“三絲”摻配對主流煙氣游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢分析

朱瑞芝，張 濤，司曉喜，張鳳梅，劉志華，岳保山，向能軍

（云南中煙工業有限責任公司，云南 昆明 650231）

·科學研究·

“三絲”摻配對主流煙氣游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢分析

朱瑞芝，張 濤，司曉喜*，張鳳梅，劉志華，岳保山，向能軍

（云南中煙工業有限責任公司，云南 昆明 650231）

通過正交設計，研究了三絲摻配（薄片、梗絲、膨脹煙絲與煙絲的摻配）對主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響。3種摻配原料的影響效應大小為：梗絲效應≈薄片效應＞膨脹煙絲效應，無顯著交互效應。對不同三絲摻配比例下的趨勢分析發現，游離煙堿／煙堿比值隨梗絲、薄片摻配量增加而增加，且在一定的摻配量范圍內呈現變化趨勢；游離煙堿／煙堿比值隨膨脹煙絲摻配量比例增加而降低，但在少量的摻配量范圍內變化趨勢不是特別明顯。

配方煙絲；摻配比例；游離煙堿；煙堿

煙堿是煙草中一種重要的生物堿，也是卷煙煙氣總粒相物中的重要組成部分，對卷煙的感官品質具有非常重要的影響［1］。煙堿屬于弱二級堿，通常以游離態、單質子態和雙質子態3種形態存在［2-3］。游離煙堿比質子態煙堿具有更強的親酯性，更易于穿透口腔黏膜從而更快的被人體吸收［4-6］。相關研究表明，卷煙勁頭與主流煙氣中的煙堿含量有關，與其中的游離態煙堿含量有著更為密切的關系［7-8］。

隨著國際上反吸煙運動的興起，低焦卷煙的發展成為一種趨勢。目前，卷煙配方中摻配三絲（薄片、梗絲和膨脹煙絲）是降低卷煙焦油的有效方法，但降低焦油也會降低煙堿。低焦油、低煙堿卷煙對消費者的滿足感產生較大影響。低焦油卷煙中，在一定的煙堿含量下，提高主流煙氣中游離煙堿含量，將會在一定程度上提高抽吸者的滿足感，因此調整卷煙配方來改變煙氣煙堿游離態比率，進而控制煙氣勁頭的方法十分必要。有研究表明，卷煙主流煙氣中游離煙堿的含量與煙氣 pH值、煙氣水分、煙氣組成等因素有著密切的關系［9］。三絲對卷煙煙氣特性有著不同的影響，進行三者摻配對主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響規律研究，對低焦油卷煙開發具有重要意義。本文研究了三絲摻配（薄片、梗絲、膨脹煙絲與煙絲的摻配）對游離煙堿／煙堿比值的影響和趨勢，探索不同煙絲配方設計對卷煙主流煙氣中游離煙堿／煙堿比值的影響，為低焦油卷煙開發提供技術支撐。

1 材料與設備

煙堿，99.0%；內標物：正十七碳烷，99.0%；三氯甲烷（AR）；無水硫酸鈉（AR）；氫氧化鈉（AR）；中性水：pH＝7.00±0.02，取去離子水燒開煮沸約10 min，然后密封放置，取用時以 0.01 mol／L的 NaOH溶液調節 pH＝7.00±0.02；三絲摻配樣品由紅塔集團提供。

卷煙煙支規格：（64＋20）mm＠24.5mm；卷煙紙：60 CU；醋纖濾棒：3 200 Pa，3.0 Y／35 000；接裝紙長度：32 mm。

氣相色譜（6890N，安捷倫科技有限公司，配有FID檢測器）；吸煙機（RM 200A，德國博瓦特 -凱西公司）；色譜柱為不銹鋼填充柱（10%，Carbowax 20M on）；恒溫恒濕箱（KBF-240，上海捷滬儀器儀表有限公司）；調速振蕩器（HY，無錫沃信精密儀器有限公司）；MP225酸度計（瑞士Mettler Toledo）；

分析天平（感量0.1mg）；分液漏斗（125mL）。

2 實驗方法

2.1 試驗設計

確定配方總量為10 kg，按膨脹煙絲（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、梗絲（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、薄片（摻配水平分別為0、0.75、1.5、2.25、3 kg）的三絲摻配實驗作為主要設計對象。采用 L25（56）正交設計表［10］對膨脹煙絲、梗絲和薄片進行設計（見表1）。煙絲的摻配量是通過每個樣品3因素（膨脹煙絲、梗絲和薄片）總量與配方總量（10 kg）之間的差值進行補充得到，并在同一卷煙機上分別卷制，按GB／T16447對各樣品的含水率進行調節，挑選重量和吸阻接近的煙支進行試驗。

