卷煙爆珠質(zhì)量檢測(cè)研究進(jìn)展

顧健龍，孟紅明*，蔡潔云，馬 靜，楊 兵，高 莉

（1.云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231）

卷煙爆珠是用成膜材料制成的球形囊狀物，也稱(chēng)做香丸、脆性膠囊、珠子。卷煙爆珠的直徑2.0～5.0 mm，質(zhì)量15～40 mg，由一層膠皮外殼（壁材）包裹液體（芯材）組成，部分產(chǎn)品有包衣膜，主要在卷煙濾棒中使用。其中，壁材常用明膠或海藻酸鈉作為基質(zhì)[1]，芯材多為辛、癸酸甘油脂為溶劑溶解致香成分而成。它實(shí)現(xiàn)在卷煙吸食過(guò)程中人為可控的特色香味釋放，豐富了卷煙吸食口味。

近年來(lái)，隨著消費(fèi)者認(rèn)可度的不斷提高，爆珠卷煙產(chǎn)品在全球市場(chǎng)發(fā)展迅速：在國(guó)內(nèi)，爆珠卷煙銷(xiāo)量和產(chǎn)量連年高速增長(zhǎng)[2]，在國(guó)際市場(chǎng)，以薄荷醇香型為主的爆珠卷煙也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。特別是在墨西哥、澳大利亞等地增長(zhǎng)迅速，深受女士及年輕吸煙者青睞[3-5]。逐年大幅度增長(zhǎng)的趨勢(shì)可以說(shuō)明，卷煙爆珠已成為煙草行業(yè)開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)之一，其質(zhì)量評(píng)價(jià)受到重視：一方面，爆珠作為煙用添加劑，其使用安全性風(fēng)險(xiǎn)受到消費(fèi)者和質(zhì)檢人員關(guān)注；另一方面，如何保證爆珠在卷煙生產(chǎn)中質(zhì)量穩(wěn)定，判定其理化指標(biāo)符合工業(yè)生產(chǎn)加工需求，受到卷煙生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注。目前，卷煙爆珠質(zhì)量檢測(cè)相關(guān)研究圍繞這兩個(gè)方面進(jìn)行，主要集中在卷煙爆珠安全性質(zhì)量檢測(cè)、卷煙爆珠理化指標(biāo)品質(zhì)穩(wěn)定性檢測(cè)以及卷煙爆珠對(duì)煙氣成分影響三個(gè)部分。

1 卷煙爆珠安全質(zhì)量檢測(cè)

煙用添加劑安全衛(wèi)生指標(biāo)，既是煙草質(zhì)檢部門(mén)的監(jiān)督檢測(cè)重點(diǎn)，又是消費(fèi)者的關(guān)注重點(diǎn)。作為一類(lèi)新的卷煙“添加劑”，為更好的應(yīng)對(duì)和控制卷煙爆珠潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其安全質(zhì)量檢測(cè)主要研究化學(xué)成分分析檢測(cè)方法，包括允許添加成分著色劑以及非主動(dòng)添加物質(zhì)甲醛和乙醛、溶劑殘留、增塑劑等。

1.1 著色劑

為達(dá)到區(qū)分爆珠香型、改善爆珠外觀等目的，卷煙爆珠生產(chǎn)過(guò)程中大多會(huì)添加天然或者合成著色劑。雖然天然著色劑大多無(wú)毒副作用，但其穩(wěn)定性較差、價(jià)格高、易褪色等缺陷，限制了天然著色劑應(yīng)用范圍[6]。合成著色劑為允許添加的化學(xué)成分，但是使用含量受到嚴(yán)格的控制，所以研究其檢測(cè)方法有利于避免生產(chǎn)過(guò)程中超量使用的風(fēng)險(xiǎn)。卷煙爆珠中所使用的多為水溶性著色劑，主要包含：檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅、落日黃、誘惑紅、亮藍(lán)、酸性紅、赤蘚紅等，檢測(cè)方法有高效液相色譜法、超高效液相-串聯(lián)質(zhì)譜法等。

