天然保潤劑的開發(fā)及其在卷煙中的應(yīng)用

蔡波，常晟，周博，楊瑩，凌軍，李水榮*

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心（昆明 650202）

隨著消費(fèi)觀念的改變，卷煙產(chǎn)品的舒適性越來越得到消費(fèi)者的關(guān)注。煙草行業(yè)對相關(guān)技術(shù)已進(jìn)行較為深入的研究，并取得一定成果[1-3]。研究結(jié)果表明，保潤劑不僅能改善煙絲的物理性能，也能夠明顯提升產(chǎn)品的耐加工性，對提升卷煙的香氣和舒適性也有比較重要作用[4-6]。現(xiàn)階段，煙草行業(yè)使用的煙草保潤劑主要為丙二醇（PG）、甘油、山梨醇等多元醇類，其中以PG和甘油使用最為廣泛[7-8]。這些保潤劑由于其羥基結(jié)構(gòu)吸收水分，對煙草產(chǎn)生保潤作用，但保潤效果并不理想，存在煙絲水分散失過快，燃燒后會影響煙氣質(zhì)量，導(dǎo)致主流煙氣水分偏低，刺激性明顯，舒適性改善有限等問題。隨著煙草行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，天然保潤劑由于其天然性和多功能性成為研究人員關(guān)注重點(diǎn)[9-11]。

RSBR-LW是以蘋果、枸杞等天然易得的果實(shí)為原料，通過調(diào)節(jié)pH、鹽析、發(fā)酵等方式開發(fā)的一種天然保潤劑。為驗(yàn)證該新型保潤劑的保潤性能，通過熱裂解試驗(yàn)測試其增香作用，將RSBR-LW與PG在煙草中的保潤性能進(jìn)行對比試驗(yàn)，并通過感官和煙氣分析對添加保潤劑RSBR-LW卷煙進(jìn)行分析驗(yàn)證，從而為煙草保潤提供新方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 試劑

稀硫酸、稀氨水、硫酸鋁、丙二醇、二氯甲烷、無水硫酸鈉（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.1.2 材料

蘋果、枸杞（來源于昆明市場）；酒精酵母（來源于昆明藥材市場）；某品牌卷煙產(chǎn)品煙絲（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心）。

1.1.3 儀器與設(shè)備

JYZ-F620榨汁機(jī)（九陽股份有限公司）；XS-104電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler-Toledo公司）；Binder KBF240恒溫恒濕箱（德國Binder公司）；ShZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；DK-S2恒溫電熱水浴鍋（金壇市萬華實(shí)驗(yàn)儀器廠）；GC6890N/MS5975氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；RUIZ-SPME手動固相微萃取裝置、CarboxenTM/PDMS（75 μm）固相萃取頭（美國SUPELCD公司）；101-0-S電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠）。

1.2 方法

1.2.1 天然保潤劑RSBR-LW的合成

將新鮮蘋果洗凈后，稱取1 000 g蘋果切成小片后置于榨汁機(jī)中，加入1 000 g水進(jìn)行打漿，將打漿好的蘋果汁倒出，加入4 000 g水將蘋果汁進(jìn)行稀釋，加入稀硫酸調(diào)節(jié)pH 2.5后，置于80 ℃恒溫水浴鍋中水解3 h，水解完畢后，趁熱過濾，用60 ℃熱水洗滌濾渣5次，收集后合并濾液。將合并后的濾液用稀氨水調(diào)節(jié)濾液pH 5，緩慢滴加硫酸鋁溶液，在60 ℃下鹽析2 h后離心分離，將離心分離后的沉淀用適量脫鹽液攪拌，脫鹽2 h，過濾，加入水洗滌水解沉淀，并在60 ℃下恒溫鼓風(fēng)干燥，得到的組分1質(zhì)量為109 g。稱取500 g枸杞粉碎后，加入500 g 50 ℃熱水，浸泡4 h，過濾除去濾渣，往濾液中加入一定質(zhì)量的酒精酵母，于20 ℃進(jìn)行密封發(fā)酵10 d，將發(fā)酵后的混合物過濾，將濾液進(jìn)行65 ℃，30 min的水浴巴氏殺菌，濃縮除去部分水后，得到的組分2質(zhì)量為334 g。按照組分1-組分2質(zhì)量比1∶6調(diào)配后即得到天然煙用保潤劑RSBR-LW。天然保潤劑RSBR-LW的合成路線圖如圖1所示。

