌物或辅助致癌物，卷烟烟气刺激呼吸道和眼睛，长期吸食可诱发慢性肺疾病、肺癌、食道癌等疾病的发生[1]。巴豆醛是卷烟主流烟气中主要挥发性羰基化合物中的一种，是呼吸道纤毛毒素，强烈刺激眼结膜及上呼吸道黏膜，长期吸入易引起慢性鼻炎、神经系统机能障碍[2-3]。1990年，D Hoffman和S S Hecht在《烟草致癌物和致突变物研究进展》一书中对烟气主要有害成分作了归纳，列出了12类共计43种有害成分，通称Hoffmann名单，其中巴豆醛就是其中重要的一种有害成分。同时，我国将巴豆醛列为卷烟主流烟气7种危害性指标之一[4]。降低主流烟气中巴豆醛释放量是当前卷烟减害研究的重要部分，而目前的研究多集中在巴豆醛检测方法、卷烟叶组配方、辅助材料添加剂等减害方面[5-12]，但针对不同烟区生态环境条件差异而导致单料烟巴豆醛释放量存在的差异未见报道。因此，以河南主产烟区烤烟样品为材料，通过单料烟主流烟气巴豆醛释放量的分析，以探讨河南省烟叶巴豆醛释放量的区域变化特征，旨在为有效调控卷烟主流烟气巴豆醛的含量提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
2014年在河南省6个市主产烟区平顶山（鲁山、舞钢、叶县、郏县、宝丰、汝州）、许昌（襄县、禹州）、漯河（陈庄、城区、王孟、沃城、杜曲）、三门峡（灵宝、卢氏、渑池、陕县）、洛阳（栾川、宜阳、洛宁、嵩县）、南阳（方城、内乡、社旗）的24个烤烟主产县（乡镇）采集上、中、下部位的上橘二（B2F）、中橘三（C3F）、下橘二（X2F）等级初烤烟叶样品，共144份，每份样品取样量均为3 kg，其中漯河、平顶山和许昌的供试品种为中烟100，南阳的供试品种为中烟100和豫烟10号，三门峡和洛阳的供试品种为中烟100、中烟203、秦烟96和豫烟10号。样品等级由专职评级人员按照GB2635—92烤烟标准进行等级评定。
1.2 测定方法
将烟叶样品进行回潮、切丝，然后采用统一的空烟筒用手动卷烟机将处理过的烟丝卷制成84×24 mm的卷烟作为研究对象。按照GB/T 16447—2004“烟草及烟草制品 调节和测试的大气环境”规定的条件调节卷烟样品，选取平均质量（0.90±0.02）g和平均吸阻（1000±50）Pa的烟支为合格烟支。采用YC/T1254—2008“卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定 高效液相色谱法”测定主流烟气中的巴豆醛。
1.3 数据分析
运用SPSS 19.0软件对烟叶样品数据进行统计分析[13]，统计分析方法参照试验统计方法[14]和系统聚类分析。
2 结 果
2.1 单料烟主流烟气中巴豆醛释放量分布特点
由图1可以看出，3个部位烟叶的单料烟主流烟气中巴豆醛释放量呈单峰近似正态分布曲线。其中，中部叶的分布相对靠后，其峰位于25.35～27.65 μg/支，曲线分布的区域为16.53～30.98 μg/支，跨度达14.46 μg/支；主要分布区间为20.00～28.40 μg/支，累计频率78.5%。下部叶的分布居中，其峰位于23.05～25.35 μg/支，曲线分布区域为17.67～28.74 μg/支，跨度10.97 μg/支；主要分布的区间为20.17～27.86 μg/支，其累计频率达81.3%。上部叶的分布相对靠前，其峰位于20.75～23.05 μg/支，曲线分布的区域为16.10～28.58 μg/支，跨度12.48 μg/支；主要分布区域为17.55～27.32 μg/支，累计频率达82.7%。
上、中、下3个部位单料烟主流烟气巴豆醛释放量均值分别为21.86、23.72、23.91 μg/支，标准差分别为3.34、3.86、2.72 μg/支，变异系数分别为15.30%、16.27%、11.39%。3个部位烟叶巴豆醛释放量的变异系数是中部叶>上部叶>下部叶，表明中部叶稳定性差，下部叶稳定性好。
2.2 不同部位、品种间单料烟主流烟气中巴豆醛释放量变化
由图2可知，河南主产烟区不同部位单料烟主流烟气中巴豆醛释放量下部叶>中部叶>上部叶，上部叶与下部叶巴豆醛释放量差异显著，中部叶与下部叶、上部叶未达到显著差异水平，但各部位间未达到极显著差异水平。由图3可知，河南主栽的4个品种上、中、下3个部位烟叶主流烟气中巴豆醛释放量均表现为秦烟96>中烟203>豫烟10号>中烟100。经方差分析和多重比较结果表明，秦烟96与中烟100品种间的下部叶和中部叶巴豆醛释放量差异显著，其他品种间差异不显著；各品种间上部叶巴豆醛释放量均未达到显著差异水平。
2.3 不同产烟区烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量聚类分析
