熱敏緩釋材料的制備及其在低焦油卷煙中的應(yīng)用

田 忠, 陳 闖, 王宏偉, 鮑 穗,許宗保, 方 鼎, 汪清澤, 寧 勇

(安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,安徽合肥 230088)

熱敏緩釋材料的制備及其在低焦油卷煙中的應(yīng)用

田 忠, 陳 闖, 王宏偉, 鮑 穗,許宗保, 方 鼎, 汪清澤, 寧 勇*

(安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,安徽合肥 230088)

為解決超低焦油卷煙產(chǎn)品的香味不足、干燥感強(qiáng)、滿足感差等缺陷,制備了富含煙草香的熱敏緩釋復(fù)合材料.通過對熱敏顆粒進(jìn)行表征分析,證明了所制備的熱敏顆粒具有較好的增香緩釋效果.同時對含有熱敏顆粒的復(fù)合嘴棒進(jìn)行了香味成分檢測及感官質(zhì)量評價,結(jié)果表明復(fù)合嘴棒具有增香效果且能夠提升卷煙的感官品質(zhì).

熱敏顆粒; 香味補(bǔ)償; 超低焦油卷煙

隨著社會對公眾對健康的關(guān)注度日益提高,越來越多的消費者認(rèn)識到了卷煙的危害性,對卷煙產(chǎn)品的消費更趨向于理性.卷煙吸食安全性與吸食滿足感及享受性的矛盾顯得愈加突出.

國內(nèi)卷煙行業(yè)經(jīng)過多年“減害降焦”的研究,已積累了較為成熟的控制卷煙焦油量的手段,如在“三紙一棒”上的組合設(shè)計、調(diào)整煙絲結(jié)構(gòu)中梗絲、膨脹煙絲和煙草薄片的比例[1-7],但這些手段在降低卷煙焦油的同時不可避免使卷煙吸食時出現(xiàn)香氣量不足、吸阻大、干燥感強(qiáng)和滿足感差等問題.運(yùn)用常見的增香技術(shù)雖然能在一定程度上彌補(bǔ)通風(fēng)稀釋所導(dǎo)致的香氣損失,但增香效果一般,而且往往容易帶來香氣渾濁、甜感不足等問題,并不能有效突破超低焦油吸阻大、干燥感強(qiáng)和滿足感低等技術(shù)瓶頸,且國內(nèi)外低焦油卷煙均未能很好地解決這個技術(shù)難題,尤其是在超低焦油卷煙研制方面[8-10].

因此,在超低焦油卷煙產(chǎn)品設(shè)計中引入新興技術(shù)手段彌補(bǔ)焦油降低帶來的煙草香味的不足勢在必行.本研究通過在復(fù)合濾嘴體系中添加由煙葉原料制備的熱敏性增香顆粒,并對樣品嘴棒進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用效果評價,力求為超低焦油卷煙設(shè)計提供一種全新的煙草香味增補(bǔ)手段.

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

白肋煙(中部);香料煙;烤煙(中部);醋纖絲束2.7 den Y *35 000 den(3.00 dtex/3.56 ktex);成型紙(透氣度:10 000 CU,定量:24 g/m2)、A011煙絲;乙腈、二氯甲烷、甲醇(色譜純,美國Tedia試劑公司).

香味物質(zhì)標(biāo)樣:糠醛、糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、2,3-二氫苯并呋喃、5-羥甲基糠醛、二乙酸甘油酯、香葉基丙酮(橙花基丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%)、法尼基丙酮(含2種異構(gòu)體)、鄰苯二甲酸二異丁酯、棕櫚酸甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、十六酸乙酯、亞麻酸甲酯(純度均大于98%,美國百靈威或阿法埃莎化學(xué)有限公司).

RM200A吸煙機(jī)(博瓦特凱希(中國)有限公司);KDF2-E復(fù)合成型機(jī)(德國HAUNI公司)卷接機(jī)(德國HAUNI公司);7890 A氣相色譜儀和6890-5975氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司);Acquity 型高效液相色譜儀(美國Waters公司),配備熒光/PDA檢測器;4000 Q Trap質(zhì)譜儀(美國AB公司);離子色譜儀(美國戴安公司);Netzsch STA 449C 同步熱分析儀、氧化鋁坩堝,德國Netzsch 公司;AL204-1C電子天平(感量0.0001 g,瑞士Mettler Toledo公司);Milli-Q純水儀(美國Millipore公司).

