活性炭復(fù)合濾嘴對(duì)卷煙中薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的影響

朱景溯，曹伏軍，蔣成勇，張珍禛，周駿

上海煙草集團(tuán)有限公司技術(shù)中心北京工作站，北京 101121

薄荷型卷煙的獨(dú)特香味特征主要來(lái)源于薄荷醇，由于薄荷醇具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，它不僅在生產(chǎn)過(guò)程中向環(huán)境揮發(fā)，儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)在煙絲、濾嘴和紙品材料間轉(zhuǎn)移，抽吸過(guò)程中會(huì)向主流煙氣中轉(zhuǎn)移。HEE JIN JANG[8]研究確定了薄荷醇從煙絲到濾嘴的轉(zhuǎn)移和從盤紙到濾嘴的轉(zhuǎn)移，得出結(jié)論是為了使薄荷醇盡可能多地轉(zhuǎn)移到主流煙氣中，最有效的是把薄荷醇添加到盤紙上而不是煙絲上。Brozinski[9]對(duì)比了不同牌號(hào)和不同薄荷醇濃度的卷煙,發(fā)現(xiàn)在抽吸期間醋酸纖維濾嘴可保留60～ 70%的薄荷醇。宮梅[1]對(duì)4種超低焦油卷煙樣品的薄荷醇添加部位、含量進(jìn)行了比較，結(jié)果認(rèn)為在濾嘴部分添加適量的薄荷醇，可使煙氣中的薄荷醇含量達(dá)到煙絲和濾嘴都添加薄荷醇的效果。但未見(jiàn)在煙絲配方、紙品材料相同、濾嘴參數(shù)相近、煙絲和濾嘴部分添加相同比例薄荷香精的情況下，即排除了所有影響因素的情況下，比較不同濾嘴材料對(duì)薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的影響研究，也未見(jiàn)在這種情況下儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年時(shí)不同濾嘴材料薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的研究。

為明確濾嘴材料對(duì)卷煙薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的影響程度，本文選擇純醋纖濾嘴與活性炭濾嘴進(jìn)行對(duì)比，在排除了煙絲配方、紙品材料和薄荷醇添加量等影響因素的情況下，通過(guò)對(duì)比接裝這兩種濾嘴的卷煙樣品在不同存放時(shí)間下煙絲、濾嘴和煙氣部分薄荷醇含量的變化趨勢(shì)和轉(zhuǎn)移行為，以及薄荷醇向主流煙氣的轉(zhuǎn)移情況，來(lái)分析濾嘴材料對(duì)以上變化的影響，為薄荷型卷煙的設(shè)計(jì)研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與主要試劑

1.1.1 材料

混合型配方煙絲、薄荷香精、醋纖濾棒和活性炭復(fù)合濾棒（兩種濾棒的產(chǎn)品規(guī)格相同：長(zhǎng)度100 mm、圓周24.35 mm），北京卷煙廠提供。

1.1.2 儀器

Clarus 680-SQ8 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)PE公司）；HNY-100D恒溫振蕩器（天津市歐諾儀器儀表有限公司）；D-78224型超聲波清洗儀（德國(guó)Elma公司）；PI-214型電子天平（感量0.0001 g，美國(guó)Denver Instrument公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的準(zhǔn)備

選擇參數(shù)相近的普通醋纖濾棒和活性炭復(fù)合濾棒各一種，在濾棒中添加相同比例的薄荷香精，然后使用施加相同比例薄荷香精的煙絲進(jìn)行卷制，煙絲卷制重量相同，將卷制好的成品卷煙樣品存放在正常室溫環(huán)境的庫(kù)房中，每月隨機(jī)抽取兩個(gè)樣品檢測(cè)煙支中煙絲、濾嘴部分的薄荷醇含量和煙氣薄荷醇含量各5組計(jì)算平均值，持續(xù)1年，比較兩個(gè)樣品的薄荷醇含量變化趨勢(shì)和薄荷醇的轉(zhuǎn)移情況。