采用聚类分析法对主产烟县中烟100上、中、下3个部位烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量的平均值进行系统聚类分析，图4为其谱系图。根据聚类分析结果将主产烟区单料烟巴豆醛释放量分为3种类型，各个类型的平均值如表1所示。对不同类型的3个部位烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量进行方差分析（表1），不同类型间差异达到显著水平，在上部叶中，第Ⅰ类型与第Ⅲ类型差异极显著，第Ⅱ类型与第Ⅰ类型、第Ⅲ类型未达到极显著差异水平；在中部叶和下部叶中，第Ⅰ类型与第Ⅱ类型未达到极显著差异水平，第Ⅲ类型与第Ⅰ类型、第Ⅱ类型差异极显著。
由图4和表1可知，第Ⅰ类型的烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是高释放型烟叶，主要分布在卢氏、栾川、渑池、嵩县、灵宝、舞钢、城区、叶县、洛宁、内乡、社旗、宜阳等县；上部叶巴豆醛释放量在18.25～28.58 μg/支，平均值为23.98 μg/支；中部叶巴豆醛释放量在22.32～30.98 μg/支，平均值为25.72 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在21.48～28.74 μg/支，平均值为26.07 μg/支。第Ⅱ类型烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是中释放型，主要分布在陕县、杜曲、王孟、汝州、陈庄、方城、禹州、宝丰、襄县等县；上部叶中巴豆醛释放量在17.39～25.61 μg/支，平均值为21.74 μg/支；中部叶中巴豆醛释放量在18.96～27.57 μg/支，平均值为24.41 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在19.26～27.94 μg/支，平均值为24.34 μg/支。第Ⅲ类型烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是低释放型烟叶，主要分布在郏县、沃城、鲁山等县；上部叶中巴豆醛释放量在16.10～21.57 μg/支，平均值为19.85 μg/支；中部叶中巴豆醛释放量在16.53～24.61 μg/支，平均值为21.02 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在17.67～25.70 μg/支，平均值为21.32 μg/支。 3 讨 论
卷烟主流烟气中羰基化合物小部分是通过蒸馏从烟叶中转移来的，由非酶促棕色化反应产生，大部分是烟叶自身组分裂解燃烧过程中形成的，主要包括糖、果胶、纤维素等碳水化合物[15-18]。河南主产烟区烤烟单料烟主流烟气中巴豆醛释放量因烟叶部位不同其含量不同，上部叶释放量最低，中部叶次之，下部叶最高；中部叶的变幅大，稳定性差；上部叶与下部叶巴豆醛释放量差异显著，中部叶与下部叶、上部叶差异不显著。Waka Tarora等[19]在烟叶中加入（氨基酸、胺盐等）添加剂可抑制烟气中羰基化合物的产生，表明巴豆醛等在内的羰基化合物的产生与糖类和含氮化合物有关。闫洪洋等[20]不同部位间糖类含量表现为中部叶>下部叶>上部叶，含氮化合物表现为上部叶>中部叶>下部叶。巴豆醛作为羰基化合物中的表征物质，其释放量在不同部位和品种间存在差异，可能与烟叶化学成分含量差异有关。中部叶巴豆醛释放量变幅大，可能因为中部叶糖含量高，含氮化合物居中；上部叶巴豆醛释放量最低，可能因为糖含量低，含氮化合物高；杜咏梅等[21]研究表明，茄尼酮含量与烟气安全指标呈极显著相关；影响巴豆醛释放量的原因还有待进一步研究。
主栽的4个品种中3个部位烟叶主流烟气中巴豆醛释放量均表现为秦烟96>中烟203>豫烟10号>中烟100，下部叶和中部叶的秦烟96与中烟100品种间在统计学上存在显著差异，而上部叶各品种间不存在显著差异。此结果有可能是烟叶品种间化学成分含量差异所致，也有可能是栽培技术措施等的影响存在差异，有待进一步研究。
利用系统聚类分析方法将河南主产烟区烤烟中烟100单料烟主流烟气中巴豆醛释放量类型初步分为高释放型、中释放型、低释放型3大类型，不同烟区生态环境条件和栽培措施，各类型巴豆醛释放量差异显著；高释放型较多，主要分布在三门峡、洛阳和南阳大部分产区，平顶山和漯河少部分产区；中释放型主要分布在漯河、平顶山和许昌大部分产区，三门峡少部分产区；低释放型产区较少，只有平顶山和漯河部分产区。不同产区烤烟主流烟气中巴豆醛释放量不同，这种结果有可能是受生态环境和栽培措施不同的影响。
参考文献
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关键词：河南烟区；烤烟；单料烟；主流烟气；巴豆醛；聚类分析