表 1 三因素的 L25（56）正交設計表Tab.1 L25（56）Orthogonal design tablewith three factors

2.2 測定方法

依據GB／T 19609-2004《卷煙常規分析用吸煙機測定總粒相物和焦油》［11］對卷煙樣品進行抽吸，劍橋濾片捕集主流煙氣總粒相物。

抽吸20支卷煙，將劍橋濾片放入 250 m L三角瓶中，加入50mL三氯甲烷萃取液（含內標物正十七碳烷），振蕩（＞150 r／min）萃取30min。取2 m L萃取液進行氣相色譜分析，測定主流煙氣總粒相物中總煙堿的含量。

準確移取上述萃取液20 mL至125 mL的分液漏斗中，加入20 mL中性水，充分振蕩萃取，靜置30min。待分層后，取下層有機相至50mL三角瓶中，用無水硫酸鈉干燥 2 h以上。干燥后的有機相進行氣相色譜分析，測定主流煙氣粒相物中游離煙堿的含量。

2.3 統計分析方法

本研究采用線性回歸模型、二次回歸模型和特殊三次回歸模型進行建模，主要采用回歸分析法進行分析。線性回歸模型主要針對各成分主效應分析，二次回歸模型和特殊三次回歸模型在主效應的基礎上考慮了兩因素交互效應，根據模型的顯著性和調整 R2大小選擇合適的模型，同時采用通徑系數估計各成分影響程度的大小［12］，最終根據配方組合三角反應面圖展示游離煙堿／煙堿比值在不同三絲摻配比例下的趨勢特點［13］。

回歸分析和通徑分析采用SPSS16.0執行。

3 結果與討論

3.1 擬合模型選擇

本試驗采用線性回歸模型、二次回歸模型和特殊三次回歸模型進行擬合分析，3種擬合模型信息概要見表2。

表 2 3種擬合模型信息概要Tab.2 Summary of background data of three fitting models

從表 2可知，只有線性回歸模型 P值達到顯著性水平（P＜0.05），而帶有交互項的模型（二次回歸模型、特殊三次回歸模型）P值不顯著（P＞0.05），說明因素間交互作用對游離煙堿／煙堿比值影響不大，因此后面分析主要選擇主效應的線性回歸模型進行分析。

3.2 優化模型信息

優化模型系數見表 3。從表3可知，4種摻配

原料中除了膨脹煙絲系數不顯著（P＞0.05）外，其余3種原料均達到顯著水平（P＜0.05），說明梗絲、薄片和煙絲對游離煙堿／煙堿比值有顯著的正效應影響，即由各原料摻配量的增加，游離煙堿／煙堿比值也隨之增加。根據通徑系數的大小程度可知：梗絲效應≈薄片效應＞膨脹煙絲效應。

表 3 優化模型系數表Tab.3 Coefficient of optim izationmodel

3.3 摻配比例對游離煙堿／煙堿比值的影響

由于采用配方設計，根據其原理可知，4種原料組合后的總量是恒定的，主要考慮膨脹煙絲、梗絲和薄片在配方組合中摻配量所引起的游離煙堿／煙堿比值趨勢變化情況。

3.3.1 膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖1。由圖1可知，在配方總量一定的情況下，膨脹煙絲增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且梗絲（或薄片或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步降低（由深色的區域逐漸轉變為淺色的區域）；添加、減少量的大幅度變化（例如：由0 kg增加到2.25 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，膨脹煙絲摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值降低，但其變化趨勢不是很明顯。

圖1 膨脹煙絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.1 The im pact of a different expanded tobacco blending amount on free nicotine／nicotine ratio

3.3.2 梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖2。由圖2可知，在配方總量一定的情況下，梗絲增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨脹煙絲（或薄片或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步增加（右上深色區域逐漸轉變為淺色區域）；添加、減少量的中幅度變化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，梗絲摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值增加，且在一定的添加范圍下呈現趨勢變化。

3.3.3 薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響

薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響見圖3。由圖3可知，在配方總量（10 kg）一定的情況下，薄片增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨脹煙

絲（或梗絲或煙絲）減少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）時，游離煙堿／煙堿比值也隨之逐步增加（右上深色區域逐漸轉變為淺色區域）；添加、減少量的中幅度變化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游離煙堿／煙堿比值產生趨勢變化。說明在等量的配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）下，薄片摻配比例增加會使游離煙堿／煙堿比值增加，且在一定的添加量范圍下可呈現趨勢變化。

圖2 梗絲摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.2 The impact of different stem silk blending amount on free nicotine／nicotine ratio

圖3 薄片摻配量對游離煙堿／煙堿比值的影響Fig.3 The impact of different cut tobacco sheet blending amount on free nicotine／nicotine ratio

