磷酸氫二銨對卷煙煙氣游離煙堿釋放量及感官品質的影響

張紅，劉志華，司曉喜，樊瑛，王凱，張鳳梅，申欽鵬，張濤，繆明明，朱瑞芝*

1.云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，昆明市五華區(qū)紅錦路367號 650231 2.昆明理工大學化學工程學院，昆明市呈貢區(qū)呈貢大學城 650500

磷酸氫二銨對卷煙煙氣游離煙堿釋放量及感官品質的影響

張紅1,2，劉志華1，司曉喜1，樊瑛1，王凱1，張鳳梅1，申欽鵬1，張濤1，繆明明1，朱瑞芝*1

1.云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，昆明市五華區(qū)紅錦路367號 650231 2.昆明理工大學化學工程學院，昆明市呈貢區(qū)呈貢大學城 650500

為探索磷酸氫二銨（DAP）對卷煙煙氣游離煙堿釋放量及感官品質的影響，在等量煙絲上噴灑DAP溶液，使DAP在煙絲中的質量百分比為0（對照樣）、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%；優(yōu)化了煙氣中游離煙堿釋放量的分析方法；測定了煙絲pH、煙氣游離煙堿釋放量，并進行了感官評價；對DAP添加量與煙氣游離煙堿釋放量、煙絲pH進行了相關性分析。結果表明：①用三氯甲烷-中性水體系對煙氣中游離態(tài)與結合態(tài)煙堿進行萃取分離，相對標準偏差(RSD)為3.46%，回收率在84.7%～88.7%之間。②添加DAP可提高煙絲的pH以及煙氣游離煙堿的釋放量，在所研究的添加量范圍內，DAP添加量與煙絲pH、煙氣游離煙堿釋放量均顯著正線性相關。③隨DAP添加量的增大，卷煙烤香味增加，勁頭總體呈上升趨勢；DAP添加量不宜超過1.0%；在低添加量的情況下，其主要作用是促進煙葉內部的美拉德反應，提升煙氣的烤香，豐富煙香。

卷煙；煙氣；磷酸氫二銨；感官評價；游離煙堿；相關性分析

磷酸氫二銨（Diammonium hydrogen phosphate，DAP）是一種常見的食品添加劑。在食品安全國家標準［1-2］中，DAP被列為允許使用的食品添加劑，主要作為水分保持劑、膨松劑、酸度調節(jié)劑、穩(wěn)定劑、凝固劑和抗結劑等，用于乳及乳制品、焙烤食品、飲料罐頭、方便食品、膨化食品、復合調味料、嬰幼兒食品等中；根據(jù)食品種類的不同，其最大使用限量在1～80 g/kg之間。在國外卷煙工業(yè)中，DAP也是一種應用非常廣泛的添加劑，國外對其應用研究的文獻較多，主要有兩個方面：①在某些類型的再造煙葉生產過程中加入DAP作為處理劑，可提高再造煙葉的感官品質［3-4］；②添加DAP能夠促進煙葉內部的美拉德反應，產生吡嗪類等致香成分，豐富煙香［5-7］。另外，有文獻報道DAP可影響煙堿的存在形態(tài)，增加游離態(tài)煙堿向主流煙氣中的轉移［8-9］；但也有文獻認為DAP對游離態(tài)煙堿向主流煙氣中的轉移無顯著影響［6，10］。研究表明，游離態(tài)煙堿比結合態(tài)煙堿具有更強的揮發(fā)性和親脂性，更容易被人體吸收［11］，對人體感官的作用比結合態(tài)煙堿更快速和強烈，可增強卷煙的抽吸勁頭和提高生理滿足感［12-13］。因此游離態(tài)煙堿對提高低焦油卷煙的抽吸品質具有重要意義。

目前，國內煙草行業(yè)在DAP添加量對游離煙堿釋放量及感官品質影響方面的研究未見報道。主要原因可能有兩點：①DAP的添加量不當會增強煙氣的刺激性和粗糙感；②受中式烤煙香氣風格和口味特征的限制。為此，研究了DAP在中式卷煙中的應用，主要探索了添加DAP對主流煙氣中游離煙堿釋放量及卷煙感官品質的影響，旨在為DAP在中式卷煙中的合理應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

