水分活度对大-麻-花化学成分及吸烟品质的影响：第一阶段研究结果

水分活度对大-麻-花化学成分及吸烟品质的影响：可吸食性科学第一阶段研究结果

Allison Justice, Riley Kirk, Ashley Manning, Markus Roggen, Miyabe Shields

Cannabis Science and Technology March/April 2025 Volume 8 Issue 2 Pages: 10-19

吸食仍是Cannabis最常见的消费方式，尤其适用于需要快速缓解症状的患者。然而，人们对优质可吸食产品的界定标准仍知之甚少。本研究探讨了不同水分活度水平（0.45 aw、0.65 aw、0.85 aw）如何影响Cannabis flowers的化学成分和感知烟雾质量。化学分析显示，0.65 aw条件下萜烯含量最高，且Cannabis素释放量与0.45 aw相当，而0.85 aw则显著降低了Cannabis素水平。感官评审员发现0.45与0.65 aw样本差异极小，但刺激性和烟灰颜色存在区别。较高水分活度会增加产品含水量和重量——这意味着生产者可能获得经济效益。这些发现为优化水分活度以平衡Cannabis生产中的化学特性、感官体验和经济因素提供了重要依据。

介绍

随着医疗和娱乐Cannabis市场的不断扩大，人们对Cannabis的兴趣日益增长，这迫切要求我们更深入地了解影响产品质量、消费者安全和整体使用体验的关键因素。尽管现有研究主要集中在Cannabis吸食的负面影响上，但关于不同种植和采后加工工艺如何影响最终可感知的Cannabis烟雾质量的研究却十分有限（1-4）。业内普遍共识是，大多数医疗患者更倾向于通过高温燃烧Cannabis flowers的方式获得治疗效果（5,6）。目前可吸食产品仍占据Cannabis市场销量和消费量的位首，这可能源于传统使用习惯、特独的化学成分、社会文化影响以及更高的治疗价值等多重因素（1,7）。针对这种医疗用剂型的质量研究应当成为当前的首要任务——这不仅关乎优化生产工艺、深化治疗效益认知，更对公众教育和风险防控具有重大意义。

最终可能影响产品化学特性的因素众多，其中水分含量（MC）是决定Cannabis flowers适销性、可吸食性和安全性的关键指标。水分活度（aw）通过测量产品中游离水的可利用性，与总水分含量存在本质区别——它直接关系到微生物生长、化学稳定性和燃烧特性。现有研究表明，水分活度很可能是影响消费者满意度、产品表现和医疗价值的核心要素（8-11）。无论是传统种植还是工业化生产都认为水分活度会影响Cannabis在储存、包装和消费过程中的品质（12）。当前行业标准通常将Cannabis干燥处理至0.65 aw左右的水分活度水平以防止微生物滋生，但本研究特别选取了低于0.85 aw和高于0.45 aw的区间进行实验，以期更全面地解析水分活度对可吸食性的影响机制（13）。本研究不仅致力于建立包括水分活度在内的精确度量标准，更通过直接纳入消费者偏好数据，为Cannabis flowers的整体吸食体验优化提供科学依据。

食品科学和烟草等其他行业已有大量研究证实，水分活度对产品稳定性、微生物生长以及香气质地等感官特性具有显著影响（14-21）。烟草行业研究还进一步表明，水分活度会影响尼古丁的释放效率、烟雾化学成分的多样性，以及包括有害副产物生成在内的终端用户体验（22-27）。显然，对于Cannabis行业而言，这些关键因素同样需要以同等的科学严谨性加以研究——尤其是在合法市场快速扩张、消费需求持续演变的当下。Cannabis产业的迅猛发展，反而凸显了既往研究因监管和资金限制导致的质量评估体系缺陷。这些不足使得我们亟需对现有科学进行全面验证，因为其研究框架往往未能反映真实市场中的产品配方和消费体验。

"可吸食性科学研究"（Science of Smokability，简称SOS）旨在填补Cannabis种植与采后加工如何影响整体吸食质量（包括用户体验）这一关键认知空白。该研究通过将分析工具与消费者实际使用数据相结合，不仅推动了Cannabis烟雾化学的科学发展，更为行业提供了循证知识与实践方法。公共教育是本项目的基石，包括创建通俗易懂、以社区为导向的教育资源，以促进风险防控，并积极引导公众参与行业科学实践的构建。作为首阶段研究，本次探索性实验已初步揭示Cannabis烟雾化学的复杂性，凸显了亟需对影响其化学多样性的变量及其健康效应与医疗应用开展深入研究。