1.2.2 卷煙樣品處理

采集的薄荷型卷煙樣品密封后在-4℃條件下保存。實(shí)驗(yàn)開始前，卷煙樣品在不拆小盒包裝薄膜的狀態(tài)下平衡至室溫。隨機(jī)取6支卷煙，分成3組，將煙支剝開、濾棒剪碎后，分別迅速裝入100 mL錐形瓶中，加入40 mL甲醇和80 μL濃度為0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（內(nèi)標(biāo)），超聲萃取30 min（煙絲）或40 min（濾棒）后，取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.3 主流煙氣樣品處理

按照YC/T 286-2009的規(guī)定進(jìn)行卷煙的調(diào)節(jié)，按照GB/T 19609-2004的要求抽吸卷煙，收集總粒相物。每組卷煙抽吸5支，完成后，將濾片放入50 mL錐形瓶，加入20 mL甲醇和40 μL濃度為0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（內(nèi)標(biāo)），超聲萃取10 min后，取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.4 分析條件

氣相色譜條件：色譜柱：HP-INNOWAX（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250℃；升溫程序：初始溫度160℃保持2 min，以5 ℃/min升至175℃后，再以20 ℃/min升至240℃，保持5 min；載氣：He，1 mL/min；進(jìn)樣量：1 μL；進(jìn)樣模式：分流進(jìn)樣，分流比200:1。

質(zhì)譜條件：離子源：電子轟擊（EI+）；電子能量：70 eV；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度250 ℃；電子倍增器電壓：1600 V；質(zhì)量分析器：四級(jí)桿；掃描模式：全掃描和SIM，全掃描范圍：40-200 amu。

2 結(jié)果與討論

2.1 薄荷醇含量隨存放時(shí)間的變化趨勢(shì)比較

使用折線圖來(lái)顯示薄荷醇含量均值的變化趨勢(shì)，使用標(biāo)準(zhǔn)偏差誤差線顯示每組數(shù)據(jù)的波動(dòng)范圍 。

兩種濾嘴中薄荷醇含量隨存放時(shí)間的變化趨勢(shì)相近（相關(guān)系數(shù)r=0.925，P= 0.000）?；钚蕴繌?fù)合濾嘴中薄荷醇含量在存放前與醋纖濾嘴中薄荷醇含量接近，但之后一直顯著高于醋纖濾嘴，3-10月平穩(wěn)期的薄荷醇含量約為醋纖濾嘴薄荷醇含量的1.3倍，由此可見(jiàn)活性炭復(fù)合濾嘴對(duì)薄荷醇的吸附能力強(qiáng)于醋纖濾嘴。

兩種卷煙樣品的煙絲薄荷醇含量具有相近的變化趨勢(shì)（相關(guān)系數(shù)r=0.949）。兩樣品的煙絲薄荷醇含量月度均值差異不顯著，t （12）=1.51，P=0.16。

濾嘴中薄荷醇含量的變化趨勢(shì)是升高、平穩(wěn)、降低，與煙絲薄荷醇和兩者的薄荷醇總含量變化趨勢(shì)不同。前幾個(gè)月煙絲薄荷醇含量的降幅要大于總含量的降幅，這些差異說(shuō)明在存放過(guò)程中，煙絲中薄荷醇含量除了向?yàn)V嘴轉(zhuǎn)移外，還有煙支中薄荷醇向外散失。

2.2 煙氣薄荷醇釋放量隨存放時(shí)間的變化趨勢(shì)比較

兩個(gè)卷煙樣品的煙氣薄荷醇釋放量變化情況有顯著差異?；钚蕴繌?fù)合濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇釋放量在第1個(gè)月有小幅下降，第2至12個(gè)月保持相對(duì)基本穩(wěn)定。醋纖濾嘴卷煙樣品存放的前4個(gè)月煙氣薄荷醇釋放量逐月降低，幅度接近50%。第5至11個(gè)月基本穩(wěn)定。在濾嘴和煙絲薄荷香精添加比例相同的情況下，醋纖濾嘴卷煙樣品的煙氣薄荷醇釋放量總體高于復(fù)合濾嘴卷煙樣品。