樣品煙絲為紅塔集團A品牌卷煙成品煙絲（烤煙型，焦油量8 mg/支）。

煙堿（99.3%）、內標物正十七碳烷（99.0%）（美國Accustandard公司）；二氯甲烷、三氯甲烷、無水硫酸鈉（AR，西隴化工股份有限公司）；乙腈、甲醇（色譜純，DIKMA公司）；氫氧化鈉（GR，風船化學試劑科技有限公司）；磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉（AR，中國醫(yī)藥上海化學試劑公司）；中性水：超純水用0.01 mol/L氫氧化鈉調節(jié)至pH為7.00±0.02。

Clarus 500氣相色譜儀，配有FID檢測器（美國PerkinElmer公司）；KBF-240恒溫恒濕箱（上海捷滬儀器儀表有限公司）；HY-A大容量回旋振蕩器（無錫沃信精密儀器有限公司）；MP225型酸度計（瑞士Mettler Toledo公司）；Millipore超純水儀（美國Millipore公司）；Protos 2-2卷接機組（德國Hauni公司）；BT224S電子天平（感量0.000 1 g，賽多利斯科學儀器有限公司）；0.22 μm有機相濾膜（天津津騰實驗設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

準確稱取6份煙絲樣品，每份100 g；分別稱取0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 g DAP溶于20 mL超純水中，混合均勻，再均勻噴灑于煙絲樣品上，使DAP在煙絲中的質量百分比分別為0（對照樣，超純水）、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，然后在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡至含水率為12%左右。取A品牌卷煙煙支的空煙筒，用卷接機組對照A牌號煙支的正常質量［（0.89±0.02）g/支］，填充上述平衡好的煙絲至空煙筒中制成樣品煙支。將各煙支樣品置于溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。

1.2.2 煙絲pH的測定

根據(jù)加拿大衛(wèi)生部推薦的標準方法［14］，準確稱取3 g煙末，用自動加液器加入30 mL中性水，在回旋振蕩器上振蕩30 min，靜置1 h，過濾，取濾液，測定pH。

1.2.3 卷煙煙氣粒相物中游離煙堿量的測定

在標準條件［15］下抽吸20支煙支樣品，用劍橋濾片收集主流煙氣粒相物，將濾片置于100 mL具塞三角瓶中，加入50 mL三氯甲烷萃取液（含內標正十七碳烷），在回旋振蕩器上振蕩（轉速＞150 r/min）萃取30 min。準確移取20 mL上述萃取液至125 mL的分液漏斗中，加入20 mL中性水，充分振蕩萃取，靜置。待分層后，取下層有機相至50 mL三角瓶中，用無水硫酸鈉干燥1 h以上。干燥后的有機相用濾膜過濾，氣相色譜分析，測定主流煙氣粒相物中游離煙堿的量。分析條件為：

色譜柱：Elite-5色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣量：2.0 μL；分流比：10∶1；進樣口溫度：250℃；檢測器溫度：250℃；載氣：氦氣；流速：250 mL/min；升溫程序：100℃（2 min）10℃/min210℃（5 min）。

1.2.4 感官評價

按照煙草行業(yè)標準［16］中的方法分別對各煙支樣品進行感官評價。

2 結果與討論

2.1 游離煙堿萃取體系的優(yōu)選

分析游離煙堿常用的方法有計算法［17］、間接測定法［18］以及溶劑萃取法［19］。計算法對于研究煙堿各個形態(tài)之間的相互轉化有一定的理論指導意義，但煙氣不是經典平衡態(tài)理論所適用的均相體系，因此煙堿形態(tài)變化的情況不能完全用經典平衡理論來解釋。間接測定法對儀器條件和實驗操作要求較高，實驗的可操作性不強，不能達到快速高效檢測大量樣品的要求。溶劑萃取法測定游離煙堿相對比較成熟，操作較簡單，對實驗條件要求不高，但是回收率較低，且萃取體系多樣。在綜合分析各方法優(yōu)缺點的基礎上，選擇采用溶劑萃取法檢測煙氣中游離煙堿的釋放量，并優(yōu)化了游離煙堿的萃取體系。在實驗中，對比了超純水和中性水對游離煙堿萃取分離的影響，結果發(fā)現(xiàn)，中性水對游離煙堿存在狀態(tài)的改變較小。還對比了二氯甲烷和三氯甲烷對游離煙堿的萃取效果，結果表明游離煙堿的釋放量結果分別為0.158、0.174 mg/支，說明三氯甲烷對游離煙堿的萃取效果好于二氯甲烷。最終確定以三氯甲烷-中性水體系萃取分離游離態(tài)與結合態(tài)煙堿。

