不同加香方式細(xì)支卷煙香味成分在煙氣中的逐口釋放

畢艷玖，吳圣超，吳秉宇，華 青，周夢(mèng)茜，俞森文，費(fèi) 婷

上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市浦東新區(qū)秀浦路3733號(hào) 201315

卷煙加香可豐富卷煙香氣，提升卷煙品質(zhì)，目前常用的卷煙加香方式包括煙絲加香、爆珠加香、絲束加香、香線加香等［1-2］。分析不同加香方式下卷煙煙氣中香味成分的逐口釋放規(guī)律，對(duì)研究消費(fèi)者抽吸感受以及加香方式的選擇有重要意義［3-8］。不同加香方式逐口轉(zhuǎn)移的影響因素主要為：①加香部位。煙絲段的香味成分受到煙絲、濾嘴的過(guò)濾，受熱溫度高，濾嘴段的香味成分無(wú)煙絲過(guò)濾的影響，受熱溫度低。②香味成分施加后的結(jié)合方式。香味成分結(jié)合的強(qiáng)弱直接影響釋放規(guī)律，煙絲加香、絲束加香、香線加香中香味成分分別與煙絲、絲束、香線結(jié)合，受熱后直接轉(zhuǎn)移到煙氣中，爆珠加香香味成分溶解在溶劑中，受熱后需要從液體中揮發(fā)，再轉(zhuǎn)移到煙氣中。③香味成分揮發(fā)性。不同揮發(fā)性的香味成分的揮發(fā)、過(guò)濾效果差異很大［9-10］。

目前行業(yè)內(nèi)對(duì)加香卷煙香味成分的逐口釋放研究主要集中在常規(guī)卷煙領(lǐng)域，如煙絲加香［11］、爆珠加香［12-13］、絲束加香［14］、香線加香［15］的逐口釋放規(guī)律，較為系統(tǒng)深入地揭示了常規(guī)卷煙不同加香方式下香味成分的逐口釋放規(guī)律，但未見(jiàn)不同加香方式下香味成分逐口釋放差異性研究的報(bào)道。細(xì)支卷煙由于煙絲量的減少，導(dǎo)致香氣量相對(duì)降低，卷煙加香技術(shù)則可有效補(bǔ)充細(xì)支卷煙香氣量，改善消費(fèi)者抽吸體驗(yàn)。目前未見(jiàn)針對(duì)細(xì)支卷煙不同加香方式的逐口轉(zhuǎn)移研究。因此，針對(duì)細(xì)支卷煙，選擇醇類、醛類、酮類、酯類等不同種類香味成分共18種，研究其在煙絲加香、絲束加香、香線加香和爆珠加香4種加香方式下的逐口釋放規(guī)律，比較不同加香方式之間的差異，旨在為細(xì)支卷煙的加香方式選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

空白卷煙參數(shù)：規(guī)格為［59 mm（煙支）+25 mm（醋纖濾嘴）］×17 mm（圓周），吸阻為1 900 Pa，固定煙絲配方和輔材（上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司天津卷煙廠提供）。

三乙酸甘油酯、辛癸酸甘油酯、乙醇（色譜純，德國(guó)Merck公司）；正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-癸酮、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、庚酸甲酯（色譜純，北京百靈威公司）。

香味成分具體信息如表1所示。

表1 香味成分信息表Tab.1 Information of aroma components tested

7890B/7010GC-MS/MS聯(lián)用儀、0.45 μm有機(jī)濾膜（美國(guó)Agilent公司）；RM20H轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)（德國(guó)Borgwaldt KC公司）；HY-2A調(diào)速多用振蕩器（上?？德茧娮涌萍加邢薰荆籜P603S電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)卷煙樣品制備

按文獻(xiàn)［16］中的方法制備煙絲加香、絲束加香、香線加香和爆珠加香樣品。

1.2.2 卷煙的逐口分析及檢測(cè)

用轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)標(biāo)配的逐口捕集單元捕集20支卷煙逐口主流煙氣粒相物，抽吸完畢將劍橋?yàn)V片（44 mm）放入錐形瓶，用10 mL含1 μg/mL內(nèi)標(biāo)的無(wú)水乙醇200 r/min振蕩萃取1 h，然后過(guò)0.45 μm有機(jī)濾膜待測(cè)。采用前期研究建立的煙氣香味成分定量方法［16］，測(cè)定卷煙逐口主流煙氣粒相中的香味成分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