4 結論

本研究對膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲4種原料組合后的樣品采用3種模型方案進行分析，通過分析發現，二次回歸模型與特殊三次回歸模型無顯著影響（即無顯著交互效應），而 4種原料的主效應線性回歸模型對游離煙堿／煙堿比值有一定程度的影響，且3種摻配原料的影響效應大小為：梗絲效應≈薄片效應 ＞膨脹煙絲效應。在等量（10 kg）配方（膨脹煙絲、梗絲、薄片和煙絲組合）的條件下，梗絲、薄片摻配比例增大會使游離煙堿／煙堿比值增加且在一定的摻配量范圍下可呈現變化趨勢；膨脹煙絲摻配比例增大會使游離煙堿／煙堿比值降低，但在少量的摻配量范圍下，變化趨勢不是很明顯。

［1］ Yan Keyu.Tobacco Chemisty［M］.Zheng Zhou：Zhengzhou University Press，2002：134-135.

［2］ Seeman J I，Fournier JA，Paine JB 3rd，et al.The form of nicotine in tobacco.Thermal transfer of nicotine and nicotine acid salts to nicotine in the gas phase［J］. JAgric Food Chem，1999，47（12）：5133-5145.

［3］ Pankow J F，Tavakoli A D，Luo W，et al.Percent free base nicotine in the tobacco smoke particulate matter of selected commercial and reference cigarettes ［J］.Chem Res Toxicol，2003，16：1014-1018.

［4］ Armitage A K，Turner D M.Absorption of nicotine in cigarette and cigar smoke through the oral mucosa［J］.Nature，1970，226：1231-1232.

［5］ Schievelbein H，Eberhardt R，Rahlfs V，et al.Absorption of nicotine through the oral mucosa：II. measurement of blood pressure after application of nicotine and total particulatematter［J］.Agents Actions，1973，3／4：259-264.

［6］ Taylor P.Defining the determinants of nicotine selectivity.Proc Natl Acad Sci，2010，107：13195-13196.

［7］ Reynolds R J.REST Process Program，July 31，1992 （920731）［R］.1992-07-31.Bates No. 508400881／0887.http：／／legacy.library.ucsf.edu／tid／rlq93d00

［8］ Coleman M.British american tobacco report on root technology report［R］.1991-11-26.Bates No. 402444072／4118.

［9］ Bao M L，Joza P，Rickert W S，et al.An improved headspace solid-phase micro extraction method for the analysis of free-base nicotine in particulate phase ofmainstream cigarette smoke［J］.Anal Chim Acta，2010，663：49-54.

［10］ 楊德.試驗設計與分析［M］.北京：中國農業出版社，2002：171-196，259-283.

［11］ GB／T 19609-2004卷煙 用常規分析用吸煙機測定總粒相物和焦油［S］.北京：中國標準出版社，2004.

［12］ 杜家菊，陳志偉.使用 SPSS線性回歸實現通徑分析的方法［J］.生物學通報，2010，45（2）：4-6.

［13］ Myers R H，Montgomery D C，Anderson-cook C M.Response surface methodology-Process and Product Optimization Using Designed Experiments3rd ［M］.New Jersey：John Wiley＆Sons，2009.

Influence of Cut Tobacco Blend on the Ratio of Free Nicotine to Total Nicotine in Cigarette M ainstream Sm oke and Trend Analysis

ZHU Rui-zhi，ZHANG Tao，SIX iao-xi*，ZHANG Feng-mei，LIU Zhi-hua，YUE Bao-shan，XIANG Neng-jun

Tobacco Chemistry Department，China Tobacco Yunnan Industrial CO，LTD，Kunming 650231，China

Experimental study on the influence of cut tobacco blend（cut tobacco sheet，cut stem，and expanded cut tobacco blend with cut tobacco）on the ratio of free nicotine to total nicotine by L25（56）orthogonal designingmethod，the effect of cut stem equaled cut tobacco sheet，and was greater than the effect of expanded cut tobacco.Nomutual effectwas observed.On the basis of trending and analysis of different blending ratio，it was found that the ratio of freenicotine to total nicotine increasedwith the increasingof blending ratioof cut stem and cut tobacco，which presented change in trend within a certain range，and the ratio of free nicotine to total nicotine decreased with the increasing of blending ratio of expanded cut tobacco，which did not have an obvious trend with a small blending ratio.

cut tobacco blend；blending ratio；free nicotine；nicotine

TS41＋1

A

1004-275X（2015）02-0001-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.001

收稿：2014-12-19

云南中煙工業公司科技項目（2013JC09）。

朱瑞芝（1978-）女，湖北人，博士，工程師，主要研究方向煙草化學、煙氣化學。

*通信聯系人：司曉喜，sixiaoxi2006＠126.com。