圖1 活性炭復(fù)合濾嘴樣品薄荷醇含量變化趨勢(shì)Fig.1 The change trend of menthol content in active carbon composite filter sample

圖2 醋纖濾嘴樣品薄荷醇含量變化趨勢(shì)Fig.2 The change trend of menthol content in cellulose acetate filter sample

圖3 煙氣薄荷醇釋放量趨勢(shì)圖Fig.3 Release amount of menthol with storage time

2.3 薄荷醇向煙氣的轉(zhuǎn)移率變化趨勢(shì)及兩種樣品的比較

計(jì)算煙氣薄荷醇釋放量占煙支薄荷醇總含量的百分比得出轉(zhuǎn)移率，比較兩個(gè)樣品的變化趨勢(shì)和差異。

圖4 煙氣薄荷醇轉(zhuǎn)移率變化趨勢(shì)Fig.4 The change trend of transfer rate of menthol with storage time

兩種樣品的薄荷醇轉(zhuǎn)移率變化趨勢(shì)不同（相關(guān)系數(shù)r=0.446，P值=0.126），醋纖濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇轉(zhuǎn)移率是12.74%，第3個(gè)月降低到8.75%，降幅為3.99%，3個(gè)月后轉(zhuǎn)移率在7.11%～9.45%之間波動(dòng)，極差2.34%?；钚蕴繌?fù)合濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇轉(zhuǎn)移率是6.58%，第一個(gè)月降低到5.61%，降幅為0.97%，1個(gè)月后轉(zhuǎn)移率在5.06%～6.11%之間波動(dòng)，極差1.05%。比較以上轉(zhuǎn)移率數(shù)據(jù)得出，醋纖濾嘴卷煙樣品煙氣薄荷醇轉(zhuǎn)移率與活性炭復(fù)合濾嘴卷煙相比，存放前為1.9倍，中間平緩期在1.2-1.7倍之間，最大極差為3.7倍，平緩期的極差為2.2倍。由此分析醋纖濾嘴樣品的煙氣薄荷醇轉(zhuǎn)移能力更強(qiáng)，但穩(wěn)定性要差。

3 結(jié)論

活性炭具有多孔隙結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，性質(zhì)穩(wěn)定，由它復(fù)合而成的濾嘴因其較強(qiáng)的吸附性能，隨著薄荷型卷煙存放時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附煙絲中薄荷醇的能力大于純醋纖濾嘴，但在向主流煙氣中轉(zhuǎn)移時(shí)，薄荷醇的釋放量小于純醋纖濾嘴卷煙樣品，且由于它的性質(zhì)穩(wěn)定，變化幅度小于純醋纖濾嘴卷煙樣品。 有研究認(rèn)為煙氣薄荷醇釋放量與薄荷型卷煙涼味感受顯著相關(guān)[13]，因此得出結(jié)論：針對(duì)薄荷型卷煙的設(shè)計(jì)研發(fā)，在施加相同薄荷香精的情況下，為獲得更加顯著的涼味感受，醋纖濾嘴更優(yōu)，但是它在存放過(guò)程中煙氣薄荷醇釋放量隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)降幅達(dá)到了近50%，感官質(zhì)量變化顯著，與設(shè)計(jì)值偏差較大。在設(shè)計(jì)成本允許的情況下，適當(dāng)增加薄荷醇的添加量，選擇活性炭復(fù)合濾嘴可以獲得穩(wěn)定、持久的涼味感受。也可以在研發(fā)過(guò)程中，針對(duì)兩種濾嘴的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行材料的改進(jìn)研究。