短支卷煙煙氣香味成分逐口釋放分析

蘆昶彤，王丁眾，李 鵬，劉 珊，姜興益，孫世豪，趙永振*，曾世通*

1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州經(jīng)開區(qū)第三大街8號 450000

2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

3.國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)翠竹街6號 450001

由于煙支長度變短，短支卷煙抽吸中煙氣化學(xué)成分的生成、過濾、擴散，與常規(guī)卷煙相比可能存在一定差異。因此，研究短支卷煙的煙氣釋放特性，對于短支卷煙的產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新具有重要參考作用。但是目前對于短支卷煙的基礎(chǔ)研究還相當(dāng)薄弱，與其產(chǎn)品發(fā)展態(tài)勢極不匹配，僅在卷煙加工工藝方面開展了一些研究［1-4］，煙氣釋放特性方面的研究鮮見報道。逐口分析作為研究卷煙煙氣釋放特性的重要技術(shù)手段，在常規(guī)卷煙、細支卷煙、爆珠卷煙等產(chǎn)品的煙氣分析中均有廣泛應(yīng)用。Adam 等［5-6］采用單光子電離飛行時間質(zhì)譜分析不同類型單料煙主流煙氣化學(xué)成分的逐口釋放情況。余晶晶等［7］建立了卷煙主流煙氣中性和堿性香味成分的逐口分析方法，采用該分析方法考察了香味成分逐口遞送規(guī)律及卷煙紙透氣度、接裝紙透氣度對其的影響。劉琪等［8］對同一烤煙型配方煙絲的細支和常規(guī)卷煙主流煙氣中焦油、煙堿、CO、NNK、B［a］P、苯酚、巴豆醛、HCN 和NH39 種主要成分逐口釋放量進行了量化分析。楊松等［9］建立了5 種烤甜香香味成分逐口釋放量的分析方法，考察了相同煙絲配方的細支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分和5 種關(guān)鍵烤甜香香味成分逐口釋放量的差異。馬馳等［10］考察了常規(guī)、中支以及細支爆珠卷煙中的薄荷醇、順式檸檬醛和反式檸檬醛在主流煙氣中的逐口釋放趨勢。鑒于此，圍繞短支卷煙的煙氣釋放特性，從主流煙氣常規(guī)成分、焦甜香成分、煙熏香成分、有機酸類香味成分等方面開展了短支與常規(guī)卷煙的逐口分析及其差異對比，旨在為短支卷煙的產(chǎn)品設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

為保證分析結(jié)果的可比性，短支卷煙和常規(guī)卷煙樣品均采用某市售代表性短支卷煙產(chǎn)品的葉組配方和輔材設(shè)計，主要輔材設(shè)計參數(shù)見表1。樣品卷制后測得的煙支參數(shù)見表2。

表1 實驗卷煙輔材設(shè)計參數(shù)Tab.1 Design parameters of auxiliary materials used in test cigarettes

表2 實驗卷煙煙支物理參數(shù)Tab.2 Physical parameters of test cigarettes

正丙醇、二氯甲烷（色譜純，德國Chemicell 公司）；煙堿（AR，加拿大TRC 公司）；丙酸蘇合香酯（內(nèi)標(biāo)，97%，比利時Acros Organics 公司）；4-氯苯酚（內(nèi)標(biāo)，99%，北京百靈威科技有限公司）；反-3-己烯酸（內(nèi)標(biāo)，99%，日本TCI 公司）；糠醛（99%）、5-甲基糠醛（99%）和糠醇（98%）等14 種焦甜香成分標(biāo)樣，以及正丁酸（99.5%）、2-甲基丁酸（99.5%）和巴豆酸（97%）等23 種有機酸類香味成分標(biāo)樣（美國Sigma-Aldrich 公司）；愈創(chuàng)木酚（99%）、2,6-二甲基苯酚（99%）、4-甲基愈創(chuàng)木酚（95%）等18種煙熏香成分標(biāo)樣（比利時Acros Organics 公司、日本TCI 公司）。

7895A/5957C 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent 公司）；X200AH 轉(zhuǎn)盤型吸煙機（英國Cerulean 公司）；SODIMAX 全功能綜合測試臺（法國Sodim Instrumentation 公司）；AL-204-IC 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；HY-5 型振蕩器（金壇中大儀器廠）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙逐口抽吸方法

按照文獻［9］的方法，將卷煙樣品置于溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕環(huán)境平衡48 h 后，按平均質(zhì)量±0.015 g、平均吸阻±30 Pa的標(biāo)準(zhǔn)進行篩選。然后分別取20 支篩選后的短支卷煙和常規(guī)卷煙在轉(zhuǎn)盤型吸煙機上進行抽吸，采用劍橋濾片分別捕集短支卷煙的第1、2、3、4、5、6口煙氣和常規(guī)卷煙的第1、2、3、4、5、6、7 口煙氣。

