電子煙作為一種新型煙草制品，逐漸成為全球年輕消費者的時尚選擇，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。為規(guī)范電子煙的行業(yè)發(fā)展，2022年4月8日發(fā)布了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 41700-2022《電子煙》，其中對電子煙用包裝材料的安全性進(jìn)行了明確規(guī)定，要求對與口腔、霧化物和電子煙釋放物接觸的材料應(yīng)符合 GB 4806.1、GB 4806.3~GB 4806.11等食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1.背景
在電子煙發(fā)展初期，多使用玻璃纖維繩作為霧化導(dǎo)油材料[1-2]，由于該材料不吸收煙油且容易產(chǎn)生絮狀物，這些絮狀物有可能進(jìn)入消費者的肺部而影響人體健康，因此玻璃纖維繩用于電子煙霧化芯已逐漸減少；而棉芯因具有儲油量大、導(dǎo)油性好、還原度高、煙味飽滿真實、煙霧濃密和口感更佳等優(yōu)點，現(xiàn)已開始用于部分電子煙產(chǎn)品中的霧化芯。
但棉芯本身的化學(xué)成分比較復(fù)雜，且作為霧化芯這種直接接觸高溫?zé)熡秃蜔熿F的部件時，對安全性的評估尚未見有系統(tǒng)性的研究報道，已有研究主集中在電子煙器件中不同器件和條件對氣溶膠中縮水甘油、丙烯醛、苯、無機(jī)元素、煙堿和酚類等有毒有害化學(xué)成分釋放量的影響。因此，亟需建立一種高效、快速、高通量的定性和定量分析方法，并在此基礎(chǔ)上對棉芯的安全風(fēng)險進(jìn)行研究。
2.研究內(nèi)容
【樣品】 電子煙霧化芯用棉芯樣品A（天然纖維）、樣品B（人造纖維）。
【技術(shù)手段】全二維氣相色譜串聯(lián)四極桿飛行時間高分辨質(zhì)譜（Two-dimensional gas chromatography-tandem quadrupole time-of-flight high-resolution mass spectrometry，GC×GC?QTOF?MS）具有峰容量大、靈敏度和分辨率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境等領(lǐng)域?qū)]發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行非靶向篩查[13-14]；超高效液相色譜?四極桿飛行時間高分辨質(zhì)譜（Ultra-performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight high-resolution mass spectrometry，UPLC?QTOF?MS）可提供關(guān)于化合物母離子和子離子的豐富的結(jié)構(gòu)信息，被視為不揮發(fā)性未知物篩查和定性分析的有力手段。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP?MS）可有效避免光譜干擾，可同時檢測多種無機(jī)元素，檢測低限可達(dá)痕量級水平。
為了對電子煙產(chǎn)品中的棉芯進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管控，本研究中使用上述3種技術(shù)分別對電子煙用棉芯本身，以及在使用過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性、半揮發(fā)性和不揮發(fā)性化學(xué)成分及元素進(jìn)行非靶向篩查和分析，考察其是否釋放潛在的風(fēng)險化學(xué)成分而影響人體健康，旨在為對棉芯的安全性風(fēng)險評估提供技術(shù)支撐。
3.研究結(jié)果
無機(jī)元素檢測結(jié)果
在樣品B中檢出Ti，檢出量為3 170 mg/kg；樣品A中則未檢出。推測Ti可能來源于無紡布中添加TiO2所導(dǎo)致。添加TiO2可增強(qiáng)無紡布的力學(xué)性能。
有機(jī)物檢測結(jié)果
在A與B兩款棉芯樣品中總共檢出了72種有機(jī)物，其中大部分是揮發(fā)性有機(jī)物，半揮發(fā)和不揮發(fā)的組分較少。通過Classyfire工具（https://cfb.fiehnlab.ucdavis.edu）將檢測出的所有組分分成8類。
如圖1所示，脂類和類脂類化學(xué)成分（Lipids and lipid-like molecules在樣品A和B中檢出最多，分別有17和16種，分別占檢出成分總數(shù)的33.3%和29.6%。
樣品A中的含氧有機(jī)物（Organic oxygen compound）和碳?xì)浠衔铮℉ydrocarbon）各有7種，占的比例均為13.7%；樣品B中的含氧有機(jī)物和碳?xì)浠衔锓謩e有12種和10種，分別占總檢出組分?jǐn)?shù)的22.2%和18.5%。對于有機(jī)硅化合物（Organosilicon compound）這一類別，僅在樣品B中檢出了硅酸乙酯，占1.9%。
▲圖1 樣品A(a圖)和樣品B(b圖)檢出的所有化學(xué)物質(zhì)類別及所占比例