圖1 天然保潤劑RSBR-LW的合成路線圖

1.2.2 熱裂解分析

準(zhǔn)確稱取1 g天然保潤RSBR-LW樣品置于22 mL頂空瓶中，分別設(shè)定為300，600和900 ℃這3個溫度條件進(jìn)行平衡和SPME萃取，萃取時間20 min，將SPME進(jìn)樣針在氣相色譜高溫氣化室中解吸附，進(jìn)樣時間2 min，采用GC-MS進(jìn)行分析，分析結(jié)果用NIST98進(jìn)行檢索，采用峰面積歸一化計算相對百分含量。GC-MS條件：HP-5MS石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為高純He2；載氣流量1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度240 ℃。程序升溫：50 ℃，保持1 min；以5.0 ℃/min升至100 ℃；以8 ℃/min升至260 ℃，保持5 min。分流進(jìn)樣，分流比1∶15；GC/MS接口溫度280℃，質(zhì)量掃描范圍35～450 u，EI離子源溫度200 ℃，EI電離能量70 eV。

1.2.3 吸濕試驗(yàn)

取RSBR-LW與水按10%配比用稱量皿稱裝，取丙二醇（PG）與水按10%配比用稱量皿稱裝。放入溫度20 ℃相對濕度80%的恒溫恒濕箱中，每隔1 h測1次水分，連續(xù)測11 h。重復(fù)做2次取平均值以保證穩(wěn)定。根據(jù)測得的含水率計算保濕率。

1.2.4 RSBR-LW在煙絲中的保潤性能試驗(yàn)

采用差量法測定煙絲含水率。取云煙（紫）煙絲，按照0.5%質(zhì)量比添加RSBR-LW并平衡48 h，在溫度20 ℃、相對濕度40%和溫度20 ℃、相對濕度80%的2種環(huán)境下的恒溫恒濕箱內(nèi)，測定解濕和吸濕過程中的煙絲含水率，每1 h取樣測量1次。

1.2.5 RSBR-LW對卷煙感官質(zhì)量影響試驗(yàn)

將RSBR-LW、PG分別以加料的方式，按照0.1%（每100 g煙絲用量0.1 g）添加，用微量噴霧器均勻地噴加于云煙（紫）的成品煙絲上，并卷制成煙支樣品，經(jīng)由7人專業(yè)評吸小組進(jìn)行感官評價。

1.2.6 RSBR-LW對卷煙常規(guī)煙氣的影響將RSBR-LW、PG分別以加料的方式，按照0.1%（每100 g煙絲用量0.1 g）添加，用微量噴霧器均勻地噴加于云煙品牌卷煙的成品煙絲上，并卷制成煙支樣品，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[12]對卷煙主流煙氣進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 裂解產(chǎn)物分析

不同溫度下的RSBR-LW的熱裂解分析結(jié)果見表1。結(jié)果表明，溫度600 ℃時，致香物質(zhì)總量均上升，其中醛酮類物質(zhì)含量明顯上升，溫度上升到900 ℃時，致香物質(zhì)種類總量均明顯上升，試驗(yàn)表明所開發(fā)的RSBR-LW具有較好的致香效果。

表1 不同溫度下RSBR-LW主要熱裂解產(chǎn)物及其相對百分含量

2.2 吸濕試驗(yàn)

稱取相同質(zhì)量的RSBR-LW和丙二醇（PG），均以5倍水稀釋，攪拌均勻后分別置于玻璃器皿中，均勻鋪開后置于22 ℃、Hr40%和22 ℃、Hr80%條件下，隔一段時間稱量，觀察在干燥和潮濕條件下水分的散失和吸附率。

在22 ℃、Hr40%條件下，進(jìn)行放置2，4，8，16，32和48 h這5個不同時段各保潤劑的水分散失試驗(yàn)，觀察在相對干燥條件下各保潤劑的水分散失情況，結(jié)果如表2和圖2所示。