实验

可吸食性调查

本研究采用SurveyMonkey在线问卷平台设计调查问卷，用于评估Cannabis预卷烟的吸食特性。共设计两份调查问卷并分发给参与者：一份面向普通消费者（n=315），另一份面向Cannabis专家（即Ganjiers认证品鉴师，n=38）。

Ganjiers认证品鉴师是经过专业培训的Cannabis专家，采用严格的系统评估协议（Systematic Assessment Protocol，SAP）对Cannabis flowers、浓缩物和雾化弹进行评价，评估内容包括外观、香气、风味和预期效果。通过线上深度课程学习、实践操作培训和综合认证考试相结合的方式，Ganjiers认证品鉴师在产品评估、客户服务以及Cannabis历史、科学和伦理方面都具备专业能力。

两份调查问卷的问题设置相同，但对专家和消费者的数据分别进行分析。参与者对所接收预卷烟的水分活度值不知情。调查提供视频教程，指导参与者如何完成问卷并确定每个问题的作答时机。问卷包含13个问题，由SOS研究团队和Ganjiers认证品鉴师小组共同开发，采用成熟的吸食体验评估方法。

工业Cannabis flowers

本研究中用于吸食实验及可吸食性分析的预卷烟的原料均为'FunDip'品种。'FunDip'是一种以Cannabis二酚（CBD）为主的品种，由南卡罗来纳州持牌工业Cannabis公司The Hemp Mine培育种植。该品种的主要萜烯成分为月桂烯和α-蒎烯（见表1）。

本次调查仅发放水分活度为0.45和0.65 aw的预卷烟样品；由于较高水分活度可能带来微生物风险，0.85 aw的样品未纳入消费者测试范围。调查参与者通过TikTok和Instagram等社交媒体平台进行通知和招募。

预卷制备、包装及水分活度稳定性测试

原料花在温度65°F（18.3℃）、相对湿度60%的干燥室内干燥至水分活度0.65后，进行去梗研磨处理。使用Futurola OG Original研磨机（美国加州霍桑产）对Cannabis全花进行15秒研磨，随后通过10目筛网人工筛除残余茎秆，经质检确认全部去梗。将1克装Custom Cones预卷纸筒（109mm，天然棕色；华盛顿州伦顿产）装入Knockbox自动填装机，通过振动将研磨后的Cannabis均匀填充至预卷纸筒，每次填充运行时间为2min。定期检查填充重量和均匀度以确保一致性。预卷顶部采用手工捻封，并逐一称重核验。

制备完成的预卷烟按目标水分活度（0.45 aw、0.65 aw和0.85 aw）分装于梅森罐中。通过在密封容器内放置蒸馏水润湿的纸巾调节水分活度，并使用美国Addium公司的AquaLab 4TE水分活度仪实时监测。达到目标值后，预卷烟转入带橡胶密封圈的塑料管，采用商用真空封口机及4密耳加厚真空袋进行密封包装，以维持水分活度稳定性。验证测试表明该工艺可确保目标水分活度稳定保持至少30天。真空包装样品在24小时内发出，确保3个工作日内送达受试者，并要求在签收后5日内完成吸食评估。用于Cannabis素及萜烯含量分析的研磨原料以散装形式（非预卷形态）单独寄送。

吸烟机

采用剑桥燃烧公司（Cambustion，位于英国）的烟雾分析仪 SCS 来测量每支预卷烟两端的压降、收集烟雾冷凝液以进行化学分析，并保留剩余烟灰用于有机分析。所采用的吸烟方法参照了加拿大卫生部针对烟草使用的标准方案（ISO 3308，加拿大卫生部强化吸烟法）进行了调整。(28) 在预卷烟下游 1 cm处（模拟消费者口腔位置）使用热电偶监测温度。烟雾冷凝液收集在一个 50 ml的玻璃撞击瓶中，瓶内装有 10 ml高效液相色谱（HPLC）级乙醇，且撞击瓶置于冰上以减少乙醇蒸发。所有撞击瓶、烧杯及相关设备在使用后，均依次用乙醇冲洗、用实验室级肥皂（Alconox）清洗、用水冲洗，然后进行 2 min的乙醇超声清洗，最后风干，以在不同样品之间做好清洁工作。同样，吸烟机的喷嘴和塑料软管在不同样品及样品类型之间也进行了类似清洁，以防止交叉污染。

