濾嘴通風(fēng)對卷煙主流煙氣堿性香味成分釋放量的影響

付瑜鋒 胡少東 彭 斌 王鵬飛 郭吉兆 聶 聰 顏權(quán)平*

（1、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000 2、中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南 鄭州 450000）

隨著消費者對健康關(guān)注度的提升，降低卷煙焦油和有害成分釋放量成為煙草科技的研究熱點，形成了低焦油卷煙消費的新趨勢。卷煙通風(fēng)能夠影響卷煙煙絲的燃燒裂解狀態(tài)，從而有效降低卷煙煙氣成分的釋放量，而成為低焦油卷煙設(shè)計的重要手段。濾嘴通風(fēng)是實現(xiàn)卷煙通風(fēng)的最常用手段，在卷煙煙絲燃燒時，空氣從濾嘴通風(fēng)孔和煙絲端同時進入煙支內(nèi)部，從三個方面影響卷煙煙氣成分的生成：（1）對卷煙主流煙氣進行稀釋；（2）改變煙支燃燒錐的空氣進入量和溫度梯度，導(dǎo)致煙氣的組成和濃度發(fā)生變化；（3）改變主流煙氣在煙支內(nèi)部的流動速度，促進煙氣粒相成分的冷凝、氣相成分的擴散[1]。關(guān)于濾嘴通風(fēng)率對卷煙主流煙氣中的總粒相物、焦油、煙堿、有害成分和香味成分等的影響已經(jīng)開展了許多研究工作[2-13]。堿性香味成分是卷煙主流煙氣中吡啶、吡嗪和吡咯等含氮類香味物質(zhì)的統(tǒng)稱，被認為是卷煙抽吸過程中產(chǎn)生化學(xué)感覺的主要來源，在一定程度上能夠平衡卷煙煙氣的酸堿度，同時能夠修飾煙草本香、增加香氣品質(zhì)、降低雜氣、提高煙氣舒適性，對提升煙氣感官質(zhì)量至關(guān)重要。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：采用同一卷煙煙絲配方，其它輔材參數(shù)均不發(fā)生變化，調(diào)整接裝紙透氣度，設(shè)計四個不同濾嘴通風(fēng)度的卷煙樣品，卷煙實際物理測試參數(shù)見表1。

表1 卷煙煙支物理參數(shù)

標(biāo)樣：乙酸苯乙酯（內(nèi)標(biāo)）、吡嗪、甲基吡嗪、2,6- 二甲基吡嗪、喹啉、吲哚、2- 甲基吲哚吡啶、吡啶、2,3- 聯(lián)吡啶、3-乙烯基吡啶、2- 甲基吡啶、3- 甲基吡啶、4- 甲基吡啶和2,5- 二甲基吡啶（＞99.5%，Sigma 公司）；

試劑：二氯甲烷（色譜純，百靈威）。

儀器：7890/5975C型氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀（安捷倫公司）；SM450 吸煙機（斯茹林公司）；KQ-700DB超聲波振蕩器（昆山超聲）；BASS224S型電子天平（感量0. 1mg，賽多利斯公司）；R100 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（步琦公司）；0.45um 有機相微孔濾膜（上海安譜）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

將卷煙樣品在恒溫恒濕條件下平衡48 小時，按照平均吸阻±50Pa、平均質(zhì)量±150mg的分選要求進行測試樣品的挑選。采用SM450 吸煙機在ISO標(biāo)準(zhǔn)抽吸條件下進行抽吸，每個樣品抽吸10 支卷煙，采用直徑為44mm 的劍橋濾片對主流煙氣的粒相成分進行捕集。

將劍橋濾片放入4 mL樣品瓶中，加入3 mL二氯甲烷萃取劑，并準(zhǔn)確加入100μL內(nèi)標(biāo)溶液（2mg/mL），內(nèi)標(biāo)溶液為乙酸苯乙酯溶液。密封膜密封，超聲萃取30 分鐘，取萃取液，0.45μm微孔濾膜過濾，濾液進行GC-MS分析。

1.2.2 樣品分析

采用GC-MS的選擇離子監(jiān)測（SIM）對堿性香味成分進行定性定量分析。色譜分析條件如下：

色譜柱：DB-5MS（60m×1.0μm×0.25mm）；

程序升溫：初始溫度60℃，以2℃每分鐘升溫至250℃，再以5℃每分鐘升溫至290℃，并保持20 分鐘；

進樣量：1μL；進樣口溫度：290℃；分流比：10:1；

載氣:氦氣(99.999%),流速:1.5mL/min;

