甘油施加比例對加熱卷煙薄片熱性能及熱解產(chǎn)物的影響

朱龍杰，曹毅，秦艷華，張媛，張華，劉獻軍，何紅梅，朱懷遠

甘油施加比例對加熱卷煙薄片熱性能及熱解產(chǎn)物的影響

朱龍杰，曹毅，秦艷華，張媛，張華，劉獻軍，何紅梅，朱懷遠*

江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，南京市興隆大街29號 210019

【目的】深入研究甘油在加熱卷煙中的熱穩(wěn)定性及其對煙草薄片揮發(fā)性成分的影響?！痉椒ā坎捎脽嶂?TG)、差示掃描量熱(DSC)和熱重–氣質(zhì)聯(lián)用分析儀(TG–GC–MS)，考察不同甘油添加比例（5%～40%）煙草薄片的熱性能及熱解產(chǎn)物的釋放規(guī)律?！窘Y(jié)果】①根據(jù)煙草薄片的微商熱重（DTG）曲線，可將熱失重劃分為三個失重區(qū)間，煙草薄片的最大失重區(qū)間在120℃～260℃。②甘油施加比例對煙草薄片的第二失重區(qū)間（120℃～260℃）和第三失重區(qū)間（260℃～350℃）的吸熱、放熱狀態(tài)具有較大影響。③高溫條件下甘油化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易發(fā)生分子內(nèi)、分子間反應(yīng)，以及乙酰化反應(yīng)。④在鑒定出的煙草薄片32種化合物中，有9種化合物的釋放濃度與甘油添加比例密切相關(guān)，其中6種化合物來自甘油自身的反應(yīng)，3種化合物來自于煙草中的主要固有組分?！窘Y(jié)論】甘油能促進煙草薄片中某些化合物的釋放。但甘油在高溫條件下熱不穩(wěn)定，較高添加比例下，甘油反應(yīng)產(chǎn)物顯著增加。

甘油；施加比例；加熱卷煙；煙草薄片；熱重–氣質(zhì)聯(lián)用

甘油，學(xué)名丙三醇，是一種無色透明的黏稠狀液體有機物，具有較強的吸濕性，通常以油脂的形式天然存在于煙草、啤酒、葡萄酒、可可中[1-2]，廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、涂料、制藥等多個行業(yè)[3-4]，其化學(xué)性質(zhì)活潑，能參與如酯化、胺化、醚化、硝化等多種類型的化學(xué)反應(yīng)[5]。

作為一類發(fā)展勢頭較好的新型煙草制品，加熱卷煙具有“加熱煙絲而非燃燒煙絲”的特點[6–9]，其煙草材料絕大多數(shù)是以煙草薄片（再造煙葉）的形式使用。煙草薄片是加熱卷煙制品的核心材料，其制作過程需要施加一定比例的甘油或者含甘油的混合溶劑。在加熱卷煙中，甘油除了可以提高煙草薄片的保潤及抗張性能[10–11]以外，更重要的是起到“發(fā)煙劑”的作用，即起到模擬傳統(tǒng)卷煙“發(fā)煙”的效果。

目前有關(guān)甘油的安全性評價[12–14]，以及甘油對煙草物理特性、燃燒狀態(tài)下煙氣釋放量和煙草加熱狀態(tài)下釋放產(chǎn)物的影響[15-20]，已經(jīng)做了較多研究。關(guān)于甘油和煙草材料的熱分析研究，主要以外加的方式將甘油水溶液噴灑到煙絲中進行熱重分析或熱解管加熱捕集分析[19-20]，尚未見在制漿中加入甘油制成煙草薄片，開展甘油施加比例對薄片熱性能及熱解產(chǎn)物影響的相關(guān)研究。因此，本文采用稠漿法制作煙草薄片工藝，制作不同甘油添加比例的煙草薄片，對其進行熱重分析和熱重–氣質(zhì)聯(lián)用分析，模擬加熱卷煙的加熱條件，考察煙草薄片加熱過程中甘油的熱穩(wěn)定性和甘油添加比例對煙草薄片中揮發(fā)性物質(zhì)的影響規(guī)律，為加熱卷煙中甘油安全性評估及“發(fā)煙劑”添加比例的優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

