丙二醇及其聚合物對煙絲保潤效果的影響

杜宇，張?zhí)鞐?，林文強?陳微，楊瑩， 陳興，凌軍

（云南中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，云南 昆明 650231）

丙二醇及其聚合物對煙絲保潤效果的影響

杜宇，張?zhí)鞐?，林文強?陳微，楊瑩， 陳興，凌軍*

（云南中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，云南 昆明 650231）

為尋找新型煙草保潤劑，以丙二醇（PG）為對照，研究了不同聚合度的聚丙二醇（PPG）和PG+PPG組合對煙絲保濕及防潮性能的影響。結果表明，PG+PPG400組合保潤劑在相對濕度（40±2）%和（80±2）%條件下的保濕及防潮效果均極顯著優(yōu)于PG（a=0.01）；在感官質量方面，PG+PPG400優(yōu)于丙二醇，主要表現在提升卷煙香氣和舒適性；PPG400的裂解試驗表明，其裂解產物含有多種煙草致香物質及特殊增香酮類、醇類化合物。

聚丙二醇；煙絲；保潤及防潮；感官質量

保濕化合物廣泛應用于卷煙產品中，其對卷煙的感官品質具有十分重要的作用。目前，卷煙生產中常用的保潤劑為丙二醇、甘油、二甘醇、山梨醇、三甘醇等多羥基化合物，這些多羥基化合物具有吸濕性，同時可以使水的表面張力降低而易于潤濕，添加到卷煙中，由于其羥基與水分形成氫鍵，使水分受束縛而散失速度減緩[1-9]。

聚丙二醇含有親油鏈段，能與植物表面蠟質層物質如高級脂肪烷烴、烯烴和高級脂肪酸等具有較好的相容性[10]，且與香精香料互溶性好，對卷煙料液吸收具有促進作用[11]。盡管聚丙二醇在日化、醫(yī)藥等領域應用較多，但是其對煙絲保潤效果的研究尚未見報道。作者采用不同聚合度的聚丙二醇作為保潤劑，以丙二醇作為對照，研究不同聚合度的聚丙二醇對卷煙葉組煙絲保潤及防潮效果的影響，并進一步對其裂解產物進行了評價。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 “云煙（紫）”未加料葉組煙絲：自制；丙二醇（PG）、聚丙二醇（PPG-400、PPG-1000、PPG-2000平均相對分子質量分別為400、1 000和2 000）：分析純，購自上海晶純生化科技股份有限公司。

1.1.2 儀器 FED-115鼓風干燥機：德國BINDER公司產品；KBF 240恒溫恒濕箱：德國BINDER公司產品；Mettler Toledo XS204分析天平：梅特勒-托利多集團產品；Foss Cyelotee 1093樣品粉碎磨：丹麥福斯集團產品；HP6890GC／5973MS氣質聯用儀（配有澳大利亞SGE裂解器）：美國惠普公司產品；AAⅢ流動分析儀：德國布朗盧比公司產品；HB200全自動吸煙機：德國HB公司產品。

1.2 方法

1.2.1 不同保潤劑處理煙絲制備

1）保潤劑料液配制 用稱量皿稱取1.5 g丙二醇及不同相對分子質量聚丙二醇，然后添加到13.5g云煙（紫）料液和15 g蒸餾水，用磁力攪拌器在45℃條件下攪拌30 min，得到相應的保潤劑料液。以蒸餾水替代保潤劑制備空白料液。

2）煙絲樣品前處理 “云煙（紫）”空白煙絲在相對濕度（60±2）%，溫度（22±1）℃的恒溫恒濕箱中平衡48 h。稱取平衡好的空白煙絲50 g，然后采用喉頭噴霧器均勻加入上述保潤劑料液10 g，每個處理樣品作3個重復。

1.2.2 不同保潤劑處理煙絲的保潤及防潮測試將處理好的煙絲放置于溫度 （22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中，平衡48 h，再分別放人溫度（22±1）℃、相對濕度（40±2）%和（80±2）%的恒溫恒濕箱中，每隔一定時間測定煙絲含水率，并將煙絲含水率對測試時間作圖，分析煙絲不同濕度環(huán)境下的含水率變化。