傳輸線溫度：290℃；

電離方式：EI；離子源溫度：230℃；電離能量：70eV；四極桿溫度：150℃；

質(zhì)譜質(zhì)量掃描范圍：26-400 amu；

監(jiān)測模式：全掃描模式和選擇離子掃描模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法評價

采用實驗室標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測樣品對方法進行表征，包括方法的重復(fù)性、回收率和定量限，相應(yīng)結(jié)果如表2 所示。煙氣中堿性香味成分響應(yīng)穩(wěn)定，工作曲線線性良好；定量限介于0.004ug/支-0.02ug/支之間；重復(fù)性（n=6）在3.26%-10.2%之間；三種不同濃度水平的加標(biāo)回收率在80.2%-105.2%之間，表明該方法的靈敏性高、重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高，能夠準(zhǔn)確測定卷煙煙氣中的堿性香味成分。

表2 方法評價結(jié)果

2.2 堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率的相關(guān)性研究

濾嘴通風(fēng)率與13 種堿性香味成分釋放量的相關(guān)性情況見表3，當(dāng)卷煙濾嘴通風(fēng)率在0.5%到35.1%內(nèi)變化時，13種堿性香味成分的釋放量與濾嘴通風(fēng)率成顯著負相關(guān)，其中3- 乙烯基吡啶和2,3- 聯(lián)吡啶的斜率最大，分別為0.51和0.45，表明這兩種成分受濾嘴通風(fēng)率的影響最大。具體到各種成分釋放量變化情況來看，13 種堿性成分存在較大差異，其中釋放量最高的2,3- 聯(lián)吡啶降低量最多，達到1.45ug/支，其降低幅度為22.5%；甲基吡嗪的降低幅度最大，達到57.7%。以濾嘴通風(fēng)率對各成分釋放量進行擬合，13 種堿性香味成分釋放量均與濾嘴通風(fēng)率成顯著負相關(guān)，除吡嗪以外的12 種堿性香味成分相關(guān)系數(shù)均超過0.9，其中吲哚的相關(guān)系數(shù)達到0.981（見圖1）。煙氣中堿性香味成分主要是由煙絲中含氮類的前體成分通過裂解蒸餾產(chǎn)生的，當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時，卷煙燃燒錐的溫度發(fā)生改變，使得產(chǎn)生的堿性香味成分降低；同時由于濾嘴通風(fēng)率增加，從濾嘴端進入煙絲端的空氣量增加，對主流煙氣進行了稀釋，也會導(dǎo)致堿性香味成分釋放量降低。

圖1 吲哚與濾嘴通風(fēng)率線性擬合情況

表3 堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率的相關(guān)性

分析了濾嘴通風(fēng)率對13 種堿性香味成分組成比例的影響（圖2、3）。從圖可以得知：當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時，13 種代表性的堿性香味成分占堿性香味成分總量的比例發(fā)生改變，表明卷煙燃燒狀態(tài)的改變對各成分的生成影響是不一致的；其中吡啶類的占比在降低，但2,3- 聯(lián)吡啶的占比在提高，可能是由于2,3- 聯(lián)吡啶在粒相中比例低，氣相比例高，而當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時，對其稀釋作用更??；吡嗪類的占比變化不明顯，甚至略有升高的趨勢；吲哚類的占比隨著濾嘴通風(fēng)率的增加而增加，表明這類成分的產(chǎn)生受卷煙燃燒狀態(tài)的影響更小；喹啉占比基本不受濾嘴通風(fēng)率的影響。上述結(jié)果表明，不同堿性香味成分燃燒產(chǎn)生的機制存在一定的差異。

圖2 濾嘴通風(fēng)率對13 種堿性香味成分組成比例的影響（1）

3 結(jié)論

3.1 建立的卷煙主流煙氣中堿性香味成分測定方法重復(fù)性好、靈敏度高、準(zhǔn)確度高，能夠準(zhǔn)確測定卷煙煙氣中的堿性香味成分。

圖3 濾嘴通風(fēng)率對13 種堿性香味成分組成比例的影響（2）

3.2 濾嘴通風(fēng)率在0.5%-35.1%范圍內(nèi)變化時，13 種堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率成顯著負相關(guān)，但不同成分受濾嘴通風(fēng)率的影響幅度存在明顯差異。

3.3 隨卷煙濾嘴通風(fēng)率增加，13 種堿性香味成分組成占比發(fā)生變化，表明不同堿性香味成分燃燒產(chǎn)生的機制存在一定的差異。