1.2.3 相似度分析

采用夾角余弦分析方法，對(duì)不同加香方式的香味成分逐口釋放量進(jìn)行相似度分析。每種加香方式的不同香味成分釋放量數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)向量，計(jì)算不同加香方式向量的夾角余弦，夾角余弦值越接近1相似度越高［17］。

夾角余弦的計(jì)算公式：

式中：xi，yi為兩種加香方式的香味成分逐口釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同加香方式逐口釋放的相似度分析

對(duì)不同加香方式下各類香味成分的逐口釋放數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件中夾角余弦算法，進(jìn)行向量的相似度分析。得到逐口及整體主流煙氣不同加香方式間夾角余弦算法的相似度，如表2所示。

整體主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率，絲束加香和香線加香之間相似度最高；爆珠加香與絲束加香和香線加香之間，相似度均較高；煙絲加香與其他3種加香方式相似度最低。不同加香方式加香部位和香味成分轉(zhuǎn)移行為的差異與相似度結(jié)果較為一致。

主流煙氣粒相逐口轉(zhuǎn)移率，絲束加香和香線加香之間，除第1口夾角余弦值為0.988外，第2～5口的夾角余弦值均超過(guò)0.99；爆珠加香與絲束加香、香線加香方式之間，每一口的夾角余弦值均較為接近，隨口數(shù)增加略有上升；煙絲加香和爆珠加香、絲束加香、香線加香方式之間的夾角余弦值，隨著口數(shù)增加從0.587增大至0.872，表明煙絲加香與3種濾嘴加香方式的差異隨著抽吸口數(shù)增加越來(lái)越小。

表2 不同加香方式香味成分逐口釋放的相似度（夾角余弦算法）Tab.2 Cosine similarity analysis of puff-by-puff releases of aroma components from samples flavored by different methods

2.2 香味成分主流煙氣粒相逐口轉(zhuǎn)移率

4種加香方式下，醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口轉(zhuǎn)移規(guī)律相似，醇類與其他類香味成分略有差異。醇類、乙酯類香味成分的主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率如圖1和圖2所示。

煙絲加香方式下，各類香味成分逐口釋放規(guī)律較為一致：低沸點(diǎn)成分的逐口釋放量在前4口隨抽吸口數(shù)增加而明顯升高，第5口不再增加；高沸點(diǎn)成分的逐口釋放量在第2～3口即接近峰值，之后幾口不再明顯增加或開(kāi)始下降。煙絲段溫度為影響煙絲加香香味成分逐口釋放的主要因素［18-19］，由于卷煙燃燒過(guò)程中，燃燒區(qū)溫度為700～950℃，蒸餾區(qū)溫度為200～600℃，濾嘴段溫度為25～60℃［12］，煙絲加香的香味成分在卷煙蒸餾區(qū)蒸發(fā)轉(zhuǎn)移到煙氣中。主流煙氣粒相逐口轉(zhuǎn)移率受蒸餾區(qū)溫度、香味成分沸點(diǎn)、蒸發(fā)焓等影響。隨著抽吸口數(shù)的增加，煙支逐漸變短，過(guò)濾效率減弱，香味成分的逐口轉(zhuǎn)移率逐漸上升［15，20］。但隨著抽吸口數(shù)的進(jìn)一步增加，煙絲中香味成分的剩余量下降明顯，導(dǎo)致逐口釋放量在第2～3口接近峰值后開(kāi)始下降。煙絲加香方式下，低沸點(diǎn)香味成分大部分會(huì)在抽吸前遷移到濾嘴段［21］，導(dǎo)致逐口釋放規(guī)律與濾嘴加香較為相似。絲束加香和香線加香方式下，各類香味成分逐口釋放量均隨抽吸口數(shù)增加而升高，其中不同分子量醇類香味成分逐口轉(zhuǎn)移率基本一致，不同分子量醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口轉(zhuǎn)移率差異較大。絲束加香和香線加香的加香部位在濾嘴段，香味成分分別被絲束和香線吸附，在濾嘴段蒸發(fā)轉(zhuǎn)移至煙氣中。隨著抽吸口數(shù)增加，燃燒錐越靠后，濾嘴溫度越高，香味成分逐口釋放量顯著提高。

圖1 醇類香味成分主流煙氣粒相逐口轉(zhuǎn)移率Fig.1 Puff-by-puff transfer rates of alcoholic aroma components to particulate matter of mainstream smoke