中图分类号：S572.01 文章编号：1007-5119（2016）02-0054-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.02.010
Abstract： In order to investigate the variation of crotonaldehyde release characteristics in mainstream smoke of Henan single grade tobacco， 144 flue-cured tobacco samples of 3 stalk positions （upper， middle and lower） were collected from the main tobacco-growing areas in Henan Province. Ccrontonaldehyde content in mainstream smoke was determined with high performance liquid chromatography and was studied by cluster analysis. The results showed that the average crontonaldehyde content in mainstream smoke in upper， middle and lower leaves were 21.86， 23.72， 23.91 μg/cig， respectively， with the middle leaves showing the largest variation. The crontonaldehyde contents in upper and lower leaves showed significant difference， while no significant difference was observed between middle leaves and lower， upper leaves. For the leaves from the same stalk position， main tobacco cultivars in the order of crontonaldehyde content in mainstream smoke were Qinyan96> Zhongyan203> Yuyan10> Zhongyan100. The crontonaldehyde contents of lower and middle leaves differed significantly between Qinyan96 and Zhongyan100， but this difference was not significant between the other varieties or between upper leaves of all the tested varieties. The results of cluster analysis suggested that crontonaldehyde contents in mainstream smoke of flue-cured tobacco leaves from Henan Province could be divided into three categories （high， middle and low）， with the high release type mainly distributed in Sanmenxia， Luoyang and Nanyang most of the producing areas， the middle release type mainly distributed in Luohe， Pingdingshan， and Xuchang most of the producing areas， the low release type only distributed in Pingdingshan and small part of Luohe producing areas. This result can provide a theoretical basis for the harm reduction of cigarettes.