1.2 方 法

1.2.1 熱敏材料制備

按照表1中4種不同配比煙葉混合,先將混合煙葉進(jìn)行粉碎,煙葉粉末大小為40～60目(0.3～0.45 mm),再進(jìn)行煙葉粉末香味富集,在煙葉粉末表面噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%混合型煙葉原料提取液,在溫度-15 ℃條件下冷凍干燥成凍干粉,之后與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%強(qiáng)化后的膨脹硅酸鹽載體進(jìn)行乳化、噴涂,最后經(jīng)微波5 ℃低溫70 s干燥處理后制成增香顆粒成品,熱敏顆粒編號分別為1#、2#、3#、4#.

表1 四種不同種類煙葉配比表

1.2.2 復(fù)合嘴棒的制備

按照表2所列復(fù)合嘴棒加工參數(shù),分別將1#、2#、3#、4#熱敏顆粒加工成熱敏材料復(fù)合嘴棒,對應(yīng)嘴棒編號為A、B、C、D 4種熱敏材料復(fù)合嘴棒,同時制備不添加熱敏顆粒的常規(guī)嘴棒作為對照樣.

表2 試驗用成品嘴棒參數(shù)

1.2.3 常規(guī)煙氣成分和煙氣香味成分測定

分別采用GB/T 19609—2004《卷煙常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒物相和焦油》、GB/T 23355—2009《卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法》測定主流煙氣中TPM、焦油和煙堿的釋放量.

按照卷煙機(jī)器ISO抽吸模式,抽吸20支卷煙,濾片用50 mL含乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)(質(zhì)量濃度為29.0575 μg/mL)的二氯甲烷溶液震蕩萃取35 min,靜置5 min,取2 mL萃取液,過孔徑為0.45 μm的有機(jī)濾膜后,加入少量的無水Na2SO4干燥后,進(jìn)樣進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)分析,測定香味成分.

GC/MS分析條件:毛細(xì)管柱:HP-5MS(60 m × 0.25 mm,0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:250 ℃;載氣:He;流速:1 mL/min;進(jìn)樣量:1μL;分流比:10∶1;電離方式:EI;離子源溫度:230 ℃;電離能量:70 eV;傳輸線溫度:280 ℃;四極桿溫度:150 ℃;電子倍增器 (EM) 電壓:1 812 V;隔墊吹掃流量:3 mL/min;掃描方式:全掃描及選擇離子監(jiān)測(SIM)模式;掃描范圍:50～350 m/z;溶劑延遲:5 min;升溫程序:初始溫度70 ℃,以5 ℃/min升到100 ℃,然后以0.5 ℃/min升到104 ℃,最后以5 ℃/min升到250 ℃,保持15 min.

采用NIST08(標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜)譜庫檢索,以匹配度≥85%定性,內(nèi)標(biāo)法定量.有標(biāo)樣的香味成分采用內(nèi)標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量;沒有標(biāo)樣的,采用目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)峰面積比值進(jìn)行相對定量.

1.2.4 熱重實驗條件

30～50 ℃升溫+強(qiáng)氣流:初始溫度30 ℃,最終溫度50 ℃,升溫速率為1 ℃/min,氣體氛圍為:氮氣90 mL/min,氧氣10 mL/min,保護(hù)氣體為氮氣,載氣流量100 mL/min.

30 ℃+強(qiáng)氣流:30 ℃恒溫20 min,氣體氛圍為:氮氣90 mL/min,氧氣10 mL/min,保護(hù)氣體為氮氣,載氣流量100 mL/min.

30 ℃+低氣流:30 ℃恒溫20 min,氣體氛圍為:氮氣90 mL/min,氧氣10 mL/min,保護(hù)氣體為氮氣,載氣流量5 mL/min.