灰分分析

从吸烟机中使用的预卷烟中收集烟灰，并在克莱姆森大学农业服务实验室进行分析。所用试剂包括 1 N 盐酸（通过将 83.3 ml浓盐酸用去离子水（dH₂O）稀释至 1 升配制而成）和 6 mol/l盐酸（通过将 50 ml浓盐酸用去离子水稀释至 100 ml配制而成）。所用仪器设备包括马弗炉、“高型”瓷坩埚、100 ml容量瓶和 13 × 100mm的火石玻璃试管。实验步骤如下：称取 1.000g样品放入瓷坩埚中，在马弗炉中逐渐升温至 500°C 并保持 3 小时进行灰化。用少量去离子水润湿灰化后的样品，加入 5–10 ml 6 mol/l盐酸处理，并在电热板上加热蒸发至近干。将残渣溶解在 10 ml 1 mol/l盐酸中，定量转移至 100 ml容量瓶中，并用去离子水冲洗。将溶液用去离子水稀释至刻度线，摇匀后，取部分溶液转移至电感耦合等离子体（ICP）试管中进行分析。

Cannabis素和萜烯分析

所有样品均在马萨诸塞州的MCR实验室进行分析。Cannabis素参考标准品购自Cerilliant公司和Cayman化学公司，萜烯标准品则购自LGC标准品公司。

超高效液相色谱（UHPLC）条件：
样品可直接进样，或用甲醇以1:10的比例稀释后直接进样。对于烟蒂样品，在室温下用10ml甲醇振荡10min，然后离心以去除颗粒物，再用甲醇以1:2至1:10的比例稀释后直接进行高效液相色谱（HPLC）进样。采用配备有温控自动进样器、二元泵、柱温箱和二极管阵列检测器的安捷伦1290超高效液相色谱系统（使用OpenLab CDS Rev C.01.10软件）进行反相色谱分析。使用安捷伦ChemStation软件进行峰积分。最终分析在Restek Raptor ARC-18色谱柱（100mm×3.0mm，1.8um）上进行，采用梯度洗脱，流动相为含有5毫摩尔甲酸铵（0.1%甲酸）的水溶液和乙腈（0.1%甲酸）作为有机相。进样体积为2.00微升，柱温为30°C，自动进样器配备有温度保持在4°C的冷却装置，流速为1.0ml/min。Cannabis素在228nm波长下进行监测（参考波长为360nm），光谱采集范围为190至400nm，步长为2nm。积分操作采用安捷伦的标准参数进行。

气相色谱-质谱联用（GC-MS）条件：
样品可直接进样，或用甲醇以1:10的比例稀释后直接进样。气相色谱分析采用安捷伦7980气相色谱系统，包括自动液体进样器和安捷伦5975惰性XL MSD质谱检测器。使用安捷伦MassHunter软件进行数据采集和分析。分析在Restek Rxi-624Sil MS色谱柱（30m，内径0.25mm，膜厚1.40um）上进行，以氦气为载气，分流比为100:1，流速恒定为1ml/min。进样体积为1.00微升，进样口温度为250°C。柱温箱起始温度为60°C，升温至320°C，总运行时间为23min。MSD源温度设置为230°C，四极杆温度设置为150°C。对于萜烯的单离子监测，采用30至750道尔顿的全扫描数据进行非靶向分析。

