不同透氣度卷煙主流煙氣中香味成分的逐口遞送規(guī)律研究

余晶晶 趙曉東 王冰 劉克建 秦亞瓊 劉紹鋒 張曉兵

關鍵詞：

卷煙主流煙氣;香味成分;逐口遞送;氣相物;粒相物;透氣度

摘要：為考察卷煙主流煙氣中香味成分在抽吸過程中的逐口輸送規(guī)律，采用由實驗室自有專利改裝的常規(guī)分析用20孔道轉(zhuǎn)盤式吸煙機，實現(xiàn)卷煙的逐口抽吸，建立了卷煙主流煙氣單口氣粒相物中中性和堿性香味成分的GC＼|MS定量分析方法，采用該分析方法對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進行了研究.結(jié)果表明：1）所建立的分析方法其精密度、回收率較好，適合卷煙煙氣單口氣相物和粒相物中中性和堿性香味物質(zhì)的定量分析.2）卷煙主流煙氣的焦油、煙氣煙堿傳輸量隨著抽吸口數(shù)的增加均呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的增加趨勢，隨著卷煙紙透氣度、接裝紙透氣度的增大而減少.3）中性和堿性香味成分傳輸量隨著抽吸口數(shù)的增加而增加，但各種香味成分的傳輸略有不同，隨著卷煙紙透氣度、接裝紙透氣度的增大而減少.4）單位焦油和單位煙堿逐口主流煙氣氣相和粒相物中中性和堿性香味成分逐口含量均為第1口最低，之后與抽吸口數(shù)基本保持一致.

Abstract：In order to investigate the puff＼|by＼|puff discipline of flavor components in the mainstream cigarette smoking， a 20＼|channel rotary disc smoker modified from a patent in laboratory was used to achieve the puff＼|by＼|puff smoking of cigarettes. A GC＼|MS quantitative analysis method for neutral and alkaline flavor components in single＼|mouthful particulate phase of mainstream cigarette smoke was established. By using the established analytical method， the puff＼|by＼|puff delivery discipline of flavor components and the effects of the permeability of cigarette paper and packaging paper were studied. The results showed that： 1） The established analytical method had a good precision and recovery and was suitable for the quantitative analysis of neutral and alkaline aroma substances in single＼|mouthful gaseous and granular phase of cigarette smoke. 2） The transport capacity of tar and nicotine in the mainstream cigarette smoke steadily increased with the increase in the number of suction mouths， and decreased with the increase in the permeability of cigarette paper and packaging paper. 3） The transmission of neutral and alkaline aroma components increased with the increase in the number of suction mouths， but the transmission of various flavor components was slightly different， and decreased with the increase of the permeability of cigarette paper and packaging paper. 4） The puff＼|by＼|puff contents of neutral and alkaline aroma components in gaseous and granular phase of the mainstream smoke per unit tar and nicotine were the lowest in the first puff， and then were in line with the number of suction puffs.

0 引言

卷煙作為一種吸食品，其吸食品質(zhì)主要是由卷煙主流煙氣化學成分的組成和含量決定的.其中，香味成分的種類和比例決定香氣質(zhì)，香味成分的總量決定香氣量.卷煙的抽吸是一個不斷變化的動態(tài)過程，每口卷煙煙氣的產(chǎn)生都不相同，會有較大的變化[1].

卷煙逐口抽吸研究始于1960年代，目前相關研究主要集中于卷煙煙氣常規(guī)成分和一些有害成分的分析[2-8]，而對逐口煙氣中香味成分的分析研究較少[9].例如，L.San等[2]研究了卷煙抽吸過程中逐口煙氣中PAHs （Polycyclic aromatic hydrocarbons） 的釋放量，發(fā)現(xiàn)不同類型點煙裝置所產(chǎn)生的第一口煙氣中的PAHs含量差異較大.李超等[8]對RM20H型吸煙機進行了改造，并對卷煙主流煙氣中6種有害化學成分甲基亞硝胺吡啶基丁酮（NNK）、苯并[a]芘 （B[a]P）、巴豆醛、苯酚、氨和氫氰酸（HCN）進行了自動化逐口捕集、釋放量測定及變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)：隨著抽吸口數(shù)的增加，卷煙逐口煙氣中巴豆醛釋放量保持恒定不變，其余5種成分的釋放量不同程度呈現(xiàn)增加的趨勢.劉嘉莉等[9]采用頂空-固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法測定主流煙氣中8種香味成分（吡啶、吡咯、糠醛、5-甲基糠醛、3-甲基吡啶、D-檸檬烯、2，3，5，6-四甲基吡嗪和β-大馬酮）的逐口釋放量，發(fā)現(xiàn)：在卷煙燃吸過程中香味成分與煙堿的主流煙氣遞送規(guī)律存在明顯的差異;隨著抽吸口數(shù)的增加，主流煙氣中總粒相物和煙堿釋放量呈上升趨勢，而8種香味成分的逐口主流煙氣釋放量比較平穩(wěn).