2.2 游離煙堿分析方法的評價

對同一卷煙樣品連續(xù)進樣6次，計算得相對標準偏差（RSD）為3.46%，說明方法精密度較好。

取一定量的樣品卷煙，分別對主流煙氣進行高、中、低3個濃度水平的煙堿加標回收實驗，結果（表1）表明，加標回收率穩(wěn)定在84.7%～88.7%之間。表明三氯甲烷-中性水體系對煙堿游離態(tài)與結合態(tài)之間的動態(tài)平衡影響較小。

表1 游離煙堿回收率實驗結果

2.3 DAP添加量對煙絲pH、煙氣游離煙堿釋放量的影響

對DAP添加量與煙絲pH、煙氣游離煙堿釋放量的分析結果（表2）表明，卷煙煙絲經過添加不同質量百分比的DAP處理后，煙絲pH、煙氣中游離煙堿釋放量均呈現(xiàn)增加的趨勢，并隨DAP添加量的增大而增大。

表2 DAP添加量對煙絲pH和煙氣游離煙堿釋放量的影響

2.4 DAP添加量與煙絲pH、煙氣游離煙堿釋放量的相關性分析

DAP添加量與煙絲pH的相關性分析結果（圖1）表明，DAP添加量與煙絲pH的相關系數(shù)（r）為0.987 8。說明DAP添加量與煙絲pH顯著正線性相關。這主要是由于銨鹽的弱堿性（10 g/L DAP水溶液的pH為7.6～8.2［1］）提高了煙絲的pH。

圖1 DAP添加量與煙絲pH和煙氣游離煙堿釋放量的相關性

DAP添加量與煙氣游離煙堿釋放量的相關性分析結果（圖1）表明，DAP添加量與煙氣游離煙堿釋放量的r值為0.957 3，說明DAP添加量與煙氣游離煙堿釋放量呈顯著正線性相關關系。

煙堿屬弱二級堿（pKa1=3.15，pKa2=7.87）［6］，最多可以捕獲兩個質子。煙堿一般以游離態(tài)、單質子態(tài)和雙質子態(tài)3種形態(tài)存在，其存在形態(tài)主要由體系的pH決定；理論上煙氣pH＞6.0時，煙堿才能以游離態(tài)存在，并且pH越大，游離態(tài)煙堿所占比例越大［17］。本研究中，在煙絲中添加適量DAP提高了煙絲的pH，從而使結合態(tài)的煙堿更容易游離出來。

2.5 DAP添加量對卷煙感官質量的影響

對上述6個樣品進行感官評價，按照煙草行業(yè)標準［16］的檢驗要求進行各項指標的計分；對勁頭單項計分，總分為5分，對照樣勁頭較小，定為3分。由評價結果（表3）可知：隨煙絲中DAP添加量的增大，卷煙勁頭呈上升趨勢，當DAP添加量為1.5%時，卷煙勁頭達到最高點；之后有所下降，但其勁頭均大于對照樣；煙絲中適量添加DAP可增加煙氣烤香，使煙香豐富，添加量≤1.0%的樣品，感官合計得分≥90；添加量為0.2%時，烤香增加，并且與原有風格特征諧調性好，感官評價結果最佳，說明DAP添加量應控制在1%以內為宜，尤其添加量為0.2%左右時諧調性最好；添加量＞1.0%時，煙氣粗糙感增加，刺激性增大，并且由于磷酸鹽具有阻燃性［20］，添加量＞1.0%的卷煙的燃燒性明顯下降。

表3 添加DAP的卷煙樣品的感官評吸結果

2.6 本研究結果與國外同類研究結果的比較

本研究結果顯示，向中式卷煙中添加適量的DAP，可增加煙氣烤香，使煙香豐富，與國外研究結果［5-7］一致。國外文獻中對于卷煙中添加DAP可增加游離態(tài)煙堿向主流煙氣中的轉移量的觀點存在爭議［6］。本研究結果顯示，隨著卷煙煙絲中DAP添加量的增加，煙氣游離煙堿的釋放量呈明顯的上升趨勢。由于煙堿的3種形態(tài)間是一個酸堿平衡的體系，其存在形態(tài)與pH密切相關［17］，銨鹽的弱堿性提高了煙絲的pH，從而使結合態(tài)的煙堿更容易游離出來。本研究的結果與理論的符合性較好。