為測(cè)定卷煙爆珠壁材中的著色劑，劉明秀等[7]利用卷煙爆珠壁材可溶于熱水的特性，選擇70～80℃熱水作為溶劑，超聲20min提取后離心、過(guò)濾的前處理?xiàng)l件，使用高效液相色譜法分析了卷煙爆珠壁材中8種著色劑含量。該方法測(cè)定的目標(biāo)物檢出限達(dá)到0.9～13.3mg/kg，可滿(mǎn)足實(shí)際檢測(cè)要求，但存在前處理較為復(fù)雜、檢出限較高的問(wèn)題。劉欣等[8]設(shè)計(jì)了一種可同時(shí)萃取過(guò)濾的前處理技術(shù)，樣品在制備上樣前不需要轉(zhuǎn)移萃取液，并將提取、離心、過(guò)濾等前處理步驟簡(jiǎn)化為一步完成，縮短了前處理時(shí)間。由于步驟得以簡(jiǎn)化，在使用同樣分析儀器檢測(cè)的前提下，方法靈敏度升高，檢出限降低至0.10～0.22mg/kg。除了常見(jiàn)的高效液相色譜法，張建鐸等[9]建立了超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定卷煙爆珠中7種著色劑，該方法使用串聯(lián)質(zhì)譜（MS-MS）檢測(cè)器比二極管陣列檢測(cè)器（PDA） 具有更高的靈敏度和選擇性，而超高效液相色譜則分離效果好于高效液相色譜。與之前兩個(gè)檢測(cè)方法相比，定性更為準(zhǔn)確，分析時(shí)間更短，檢出限更低。

1.2 非主動(dòng)添加物質(zhì)

非主動(dòng)添加物質(zhì)是指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中未主動(dòng)添加，但存在于最終產(chǎn)品中的化學(xué)物質(zhì)，包括使用聚合物或添加劑的降級(jí)產(chǎn)物、原輔料雜質(zhì)、副產(chǎn)物、污染物等[10]?，F(xiàn)有研究主要建立了關(guān)于卷煙爆珠低分子醛類(lèi)、溶劑殘留、增塑劑等非主動(dòng)添加化學(xué)成分的檢測(cè)方法[11-12]。

低分子醛類(lèi)（甲醛和乙醛）就是一類(lèi)常見(jiàn)的非主動(dòng)添加物質(zhì)，是常見(jiàn)的聚合物單體或降解反應(yīng)副產(chǎn)物，被列為煙草添加劑禁用物質(zhì)受到重點(diǎn)關(guān)注。煙草行業(yè)添加劑和煙用材料多用高效液相色譜法檢測(cè)此項(xiàng)安全衛(wèi)生指標(biāo)[13-14]，具有分離能力強(qiáng)、靈敏度和選擇性高、前處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[15]。低分子醛類(lèi)與卷煙爆珠壁材均可溶于水和極性有機(jī)溶劑，故也適于采用高效液相色譜法進(jìn)行檢測(cè)[15-17]。

溶劑殘留是另一類(lèi)常見(jiàn)非主動(dòng)添加物質(zhì)，此類(lèi)物質(zhì)不但會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕?，且?duì)人體造成一定危害，是WHO提出的重點(diǎn)關(guān)注有害成分之一。由于溶劑殘留種類(lèi)較多，卷煙爆珠中溶劑殘留多使用頂空-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法（HS-GC/MS）進(jìn)行定性、定量檢測(cè)[18-20]。

2 卷煙爆珠產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)于卷煙生產(chǎn)企業(yè)和爆珠生產(chǎn)企業(yè)，其主要關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，即爆珠理化指標(biāo)達(dá)到生產(chǎn)、使用要求。

2.1 物理指標(biāo)

卷煙爆珠產(chǎn)品物理指標(biāo)檢測(cè)主要是視覺(jué)上的外觀檢測(cè)和力學(xué)性能方面的破壞強(qiáng)度。外觀檢測(cè)主要關(guān)注感官上粒徑大小是否一致，有無(wú)破損缺陷等。破壞強(qiáng)度是卷煙爆珠重要的控制指標(biāo)，強(qiáng)度過(guò)低會(huì)影響爆珠卷煙生產(chǎn)加工，降低良品率；強(qiáng)度過(guò)高則不易捏破，影響消費(fèi)者體驗(yàn)[21]。破壞強(qiáng)度一般是通過(guò)機(jī)械施壓裝置進(jìn)行檢測(cè)的[21]。卷煙爆珠濾棒在生產(chǎn)加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)多珠、少珠、相位偏差、爆珠碎裂等質(zhì)量缺陷，這一類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)要求方法快速無(wú)損，達(dá)到在線檢測(cè)的目的，現(xiàn)有研究爆珠濾棒的檢測(cè)方法有微波檢測(cè)技術(shù)[22-23]及基于光學(xué)成像和圖像處理算法的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)[24]。