圖2 乙酯類香味成分主流煙氣粒相逐口轉(zhuǎn)移率Fig.2 Puff-by-puff transfer rates of ethyl ester aroma components to particulate matter of mainstream smoke

爆珠加香方式下，醇類香味成分逐口釋放量在第2口就已基本穩(wěn)定，醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口釋放量隨口數(shù)增加而小幅度增加。濾嘴段溫度是影響爆珠加香香味成分逐口釋放量的關(guān)鍵因素，爆珠香味成分需要從爆珠溶劑轉(zhuǎn)移到煙氣中，溶劑抑制了香味成分逐口釋放，爆珠加香香味成分逐口釋放量增加幅度小于煙絲加香、絲束加香、香線加香。

2.3 香味成分逐口釋放與沸點(diǎn)的關(guān)系

不同沸點(diǎn)的香味成分的揮發(fā)、過(guò)濾效果差異很大。為進(jìn)一步考察不同加香方式下香味成分逐口釋放量與沸點(diǎn)的關(guān)系，繪制香味成分逐口釋放量在總釋放量中的占比圖，絲束加香、香線加香、爆珠加香的香味成分逐口釋放量占比規(guī)律相似，煙絲加香的香味成分逐口釋放量占比與其他加香方式有較大差異。以煙絲加香和爆珠加香為例，結(jié)果如圖3、圖4所示。

煙絲加香方式下，醇類、酯類香味成分與沸點(diǎn)的關(guān)系較為顯著，隨著沸點(diǎn)的升高，第1～3口的逐口釋放量占比逐漸升高，第4～5口的逐口釋放量占比逐漸降低。高沸點(diǎn)成分抽吸前主要持留在煙絲中，逐口釋放量前3口隨煙絲過(guò)濾效率減弱而升高，后兩口因煙絲中香味成分剩余量明顯減少而開(kāi)始下降。酮類、醛類香味成分與沸點(diǎn)的關(guān)系相對(duì)較弱，隨著沸點(diǎn)的升高，第1～3口的逐口釋放量占比略有升高，第4～5口的逐口釋放量占比略有降低。煙絲加香方式香味成分直接受到蒸餾段高溫影響，不同沸點(diǎn)的香味成分逐口釋放量占比有較大差異。

爆珠加香方式下，濾嘴段溫度變化幅度較煙絲段溫度變化小，同種類香味成分逐口釋放量占比較為一致，與沸點(diǎn)無(wú)明顯關(guān)系，僅醇類香味成分逐口釋放量占比隨沸點(diǎn)升高略有變化。絲束加香和香線加香方式下，同種類香味成分逐口釋放量占比較為一致，與沸點(diǎn)無(wú)明顯關(guān)系，規(guī)律與爆珠加香較為相似。

圖3 香味成分在煙絲加香方式下逐口釋放量占比Fig.3 Proportions of puff-by-puff releases of aroma components from tobacco-flavored samples

圖4 香味成分在爆珠加香方式下逐口釋放量占比Fig.4 Proportions of puff-by-puff releases of aroma components from capsule-flavored samples

3 結(jié)論

通過(guò)不同種類、不同沸點(diǎn)香味成分的逐口釋放分析，獲得不同加香方式逐口釋放規(guī)律。①絲束加香和香線加香之間相似度最高，爆珠加香與絲束加香和香線加香之間，相似度均較高，煙絲加香與其他3種加香方式相似度最低。②香味成分加香部位、結(jié)合方式和沸點(diǎn)是影響逐口釋放的主要因素。③煙絲加香受蒸餾段高溫影響，不同沸點(diǎn)香味成分逐口釋放有較大差異，不同沸點(diǎn)的同類香味成分逐口釋放量占比也有明顯不同。④爆珠加香受爆珠香精溶劑和濾嘴溫度影響，香味成分逐口釋放量最為穩(wěn)定，沸點(diǎn)對(duì)同類香味成分的釋放量無(wú)明顯影響。⑤絲束加香和香線加香方式下香味成分逐口釋放量隨抽吸口數(shù)增加而升高，沸點(diǎn)對(duì)同類香味成分的釋放量無(wú)明顯影響。

不同加香方式中，爆珠加香香味成分逐口釋放量變化最小，抽吸感受最為穩(wěn)定；絲束加香和香線加香香味成分逐口釋放量逐漸提升，后期滿足感更強(qiáng)；醇類香味成分的釋放規(guī)律與其他類香味成分的釋放規(guī)律有差異，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中需要重點(diǎn)關(guān)注。