木漿纖維（江蘇鑫源煙草薄片有限公司提供）；煙草粉末（云南）；羧甲基纖維素鈉、甘油（AR，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。

BEVS1806A/200型磁吸式可調(diào)涂布器（廣州盛華實業(yè)有限公司）；DHG–924A型電熱鼓風(fēng)干燥器（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；KBF720恒溫恒濕箱（德國Binder）；6890N–5975C型氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；XP205電子天平（感量0.00001 g）、TGA/DSC 3+型熱重分析儀、IST16熱分析聯(lián)用系統(tǒng)（瑞士Mettler–Toledo公司）；Milli–Q超純水儀（美國Millipore公司）；Φ3 mm手握式打孔器（寧波天文文具有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 稠漿法不同甘油添加比例煙草薄片的制作

參考傳統(tǒng)的稠漿法煙草薄片制備工藝[21]，按照質(zhì)量百分比，選擇5%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%、35%和40%共14個比例添加甘油，制備不同甘油梯度加熱卷煙煙草薄片。制備好的煙草薄片于溫度22℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h備用。

1.2.2 煙草薄片的熱重分析

1.2.3 煙草薄片的熱重–氣質(zhì)聯(lián)用分析

1.2.4 煙草薄片中水分和甘油的檢測

參照國家標準[22]對加熱卷煙煙草薄片進行水分平衡。對平衡后的煙草薄片中的水分和甘油分別采用行業(yè)標準[23-24]進行檢測。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析與處理

根據(jù)煙草薄片中甘油和水分的質(zhì)量，通過公式（1）得到煙草薄片的單位干基率，以百分數(shù)表示。

其中：—煙草薄片中不含甘油和水分的單位干基率；m—每克煙草薄片中甘油的質(zhì)量；m—每克煙草薄片中水分的質(zhì)量。

采用Nist14和Wiley標準質(zhì)譜圖庫進行檢索，以匹配度大于85%和可能性大于80%進行初步定性，再結(jié)合化合物的質(zhì)譜離子裂解規(guī)律和保留時間進行二次定性。使用化學(xué)工作站軟件對各組分的峰面積進行積分，根據(jù)峰面積和煙草薄片中單位干基質(zhì)量，通過公式（2）得到煙草薄片單位干基質(zhì)量下各組分的釋放濃度。

其中：S—煙草薄片中某揮發(fā)性組分單位干基質(zhì)量釋放濃度；R—某甘油添加比例煙草薄片中不含甘油和水分的單位干基率；A—某揮發(fā)性組分的峰面積；m—某甘油添加比例煙草薄片的質(zhì)量。

對煙草薄片的熱重曲線進行歸一化和一階導(dǎo)數(shù)處理，使用Origin 2020繪圖軟件對熱重分析數(shù)據(jù)進行繪圖。使用Excel 2010軟件對甘油添加比例與煙草薄片各組分的釋放濃度進行數(shù)據(jù)計算和繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同甘油添加比例煙草薄片的TG/DSC表征

對甘油添加比例為5%～40%的煙草薄片進行熱重分析，共獲得14個煙草薄片的TG曲線和DSC曲線，對所有TG曲線進行一階求導(dǎo)，得到對應(yīng)的DTG曲線。將所有的TG、DTG和DSC曲線疊加后得到相應(yīng)的煙草薄片3種曲線顏色映射圖，見圖1～3。圖1顯示，在30℃～400℃區(qū)間內(nèi)，當(dāng)甘油添加比例<10%時，煙草薄片的失重曲線較為順滑，失重區(qū)間不明顯。而隨著甘油添加比例的增加，TG曲線開始逐漸發(fā)散，失重速率開始分化。當(dāng)甘油添加比例大于30%時，煙草薄片的TG曲線可明顯看出有不同的失重區(qū)間。結(jié)合煙草薄片的DTG顏色映射圖（圖2），可將煙草薄片的TG曲線主要劃分為3個溫度區(qū)間，其中30℃～120℃為第Ⅰ區(qū)間，120℃～260℃為第Ⅱ區(qū)間，260℃～350℃為第Ⅲ區(qū)間。