关于烟灰颜色、可燃性和效力的SurveyMonkey数据统计分析

原始调查数据从SurveyMonkey下载，并使用Python的pandas库进行清理。利用python329和statsmodels 0.14.430软件，对按水分活度水平（aw = 0.45和aw = 0.65）分类的两个组之间的调查回答比例进行了统计分析。对于每个回答类别，使用各组的观察计数除以总回答数来计算百分比。采用双比例Z检验来评估两组之间回答比例的差异是否具有统计学意义（p值小于0.05）。将检验结果，包括Z统计量、p值和组百分比，汇总成表格以识别显著差异。该方法为评估不同组之间调查回答比例的差异提供了一个稳健的框架。Cannabis素、萜烯和烟灰的统计分析采用JMP®统计软件（版本18，SAS研究所公司，北卡罗来纳州卡里市）进行。均值比较采用Tukey诚实显著差异（HSD）检验，统计显著性设定为p < 0.05。

结果

定量结果

Cannabis素

预卷烟中的花材主要含有酸性Cannabis素，如Cannabis二酚酸（CBDA）。然而，烟雾分析显示酸性Cannabis素含量极少，表明在燃烧过程中发生了脱羧反应。花材和预卷烟中的Cannabis素含量以每单位毫克数进行量化，数据由重量百分比值转换而来（表I）。对于花材样本“FunDip”，其酸性Cannabis素含量通过乘以分子质量比（对于CBDA和THCA，该比值为0.877）转换为脱羧或中性形式的含量。由于在烟雾中未检测到CBDA，仅检测到CBD，因此结果以总CBD含量来描述更为恰当。

CBD是花材（以CBDA形式存在）和烟雾（以CBD形式存在）中的主要Cannabis素。此外，花材和烟雾中还含有Cannabis萜酚（CBG）、Cannabis色烯（CBC）和D9-四氢Cannabis酚（∆9-THC）等Cannabis素。水分活度为0.65的预卷烟在烟雾中产生的Cannabis素浓度最高，其次是水分活度为0.45的预卷烟。相比之下，水分活度为0.85的样本的Cannabis素浓度约为水分活度为0.65样本的30%（表I）。

Cannabis素含量的变异性较大，但与先前的发现一致（1,3），这强调了预卷烟制备过程中固有的变异性。从预卷烟转移到吸收瓶中的每种Cannabis素的百分比产率表明，在含有0.85水分活度的样本中观察到的百分比产率很低，这与它们较低的烟雾Cannabis素浓度相一致。

萜烯和其他次生代谢产物

花材中的萜烯含量以每支预卷烟毫克数表示，报告了总萜烯浓度和五种丰富的萜烯。由于所有样本的萜烯百分比产率结果均持续不佳，因此未列出该数据。在测试的预卷烟中，水分活度为0.65的样本在烟雾中传递的萜烯量最高，这一差异具有统计学意义（表I）。与Cannabis素相比，水分活度为0.65和0.45的样本之间的区别更为明显，这表明在此范围内，萜烯传递受水分活度的影响更强。相比之下，对于萜烯而言，水分活度为0.85的样本的百分比产率相对较好，但总体传递量仍然较低。

单个萜烯的模式揭示了有趣的趋势。所有萜烯的最高浓度均来自水分活度为0.65的样本。然而，对于0.45和0.85水分活度的样本，其相对排名因萜烯种类而异。对于α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯和柠檬烯，0.45和0.85水分活度的样本之间无统计学显著差异。此外，d-柠檬烯在0.65水分活度时传递浓度最高，但与最高水分活度之间无统计学差异。β-石竹烯在两种较低水分活度下的浓度相似，且显著低于0.85水分活度。基于这些发现，预计水分活度为0.65的样本将因其较高的萜烯产率而传递出显著的风味特征。

Abstrax Tech公司通过二维气相色谱-气相色谱（2D GCxGC）技术研究了水分活度如何影响其他非萜烯和非Cannabis素的次生代谢产物（图S2），包括烟雾中通常不表征的物质（31-33）。在单萜烯、倍半萜烯和Cannabis素区域发现了定性差异。为了确定和建立Cannabis烟雾质量的更多定量指标，需要进一步表征这些物质和其他物质。

元素分析

对来自三种不同水分活度样本的烟灰进行的电感耦合等离子体光谱分析（ICP，Inductively Coupled Plasma Spectroscopy）结果显示，各组之间元素浓度的变异性极小。在0.45、0.65和0.85 aw（水分活度）样本的烟灰中，除钙元素外，其他元素的浓度均保持一致且具有可比性。具体而言，0.85 aw处理组的钙浓度显著高于较低水分活度处理组（图1）。造成这一差异的根本原因尚不清楚，有待进一步研究。

