“三絲”摻配對主流煙氣游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢分析

朱瑞芝，張 濤，司曉喜，張鳳梅，劉志華，岳保山，向能軍

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231）

·科學(xué)研究·

“三絲”摻配對主流煙氣游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢分析

朱瑞芝，張 濤，司曉喜*，張鳳梅，劉志華，岳保山，向能軍

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231）

通過正交設(shè)計(jì)，研究了三絲摻配（薄片、梗絲、膨脹煙絲與煙絲的摻配）對主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響。3種摻配原料的影響效應(yīng)大小為：梗絲效應(yīng)≈薄片效應(yīng)＞膨脹煙絲效應(yīng)，無顯著交互效應(yīng)。對不同三絲摻配比例下的趨勢分析發(fā)現(xiàn)，游離煙堿／煙堿比值隨梗絲、薄片摻配量增加而增加，且在一定的摻配量范圍內(nèi)呈現(xiàn)變化趨勢；游離煙堿／煙堿比值隨膨脹煙絲摻配量比例增加而降低，但在少量的摻配量范圍內(nèi)變化趨勢不是特別明顯。

配方煙絲；摻配比例；游離煙堿；煙堿

煙堿是煙草中一種重要的生物堿，也是卷煙煙氣總粒相物中的重要組成部分，對卷煙的感官品質(zhì)具有非常重要的影響［1］。煙堿屬于弱二級堿，通常以游離態(tài)、單質(zhì)子態(tài)和雙質(zhì)子態(tài)3種形態(tài)存在［2-3］。游離煙堿比質(zhì)子態(tài)煙堿具有更強(qiáng)的親酯性，更易于穿透口腔黏膜從而更快的被人體吸收［4-6］。相關(guān)研究表明，卷煙勁頭與主流煙氣中的煙堿含量有關(guān)，與其中的游離態(tài)煙堿含量有著更為密切的關(guān)系［7-8］。

隨著國際上反吸煙運(yùn)動(dòng)的興起，低焦卷煙的發(fā)展成為一種趨勢。目前，卷煙配方中摻配三絲（薄片、梗絲和膨脹煙絲）是降低卷煙焦油的有效方法，但降低焦油也會降低煙堿。低焦油、低煙堿卷煙對消費(fèi)者的滿足感產(chǎn)生較大影響。低焦油卷煙中，在一定的煙堿含量下，提高主流煙氣中游離煙堿含量，將會在一定程度上提高抽吸者的滿足感，因此調(diào)整卷煙配方來改變煙氣煙堿游離態(tài)比率，進(jìn)而控制煙氣勁頭的方法十分必要。有研究表明，卷煙主流煙氣中游離煙堿的含量與煙氣 pH值、煙氣水分、煙氣組成等因素有著密切的關(guān)系［9］。三絲對卷煙煙氣特性有著不同的影響，進(jìn)行三者摻配對主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響規(guī)律研究，對低焦油卷煙開發(fā)具有重要意義。本文研究了三絲摻配（薄片、梗絲、膨脹煙絲與煙絲的摻配）對游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢，探索不同煙絲配方設(shè)計(jì)對卷煙主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響，為低焦油卷煙開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 材料與設(shè)備

煙堿，99.0%；內(nèi)標(biāo)物：正十七碳烷，99.0%；三氯甲烷（AR）；無水硫酸鈉（AR）；氫氧化鈉（AR）；中性水：pH＝7.00±0.02，取去離子水燒開煮沸約10 min，然后密封放置，取用時(shí)以 0.01 mol／L的 NaOH溶液調(diào)節(jié) pH＝7.00±0.02；三絲摻配樣品由紅塔集團(tuán)提供。

卷煙煙支規(guī)格：（64＋20）mm＠24.5mm；卷煙紙：60 CU；醋纖濾棒：3 200 Pa，3.0 Y／35 000；接裝紙長度：32 mm。

氣相色譜（6890N，安捷倫科技有限公司，配有FID檢測器）；吸煙機(jī)（RM 200A，德國博瓦特 -凱西公司）；色譜柱為不銹鋼填充柱（10%，Carbowax 20M on）；恒溫恒濕箱（KBF-240，上海捷滬儀器儀表有限公司）；調(diào)速振蕩器（HY，無錫沃信精密儀器有限公司）；MP225酸度計(jì)（瑞士Mettler Toledo）；