圖1 不同甘油添加比例煙草薄片的TG曲線顏色映射圖

圖2 不同甘油添加比例煙草薄片的DTG曲線顏色映射圖

圖3 不同甘油添加比例煙草薄片的DSC曲線顏色映射圖

由圖1～圖3可知，①在第Ⅰ區(qū)間，不同甘油添加比例煙草薄片的TG曲線整體失重比例較小，對應(yīng)的剩余質(zhì)量百分數(shù)為85%～95%，失重占比為5%～15%。對應(yīng)的DTG曲線失重速率也較低，出現(xiàn)最大失重速率的溫度為80℃。盡管TG曲線顯示煙草薄片在第Ⅰ區(qū)間失重較小，但DSC曲線顯示煙草薄片在第Ⅰ區(qū)間吸收的熱量最多。推測加熱卷煙煙草薄片中，由于水分的比熱容較大，在加熱過程中水分的揮發(fā)會吸收較多熱量。因此在加熱初始階段，水分的揮發(fā)會對加熱卷煙中煙草薄片的傳熱產(chǎn)生一定影響。②在第Ⅱ區(qū)間，TG曲線顯示隨著甘油施加比例的增加，該區(qū)間逐漸成為煙草薄片的最大失重區(qū)間，對應(yīng)的剩余質(zhì)量百分數(shù)為40%～70%，失重占比為25%～45%。煙草薄片的DTG曲線顯示，該區(qū)間煙草薄片的失重速率較大，出現(xiàn)最大失重速率的溫度為215℃。當(dāng)甘油添加比例大于18%時，該區(qū)間成為最大失重速率區(qū)間。而DSC曲線顯示，當(dāng)甘油添加比例小于22%時，在第Ⅱ區(qū)間內(nèi)的大部分溫度區(qū)域，煙草薄片的熱流為負值，說明該區(qū)域吸熱占主導(dǎo)作用。但當(dāng)甘油添加比例大于22%時，在第Ⅱ區(qū)間內(nèi)的大部分溫度區(qū)域，煙草薄片的熱流轉(zhuǎn)為正值，說明該區(qū)域放熱占主導(dǎo)。推測可能是當(dāng)甘油添加比例較小時，在該溫度區(qū)間甘油的揮發(fā)吸熱因素占主導(dǎo)作用。而當(dāng)甘油添加比例較大時，由于甘油濃度較高，可能發(fā)生甘油分子內(nèi)、分子間的脫水、縮合等化學(xué)反應(yīng)[25]，使得煙草薄片的反應(yīng)放熱因素占主導(dǎo)作用。③在第Ⅲ區(qū)間，TG曲線顯示該區(qū)間煙草薄片的失重介于第Ⅰ和Ⅱ區(qū)間，對應(yīng)的剩余質(zhì)量百分數(shù)為25%～45%，失重占比為15%～25%。煙草薄片的DTG曲線顯示，隨著甘油添加比例的增加，煙草薄片的失重速率逐漸減小，出現(xiàn)最大失重速率的溫度為320℃。而煙草薄片的DSC曲線顯示，煙草薄片在此區(qū)間出現(xiàn)較大的放熱峰，其熱量可能是由煙草干基中大分子難揮發(fā)性物質(zhì)氧化分解造成[26]。當(dāng)甘油添加比例大于24%時，煙草薄片具有明顯更大的放熱峰，推測在加熱過程中甘油與煙草中相關(guān)成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，從而在DSC曲線上體現(xiàn)出較強的放熱峰。這需要結(jié)合后續(xù)的TG-GC-MS分析結(jié)果，進一步確認煙草薄片受熱釋放出的甘油衍生物種類。