Keywords： Henan tobacco growing area； flue-cured tobacco； single grade tobacco； mainstream smoke； crotonaldehyde； cluster analysis 在烟草和烟气中已鉴定出数十种致癌物或辅助致癌物，卷烟烟气刺激呼吸道和眼睛，长期吸食可诱发慢性肺疾病、肺癌、食道癌等疾病的发生[1]。巴豆醛是卷烟主流烟气中主要挥发性羰基化合物中的一种，是呼吸道纤毛毒素，强烈刺激眼结膜及上呼吸道黏膜，长期吸入易引起慢性鼻炎、神经系统机能障碍[2-3]。1990年，D Hoffman和S S Hecht在《烟草致癌物和致突变物研究进展》一书中对烟气主要有害成分作了归纳，列出了12类共计43种有害成分，通称Hoffmann名单，其中巴豆醛就是其中重要的一种有害成分。同时，我国将巴豆醛列为卷烟主流烟气7种危害性指标之一[4]。降低主流烟气中巴豆醛释放量是当前卷烟减害研究的重要部分，而目前的研究多集中在巴豆醛检测方法、卷烟叶组配方、辅助材料添加剂等减害方面[5-12]，但针对不同烟区生态环境条件差异而导致单料烟巴豆醛释放量存在的差异未见报道。因此，以河南主产烟区烤烟样品为材料，通过单料烟主流烟气巴豆醛释放量的分析，以探讨河南省烟叶巴豆醛释放量的区域变化特征，旨在为有效调控卷烟主流烟气巴豆醛的含量提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
2014年在河南省6个市主产烟区平顶山（鲁山、舞钢、叶县、郏县、宝丰、汝州）、许昌（襄县、禹州）、漯河（陈庄、城区、王孟、沃城、杜曲）、三门峡（灵宝、卢氏、渑池、陕县）、洛阳（栾川、宜阳、洛宁、嵩县）、南阳（方城、内乡、社旗）的24个烤烟主产县（乡镇）采集上、中、下部位的上橘二（B2F）、中橘三（C3F）、下橘二（X2F）等级初烤烟叶样品，共144份，每份样品取样量均为3 kg，其中漯河、平顶山和许昌的供试品种为中烟100，南阳的供试品种为中烟100和豫烟10号，三门峡和洛阳的供试品种为中烟100、中烟203、秦烟96和豫烟10号。样品等级由专职评级人员按照GB2635—92烤烟标准进行等级评定。
1.2 测定方法
将烟叶样品进行回潮、切丝，然后采用统一的空烟筒用手动卷烟机将处理过的烟丝卷制成84×24 mm的卷烟作为研究对象。按照GB/T 16447—2004“烟草及烟草制品 调节和测试的大气环境”规定的条件调节卷烟样品，选取平均质量（0.90±0.02）g和平均吸阻（1000±50）Pa的烟支为合格烟支。采用YC/T1254—2008“卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定 高效液相色谱法”测定主流烟气中的巴豆醛。
1.3 数据分析
运用SPSS 19.0软件对烟叶样品数据进行统计分析[13]，统计分析方法参照试验统计方法[14]和系统聚类分析。
2 结 果
2.1 单料烟主流烟气中巴豆醛释放量分布特点
由图1可以看出，3个部位烟叶的单料烟主流烟气中巴豆醛释放量呈单峰近似正态分布曲线。其中，中部叶的分布相对靠后，其峰位于25.35～27.65 μg/支，曲线分布的区域为16.53～30.98 μg/支，跨度达14.46 μg/支；主要分布区间为20.00～28.40 μg/支，累计频率78.5%。下部叶的分布居中，其峰位于23.05～25.35 μg/支，曲线分布区域为17.67～28.74 μg/支，跨度10.97 μg/支；主要分布的区间为20.17～27.86 μg/支，其累计频率达81.3%。上部叶的分布相对靠前，其峰位于20.75～23.05 μg/支，曲线分布的区域为16.10～28.58 μg/支，跨度12.48 μg/支；主要分布区域为17.55～27.32 μg/支，累计频率达82.7%。
上、中、下3个部位单料烟主流烟气巴豆醛释放量均值分别为21.86、23.72、23.91 μg/支，标准差分别为3.34、3.86、2.72 μg/支，变异系数分别为15.30%、16.27%、11.39%。3个部位烟叶巴豆醛释放量的变异系数是中部叶>上部叶>下部叶，表明中部叶稳定性差，下部叶稳定性好。
2.2 不同部位、品种间单料烟主流烟气中巴豆醛释放量变化
由图2可知，河南主产烟区不同部位单料烟主流烟气中巴豆醛释放量下部叶>中部叶>上部叶，上部叶与下部叶巴豆醛释放量差异显著，中部叶与下部叶、上部叶未达到显著差异水平，但各部位间未达到极显著差异水平。由图3可知，河南主栽的4个品种上、中、下3个部位烟叶主流烟气中巴豆醛释放量均表现为秦烟96>中烟203>豫烟10号>中烟100。经方差分析和多重比较结果表明，秦烟96与中烟100品种间的下部叶和中部叶巴豆醛释放量差异显著，其他品种间差异不显著；各品种间上部叶巴豆醛释放量均未达到显著差异水平。