分析天平（感量0.1mg）；分液漏斗（125mL）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

確定配方總量為10 kg，按膨脹煙絲（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、梗絲（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、薄片（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）的三絲摻配實(shí)驗(yàn)作為主要設(shè)計(jì)對象。采用 L25（56）正交設(shè)計(jì)表［10］對膨脹煙絲、梗絲和薄片進(jìn)行設(shè)計(jì)（見表1）。煙絲的摻配量是通過每個(gè)樣品3因素（膨脹煙絲、梗絲和薄片）總量與配方總量（10 kg）之間的差值進(jìn)行補(bǔ)充得到，并在同一卷煙機(jī)上分別卷制，按GB／T16447對各樣品的含水率進(jìn)行調(diào)節(jié)，挑選重量和吸阻接近的煙支進(jìn)行試驗(yàn)。

表 1 三因素的 L25（56）正交設(shè)計(jì)表Tab.1 L25（56）Orthogonal design tablewith three factors

2.2 測定方法

依據(jù)GB／T 19609-2004《卷煙常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油》［11］對卷煙樣品進(jìn)行抽吸，劍橋?yàn)V片捕集主流煙氣總粒相物。

抽吸20支卷煙，將劍橋?yàn)V片放入 250 m L三角瓶中，加入50mL三氯甲烷萃取液（含內(nèi)標(biāo)物正十七碳烷），振蕩（＞150 r／min）萃取30min。取2 m L萃取液進(jìn)行氣相色譜分析，測定主流煙氣總粒相物中總煙堿的含量。

準(zhǔn)確移取上述萃取液20 mL至125 mL的分液漏斗中，加入20 mL中性水，充分振蕩萃取，靜置30min。待分層后，取下層有機(jī)相至50mL三角瓶中，用無水硫酸鈉干燥 2 h以上。干燥后的有機(jī)相進(jìn)行氣相色譜分析，測定主流煙氣粒相物中游離煙堿的含量。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

本研究采用線性回歸模型、二次回歸模型和特殊三次回歸模型進(jìn)行建模，主要采用回歸分析法進(jìn)行分析。線性回歸模型主要針對各成分主效應(yīng)分析，二次回歸模型和特殊三次回歸模型在主效應(yīng)的基礎(chǔ)上考慮了兩因素交互效應(yīng)，根據(jù)模型的顯著性和調(diào)整 R2大小選擇合適的模型，同時(shí)采用通徑系數(shù)估計(jì)各成分影響程度的大?。?2］，最終根據(jù)配方組合三角反應(yīng)面圖展示游離煙堿／煙堿比值在不同三絲摻配比例下的趨勢特點(diǎn)［13］。

回歸分析和通徑分析采用SPSS16.0執(zhí)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 擬合模型選擇

本試驗(yàn)采用線性回歸模型、二次回歸模型和特殊三次回歸模型進(jìn)行擬合分析，3種擬合模型信息概要見表2。

表 2 3種擬合模型信息概要Tab.2 Summary of background data of three fitting models

從表 2可知，只有線性回歸模型 P值達(dá)到顯著性水平（P＜0.05），而帶有交互項(xiàng)的模型（二次回歸模型、特殊三次回歸模型）P值不顯著（P＞0.05），說明因素間交互作用對游離煙堿／煙堿比值影響不大，因此后面分析主要選擇主效應(yīng)的線性回歸模型進(jìn)行分析。

3.2 優(yōu)化模型信息

優(yōu)化模型系數(shù)見表 3。從表3可知，4種摻配

原料中除了膨脹煙絲系數(shù)不顯著（P＞0.05）外，其余3種原料均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），說明梗絲、薄片和煙絲對游離煙堿／煙堿比值有顯著的正效應(yīng)影響，即由各原料摻配量的增加，游離煙堿／煙堿比值也隨之增加。根據(jù)通徑系數(shù)的大小程度可知：梗絲效應(yīng)≈薄片效應(yīng)＞膨脹煙絲效應(yīng)。