研究卷煙主流煙氣香味成分逐口遞送規(guī)律，對量化卷煙加香加料、進一步了解加香效果和低焦油卷煙的香味補償?shù)龋季哂兄匾饬x.然而，目前相關研究中香味成分目標物較少，且對香味成分逐口遞送規(guī)律及其影響因素缺乏系統(tǒng)、深入的研究.鑒于此，本文擬采用基于中國煙草總公司鄭州煙草研究院煙草化學重點實驗室（以下稱本實驗室）自有專利[10]改裝的常規(guī)分析用20孔道轉(zhuǎn)盤式吸煙機實現(xiàn)卷煙的逐口抽吸，建立卷煙主流煙氣中單口氣相和粒相物中中性和堿性香味成分的GC＼|MS定量分析方法，并對香味成分逐口遞送規(guī)律進行研究，同時考察卷煙輔助材料參數(shù)對卷煙主流煙氣中焦油、煙堿和中性和堿性香味成分逐口釋放量的影響，以期更有效地為卷煙設計和加香工藝提供理論指導.

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

1.1.1 卷煙樣品 根據(jù)實驗需要，設計制備6種卷煙樣品：1#—3#樣品濾嘴材料保持一致，分別采用3種不同透氣度卷煙紙制備;4#—6#樣品卷煙紙透氣度保持一致，分別采用3種不同透氣度接裝紙制備不同濾嘴通風稀釋樣品.6種卷煙樣品的輔材設計和煙支物理參數(shù)見表1.

1.1.2 儀器和試劑 Aglient 7890-5975型 儀器，美國安捷倫公司產(chǎn);Borgwaldt RM20H 型20孔道轉(zhuǎn)盤型吸煙機，德國Borgwaldt KC GMBH公司產(chǎn);Milli-Q50超純水儀，美國MILLIPORE公司產(chǎn);KQ-700DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn);CP2245電子天平，德國Sartorius公司產(chǎn);減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，瑞士BUCHI公司產(chǎn);0.45 μm有機相濾膜，上海安譜科學儀器有限公司產(chǎn);Amberlite XAD-2吸附管，美國 Sigma 公司產(chǎn).

標準品：乙酸苯乙酯、煙酸甲酯，購自美國Sigma公司.除特殊標柱外，均使用液相色譜級試劑.甲醇（HPLC級），購自美國J.T.Baker公司.

1.2 吸煙機的改造

由于目前實驗室用吸煙機主要用于卷煙的常規(guī)分析，尚無專門用于單口抽吸的吸煙機，為實現(xiàn)主流煙氣的逐口捕集，本實驗室通過加裝氣路轉(zhuǎn)換裝置，對德國產(chǎn)Borgwaldt RM20H 型20孔道轉(zhuǎn)盤型吸煙機進行改造，實際裝置參見本實驗室自有專利[10].

1.3 卷煙主流煙氣粒相、氣相香味成分的捕集

將卷煙樣品放置于（22±1）℃，相對濕度為（60±2）%的環(huán)境中平衡48h，然后選其平均重量在±0.02 g范圍和平均吸阻在±49 Pa/支范圍內(nèi)的煙支作為測試煙支.采用改裝的RM20H轉(zhuǎn)盤型吸煙機抽吸卷煙，用44 mm直徑的劍橋濾片捕集20支卷煙單口主流煙氣粒相物，在捕集器后接一個吸附管捕集卷煙主流煙氣氣相物.