2.2 甘油的熱穩(wěn)定性及煙草薄片中主要揮發(fā)性物質(zhì)的鑒定

為考察甘油的熱穩(wěn)定性，對比分析了甘油在120℃和320℃時的TG-GC-MS結(jié)果，總離子流圖如圖4所示。在120℃時，甘油受熱揮發(fā)，并未鑒定出其他產(chǎn)物，說明在該溫度下，甘油的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。當(dāng)溫度升至320℃時，總離子流圖中除檢測到甘油外，還鑒定出甘油醛、二聚甘油A、二聚甘油B等化合物，表明甘油分子在高溫時性質(zhì)較為活潑，可發(fā)生分子內(nèi)或分子間分解、脫水、縮合等反應(yīng)。加熱卷煙的加熱溫度通?？蛇_350℃，在該條件下甘油除了揮發(fā)遷移，還會產(chǎn)生一系列熱解產(chǎn)物，而目前尚未對這些產(chǎn)物的安全性開展過評估，因此在今后加熱卷煙的研發(fā)中需進一步考慮甘油熱解反應(yīng)產(chǎn)物的安全性。

1.甘油2.甘油醛 3.二聚甘油A 4.二聚甘油B

對不同甘油施加比例煙草薄片樣品進行熱重–氣質(zhì)聯(lián)用檢測，設(shè)置定量環(huán)閥門打開時間為第180 s（對應(yīng)溫度330℃），收集熱重釋放的氣體樣品，經(jīng)氣質(zhì)檢測得到煙草薄片的總離子流圖，見圖5。在煙草薄片的釋放產(chǎn)物中共鑒定出32種化合物（表1）。與甘油及其衍生物相關(guān)的化合物有7種，分別為甘油、甘油醛、單乙酸甘油酯A、單乙酸甘油酯B、正戊醛、二聚甘油A和二聚甘油B。與煙草有關(guān)的化合物有25種，主要有糠醛、茄酮、5–羥甲基糠醛、煙堿、麥司明、新植二烯、巨豆三烯酮等。鑒定結(jié)果表明，與傳統(tǒng)卷煙相比，加熱卷煙煙草薄片的揮發(fā)性物質(zhì)中存在較多的甘油反應(yīng)產(chǎn)物。

1.丙二醇 2.吡啶 3.丙烯基環(huán)戊烯 4.糠醛 5.2-環(huán)戊烯酮 6.乙酰氧基丙酮 7.(+)–二氫香芹酮 8.甲基庚烯酮 9.5-甲基糠醛 10.甘油 11.甘油醛 12.單乙酸甘油酯A 13.正戊醛 14.茄酮 15.5-羥甲基糠醛 16.煙堿 17.二烯煙堿 18.新植二烯 19.巨豆三烯酮D

表1 煙草薄片在TG–GC–MS中釋放的主要化合物

Tab.1 Main compounds released from tobacco sheets by TG–GC–MS

2.3 甘油與煙草薄片中主要化合物的釋放關(guān)聯(lián)

為研究煙草薄片中甘油與其他物質(zhì)的釋放關(guān)聯(lián)特征，將不同甘油添加比例煙草薄片的總離子流圖進行疊加，獲得總離子流顏色映射圖，如圖6（全局）和圖7（局部）所示。由圖可知，在鑒定出的32種化合物中，有9種化合物的峰面積與煙草薄片中甘油的添加比例具有明顯正相關(guān)性，分別是甘油醛、單乙酸甘油酯A、單乙酸甘油酯B、正戊醛、二聚甘油A、二聚甘油B、5-羥甲基糠醛、煙堿和新植二烯。其中有6種化合物的來源與甘油密切相關(guān)，主要為甘油的分子內(nèi)脫水、分子間脫水和乙?；磻?yīng)產(chǎn)物。在6種化合物中，甘油乙?；苌a(chǎn)物（見圖7單乙酸甘油酯A）的顏色映射峰豐度最大。由于在甘油純品的加熱產(chǎn)物中并未檢測到此類物質(zhì)（圖4），由此推測在高溫條件下，煙草薄片中甘油易與煙草中乙酸或含有乙?；鶊F的物質(zhì)發(fā)生乙?；磻?yīng)。這也與圖3中較高甘油含量的煙草薄片在DSC曲線第Ⅲ溫度區(qū)間上具有更大反應(yīng)放熱峰的結(jié)果相一致。此外，5-羥甲基糠醛、煙堿和新植二烯3種化合物為煙草中的主要固有組分，對煙草的品質(zhì)有比較重要的作用。圖6和圖7的顏色映射圖顯示，隨著甘油添加比例的增大，5-羥甲基糠醛、煙堿和新植二烯3種化合物所對應(yīng)的顏色映射峰的豐度也逐漸增大。這表明，在煙草薄片加熱過程中，甘油與煙草中含量較高的固有組分存在著協(xié)同釋放效應(yīng)。