煙絲含水率的測定按中華人民共和國煙草行業(yè)標準YC/T31-1996進行，準確稱取平衡好的煙絲樣品質量m1（10 g左右），放人40℃烘箱中烘干，直至可用手捻碎，稱得質量m2，水分質量分數w1按下式計算。

1.3 統(tǒng)計分析

對不同保潤劑處理樣品進行3次平行實驗，用統(tǒng)計學軟件SPSSl8．0中 “單因素方差分析-Duncan（新復極差法）”方法對不同樣品兩兩之間的顯著性差異進行了分析。

1.4 煙氣常規(guī)化學指標分析

加入不同保潤劑料液和空白料液的煙絲，在恒溫恒濕箱中平衡48 h后，以云煙（紫）輔材手工制備成卷煙，根據中華人民共和國國家標準GB／T19609-2004進行煙氣分析，測定煙氣中總粒相物、焦油、煙堿、CO的含量。

1.5 熱裂解成分分析

稱取丙二醇及其聚合物各2.0 mg，分別置于裂解進樣針管中，待氣流平穩(wěn)后，進行丙二醇及其聚合物試樣的裂解組分分析。鑒于卷煙燃燒過程的復雜性和多次試驗，試驗僅進行裂解溫度為650℃時丙二醇及其聚合物的定性對比分析。

1.6 保潤劑感官作用評價

聘請紅云紅河集團有評吸資質的7位評吸專家參照YC/T 415-2011標準對添加丙二醇及其聚合物的樣品（加入量均為煙絲質量分數1%）感官質量進行評吸鑒定，并給出卷煙抽吸品質評價。

從烘箱中取出烘好的煙絲樣品，碾磨成粉末，準確稱量磨好的煙末3份，每份質量m3，（2 g左右），放入（105±1）℃烘干2 h，干燥器中放置室溫后稱量m4，水分質量分數w2按式（1）計算，總水分質量計算按式（2）計算。

2 結果與討論

2.1 丙二醇及其聚合物保濕效果分析

對PG及其聚合物處理樣品和對照樣品在溫度（22±1）℃，相對濕度（40±2）%環(huán)境下的解濕過程和在溫度（22±1）℃，相對濕度（80±2）%環(huán)境下的吸濕過程的煙絲含水率進行了測試，將煙絲含水率對測試時間作圖，變化趨勢見圖1和圖2。

圖1 PG及不同相對分子質量PPG處理紫云葉組在相對濕度（40±2）%條件下含水率變化Fig.1 Change in moisture content of“ZI YUN”treated by PG and different molecular weight PPG at（40± 2）%RH

如圖1所示，在環(huán)境相對濕度（40±2）%條件下，向葉組煙絲中分別添加質量分數1%的聚丙二醇、丙二醇和蒸餾水，各葉組煙絲樣品相對濕度隨著放置時間的延長而逐漸下降。其中，0～24 h間，各組煙絲含水率下降均較快；24～72 h，煙絲含水率下降相對緩慢，72 h以后（除蒸餾水處理樣品外），含水率變化較小并趨于穩(wěn)定。從120 h平衡含水率來看，所采用的PG、不同相對分子質量PPG以及PG與PPG組合均表現出優(yōu)于空白的保潤效果，主要源于PG或PPG保潤劑所含的羥基或醚鍵能與水分子間形成氫鍵作用，增加了對水分子的束縛力，從而提升了煙絲的抗失水能力。對于不同相對分子質量的PPG，表現為隨PG聚合度的增加，平衡含水率先增加后下降，其中PPG400保潤效果最好，其次是PPG1000，二者均略優(yōu)于PG；但當PPG相對分子質量達到2 000時，保潤效果明顯下降，這可能跟PPG分子鏈長度有關，當PPG分子鏈長度到一定程度時，其分子鏈彎曲且相互纏繞，使部分羥基及醚鍵被包埋或形成分子內氫鍵，減少了與水分子形成氫鍵幾率（或數量），從而使其平衡含水率降低。將PG與保潤效果較好的PPG400和PPG1000按質量比1∶1配合，進行保潤效果試驗，從圖1可以看出，PG+ PPG400獲得較好的保潤效果，與PPG400相當；而PG+PPG1000配合的保潤效果卻較PG或PPG1000單用效果略差。