与Dumas所报道的烟草灰分元素组成相比，Cannabis灰分样本中大多数元素的含量水平相似，但硫和磷的浓度显著升高，而钙的含量则显著降低。(26) 这些偏差可能归因于种植实践的差异，特别是施肥和农药使用方面的不同。在Cannabis生长的早期阶段，通常会施用元素硫以防治锈螨（Aculops lycopersici），这可能是导致灰分中硫含量升高的原因。同样，商业Cannabis生产中频繁过量施用磷肥，这可能解释了磷含量增加的现象。(34,35)

定性结果

在不同水分活度（aw）组中，对感官属性进行了研究。在香气特征和风味强度方面，0.45和0.65 aw的预卷烟之间结果相似，无统计学差异。值得注意的是，普通人群与认证的Cannabis品鉴师（Ganjiers）对这些组别的评分有所不同，但差异的变异性超过了数值上的差异。总体而言，0.65 aw的预卷烟在受欢迎程度上略胜，尽管由于变异性较大，这一区别并不具有结论性（数据未展示）。

关于烟雾的“顺滑度”，受试者的反馈从“不刺激”到“非常刺激”不等，其中0.45 aw的预卷烟产生的刺激感更为强烈，而认为“不刺激”的反馈则相对较少（图2）。对于“不刺激”和“中度刺激”的评分，两组之间的差异具有统计学意义，p值分别为0.013和0.017。

同样，通过将烟灰颜色与提供的“烟灰颜色指南”（范围从1到6，1代表最浅色，6代表最深色）进行比较，对烟灰颜色进行了评估（图S1）。结果表明，在这两种水分活度下，烟灰颜色均持续接近白色。然而，0.65 aw样本的烟灰颜色比0.45 aw样本的烟灰颜色更浅（图3），这表明烟灰颜色可能受水分活度的影响。通过Z检验比较0.45和0.65 aw组烟灰颜色总响应的百分比发现，响应编号1、2和4的差异具有统计学意义，p值分别为0.025、0.037和0.024。0.65 aw组最常见的烟灰颜色响应为编号2，而0.45 aw组最常见的烟灰颜色响应为编号3。这些发现表明，在测试条件下，感官属性总体上保持稳定，但在烟灰颜色方面，0.45和0.65样本之间存在观察到的差异。

这些结果表明，虽然感官和消费者体验的某些属性不受水分活度的影响，但其他属性（如刺激感和烟灰颜色）可能会受到影响。

讨论

尽管根据干燥和固化方法以达到所需水分活度的不同，可能还存在其他变量和可观察到的变化，但本研究为Cannabis吸烟相关的化学成分和用户体验提供了新的见解，强调了水分活度对Cannabis素和萜烯传递以及用户体验的影响。

萜烯分析显示，0.65 aw的样本在所有分析的萜烯中均传递出最高的浓度，这表明最佳的水分活度能够增强吸烟过程中的萜烯产率。这一发现具有重要意义，因为萜烯不仅贡献了Cannabis的风味和香气，还可能调节其精神活性效应。(36-40) 此外，三个测试组之间传递的萜烯谱的变异性表明，水分活度不仅影响总体产率，还影响这些化合物的相对挥发，这可能对消费者体验产生差异。

令人惊讶的是，我们的研究发现，在消费者相关的水分活度范围内，水分活度对Cannabis素产率没有影响。在来自0.65 aw预卷烟的烟雾中测量到了最高的Cannabis素浓度，但与0.45 aw样本相比并无显著差异。由于潜在的微生物生长风险，0.85 aw的样本对用户来说是不安全的，其Cannabis素和萜烯的浓度均显著降低。这至少部分归因于在0.85 aw时遇到的增加的抽吸阻力。这表明水分含量影响吸烟过程中的Cannabis素产率，可能是由于燃烧效率或气溶胶形成的改善。值得注意的是，对于所有测量的水分活度，THC和CBG相比CBD和CBC显示出更高的产率，尽管其潜在机制尚不清楚。