圖6 不同甘油添加比例煙草薄片的總離子流顏色映射圖（全局）

1.甘油2.甘油醛3.單乙酸甘油酯A 4.單乙酸甘油酯B 5.正戊醛6.二聚甘油A 7.二聚甘油B 8. 5–羥甲基糠醛9.煙堿10.新植二烯

由圖6和圖7的顏色映射圖還可知，其余化合物的釋放濃度與甘油添加比例之間的關(guān)聯(lián)性并不顯著，推測可能與這些化合物的沸點和含量有關(guān)。一方面當(dāng)化合物沸點較低時，在甘油揮發(fā)之前就有可能大量揮發(fā)，使得甘油對其影響較小。另一方面，當(dāng)化合物含量較低時，少量甘油的揮發(fā)就可使其充分協(xié)同釋放，因此增加甘油添加量并不會使其釋放量顯著提高。鑒于此，在開發(fā)加熱卷煙香精配方時，為合理利用“發(fā)煙劑”甘油的釋放特性，可通過添加一些較高沸點的香原料，以及依據(jù)甘油添加量選擇合適的香原料使用量，提高加熱卷煙香氣的釋放量和持久性。

2.4 不同甘油添加比例煙草薄片中關(guān)聯(lián)化合物的釋放濃度

使用1.2.4節(jié)的檢測方法，對煙草薄片中的甘油和水分質(zhì)量進行檢測，并通過1.2.5節(jié)中公式（1）計算，得到不同甘油添加比例煙草薄片的單位干基率，見表2。

表2 不同甘油添加比例煙草薄片中甘油、水分和單位干基率

Tab.2 Glycerol, moisture and unit dry basis rate in tobacco sheets with different glycerol addition ratios

根據(jù)不同甘油添加比例煙草薄片中甘油、水分、單位干基率和目標化合物的峰面積，通過1.2.5節(jié)中公式（2）計算，得到與甘油具有顯著釋放關(guān)聯(lián)的9種化合物的單位干基質(zhì)量釋放濃度，詳情見圖8。

注：A：S為煙草薄片單位干基質(zhì)量下各組分釋放濃度，其定義見本文1.2.5。

由圖8可知，當(dāng)甘油添加比例在5%～18%時，煙草薄片中除煙堿外，其余8種關(guān)聯(lián)化合物的釋放濃度增加較為緩慢。當(dāng)甘油添加比例在18%～40%時，這8種化合物的釋放濃度進一步增加，其中甘油醛、單乙酸甘油酯A、5-羥甲基糠醛和新植二烯的增速較快。說明當(dāng)甘油添加比例較高時，具有較強霧化效果的甘油能有效促進煙草薄片中甘油反應(yīng)產(chǎn)物的生成和高沸點物質(zhì)的釋放。但隨著甘油添加比例的增加，甘油反應(yīng)產(chǎn)物隨之增長的問題不容忽視，需要進一步關(guān)注加熱卷煙中甘油反應(yīng)產(chǎn)物的安全性。

此外，煙堿作為煙草中的主要物質(zhì)且含量較高，在甘油添加比例5%～40%區(qū)間內(nèi)，煙堿的釋放濃度隨著甘油添加比例的增大而穩(wěn)定增加。這表明在煙草薄片中，煙堿的釋放遷移與甘油之間具有較好的協(xié)同效應(yīng)。利用這一特點，可在加熱卷煙研發(fā)過程中，設(shè)計合理的甘油施加量，促進煙堿在煙氣中的釋放，從而提高加熱卷煙的滿足感。