1.4 煙氣樣品的萃取

粒相物：將收集20支卷煙單口主流煙氣總粒相物的濾片放入50 mL錐型瓶中，準確移取20 mL含有一定量內(nèi)標物（乙酸苯乙酯和煙酸甲酯）的甲醇萃取液，室溫下超聲萃取30 min，靜置5 min.移取15 mL萃取液，采用減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮（40 ℃，30 MPa）至1 mL，用0.45 μm微孔濾膜過濾，濾液進行儀器分析.

氣相物：將吸附管中的吸附劑轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，移取2 mL含有一定量內(nèi)標物（乙酸苯乙酯和煙酸甲酯）的甲醇萃取液，室溫下超聲萃取30 min，靜置5 min.取1 mL萃取液，用0.45 μm 微孔濾膜過濾，濾液進行儀器分析.

1.5 焦油和煙堿的測定

卷煙單口主流煙氣常規(guī)化學指標焦油和煙堿的測定按照國家標準方法[11-12]進行.

1.6 中性和堿性香味成分的分析

在蔡君蘭等[13]的實驗之基礎上，筆者對本實驗室已建立的卷煙主流煙氣中揮發(fā)和半揮發(fā)性成分分析方法[14]進行了改進：采用選擇離子監(jiān)測（SIM）模式，并以各化合物的特征離子和內(nèi)標物特征離子的峰面積之比，按其相對校正因子為1計算各化合物含量，從而對單口卷煙煙氣中含量較高的28種中性香味成分和16種堿性香味成分進行逐口定量分析.

中性香味成分分析方法：采用DB-5MS色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），以2 ℃/min的速度從60 ℃升到280 ℃，保留30 min;進樣口溫度270 ℃;進樣量2 μL;分流比101;溶劑延遲6 min;傳輸線溫度280 ℃;電離方式EI;離子源溫度230 ℃;電離能量70 eV;四極桿溫度150 ℃;掃描方式為SCAN 和SIM同時掃描.28種中性香味成分和內(nèi)標物的保留時間和特征離子見表2.

堿性香味成分分析方法：采用DB-WAXETR 色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），以2 ℃/min的速度從60 ℃升到220 ℃，保留30 min;進樣口溫度270 ℃;載氣為氦氣;進樣量2 μL;分流比101;溶劑延遲6 min;傳輸線溫度 250 ℃;電離方式EI;離子源溫度230 ℃;電離能量70 eV;四極桿溫度150 ℃;掃描方式為SCAN 和SIM同時掃描.16種堿性香味成分和內(nèi)標物的保留時間和特征離子見表3.

2 結(jié)果與分析

2.1 中性和堿性香味成分逐口定量分析方法的表征? 對改裝吸煙機逐口抽吸的重復性進行考察，結(jié)果顯示，兩次平行實驗單口煙氣總粒相物的變異系數(shù)小于1%，表明改裝吸煙機重復性好，可用于卷煙主流煙氣的逐口捕集.

為驗證卷煙逐口抽吸、樣品前處理和分析方法的重復性，選擇第3口煙氣進行了5次平行實驗.在卷煙煙氣單口粒相物中28種中性化合物和16種堿性化合物均能實現(xiàn)定量分析，中性和堿性化合物定量分析的變異系數(shù)分別在6.2%～16.1%和5.2%～15.2%之間.但在卷煙煙氣單口氣相物中由于部分香味物質(zhì)含量較低，僅檢出了8種中性化合物和12種堿性化合物，氣相物中中性和堿性化合物定量分析的變異系數(shù)分別為5.9%～15.9%和6.7%～16.8%.另外，對于15種有標樣的化合物（2-糠醛、糠醇2-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、2-乙酰呋喃、5-甲基-2-糠醛、3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、苯甲醛、6-甲基-5-

庚烯-2-酮、苯乙醛、苯乙酮、吡啶、吡嗪、2-甲基吡啶、甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、乙酰吡啶）考察了方法的回收率，按第3口煙氣香味成分釋放量，分別在樣品萃取液中加入低、中、高3個含量水平的待測目標物，低水平的添加量約為樣品中原有量的1/2，中水平的添加量與樣品中原有量相當，高水平的添加量約為樣品中原有量的2倍.每個添加水平重復3次，結(jié)果表明回收率分別在72.7%～106.1%之間.這說明，本方法具有良好的重復性和回收率，適合卷煙煙氣單口氣相物和粒相物中中性和堿性香味物質(zhì)的定量分析.