2.2 化學(xué)指標(biāo)

不同于卷煙爆珠安全性指標(biāo)有明確的檢測(cè)目標(biāo)物和限量要求，爆珠產(chǎn)品化學(xué)成分質(zhì)量檢測(cè)有時(shí)是對(duì)幾類(lèi)具有共同特征組分的綜合評(píng)價(jià)。特別是有關(guān)爆珠芯材化學(xué)成分穩(wěn)定性的分析。

由于爆珠種類(lèi)多，芯材中的香精香料成分復(fù)雜，含有酯、羧酸、酮、不飽和醇、不飽和烴、芳香族化合物等，僅分析特定的幾種物質(zhì)不能代表產(chǎn)品質(zhì)量，需要檢測(cè)方法與統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，綜合判斷產(chǎn)品質(zhì)量。何媛等[25]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS） 分析測(cè)定了3種卷煙爆珠中揮發(fā)、半揮發(fā)成分，建立爆珠內(nèi)含物指紋圖譜，并通過(guò)比較相似度和聚類(lèi)分析對(duì)內(nèi)含物進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得到了全面、準(zhǔn)確、直觀的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，可以作為一類(lèi)實(shí)驗(yàn)室卷煙爆珠質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。此種方法的局限性在于分析時(shí)間長(zhǎng)，化學(xué)成分改變不適宜進(jìn)行聚類(lèi)分析。部分研究[26-27]依據(jù)香精香料成分大多具有紫外區(qū)域吸收的特性，建立了紫外可見(jiàn)分光光度法（UV-vis），通過(guò)繪制卷煙爆珠芯材在250～330nm區(qū)間的特征吸收，建立質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法“聚類(lèi)分析”或計(jì)算機(jī)算法“支持向量機(jī)算法（SVM）”，可達(dá)到明顯區(qū)分正常樣品和異常樣品的目的，具有快速、檢測(cè)成本低的優(yōu)點(diǎn)。但若卷煙爆珠主要致香成分在紫外區(qū)域無(wú)吸收的樣品，則該方法不適用。

溶劑也是卷煙爆珠芯材的一類(lèi)重要組分。辛、癸酸甘油酯因無(wú)色、無(wú)味、沸點(diǎn)較高，是一類(lèi)比較理想的溶劑，其穩(wěn)定性也是評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，故關(guān)于芯材溶劑的研究集中在辛、癸酸甘油酯種類(lèi)的定性分析及定性質(zhì)量控制。席輝等[28]為明確芯材常用溶劑的化學(xué)組成，采用中壓制備分離純化技術(shù)結(jié)合核磁共振結(jié)構(gòu)解析分析確定了市售辛、癸酸甘油酯和市售爆珠卷煙芯材溶劑主要成分組成，發(fā)現(xiàn)二者主要化學(xué)成分一致，為三辛酸甘油酯、二辛酸一癸酸甘油酯、一辛酸二癸酸甘油酯和三癸酸甘油酯四種成分，為明確芯材溶劑化學(xué)組成和建立定量控制方法提供了參考。劉珊珊等[29]建立了一種基于相對(duì)相應(yīng)因子（RRF）的氣相色譜法，僅需采用三辛酸甘油酯或三癸酸甘油酯作為參考物質(zhì)，即可實(shí)現(xiàn)芯材溶劑中多種組分的定量分析，解決了辛、癸酸甘油酯類(lèi)芯材溶劑質(zhì)量控制時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)品不易獲得的問(wèn)題。

3 卷煙爆珠對(duì)卷煙煙氣的影響

從爆珠卷煙成品的角度出發(fā)，卷煙爆珠既作為非燃燒加香方式增加了煙氣中的致香成分[30]，又改變了濾棒性質(zhì)，導(dǎo)致煙氣本身化學(xué)組成發(fā)生變化。

為分析卷煙爆珠對(duì)主流煙氣的加香貢獻(xiàn)，朱瑞芝等[31]建立了一種氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GCMS/MS）研究爆珠中關(guān)鍵成分在卷煙中的遷移行為。關(guān)鍵成分通過(guò)半定量分析法選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%的組分確定，共定義10種致香成分，再定量計(jì)算遷移率。結(jié)果表明，關(guān)鍵成分向主流煙氣粒相物中的遷移率為2.84%～14.57%，其中遷移率酯類(lèi)＜檸檬烯＜醇類(lèi)，大部分的香味成分被濾嘴截留（60.03%～95.52%）。說(shuō)明如何降低濾嘴截留率是提高主流煙氣中香氣成分的關(guān)鍵，煙氣中致香成分的遷移率也可作為評(píng)價(jià)卷煙爆珠加香能力的指標(biāo)，截留率與致香成分結(jié)構(gòu)的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。