3 結(jié)論

（1）14個不同甘油添加比例的煙草薄片的TG和DSC曲線顯示，在第Ⅰ區(qū)間，煙草薄片失重占比較小為5%～15%，但該區(qū)間為煙草薄片的最大吸熱區(qū)間。在第Ⅱ區(qū)間，煙草薄片的失重占比最大，為25%～45%。在該區(qū)間同時存在甘油的揮發(fā)吸熱和甘油分子內(nèi)和分子間的反應(yīng)放熱，煙草薄片的整體熱流狀態(tài)與甘油添加比例有關(guān)。在第Ⅲ區(qū)間，煙草薄片的失重占比較大為15%～25%。在該區(qū)間煙草薄片有明顯的反應(yīng)放熱峰，除了煙草干基中大分子物質(zhì)的氧化分解，還伴隨著甘油與煙草中其他組分的反應(yīng)放熱。

（2）不同甘油添加比例煙草薄片的TG–GC–MS的分析結(jié)果表明，高溫條件下甘油化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易發(fā)生分子內(nèi)、分子間反應(yīng)，以及乙?；磻?yīng)。在煙草薄片中鑒定出的32種化合物中，有9種化合物的釋放濃度與甘油添加比例密切相關(guān)，其中6種化合物來自甘油自身的相關(guān)反應(yīng)，3種化合物來自于煙草中的主要固有組分。

（3）煙草薄片的TG–GC–MS分析結(jié)果還顯示，當(dāng)甘油添加比例大于18%時，8種關(guān)聯(lián)化合物的釋放濃度增長明顯加快，而煙堿的釋放濃度隨甘油添加比例的增大而穩(wěn)定增加。

綜上所述，煙草薄片中的甘油能夠促進煙草中煙堿、新植二烯、5-羥甲基糠醛等高沸點化合物的釋放。但在加熱卷煙工作溫度下，甘油的化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定，能發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，且隨著甘油施加比例的增加，這些甘油反應(yīng)產(chǎn)物的釋放會顯著增加。因此，利用甘油的霧化特性在煙草煙薄片中添加甘油時，需進一步關(guān)注加熱卷煙中甘油熱解反應(yīng)產(chǎn)物的安全性。

[1] 姚虎卿. 化工詞典[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2014.

YAO Huqing. Dictionary of chemical technology[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2014.

[2] 趙天寶. 化學(xué)試劑?化學(xué)藥品手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2019.

ZHAO Tianbao. Chemical reagents and chemical drugs manual[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2019.

[3] 尚善齋，雷萍，王昆淼，等. 卷煙保潤技術(shù)研究進展[J]. 應(yīng)用化工, 2014, 43(3): 535-538.

SHANG Shanzhai, LEI Ping, WANG Kunmiao, et al. Progress in the research of tobacco humectant technology[J]. Applied Chemical Industry, 2014, 43(3): 535-538.

[4] 賈云禎，王宜鵬，秦亞瓊，等. 煙草保潤劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 輕工科技, 2018, 34(1): 26-30.

JIA Yunzhen, WANG Yipeng, QIN Yaqiong, et al. Research status and development trend of tobacco humectants[J]. Light Industry Science and Technology, 2018, 34(1): 26-30.

[5] 刑其毅，裴偉偉，徐瑞秋，等. 基礎(chǔ)有機化學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

XING Qiyi, PEI Weiwei, XU Ruiqiu, et al. Basic organic chemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006.

[6] 竇玉青，沈軼，楊舉田，等. 新型煙草制品發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 中國煙草科學(xué), 2016, 37(5): 92-97.

DOU Yuqing, SHEN Yi, YANG Jutian, et al. The development and prospect of novel tobacco products[J]. Chinese Tobacco Science, 2016, 37(5): 92-97.

[7] 陳超英. 變革與挑戰(zhàn)：新型煙草制品發(fā)展展望[J]. 中國煙草學(xué)報，2017, 23(3): 14-18.

CHEN Chaoying. Change and challenge: outlook for development of new tobacco products[J]. Acta tabacaria Sinica, 2017, 23(3): 14-18.

[8] 劉亞麗，王金棒，鄭新章，等. 加熱不燃燒煙草制品發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 中國煙草學(xué)報, 2018, 24(4): 91-106.

LIU Yali, WANG Jinbang, ZHEN Xinzhang, et al. Current status and prospect of heat not burn tobacco products[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2018, 24(4): 91-106.