1.2.2 煙氣常規(guī)成分測試按照文獻［11-13］測試逐口煙氣的TPM、焦油、煙堿和水分的釋放量。

1.2.3 煙氣香味成分分析

按照文獻［14］的方法對煙氣中的糠醛、5-甲基糠醛、糠醇等14 種焦甜香化合物進行分析，按照文獻［15］的方法對煙氣中的愈創(chuàng)木酚、2,6-二甲基苯酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚等18 種煙熏香化合物進行分析，按照文獻［16］的方法對煙氣中的正丁酸、2-甲基丁酸、巴豆酸等23 種有機酸進行分析。每個樣品做2 次平行分析，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 主流煙氣常規(guī)成分逐口釋放情況

短支和常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)成分逐口釋放量測試結(jié)果如圖1 所示。由于短支卷煙的第6 口和常規(guī)卷煙的第7 口抽吸不完全，測試結(jié)果不能真實反映煙氣成分的釋放情況，因此只對短支卷煙前5 口和常規(guī)卷煙前6 口的常規(guī)成分逐口釋放量進行對比。由圖1 可以看出，短支和常規(guī)卷煙主流煙氣TPM、焦油、煙堿和水分的逐口釋放量均隨抽吸口數(shù)序號的增大而升高，短支卷煙TPM、焦油、煙堿和水分的逐口釋放量均明顯高于常規(guī)卷煙對應(yīng)口數(shù)的逐口釋放量。兩種卷煙主流煙氣常規(guī)成分逐口釋放量的差異，可能主要是由于煙支長度不同，煙氣傳遞過程中的吸附、過濾效果不同所引起的。在相同葉組和輔材的條件下，與常規(guī)卷煙相比，短支卷煙煙氣濃度和生理強度更大。這種感官特征上的差異與主流煙氣常規(guī)成分逐口釋放量的差異基本一致。因此，在短支卷煙的產(chǎn)品開發(fā)中，需要針對性地進行葉組配方和輔助材料設(shè)計，以達到對煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)以及感官指標(biāo)的有效調(diào)控。

圖1 短支與常規(guī)卷煙煙氣常規(guī)成分逐口釋放量Fig.1 Puff-by-puff releases of routine components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

2.2 主流煙氣香味成分逐口釋放情況

2.2.1 焦甜香成分

短支和常規(guī)卷煙主流煙氣焦甜香成分逐口釋放量定量分析結(jié)果見表3 和表4?？梢钥闯?，釋放量相對較高的焦甜香成分依次為糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、麥芽酚、4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮。各焦甜香成分的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)的增加大部分呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢。從焦甜香成分的定量分析結(jié)果來看，短支與常規(guī)卷煙的逐口釋放存在一定差異，但未呈現(xiàn)出明顯規(guī)律。為了進一步分析二者焦甜香成分逐口釋放的差異，根據(jù)焦甜香成分逐口釋放量和焦油逐口釋放量，計算了焦甜香成分的逐口單位焦油釋放量，結(jié)果見圖2。無論是從總體上，還是分別從糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、麥芽酚和4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮4 種釋放量最高的具體成分來看，焦甜香成分的逐口單位焦油釋放量同樣也是隨抽吸口數(shù)的增加呈先增加后減小趨勢，并且短支卷煙焦甜香成分的逐口單位焦油釋放量普遍低于常規(guī)卷煙，說明短支卷煙煙氣中焦甜香成分的相對比例更低，這可能也是短支與常規(guī)卷煙感官特征差異的影響因素之一。焦甜香成分作為烤煙型卷煙特征最為明顯的一類香味組分，在短支卷煙的加香加料中可能需要對此類成分進行相應(yīng)補償。

圖2 短支與常規(guī)卷煙煙氣焦甜香成分逐口單位焦油釋放量Fig.2 Puff-by-puff releases per unit tar of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

表3 短支卷煙煙氣焦甜香成分逐口釋放量Tab.3 Puff-by-puff releases of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表4 常規(guī)卷煙煙氣焦甜香成分逐口釋放量Tab.4 Puff-by-puff releases of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

2.2.2 煙熏香成分

短支和常規(guī)卷煙主流煙氣煙熏香成分逐口釋放量定量分析結(jié)果見表5 和表6。可以看出，釋放量相對較高的煙熏香成分依次為對甲酚、2-（4-羥基苯基）乙醇、鄰甲酚、2,6-二甲氧基苯酚、苯酚。除2-（4-羥基苯基）乙醇的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大而增大外，其余各煙熏香成分的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大幾乎均呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢。從煙熏香成分的定量分析結(jié)果來看，短支與常規(guī)卷煙的逐口釋放量存在明顯差異。短支卷煙第1 口至第4 口的煙熏香成分逐口釋放量明顯高于常規(guī)卷煙對應(yīng)口數(shù)的逐口釋放量，而第5 口明顯低于常規(guī)卷煙。短支和常規(guī)卷煙主流煙氣煙熏香成分單位焦油逐口釋放量見圖3?？梢钥闯?，兩種卷煙煙熏香成分的單位焦油逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大均呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢。短支與常規(guī)卷煙相比，第5 口的煙熏香成分單位焦油釋放量明顯較低。