1.2.5 感官評價方法

參照行業(yè)內(nèi)《卷煙中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》,開展感官評價工作,專業(yè)評委為安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)人員,且均具有國家感官評吸資格證書,感官評價包括香氣特征、煙氣特征、口感特征共11個評價分項指標(biāo),其中香氣特征包含香氣質(zhì)、香氣量、雜氣;煙氣特征包含細(xì)膩柔和度、成團(tuán)性、濃度、勁頭;口感指標(biāo)包含干燥感、刺激、余味.感官評價按照九分制進(jìn)行打分,最小記分單位0.5分,統(tǒng)計專家評委打分平均分,保留兩位小數(shù).

2 結(jié)果與討論

2.1 熱敏顆粒透射電子顯微鏡(TEM)表征及分析

制備的熱敏增香顆粒粒徑分布在450～650 μm之間,且粒徑大小比較均勻,顆粒形態(tài)較好,且熱敏顆粒表面孔徑大小均勻,結(jié)構(gòu)較緊密,如圖1所示,說明香味源體在顆粒表面的分散比較均勻.

圖1 熱敏顆粒成品及顆粒表面TEM圖.(a)成品顆粒電鏡圖;(b)成品顆粒表面透射電鏡圖

2.2 熱敏顆粒熱重實驗分析

表3,4分別為熱敏顆條件下的熱重實驗結(jié)果,由表3、4可知,在無抽吸溫度為30 ℃時,該顆粒香味物質(zhì)的散發(fā)較少,產(chǎn)品質(zhì)量無明顯變化,質(zhì)量較為穩(wěn)定;隨著溫度升高及強(qiáng)氣流模式下,香味物質(zhì)釋放量逐漸增加,可見該顆粒具有很好的熱敏性和緩釋性能.一是隨著卷煙抽吸動作的開始,即可實現(xiàn)香味物質(zhì)的有效緩慢釋放;二是卷煙抽吸時的主流煙氣環(huán)境溫度一般在40～50 ℃,在卷煙抽吸的初始階段,即可開始香味成分的緩慢釋放,同時隨著卷煙抽吸的不斷進(jìn)行,燃燒錐逐漸靠近嘴棒段,主流煙氣的環(huán)境溫度逐步提高,香味物質(zhì)的釋放不斷增加,實現(xiàn)了香味物質(zhì)的穩(wěn)定緩慢釋放.

表3 熱敏顆粒(4#)升溫條件下熱重實驗數(shù)據(jù)

表4 熱敏顆粒(4#)在恒溫不同氣流條件下熱重實驗數(shù)據(jù)

2.3 熱敏顆粒對卷煙主流煙氣的影響

由表5數(shù)據(jù)可見,4種熱敏顆粒卷煙的總粒相物、煙氣煙堿、煙氣水分、焦油、一氧化碳含量均要高于對照樣,其中煙氣水分含量增加幅度最大,其他幾個指標(biāo)變化較小,煙氣水分對卷煙感官質(zhì)量呈正作用,可以提高卷煙的舒適感、圓潤度,基于低焦油卷煙香氣質(zhì)感差、煙氣濃度低的缺陷,結(jié)合卷煙輔材參數(shù)的設(shè)計,熱敏顆粒的總粒相物、煙氣煙堿、焦油含量對卷煙危害性指數(shù)影響可以忽略.

表5 四種熱敏顆粒嘴棒及對照樣在卷煙中的煙氣常規(guī)成分結(jié)果

2.4 熱敏顆粒對卷煙感官品質(zhì)的影響

4種熱敏顆粒對卷煙感官品質(zhì)的影響如表6所示,4種熱敏顆粒對卷煙的香氣量、煙氣濃度以及舒適度均有不同程度的提升,但與對照樣(不含熱敏顆粒正常卷煙)相比,A樣品香氣單薄,豐富性上有所欠缺;B樣品香料煙特征稍有突出,使整體協(xié)調(diào)性變差;C樣品缺少甜潤煙草香氣;D樣品在提高香氣量、煙氣濃度以及舒適度的基礎(chǔ)上,解決了A、B、C 3種樣品的質(zhì)量缺陷.結(jié)果表明,熱敏顆粒對于提高卷煙的香氣量、煙氣濃度以及舒適度有很好的作用,但對于不同的風(fēng)格的卷煙產(chǎn)品,還需要根據(jù)產(chǎn)品的特點和需要,對熱敏顆粒的原料進(jìn)行綜合的配方設(shè)計.圖2為4種熱敏顆粒在卷煙中的感官評價結(jié)果雷達(dá)圖.