2.2 不同透氣度卷煙紙和接裝紙對卷煙主流煙氣中常規(guī)化學成分釋放量逐口變化規(guī)律的影響? 對6個卷煙樣品進行逐口抽吸，逐口捕集產(chǎn)生的粒相物，按照標準方法[11-12]對焦油和煙堿釋放量進行分析測定，結(jié)果如圖1所示（1#—3#卷煙樣品總抽吸口數(shù)為7口，4#—6#卷煙樣品總抽吸口數(shù)為8口）.由圖1可知，6種卷煙每口焦油、煙堿釋放量隨著抽吸口數(shù)的增加呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的增加趨勢.這主要是由于卷煙在抽吸中，煙草柱體逐漸變短，煙絲對粒相物的過濾作用相應降低.另外，焦油、煙堿隨卷煙紙透氣度、接裝紙透氣度的增加呈現(xiàn)降低趨勢.但卷煙樣品卷煙紙透氣度對卷煙總通風影響小，焦油、煙堿釋放量隨卷煙紙透氣度增加而降低的趨勢較小;4#—6#樣品接裝紙透氣度對卷煙總通風影響大，焦油、煙堿釋放量隨卷煙紙透氣度增加而降低的趨勢較大.

2.3 卷煙煙氣粒相物和氣相物中中性和堿性香味成分的逐口傳輸規(guī)律2.3.1 香味成分單口總量的逐口傳輸規(guī)律 采用所建立的香味成分逐口定量分析方法對6個卷煙樣品的主流煙氣粒相物和氣相物中中性和堿性香味成分含量進行測定，從而對卷煙粒相物和氣相物中中性和堿性香味成分總量的逐口傳輸規(guī)律分別進行考察，結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，在6個卷煙樣品的煙氣粒相物和氣相物中，中性和堿性香味成分單口總量均隨著抽吸口數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢.另外，1#—3#卷煙樣品單口中性和堿性香味成分總量隨卷煙紙透氣度的增加逐漸降低;卷煙樣品單口中性和堿性香味成分總量隨接裝紙透氣度的增加同樣逐漸降低.

2.3.2 不同香味成分的逐口傳輸規(guī)律 以2#卷煙樣品為代表，選擇2-糠醛、2-乙酰呋喃、香蘭素、吡啶、2，6-二甲基吡嗪、喹啉6種代表性香味成分，對卷煙煙氣氣相和粒相中不同的中性和堿性香味成分逐口傳輸規(guī)律進行考察，結(jié)果如圖3所示.由圖3可知，這6種香味成分的逐口傳輸規(guī)律均為隨抽吸口數(shù)增加而增加，但不同香味成分逐口傳輸存在差異.2-糠醛、吡啶隨口數(shù)增加其傳輸量增加較快;2，6-二甲基吡嗪隨口數(shù)增加其傳輸量增加較慢;粒相物香蘭素、喹啉隨口數(shù)增加其傳輸量增加較慢，最后一口甚至有所降低.這種增加幅度的不同會導致每口煙氣香味成分的組成發(fā)生變化，從而使每口煙氣的感官品質(zhì)產(chǎn)生差異.

對各種香味成分單口傳輸量與總傳輸量的比值進行研究，可以考察不同卷煙樣品不同香味成分逐口傳輸?shù)牟町?圖4—圖7為2#卷煙樣品粒相物和氣相物中中性和堿性香味成分單口傳輸量與總傳輸量的比值，其他幾個卷煙樣品不同香味成分的逐口傳輸規(guī)律與2#卷煙樣品類似.