另外，DAP在中式卷煙中的適宜添加范圍較小，在0.2%的最佳添加量情況下，其對煙氣游離煙堿的釋放量無顯著影響（表2），其主要作用是促進煙葉內部的美拉德反應，提升煙氣的烤香，豐富煙香。因此，在低添加量的情況下，DAP對煙氣中游離態(tài)煙堿轉移量無顯著影響的觀點也是成立的。

3 結論

①優(yōu)化了卷煙主流煙氣游離煙堿的分析方法，本方法精密度、回收率好，穩(wěn)定可靠。②在卷煙煙絲中添加DAP可提高煙絲的pH，以及煙氣游離煙堿的釋放量；在所研究的DAP添加量范圍［DAP在煙絲中的質量百分比分別為0（對照樣，超純水）、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%］內，DAP添加量與煙絲pH和煙氣游離煙堿釋放量均呈顯著正相關關系。③煙絲中添加DAP可增加煙氣烤香、豐富煙香、提升勁頭；DAP添加量不宜超過1.0%，在最佳添加量0.2%的情況下，對煙氣游離煙堿的釋放量無顯著影響，其主要作用是促進煙葉內部的美拉德反應，提升煙氣烤香，豐富煙香。

［1］GB 30613—2014食品安全國家標準食品添加劑磷酸氫二銨［S］.

［2］GB 2760—2014食品安全國家標準食品添加劑使用標準［S］.

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責任編輯 茹呈杰

Effects of Diammonium Phosphate on Free Nicotine Release in Smoke and Sensory Quality of Cigarette

ZHANG Hong1,2,LIU Zhihua1,SI Xiaoxi1,FAN Ying1,WANG Kai1,ZHANG Fengmei1,SHEN Qinpeng1, ZHANG Tao1,MIAO Mingming1,and ZHU Ruizhi*1
1.Technology Center,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Kunming 650231,China
2.Faculty of Chemical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China

To investigate the effects of diammonium phosphate（DAP）on the free nicotine release in smoke and sensory quality of cigarette,DAP solution was sprayed on equivalent cut tobaccos so that the mass percentages of DAP in cut tobacco became 0,0.2%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,respectively.The method of determining free nicotine in cigarette smoke was optimized.The pH of cut tobacco and the release of free nicotine in cigarette smoke were determined,and the sensory quality of cigarette was evaluated.The correlation of DAP addition rate with free nicotine release in cigarette smoke and cut tobacco pH were analyzed.The results showed that:1）To extract and separate the free and bound nicotine in cigarette smoke with chloroform-neutral water system,the RSD was 3.46%and the recoveries rangedfrom 84.7%to 88.7%.2）Within the tested range,DAP addition rate significantly positively linearly correlated to cut tobacco pH and free nicotine release in cigarette smoke.3）The roasted aroma increased and impact of cigarette smoke generally presented an upward trend with the increase of DAP application rate not beyond 1.0%.At low addition rate,the major functions of DAP in cigarette were promoting the Maillard reaction in tobacco,improving roasted aroma and enriching tobacco aroma.

Cigarette；Smoke；Diammonium phosphate；Sensory evaluation；Free nicotine；Correlation analysis

TS411.2

A

1002-0861（2015）11-0028-05

10.16135/j.issn1002-0861.20151106

2014-07-25

2015-07-27

云南中煙工業(yè)有限責任公司科技項目“主流煙氣中游離煙堿/煙堿比值影響規(guī)律研究”（2013JC09）。

張紅（1988—），在讀碩士研究生，研究方向：煙草化學。E-mail:nxzhhong311@sina.com;*

朱瑞芝，E-mail:zhu.ruizhi@163.com

張紅，劉志華，司曉喜，等.磷酸氫二銨對卷煙煙氣游離煙堿釋放量及感官品質的影響［J］.煙草科技，2015，48（11）：28-32.

ZHANG Hong，LIU Zhihua，SI Xiaoxi，et al.Effects of diammonium phosphate on free nicotine release in smoke and sensory quality of cigarette［J］.Tobacco Science&Technology，2015，48（11）：28-32.