表6 4種熱敏顆粒嘴棒及對照樣在卷煙中的感官評價結(jié)果

圖2 4種熱敏顆粒在卷煙中的感官評價結(jié)果雷達(dá)圖

表7 復(fù)合嘴棒(D)及對照樣中性香味成分含量檢測結(jié)果(μg·支)-1

2.5 煙氣中性致香成分分析

為了初步研究熱敏復(fù)合嘴棒對煙氣香味成分的貢獻(xiàn),在感官質(zhì)量評價的基礎(chǔ)上實驗選取了感官質(zhì)量得分最高的D號卷煙樣品.對比分析其與對照樣品煙氣中中性香味成分的差異,由表7數(shù)據(jù)可得,使用熱敏復(fù)合嘴棒技術(shù),能有效提高煙氣的致香成分總量,其中對香氣起主要支撐作用的糠醛、糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、2,3-二氫苯并呋喃、二乙酸甘油酯、茄酮、巨豆三烯酮等均有較大提升.

3 結(jié) 論

制備了富含煙草香的熱敏緩釋復(fù)合材料,同時將熱敏顆粒添加到卷煙嘴棒中進(jìn)行應(yīng)用驗證,研究結(jié)果表明:

(1)成功制備了熱敏緩釋復(fù)合材料,該熱敏顆粒具有較好的穩(wěn)定性和香味物質(zhì)緩慢釋放功能;

(2)添加熱敏顆粒卷煙的主流煙氣水分的明顯提升,香氣量、煙氣濃度、舒適感得到顯著提升,刺激性下降,整體感官質(zhì)量具有較大程度的改善;

(3)香味成分分析結(jié)果顯示,使用熱敏顆粒復(fù)合嘴(D)卷煙香味成分含量總量明顯高于對照樣,其中煙草致香成分含量均有不同程度提升;

(4)通過創(chuàng)新技術(shù)在濾嘴體系中的應(yīng)用,實現(xiàn)香味物質(zhì)在煙氣中的補(bǔ)充,這將會成為超低焦油卷煙設(shè)計中的有效支撐手段,該方法具有良好的社會價值及應(yīng)用前景.

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(責(zé)任編輯：郁 慧)

Preparation of thermo-sensitive slow releasing materialand its application in low tar tobacco

Tian Zhong, Chen Chuang, Wang Hhongwei, Bao Sui,Xu Zongbao, Fang Ding, Wang Qingze, Ning Yong*

(Technology Center of China Tobacco Anhui Co.,Ltd,Hefei,Anhui 230088,China)

To solve some sensory defects such as fragrance deficiency,strong dry sense,poor satisfaction in the development of ultra-low tar tobacco products,we prepared a new thermo sensitive slow releasing composite material with tobacco aroma.The characterization results showed that the as-prepared thermosensitive particles have better aroma enhancing and slow releasing effects.Also,the aroma components of the tip stick containing thermosensitive particles were detected and its sensory quality was evaluated.The results showed that composite tip stick could enhance the aroma and improve the sensory quality of the cigarettes.

thermo-sensitive material; aroma compensation; ultra-low tar tobacco

2016-01-16

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目“黃山“焦甜香”細(xì)長支卷煙產(chǎn)品的研制開發(fā)”(2014107)

田 忠(1984-),男,工程師,主要從事卷煙產(chǎn)品設(shè)計及技術(shù)等方面的研究.E-mail:tianzhong-1984@163.com

導(dǎo)師簡介: 寧 勇(1978-),男,工程師,主要從事卷煙產(chǎn)品設(shè)計及煙草香精等方面的研究.E-mail:1060317720@qq.com

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A

1000-5137(2017)02-0292-07

*通信作者