先前的研究已表明，酸性Cannabis素（如CBDA）在燃烧过程中会发生的脱羧反应，这证实了吸烟过程中的加热会使酸性Cannabis素脱羧为其中性形式。这种酸性Cannabis素的脱羧至关重要，因为Cannabis素的药理效应在其酸性和中性形式之间存在差异。(40,41)

灰分的元素分析显示，不同aw样本之间的变异性很小，当花材燃烧产生灰分时，大多数元素的浓度大约增加了七倍。然而，Cannabis灰分中高含量的硫和磷是不典型的，且在烟草灰分中未观察到。这可能是由于不同作物之间种植和施肥实践的差异所致。这需要进一步研究以验证元素浓度升高对消费者健康和产品质量的影响。

从社区角度来看，灰分颜色在决定优质Cannabis方面是一个重要的非正式因素，普遍认为较深的灰分颜色与较低质量的吸烟体验相关。(42) 尽管来自不同水分活度预卷烟的烟雾在化学谱上存在微小差异，但定性调查结果表明，消费者能够体验到它们之间的差异。这可能会影响产品的药用价值。吸烟0.45 aw预卷烟的消费者报告的刺激感比0.65 aw的更强（图2、图3），同时0.65 aw样本的灰分颜色比0.45 aw样本的更浅。较低水分活度下增加的刺激感可能对用户体验和炎症反应产生影响，进而可能影响产品的药用潜力。用户对0.45样本和0.65样本的总体体验评分分别为45.2和54.2；值得注意的是，0.45 aw样本更频繁地被报告为“中度刺激”，而0.65 aw样本则更倾向于“不刺激”。这些结果表明，水分活度影响吸烟体验的某些方面，尽管个人偏好和感知可能存在差异。

本研究是通过测量消费者报告的主观质量指标和化学分析的客观指标来研究Cannabis吸烟的研究之一。我们的研究结果强调了水分活度在影响Cannabis烟雾化学成分方面的重要性，这对产品质量以及消费者健康和体验具有潜在影响。未来的研究应探索不同水分活度下预卷烟中Cannabis素和萜烯产率差异的潜在机制，以及Cannabis灰分中元素浓度升高对健康的影响。此外，纳入更大样本量和多样化消费者群体的研究将提供对影响Cannabis吸烟体验因素的更全面理解。

本研究中使用的烟雾机抽吸曲线方法由加拿大卫生部开发，用于分析烟草烟雾。烟草吸烟者与Cannabis吸烟者之间的吸烟曲线可能在抽吸间隔时间、抽吸持续时间和抽吸强度上存在差异。作者未来的研究将提出一种更准确的Cannabis燃烧烟雾机分析方法，该方法将使用消费者数据来实施更准确的烟雾分析。

水分活度的经济影响

水分活度和水分含量（MC）是密切相关的参数，但不可直接互换。在本研究中，评估了两个水分活度水平（0.45 aw和0.65 aw）之间的重量和潜在质量差异，这两个水平代表了商业Cannabis加工中遇到的典型变化。为了量化经济影响，必须将水分活度值转换为相应的水分含量水平；0.45 aw的水分活度相当于约5%的MC，而0.65 aw则对应于约9%的MC。这一转换显示，在这两个水分含量水平之间，每磅Cannabis flowers材的实际干物质重量差异为18.14克。在假设市场价格为每克1.50美元的情况下，这一重量差异代表在较低水分活度水平（0.45 aw，5% MC）下，每磅材料估计损失27.20美元的收入。

这些结果强调了在Cannabis收获后加工过程中精确管理水分活度所带来的巨大经济影响。未来的研究应调查水分驱动的重量变化、质量参数和消费者偏好之间的复杂相互作用，以提供基于证据的指导，使种植者能够同时产品质量和盈利能力。

结论

总之，我们的研究强调了水分活度在调节Cannabis烟雾化学成分方面的关键作用。通过优化水分活度水平，有可能增强有益化合物（如Cannabis素和萜烯）的传递，同时尽量减少潜在有害元素的存在。此外，消费者无法区分0.45 aw和0.65 aw条件下制备的预卷烟，这表明较低的水分活度可能更有利于延长保质期并避免微生物生长。这些发现为不断增长的知识体系做出了贡献，旨在提高Cannabis产品在日益广泛的使用背景下的安全性和质量。

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