[9] 劉珊，崔凱，曾世通，等. 加熱非燃燒型煙草制品剖析[J]. 煙草科技，2016, 49(11): 56-65.

LIU Shan, CUI Kai, ZENG Shitong, et al. Analysis of blend and aerosol composition of two heat not burn tobacco products[J]. Tobacco Science & Technology, 2016, 49(11): 56-65.

[10] 劉金云，趙瑜，傅見山，等. 幾種保潤劑對卷煙煙氣化學(xué)成分的影響[J]. 理化檢驗（化學(xué)分冊）, 2013, 49(6): 738-742.

LIU Jinyun, ZHAO Yu, FU Jianshan, et al. Effect of several humectants on chemical components of cigarette smoke[J]. Physical Testing and Chemical Analysis(Part B: Chemical Analysis), 2013, 49(6): 738-742.

[11] 張安豐，劉春波，申欽鵬，等. 煙草保潤劑的物理保潤性能研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2016, 28(7): 73-77.

ZHANG Anfeng, LIU Chunbo, SHEN Qinpeng，et al. Reseach on Physical Mositure Retention of Tobacco Humectants[J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2016, 28(7): 73-77.

[12] Mallock N, B?ss L, Burk R, et al. Levels of selected analytes in the emissions of “heat not burn” tobacco products that are relevant to assess human health risks[J]. Archives of Toxicology, 2018, 92(6): 2145-2149.

[13] Borgerding M F, Bodnar J A, Chung H L, et al. Chemical and biological studies of a new cigarette that primarily heats tobacco：Part 1. Chemical composition of main stream smoke[J]. Food and Chemical Toxicology, 1998, 36(3):169-182.

[14] 李翔，謝復(fù)煒，劉惠明. 新型煙草制品毒理學(xué)評價研究進展[J]. 煙草科技，2016, 49(1): 88-93.

LI Xiang, XIE Fuwei, LIU Huiming. Recent advances in toxicological evaluation of novel tobacco products[J]. Tobacco Science & Technology, 2016, 49(1): 88–93.

[15] 周昆，楊繼，楊柳，等. 加熱不燃燒卷煙氣溶膠研究進展[J].中國煙草學(xué)報，2017, 23(5): 121-129.

ZHOU Kun, YANG Ji, YANG Liu, et al. Research advances related to heat-not-burn cigarette aerosol[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2017, 23(5): 121-129.

[16] 劉珊，唐培培，曾世通，等. 加熱狀態(tài)下煙葉煙氣的釋放特征[J]. 煙草科技, 2015, 48(4): 27-31.

LIU Shan，TANG Peipei，ZENG Shitong，et al. Smoke release characteristics of tobacco leaves under heating[J]. Tobacco Science & Technology, 2015, 48(4): 27-31.

[17] 朱浩，席輝，柴國壁，等. 溫度對加熱非燃燒卷煙煙熏香成分釋放的影響[J]. 煙草科技, 2017, 50 (11): 33-38.

ZHU Hao, XI Hui, CHAI Guobi, et al. Effects of heating temperature on release of smoky aerosol components from heat not burn tobacco products[J]. Tobacco Science & Technology, 2017, 50 (11): 33-38.

[18] 楊繼，楊帥，段沅杏，等. 加熱不燃燒卷煙煙草材料的熱分析研究[J]. 中國煙草學(xué)報, 2015, 21(6): 7-13.

YANG Ji, YANG Shuai, DUAN Yuanxing, et al. Investigation of thermogravimetry and pyrolysis behavior of tabacco material in two heat-not-burn cigarette brands[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(6): 7-13.

[19] 唐培培，曾世通，劉珊，等. 甘油對煙葉熱性能及加熱狀態(tài)下煙氣釋放的影響[J]. 煙草科技，2015, 48(3): 61-65.

TANG Peipei, ZENG Shitong, LIU Shan, et al. Effects of glycerol on thermal property and smoke release of tobacco leaves under heating[J]. Tobacco Science & Technology, 2015, 48(3): 61-65.

[20] 趙龍，劉珊，曾世通，等. 甘油對煙絲加熱狀態(tài)下煙氣中揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分的影響[J]. 煙草科技, 2016, 49(4): 53-60.