兩款樣品中檢出化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布情況見圖2a，除樣品B中糠醛（7.85 mg/kg）和糠醇（11.59 mg/kg）含量較高外，兩種樣品中檢出的其他化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在3 mg/kg以下，且檢出的絕大多數(shù)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較為接近。
使用Toxtree3.1工具對檢出的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行基于毒性學(xué)關(guān)注閾值 （Threshold of toxicological concern，TTC）法則的Cramer分級，對檢出化學(xué)成分的風(fēng)險性進(jìn)行初步研究，結(jié)果見表1，其分布情況見圖2b。
▲圖2 兩種樣品檢出化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比蜜蜂群圖（a）和檢出化學(xué)成分基于TTC分類情況柱狀圖（b）
從圖2中可看出，共有18種屬于Class Ⅲ的化學(xué)成分，50種屬于Class Ⅰ的化學(xué)成分，以及4種屬于Class Ⅱ 的化學(xué)成分。其中，檢出濃度最高的糠醛和糠醇則屬于Class Ⅲ 的化學(xué)成分，需要進(jìn)行進(jìn)一步的安全評估。
安全評估
對檢出化學(xué)成分進(jìn)行暴露量計算的結(jié)果表明，有9種化學(xué)成分的暴露量高于SCT值，包括糠醇、糠醛、二乙醇胺和Ti等。利用產(chǎn)品質(zhì)量研究學(xué)會（The Product Quality Research Institute，PQRI）提出的檢出化學(xué)成分的暴露量進(jìn)行的浸出物安全性分析，結(jié)果表明，除糠醇和糠醛外，其他7種化學(xué)成分均未列入流程中標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的致癌化學(xué)成分清單，進(jìn)一步通過參考文獻(xiàn)核查其結(jié)構(gòu)，可排除其屬于警示結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分。此外，經(jīng)計算給出Ti的暴露量為421 μg/d，超過QT值（Qualification threshold，界定閾值）。因此，重點評估暴露量高于QT值的化學(xué)成分（Ti）以及暴露量高于SCT值的致畸、致癌、致突變化學(xué)成分（糠醇、二乙醇胺）。
綜合考慮各種限量值，取最低限量值進(jìn)行健康指導(dǎo)值的推算。由表1可知，在本研究的背景下，兩種棉芯中需評估的4種高關(guān)注化學(xué)成分的暴露量均遠(yuǎn)低于健康指導(dǎo)值，對人體健康產(chǎn)生危害的可能性比較低。
▲表1 重點化學(xué)成分評估暴露量
4.結(jié)論
在電子煙用的兩款棉芯樣品中共檢出8個類別72種化學(xué)成分，其中，大部分為揮發(fā)性化學(xué)成分，檢出化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多在3 mg/kg以下。
基于TTC法（Threshold of toxicological concern，毒性學(xué)關(guān)注閾值）初步篩選出18種屬于Cramer Ⅲ的化學(xué)成分，通過PQRI（The Product Quality Research Institute，產(chǎn)品質(zhì)量研究學(xué)會）提出的浸出物SCT值（Safety concern threshold，安全關(guān)注閾值）和QT值（Qualification threshold，界定閾值）進(jìn)一步篩選出暴露量較高、可能具有潛在風(fēng)險的9種有機(jī)物和金屬元素Ti進(jìn)行進(jìn)一步安全評估。
對暴露量最高的糠醇、糠醛、二乙醇胺和Ti 4種化學(xué)成分進(jìn)行風(fēng)險評估，結(jié)果表明其暴露值均遠(yuǎn)低于健康指導(dǎo)值，僅為其四十萬分之一到萬分之一之間。
上述研究結(jié)果表明，基于丙二醇研究體系，本研究中所使用的電子煙用兩款棉芯中檢出的化學(xué)成分暴露量均遠(yuǎn)低于健康指導(dǎo)值，用于電子煙中對人體健康產(chǎn)生危害的可能性較低。
項目組已將上述研究整理成論文發(fā)表在煙草領(lǐng)域的中文核心期刊《煙草科技》2023年第9期，論文題目為“電子煙用棉芯中高關(guān)注化學(xué)成分的非靶向篩查和初步風(fēng)險評估”，歡迎索閱。
參考文獻(xiàn)
[1]李丹，梁進(jìn)欣，吳學(xué)峰，吳思亮，董犇，梁晶晶，李馨鐸，任照芳，鐘懷寧，陳勝，鄭建國.電子煙用棉芯中高關(guān)注度化學(xué)成分的非靶向篩查和初步風(fēng)險評估[J]. 煙草科技, 2023, 56(9):42-51.
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