表5 短支卷煙煙氣煙熏香成分逐口釋放量Tab.5 Puff-by-puff releases of smoky aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表5（續(xù)）

表6 常規(guī)卷煙煙氣煙熏香成分逐口釋放量Tab.6 Puff-by-puff releases of smoky aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

圖3 短支與常規(guī)卷煙煙氣煙熏香成分逐口單位焦油釋放量Fig.3 Puff-by-puff releases per unit tar of smoky aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

2.2.3 有機酸類香味成分

短支和常規(guī)卷煙主流煙氣有機酸類香味成分逐口釋放量定量分析結(jié)果見表7 和表8?？梢钥闯觯尫帕肯鄬^高的有機酸類香味成分依次為羥基乙酸、乳酸和丙酮酸。除丙酮酸的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大呈下降趨勢外，尤其是第2 口的釋放量明顯低于第1 口，下降率超過50%，其余各機酸類香味成分的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大幾乎均呈上升趨勢。從有機酸類香味成分的定量分析結(jié)果來看，短支卷煙有機酸類香味成分的逐口釋放量均明顯高于常規(guī)卷煙對應(yīng)口數(shù)的逐口釋放量。短支和常規(guī)卷煙主流煙氣有機酸類香味成分單位焦油逐口釋放量見圖4?？梢钥闯?，有機酸類香味成分單位焦油逐口釋放總量隨抽吸口數(shù)的增加變化不明顯，其中，羥基乙酸和乳酸的單位焦油逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大呈上升趨勢，丙酮酸則呈下降趨勢。兩種卷煙樣品有機酸類香味成分單位焦油逐口釋放量差異不明顯。

圖4 短支與常規(guī)卷煙煙氣有機酸類香味成分逐口單位焦油釋放量Fig.4 Puff-by-puff releases per unit tar of organic acid aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

表7 短支卷煙煙氣有機酸類香味成分逐口釋放量Tab.7 Puff-by-puff releases of organic acid aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表8 常規(guī)卷煙煙氣有機酸類香味成分逐口釋放量Tab.8 Puff-by-puff releases of organic acid aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

總體而言，短支和常規(guī)卷煙主流煙氣不同香味成分雖然具有一致的逐口釋放規(guī)律，但是二者香味成分對應(yīng)口數(shù)的逐口釋放量或逐口單位焦油釋放量存在明顯差異，而且不同香味成分表現(xiàn)出不同的差異。對于焦甜香成分，二者的逐口釋放量差異不明顯，但短支卷煙逐口單位焦油釋放量低于常規(guī)卷煙；對于煙熏香成分，二者逐口釋放量及逐口單位焦油釋放量均存在一定差異；對有機酸類香味成分，短支卷煙的逐口釋放量高于常規(guī)卷煙，二者單位焦油逐口釋放量差異不明顯。短支與常規(guī)卷煙香味成分逐口釋放的差異，可能與煙草燃燒過程、成分形成機理以及成分在煙支中的傳遞特性有關(guān)，具體機制有待進一步研究。香味成分逐口釋放量的差異必將導(dǎo)致相同葉組和輔材條件下短支與常規(guī)卷煙感官品質(zhì)和風(fēng)格的差異，因此在短支卷煙的產(chǎn)品開發(fā)中，應(yīng)該以香味成分釋放特征為參考，針對性地進行加香加料技術(shù)研究，有效提升短支卷煙的感官品質(zhì)，進一步彰顯產(chǎn)品風(fēng)格。

3 結(jié)論

①短支和常規(guī)卷煙主流煙氣TPM、焦油、煙堿和水分的逐口釋放量均隨抽吸口數(shù)序號的增大而增大，短支卷煙TPM、焦油、煙堿和水分的逐口釋放量均明顯高于常規(guī)卷煙對應(yīng)抽吸口數(shù)序號的逐口釋放量。②釋放量相對較高的焦甜香成分依次為糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、麥芽酚、4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮；焦甜香成分的煙氣逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大大部分呈先增加后減小的趨勢；短支卷煙焦甜香成分的煙氣逐口單位焦油釋放量低于常規(guī)卷煙。③釋放量相對較高的煙熏香成分依次為對甲酚、2-（4-羥基苯基）乙醇、鄰甲酚、2,6-二甲氧基苯酚、苯酚；各煙熏香成分的煙氣逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大大部分呈先增加后減小的趨勢，其中2-（4-羥基苯基）乙醇的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大而增大；短支卷煙前4 口煙氣中煙熏香成分的逐口釋放量高于常規(guī)卷煙，而第5 口明顯低于常規(guī)卷煙。④釋放量相對較高的有機酸類香味成分依次為羥基乙酸、乳酸和丙酮酸；各有機酸類香味成分的煙氣逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大大部分呈上升趨勢，其中丙酮酸的逐口釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大呈下降趨勢；短支卷煙煙氣有機酸類香味成分的逐口釋放量均明顯高于常規(guī)卷煙。