表2 溫度22 ℃、Hr 40%條件下各保潤劑水分散失情況 單位：%

圖2 溫度22 ℃、Hr 40%條件下各保潤劑水分散失直觀圖

在22 ℃、Hr80%條件下，進(jìn)行放置2，4，8，16，32和48 h這5個不同時段各保潤劑的水分吸附試驗(yàn)，觀察在相對潮濕條件下各保潤劑的吸水情況，結(jié)果如表3和圖3所示。

表3 溫度22 ℃、Hr 80%條件下各保潤劑水分吸附情況 單位：%

圖3 溫度22 ℃、Hr 80%條件下各保潤劑水分吸收直觀圖

測試結(jié)果表明：未加入煙絲前，在22 ℃、Hr40%和22 ℃、Hr80%條件下RSBR-LW均具有較好效果，保潤防潮效果均較PG好。

2.3 干燥、潮濕條件下加入煙絲中的保潤試驗(yàn)

結(jié)合前期研究結(jié)果，在卷煙企業(yè)常用的幾種保潤劑中，丙二醇（PG）效果最好，故僅以PG作對照進(jìn)行試驗(yàn)。稱取2份“云煙（紫）”葉組煙絲，50 g/份，取RSBR-LW、PG各0.25 g，加入1.25 mL蒸餾水，混合均勻，分別均勻噴加于“云煙（紫）”葉組煙絲中，采用標(biāo)準(zhǔn)烘箱法測定煙絲含水率。觀察在干燥、潮濕條件下，各保潤劑加入煙絲中的持水能力。

在22 ℃、Hr40%和22 ℃、Hr80%條件下分別進(jìn)行72 h煙絲保潤、防潮試驗(yàn)。

如表4、圖4、表5和圖5所示，在煙絲中的檢測結(jié)果表明，在干燥、潮濕條件下，RSBR-LW效果均優(yōu)于PG，即RSBR-LW在煙絲中具有良好的保潤防潮效果。

表4 溫度22 ℃、Hr 40%條件下各保潤劑含水率單位：%

表5 溫度22 ℃、Hr 80%條件下各保潤劑含水率單位：%

圖4 溫度22 ℃、Hr 40%條件下各保潤劑含水率

圖5 溫度22 ℃、Hr 80%條件下各保潤劑含水率

2.4 感官評價

通過7人專業(yè)評價小組對樣品進(jìn)行感官評價，感官評價結(jié)果如表6所示。

表6 不同添加劑的卷煙感官評價結(jié)果

結(jié)果表明，添加PG的喉部和口腔刺激改善，舒適性有所提升，但透發(fā)性略欠，添加RSBR-LW的舒適性明顯提升，余味改善明顯。

2.5 煙氣檢測

為對所開發(fā)的保潤劑進(jìn)行更加深入的分析，在感官評價基礎(chǔ)上，進(jìn)行煙氣分析測試，測試結(jié)果見表7。

表7 不同添加劑的卷煙煙氣分析結(jié)果

從檢測結(jié)果可以看出，添加PG的煙氣水分從1.41 mg/支升到1.51 mg/支，添加RSBR-LW的卷煙的煙氣水分可達(dá)1.62 mg/支，煙氣中水分上升會明顯提升卷煙的舒適性和降低對口腔和喉部的刺激感，與感官評價結(jié)果有一個較好的對應(yīng)。

3 結(jié)論

以蘋果、枸杞為原料，開發(fā)天然保潤劑RSBRLW。RSBR-LW的熱裂解分析結(jié)果表明，溫度上升到600 ℃時，醛類物質(zhì)總量上升，溫度上升到900 ℃時，致香成分種類和總量明顯上升。將RSBR-LW與常用煙用保潤劑PG進(jìn)行吸濕試驗(yàn)、煙絲保潤試驗(yàn)、感官評價和煙氣分析，可以看出RSBR-LW的保潤性能和保潤效果優(yōu)于丙二醇（PG）。將RSBR-LW應(yīng)用于卷煙中后，產(chǎn)品的煙氣細(xì)膩度與質(zhì)感提升，卷煙的舒適性上升，喉部和口腔刺激明顯降低。通過RSBR-LW的開發(fā)與研究，拓寬煙用保潤劑的應(yīng)用范圍，為產(chǎn)品保潤方向提供技術(shù)支撐。