ZHAO Long, LIU Shan, ZENG Shitong, et al. Influence of glycerol on release of volatile and semi-volatile chemical components in cut tobacco under heating[J]. Tobacco Science & Technology, 2016, 49(4): 53-60.

[21] 黃嘉礽. 卷煙工藝[M]. 北京: 北京出版社, 2000.

HUANG Jiareng. Cigarette technology[M]. Beijing: Beijing Press, 2000.

[22] GB/T 16447—2004 煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試大氣環(huán)境[S].

GB/T 16447—2004 Tobacco and tobacco products—Atmosphere for conditioning and testing[S].

[23] YC/T 345—2010 煙草及煙草制品水分的測定氣相色譜法[S].

YC/T 345—2010 Tobacco and tobacco products—Determination of water content—Gas Chromatographic method[S].

[24] YC/T 243—2008煙草及煙草制品 1,2–丙二醇、丙三醇的測定氣相色譜法[S].

YC/T 243—2008 Tobacco and tobacco products—Determination of 1,2–propylene glycol and glycerol—Gas Chromatographic method[S].

[25] 張金廷，胡培強，施永誠，等. 甘油[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

ZHANG Jinting, HU Peiqiang, SHI Yongcheng, et al. Glycerol[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008.

[26] Baker R R, Coburn S, Liu C, et al. Pyrolysis of saccharide tobacco ingredients: a TGA–FTIR investigation[J]. Jouranl of Analytical and Applied Pyrolysis, 2005, 74(1): 171-180.

Effect of glycerol addition ratio on thermal properties and pyrolysis products of tobacco sheet of heated cigarette

ZHU Longjie, CAO Yi, QIN Yanhua, ZHANG Yuan, ZHANG Hua, LIU Xianjun, HE Hongmei, ZHU Huaiyuan*

Technology Center, China Tobacco Jiangsu Industrial Co., Ltd., Nanjing 210019, China

[] The purpose of this study is to further investigate the thermal stability of glycerol in heated cigarettes and its effect on the volatile components of tobacco sheets. [] TG, DSC and TG–GC–MS were used to investigate the thermal properties and pyrolysis products release law of tobacco sheets with different glycerol addition ratio (5%-40%). [] 1)According to the DTG of tobacco sheets with various glycerol addition ratios, the thermal weight loss could be divided into three weight loss intervals. The maximum weight loss range of tobacco sheets was 120℃-260℃. 2) Different glycerol addition ratio had a great influence on the endothermic and exothermic states of the second interval (120℃-260℃) and the third interval (260℃-350℃). 3) The chemical properties of glycerol were unstable at high temperature, with intramolecular and intermolecular chemical reactions as well as acetylation reactions occurred easily. 4) Among the 32 compounds identified in tobacco sheets, the release concentration of 9 compounds was closely related to the addition ratio of glycerol, including 6 compounds derived from the reaction products related to glycerol itself and 3 compounds from the main components in tobacco. []Glycerol can promote the release of some compounds in tobacco sheets. However, glycerol is thermally unstable at high temperature and the reaction products of glycerol increase significantly at high addition ratio.

glycerol; aaddition proportion; heated cigarette; tobacco sheet; TG–GC–MS

. Email：zhuhy@jszygs.com

朱龍杰，曹毅，秦艷華，等. 甘油施加比例對加熱卷煙薄片熱性能及熱解產(chǎn)物的影響[J]. 中國煙草學(xué)報，2022，28（5）.

ZHU Longjie，CAO Yi，QIN Yanhua，et al. Effect of glycerol addition ratio on thermal properties and pyrolysis products of tobacco sheet of heated cigarette[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022,28(5).

10.16472/j.chinatobacco.2021.220

江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目“加熱卷煙發(fā)煙劑的裂解及其對生物標志物作用機理研究”（Y04H201903）

朱龍杰（1984—），碩士，工程師，主要從事香精香料合成及煙草化學(xué)研究，Email：zhulj@jszygs.com

朱懷遠（1980—），碩士，正高級工程師，主要從事煙草化學(xué)研究，Email：zhuhy@jszygs.com

2021-11-04；

2022-08-18