對不同保潤劑處理樣品平衡含水率 （120 h）進行單因素方差-多重比較分析（見表1），結果表明，（40±2）%條件下不同處理葉組煙絲平衡含水率大小表現為 PPG400＞PG+PPG400＞PPG1000＞PG＞PG+ PPG1000＞PPG2000＞蒸餾水；PPG1000、PG+PPG400、PPG400處理后的煙絲含水率相當，且均極顯著高于PG、PPG2000、PG+PPG1000及蒸餾水處理樣品；PG處理后的煙絲含水率極顯著高于PPG2000、PG+ PPG1000及蒸餾水處理樣品。實驗結果表明，添加PG、不同相對分子質量PPG以及PG與PPG組合對煙絲具有一定的保濕效果，其中PPG400、PG+ PPG400以及PPG1000在低濕度（40±2）%環(huán)境下的保濕效果均極顯著優(yōu)于PG。

表1 不同保潤劑對煙絲平衡含水率（120 h）影響的多重比較（相對濕度40%）Table 1 Multiple comparisons of different humectants for cut tobacco equilibrium moisture content（120h）at（40±2）%RH

如圖2所示，在環(huán)境相對濕度（80±2）%條件下，向葉組煙絲中分別添加質量分數1%的PPG、PG+ PPG組合、PG和蒸餾水，各葉組煙絲樣品相對濕度隨著放置時間的延長均呈上升趨勢。表明在防潮效果方面，PG、PPG400和PPG1000防潮效果相當，120 h平衡含水率均在22.20%左右，PPG2000防潮效果優(yōu)于聚合度較低的 PPG及丙二醇；PG與PPG400、PPG1000聯用，在120 h時平衡含水率相當。從圖2中也可以看到PG及其聚合物處理的葉組煙絲平衡含水率均高于空白對照樣，主要原因是PG及其聚合物能夠附著在煙絲表面增加煙絲對水的親和性和束縛能力，在濕度較大的情況下能夠吸附更多的水分，從而降低了煙絲的防潮性能。

圖2 PG及不同相對分子質量PPG處理紫云葉組在 （80± 2）%RH條件下含水率變化Fig.2 Change in moisture content of“ZI YUN”treated by PG and different molecular weight PPG at（80± 2）%RH

對不同保潤劑平衡含水率（120 h）進行單因素方差-多重比較分析（見表2），結果表明，（80±2）%條件下不同處理葉組煙絲平衡含水率大小表現為PG＞PPG1000＞PPG400＞PG+PPG400＞PG+PPG1000＞PPG2000＞蒸餾水；試驗樣品在高濕環(huán)境中的120 h平衡含水率均極顯著高于蒸餾水處理的煙絲樣品，說明它們相對蒸餾水而言均不具備防潮能力；其中PPG1000、PPG400防潮效果與PG無顯著差異，PG+ PPG400、PG+PPG1000、PPG2000處理的煙絲樣品在高濕環(huán)境中的含水率極顯著低于PG，說明它們的防潮效果明顯優(yōu)于PG。

綜述所述，通過不同聚合度PG保潤及防潮試驗結果分析可知，PPG400、PPG1000保潤效果均優(yōu)于PG，防潮效果與PG基本相當，能較好的替代PG作為煙絲保潤劑。PG+PPG400組合的保潤性能和防潮性能均優(yōu)于PG，是較好的雙向保潤劑組合[10]，但這種組合協(xié)同效應的機理仍需進一步探索。

表2 不同保潤劑對煙絲平衡含水率（120 h）影響的多重比較（相對濕度80%）Table 2 Multiple comparisons of different humectants for cut tobacco equilibrium moisture content（120 h）at（40±2）%RH

2.2 感官評吸比較

抽取聚丙二醇中保濕及防潮效果較好的處理樣品，包括PPG400、PPG1000、PG+PPG400及PG對照樣品進行感官評吸比較（見表3），與PG對照相比，PPG400及PG+PPG400處理卷煙樣品在香氣質、香氣量方面改善較明顯，且余味干凈、舒適，甜潤感增加；PPG1000處理的卷煙樣品香氣能保持，但雜氣略冒、刺激性增加、干燥感略強。煙用保潤劑的添加，應能保持或提升卷煙產品感官質量的同時，具有較好的保濕及防潮作用。因此，從感官評吸結果看，PPG400和PG+PPG400能更好的提升卷煙的感官質量，但其對不同卷煙葉組配方的最適添加量以及安全性仍需作進一步的研究。