由圖4可知，粒相物中28種中性香味成分前幾口煙氣中各香味成分傳輸量在總傳輸量中所占比例逐漸增加，后幾口香味成分傳輸量在總傳輸量中所占比例變化各有不同;在前幾口卷煙煙氣中高沸點香味成分每口傳輸量在總傳輸量中所占比例高.中間口數(shù)第4，5或6口煙氣中各香味成分在總傳輸量中的占比基本一致，而后兩口、特別是最后1口煙氣中低沸點香味成分占總量之比值明顯高于高沸點香味成分.

由圖 5可知，氣相物中8種中性香味成分單口傳輸量在總傳輸量中的占比隨抽吸口數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢.

由圖6可知，粒相物中16種堿性香味成分前幾口煙氣中各香味成分傳輸量在總傳輸量中的占比逐漸增加，后幾口香味成分傳輸量在總傳輸量中的占比變化各有不同;在前幾口卷煙煙氣中高沸點香味成分每口傳輸量在總傳輸量中所占比值高.中間口數(shù)第4，5或6口煙氣中各香味成分占總傳輸量比值基本一致，而后兩口、特別是最后1口煙氣中低沸點香味成分占總傳輸量的比值明顯高于高沸點香味成分.

由圖7可知，氣相物中12種堿性香味成分單口傳輸量在總傳輸量中所占比值隨抽吸口數(shù)的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但各單口傳輸量在總傳輸量中所占比值差異沒有明顯的規(guī)律.

綜上，通過中性、堿性香味成分氣相物和粒相物單口傳輸量所占總傳輸量比值的差異比較表明，不同口數(shù)煙氣中香味成分的占比是存在差異的.隨著抽吸口數(shù)增加，香味成分傳輸量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢;粒相物中中性和堿性香味成分中低沸點成分增加的更為明顯，氣相物中中性和堿性香味成分的增加趨勢沒有明顯的差異.

2.3.3 單口香味成分總量與焦油、煙堿比值的逐口傳輸規(guī)律 以2#卷煙樣品為代表，對逐口香味成分總量與焦油、煙堿釋放量比值進行研究，結(jié)果如圖8可知.由圖8可知，隨著抽吸口數(shù)的增加，單位焦油和單位煙堿的中性和堿性香味成分逐口含量均為第1口最低，之后與抽吸口數(shù)基本保持一致.其他幾個卷煙樣品單口煙氣中中性和堿性香味成分總量與焦油、煙堿的比值逐口傳輸規(guī)律與2#卷煙樣品類似.

6種卷煙樣品煙氣粒相物中單口中性香味成分總量與焦油、煙堿比值的逐口傳輸圖如圖9所示.由圖9可知，不同卷煙樣品煙氣粒相物中單口堿性香味成分、氣相物中單口中性和堿性香味成分總量與焦油、煙堿的比值逐口傳輸規(guī)律與圖9類似，不同卷煙紙透氣度、不同接裝紙透氣度卷煙樣品之間相同口數(shù)單位焦油香味成分含量存在差異，但差異不大.

3 結(jié)論

本文采用由本實驗室自有專利改裝的常規(guī)分析用20孔道轉(zhuǎn)盤式吸煙機實現(xiàn)卷煙的逐口抽吸，并建立了卷煙主流煙氣單口氣相物和粒相物中中性和堿性香味成分的GC＼|MS定量分析方法.本研究所建立的分析方法精密度和回收率較好，適合卷煙煙氣單口氣相物和粒相物中中性和堿性香味物質(zhì)的定量分析.不同透氣度卷煙主流煙氣中香味成分的逐口遞送規(guī)律研究結(jié)果顯示：中性和堿性香味成分傳輸量均隨著抽吸口數(shù)的增加呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的增加趨勢，且隨卷煙紙透氣度和接裝紙透氣度的增加而降低.中性和堿性香味成分傳輸量隨著抽吸口數(shù)的增加而增加，但各種香味成分的傳輸規(guī)律略有不同，隨著卷煙紙透氣度、接裝紙透氣度的增大而減少.單位焦油和單位煙堿逐口主流煙氣氣相和粒相物中中性和堿性香味成分逐口含量均為第1口最低，之后與抽吸口數(shù)基本保持一致.

本文的研究結(jié)果可為量化卷煙加香加料、了解加香效果和低焦油卷煙香味補償?shù)确矫娴倪M一步研究提供理論和數(shù)據(jù)參考.

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