表 3 優(yōu)化模型系數(shù)表Tab.3 Coefficient of optim izationmodel

3.3 摻配比例對游離煙堿／煙堿比值的影響

由于采用配方設(shè)計(jì)，根據(jù)其原理可知，4種原料組合后的總量是恒定的，主要考慮膨脹煙絲、梗絲和薄片在配方組合中摻配量所引起的游離煙堿／煙堿比值趨勢變化情況。

3.3.1 膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖1。由圖1可知，在配方總量一定的情況下，膨脹煙絲增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且梗絲（或薄片或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時(shí)，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步降低（由深色的區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\色的區(qū)域）；添加、減少量的大幅度變化（例如：由0 kg增加到2.25 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產(chǎn)生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，膨脹煙絲摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值降低，但其變化趨勢不是很明顯。

圖1 膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.1 The im pact of a different expanded tobacco blending amount on free nicotine／nicotine ratio

3.3.2 梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖2。由圖2可知，在配方總量一定的情況下，梗絲增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨脹煙絲（或薄片或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時(shí)，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步增加（右上深色區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\色區(qū)域）；添加、減少量的中幅度變化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產(chǎn)生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，梗絲摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值增加，且在一定的添加范圍下呈現(xiàn)趨勢變化。

3.3.3 薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖3。由圖3可知，在配方總量（10 kg）一定的情況下，薄片增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨脹煙

絲（或梗絲或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時(shí)，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步增加（右上深色區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\色區(qū)域）；添加、減少量的中幅度變化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產(chǎn)生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，薄片摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值增加，且在一定的添加量范圍下可呈現(xiàn)趨勢變化。

圖2 梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.2 The impact of different stem silk blending amount on free nicotine／nicotine ratio

圖3 薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.3 The impact of different cut tobacco sheet blending amount on free nicotine／nicotine ratio

4 結(jié)論

本研究對膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲4種原料組合后的樣品采用3種模型方案進(jìn)行分析，通過分析發(fā)現(xiàn)，二次回歸模型與特殊三次回歸模型無顯著影響（即無顯著交互效應(yīng)），而 4種原料的主效應(yīng)線性回歸模型對游離煙堿／煙堿比值有一定程度的影響，且3種摻配原料的影響效應(yīng)大小為：梗絲效應(yīng)≈薄片效應(yīng) ＞膨脹煙絲效應(yīng)。在等量（10 kg）配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）的條件下，梗絲、薄片摻配比例增大會使游離煙堿／煙堿比值增加且在一定的摻配量范圍下可呈現(xiàn)變化趨勢；膨脹煙絲摻配比例增大會使游離煙堿／煙堿比值降低，但在少量的摻配量范圍下，變化趨勢不是很明顯。

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Influence of Cut Tobacco Blend on the Ratio of Free Nicotine to Total Nicotine in Cigarette M ainstream Sm oke and Trend Analysis

ZHU Rui-zhi，ZHANG Tao，SIX iao-xi*，ZHANG Feng-mei，LIU Zhi-hua，YUE Bao-shan，XIANG Neng-jun

Tobacco Chemistry Department，China Tobacco Yunnan Industrial CO，LTD，Kunming 650231，China

Experimental study on the influence of cut tobacco blend（cut tobacco sheet，cut stem，and expanded cut tobacco blend with cut tobacco）on the ratio of free nicotine to total nicotine by L25（56）orthogonal designingmethod，the effect of cut stem equaled cut tobacco sheet，and was greater than the effect of expanded cut tobacco.Nomutual effectwas observed.On the basis of trending and analysis of different blending ratio，it was found that the ratio of freenicotine to total nicotine increasedwith the increasingof blending ratioof cut stem and cut tobacco，which presented change in trend within a certain range，and the ratio of free nicotine to total nicotine decreased with the increasing of blending ratio of expanded cut tobacco，which did not have an obvious trend with a small blending ratio.

cut tobacco blend；blending ratio；free nicotine；nicotine

TS41＋1

A

1004-275X（2015）02-0001-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.001

收稿：2014-12-19

云南中煙工業(yè)公司科技項(xiàng)目（2013JC09）。

朱瑞芝（1978-）女，湖北人，博士，工程師，主要研究方向煙草化學(xué)、煙氣化學(xué)。

*通信聯(lián)系人：司曉喜，sixiaoxi2006＠126.com。