表3 不同保潤劑處理樣品的感官評吸對比結果Table 3 Sense evaluation of the cigarettes treated by different humectants

2.3 熱裂解成分分析

為了進一步探討保潤劑對卷煙煙氣成分的影響，對PG以及PPG400進行了650℃的熱裂解分析[12-13]。PG裂解產物成分比較簡單，由于PG沸點較低，裂解過程主要為丙二醇的遷移過程，其裂解主要成分是1，2-丙二醇，還含有少量的二烯烴及羥基丙酮。PPG400是聚合度相對較低的丙二醇聚合物，其裂解成分中含有大量醇類化合物，如1，2-丙二醇、二丙二醇、2-甲基-3-戊醇等。此外，還含有一定量的煙草致香物質，如3-羥基-2-丁酮、5-己烯-2-酮、2-環(huán)戊烯-1-酮、2-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮等，說明其與煙草具有較好的配伍性，這可能是PPG400處理卷煙感官質量優(yōu)于PG的重要原因。由于受試驗條件所限，以上僅是單一條件下的試驗結果，有必要在以后的試驗中作更深入的研究。

2.4 煙氣常規(guī)化學成分分析

卷煙保潤劑的使用目的是提高煙絲的保濕能力，但同時要保證其使用的安全性。為此對添加了1%PPG400及PG的卷煙樣品進行了煙氣常規(guī)化學指標分析，如表4所示。與PG相比，添加相同比例的PPG400處理樣品在總粒相物、煙堿、焦油及一氧化碳等指標上較接近，說明了該保潤劑添加到卷煙中未引起煙氣常規(guī)化學指標的明顯波動。

表4 PPG400與PG處理樣品的煙氣常規(guī)化學指標結果Table 4 Cigarettes-Mainstream smoke chemical technical specification treated by PPG400 and PG

3 結語

對添加了PG+PPG400與PG的卷煙樣品進行煙氣常規(guī)化學指標測試結果表明，添加PG+PPG400的卷煙樣品的總粒相物、煙堿、焦油及一氧化碳等指標上與PG較接近，說明了PG+PPG400的添加并未引起煙氣常規(guī)化學指標的明顯波動。

與使用單一PG保潤劑相比，PG+PPG400組合保潤劑不但具有更好的雙向保潤效果，且能較好的提升卷煙感官品質；同時，PPG400是低聚合度的聚丙二醇，沸點較PG高，耐加工性能也較PG好，其在卷煙保潤方面將具有較好的應用前景。

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Effect of Propylene Glycol and Its Polymer in Cut Tobacco as Humectant

DU Yu， ZHANG Tiandong， LIN Wenqiang， CHEN Wei， YANG Ying， CHEN Xing， LING Jun*
（Technology Centre，China Tobacco Yunnan Industrial Co.，Ltd.，Kunming 650231，China）

In order to find new tobacco humectants，taking Propylene glycol as a control，we studied the effects of PPG and （PG+PPG）group on the moist-keeping and humidity resistance of cut tobacco.The results indicated that PG+PPG400 had better moist-keeping and humidity-resistant effects than propylene glycol under the conditions of RH（40±2）%and RH（80±2）%，respectively. PG+PPG400 had more advantageous to the improvement of sensory quality（especially aroma and comfort）of cigarette than propylene glycol.The pyrolysis test for PPG400 at 650℃showed that its cleavage products contained a variety of aroma components in cigarette smoke and some special flavorous ketone and alcohols compounds.

poly （propylene glycol），cut tobacco，moisture retention and humidity resistance，sensory quality

TS 4

：A

：1673—1689（2017）07—0762—05

2015-08-24

中國煙草總公司重大專項項目（110201301032（BR-01））；云南中煙工業(yè)有限責任公司項目（2014CP03）；云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心項目（HYHH2013YL06，JSZX2014CP05）。

杜 宇（1985—），男，云南昆明人，理學博士，工程師，主要從事卷煙產品開發(fā)研究。E-mail：duyuscu@163.com

*通信作者：凌 軍（1983—），男，廣西玉林人，理學博士，工程師，主要從事卷煙產品開發(fā)研究。E-mail：lingchaojun@163.com

杜宇，張?zhí)鞐潱治膹?，?丙二醇及其聚合物對煙絲保潤效果的影響[J].食品與生物技術學報，2017，36（07）：762-766.