卷煙爆珠破碎對(duì)煙氣的影響也是國(guó)內(nèi)外卷煙爆珠煙氣研究的主要方面之一。國(guó)外爆珠卷煙產(chǎn)品以薄荷等涼味為主，部分研究表明，捏破爆珠對(duì)煙氣粒相組分、濾嘴物理參數(shù)無(wú)影響，但會(huì)增加部分揮發(fā)性有機(jī)物釋放量、焦油量，親脂性化合物[32-34]。國(guó)內(nèi)爆珠卷煙因?yàn)橄銡忸?lèi)型多樣，對(duì)煙氣的影響較為復(fù)雜，一些特殊爆珠產(chǎn)品可以降低主流煙氣中的有害成分，減少刺激性[35-37]。朱風(fēng)鵬等[38]分析了國(guó)內(nèi)8種卷煙爆珠破碎對(duì)主流煙有害成分焦油、CO、煙堿、氨、NNK、氫氰酸和巴豆醛的影響，發(fā)現(xiàn)爆珠捏碎后，巴豆醛的釋放量顯著降低，氨和NNK釋放量顯著升高，其他有害物質(zhì)沒(méi)有顯著影響。張志剛等[39]發(fā)現(xiàn)相同絲束填充量下爆珠破碎，主流煙氣總粒相物、焦油、煙堿和CO均有所增加。為保證爆珠破碎情況下，爆珠煙與常規(guī)卷煙主流煙氣指標(biāo)一致，需要濾棒壓降比常規(guī)濾棒高416Pa以上。說(shuō)明爆珠濾棒的結(jié)構(gòu)與爆珠的相互作用對(duì)主流煙氣關(guān)系密切，卷煙爆珠濾棒的物理指標(biāo)檢測(cè)應(yīng)注意將爆珠破碎的情況納入考慮范疇。

4 總結(jié)與展望

總的來(lái)說(shuō)，隨著爆珠卷煙良好的市場(chǎng)發(fā)展，卷煙爆珠的研究成果呈上升趨勢(shì)；卷煙爆珠安全衛(wèi)生指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、卷煙理化指標(biāo)的影響等方面，也受到消費(fèi)者、卷煙及爆珠生產(chǎn)企業(yè)的持續(xù)關(guān)注。

在卷煙爆珠安全性指標(biāo)檢測(cè)方面，研究主要聚焦于主動(dòng)添加和非主動(dòng)添加化學(xué)成分檢測(cè)方法的研究，除了著色劑指標(biāo)，大多以專(zhuān)利的形式呈現(xiàn)，且檢測(cè)成分為現(xiàn)有煙用材料安全性指標(biāo)。對(duì)于卷煙爆珠特征性的化學(xué)成分的鑒別研究和簡(jiǎn)單、快速、低成本的檢測(cè)方法兩方面，研究?jī)?nèi)容有待進(jìn)一步完善。

在卷煙爆珠產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方面，有一些物理指標(biāo)檢測(cè)指標(biāo)還停留在人眼感官檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性無(wú)法與機(jī)器檢測(cè)相比，如何達(dá)到物理指標(biāo)去人工化和全自動(dòng)化具有一定研究空間。卷煙爆珠內(nèi)含物質(zhì)量檢測(cè)，研究方法多以常規(guī)儀器分析技術(shù)+統(tǒng)計(jì)學(xué)工具開(kāi)展，這些研究主要用于一批樣品的質(zhì)量分析，且都存在一定的局限性，而內(nèi)含物質(zhì)在線檢檢測(cè)等相關(guān)方法的研究尚未發(fā)現(xiàn)，有待開(kāi)展。

在卷煙爆珠破碎對(duì)煙氣的影響方面，由于國(guó)內(nèi)爆珠種類(lèi)較多，不同爆珠對(duì)煙氣的影響具有較大差異，現(xiàn)有研究對(duì)卷煙開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用有限，對(duì)于爆珠-濾棒相互作用的研究也是一個(gè)重要的研究方向。