2.3 不同产烟区烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量聚类分析
采用聚类分析法对主产烟县中烟100上、中、下3个部位烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量的平均值进行系统聚类分析，图4为其谱系图。根据聚类分析结果将主产烟区单料烟巴豆醛释放量分为3种类型，各个类型的平均值如表1所示。对不同类型的3个部位烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量进行方差分析（表1），不同类型间差异达到显著水平，在上部叶中，第Ⅰ类型与第Ⅲ类型差异极显著，第Ⅱ类型与第Ⅰ类型、第Ⅲ类型未达到极显著差异水平；在中部叶和下部叶中，第Ⅰ类型与第Ⅱ类型未达到极显著差异水平，第Ⅲ类型与第Ⅰ类型、第Ⅱ类型差异极显著。
由图4和表1可知，第Ⅰ类型的烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是高释放型烟叶，主要分布在卢氏、栾川、渑池、嵩县、灵宝、舞钢、城区、叶县、洛宁、内乡、社旗、宜阳等县；上部叶巴豆醛释放量在18.25～28.58 μg/支，平均值为23.98 μg/支；中部叶巴豆醛释放量在22.32～30.98 μg/支，平均值为25.72 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在21.48～28.74 μg/支，平均值为26.07 μg/支。第Ⅱ类型烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是中释放型，主要分布在陕县、杜曲、王孟、汝州、陈庄、方城、禹州、宝丰、襄县等县；上部叶中巴豆醛释放量在17.39～25.61 μg/支，平均值为21.74 μg/支；中部叶中巴豆醛释放量在18.96～27.57 μg/支，平均值为24.41 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在19.26～27.94 μg/支，平均值为24.34 μg/支。第Ⅲ类型烟叶单料烟主流烟气中巴豆醛释放量是低释放型烟叶，主要分布在郏县、沃城、鲁山等县；上部叶中巴豆醛释放量在16.10～21.57 μg/支，平均值为19.85 μg/支；中部叶中巴豆醛释放量在16.53～24.61 μg/支，平均值为21.02 μg/支；下部叶中巴豆醛释放量在17.67～25.70 μg/支，平均值为21.32 μg/支。 3 讨 论
卷烟主流烟气中羰基化合物小部分是通过蒸馏从烟叶中转移来的，由非酶促棕色化反应产生，大部分是烟叶自身组分裂解燃烧过程中形成的，主要包括糖、果胶、纤维素等碳水化合物[15-18]。河南主产烟区烤烟单料烟主流烟气中巴豆醛释放量因烟叶部位不同其含量不同，上部叶释放量最低，中部叶次之，下部叶最高；中部叶的变幅大，稳定性差；上部叶与下部叶巴豆醛释放量差异显著，中部叶与下部叶、上部叶差异不显著。Waka Tarora等[19]在烟叶中加入（氨基酸、胺盐等）添加剂可抑制烟气中羰基化合物的产生，表明巴豆醛等在内的羰基化合物的产生与糖类和含氮化合物有关。闫洪洋等[20]不同部位间糖类含量表现为中部叶>下部叶>上部叶，含氮化合物表现为上部叶>中部叶>下部叶。巴豆醛作为羰基化合物中的表征物质，其释放量在不同部位和品种间存在差异，可能与烟叶化学成分含量差异有关。中部叶巴豆醛释放量变幅大，可能因为中部叶糖含量高，含氮化合物居中；上部叶巴豆醛释放量最低，可能因为糖含量低，含氮化合物高；杜咏梅等[21]研究表明，茄尼酮含量与烟气安全指标呈极显著相关；影响巴豆醛释放量的原因还有待进一步研究。
主栽的4个品种中3个部位烟叶主流烟气中巴豆醛释放量均表现为秦烟96>中烟203>豫烟10号>中烟100，下部叶和中部叶的秦烟96与中烟100品种间在统计学上存在显著差异，而上部叶各品种间不存在显著差异。此结果有可能是烟叶品种间化学成分含量差异所致，也有可能是栽培技术措施等的影响存在差异，有待进一步研究。
利用系统聚类分析方法将河南主产烟区烤烟中烟100单料烟主流烟气中巴豆醛释放量类型初步分为高释放型、中释放型、低释放型3大类型，不同烟区生态环境条件和栽培措施，各类型巴豆醛释放量差异显著；高释放型较多，主要分布在三门峡、洛阳和南阳大部分产区，平顶山和漯河少部分产区；中释放型主要分布在漯河、平顶山和许昌大部分产区，三门峡少部分产区；低释放型产区较少，只有平顶山和漯河部分产区。不同产区烤烟主流烟气中巴豆醛释放量不同，这种结果有可能是受生态环境和栽培措施不同的影响。
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