β-苯乙醇-活性炭顆粒的制備及其卷煙濾嘴加香效應的研究

盧真保，胡　武，孫勝南

(廣州華芳煙用香精有限責任公司，廣東 廣州　510530)

濾嘴加香為卷煙加香的一個重要的加香方式[1-2]，已成為卷煙加香的研究熱點。濾嘴加香方式可采用多種加香方法，其中吸附劑法采用微孔固體吸附劑吸附或包合物包合香精香料，而后將吸附劑或包合物加入過濾材料中制成復合濾嘴。吸附劑法能延緩香精的揮發損失[3-6]，還能保證在燃吸過程中香氣的均勻釋放，據瑞士Baumgartner Papiers公司技術資料介紹[4]，每支濾嘴中加100 mg 吸附了薄荷醇的硅酸鎂，在無任何特殊保護的條件下裸露在空氣中2個月，薄荷醇僅損失17%，接裝此種濾嘴的卷煙，燃吸時釋放出較強的薄荷味。

常見的一些吸附劑有活性炭、海泡石、蒙脫石、麥飯石、硅膠、離子交換樹脂等，其中活性炭是一種優良的吸附劑，具有石墨微晶結構、微孔發達，能吸附各種氣相和液相物質，安全高效，添加于卷煙濾嘴中具有優良的熱穩定性與化穩定性，異味淡弱。

β-苯乙醇具有淡雅細膩玫瑰香味，是香料用芳香化合物中較為重要和應用廣泛的一種食用香料[7]。在卷煙加香中，常利用β-苯乙醇賦予卷煙柔和、愉快的玫瑰香氣以提升卷煙香氣質，但其為有機小分子，沸點為219.5 ℃，在加工和貯藏過程中容易揮發，失去其玫瑰香氣。吸附劑法能有效延緩香精的揮發損失，本研究以價廉、安全性高、已廣泛應用于卷煙濾嘴的活性炭[8-12]為吸附材料，對β-苯乙醇進行吸附，制備β-苯乙醇-活性炭顆粒以延長β-苯乙醇保香期，并進行卷煙濾嘴加香評價，以期尋找一種有效加香方式以延長易揮發性香料保留時間，提高卷煙產品質量穩定性。

1　實驗部分

1.1　主要儀器及材料

Aglient1100型高效液相色譜儀，美國安捷倫公司； THZ-82型氣浴恒溫振蕩器，金昌實驗儀器廠；ASAP2010M吸附儀，美國Micromeritics公司。

SY-1 活性炭(40～60目)，朝陽森塬活性炭有限公司；ZX-100活性炭(40～60目)，江蘇竹溪活性炭有限公司；椰殼活性炭(40～60目)廣州韓研公司；ZX-102活性炭(40～60目)江蘇竹溪活性炭有限公司。

β-苯乙醇(滬試)， 國藥集團化學試劑有限公司；乙腈，色譜純；超純水；云煙加料未加香煙絲。

1.2　標準曲線的繪制

準確配制30.00，60.00，90.00，120.00，180.00， 300.00 mg/L不同梯度的β-苯乙醇，采用液相色譜法繪制標準曲線。色譜條件為：Elipse Plus C18(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動相：乙腈-水，體積比50∶50；流速：1 mL/min；檢測波長：210 nm；進樣量：2 μL；柱溫：25 ℃。

1.3　活性炭的預處理及結構的表征

將活性炭加入到蒸餾水中，加熱至沸騰，繼續加熱30 min后倒去蒸餾水，待其冷卻后，再加入蒸餾水重復上述操作后過濾，然后放入烘箱中烘干至恒重，密封干燥條件下保存，備用。

以N2為分析氣體, 在77 K 下采用美國Micromeritics 的快速比表面積和孔徑分布分析儀ASAP2010M測定活性炭的比表面積和孔結構。

1.4　活性炭的選擇

稱取一定質量的活性炭，按1∶60的固液比加入12 g/L的β-苯乙醇水溶液，30 ℃下攪拌吸附6 h，5，15，30，60，120，240，360 min 分別取樣測定活性炭對β-苯乙醇的吸附量，考察不同活性炭對β-苯乙醇的吸附能力。

活性炭吸附β-苯乙醇含量按下式計算：

q=(ρ0-ρ1)×V/m

式中：q——吸附量，g/g;

ρ0——吸附前β-苯乙醇水溶液初始濃度，g/L;

ρ1——吸附后β-苯乙醇水溶液的濃度，g/L;

m——活性炭質量，g;

V——物質水溶液的體積，L。

1.5　β-苯乙醇-活性炭顆粒的制備工藝優化

為優化制備工藝，選擇3個水平進行正交試驗,以吸附量為考察指標，采用L9(34)正交表。因素水平如表1所示。

表1　正交試驗因素水平表Table 1　Factors and levels in experiment

1.6　卷煙加香及穩定性試驗

1.6.1濾嘴加香

取β-苯乙醇-SY-1活性炭分別以添加量0.50%、1.00%、1.50%加入卷煙濾嘴中，在恒溫(22±1) ℃、恒濕 (相對濕度65%)條件下平衡48 h 后，組織專家進行評吸。空白卷煙作為對照A，只加SY-1活性炭顆粒的卷煙作為對照B。

1.6.2β-苯乙醇-SY-1活性炭顆粒加香穩定性

取 β-苯乙醇-SY-1活性炭顆粒以1.0%添加量加入卷煙濾嘴中，在恒溫恒濕箱中(22±1 ℃，相對濕度65%)平衡48 h后，放入4 ℃冰箱中保存。每個月取樣1次進行評吸，共3次，以評價β-苯乙醇-SY-1活性炭顆粒在卷煙中的穩定性，以只于煙絲中添加β-苯乙醇的卷煙為對照。

2　結果與討論

2.1　β-苯乙醇標準曲線的繪制

繪制的β-苯乙醇標準曲線如圖1所示，從圖1可以看出：

當β-苯乙醇的濃度在30.00 mg/L～600.00 mg/L范圍內時，其工作曲線方程為：Y=7288.15X-29.62，其中Y代表β-苯乙醇的面積，X代表β-苯乙醇的濃度，線性相關系數R2=0.999。

圖1　β-苯乙醇標準曲線Fig.1　The standard curve of the phenethyl alcohol

2.2　活性炭結構的表征結果

表2　BET 模型計算的活性炭孔結構參數Table 2 Pore structure parameters bated on BET model for N2 adsorption isotherms

比表面積與孔容積是影響活性炭吸附能力的重要因素，活性炭的比表面積及孔結構參數及孔徑分布圖如表1所示，4種活性炭的平均孔徑均大于β-苯乙醇分子直徑0.80 nm，有利于β-苯乙醇分子進入活性炭內部結構而被吸附。

2.3　4種活性碳吸附β-苯乙醇吸附動力學曲線

圖2　4種活性炭吸附β-苯乙醇吸附動力學曲線Fig.2　The static adsorption kinetics of four activated carbon

如圖2所示，4種活性炭對β-苯乙醇吸附均為快速吸附型，起始階段吸附量都較大，其中SY-1活性炭對β-苯乙醇具有良好的吸附動力學特性，吸附量最大同時吸附平衡時間最短，這與其具有最大的BET比表面積同時孔容及孔徑亦最大相一致，故選擇SY-1型活性碳進一步研究其對β-苯乙醇吸附的工藝參數。

2.4　β-苯乙醇-SY-1活性炭顆粒制備工藝優化

表3　正交試驗結果Table 3　Result of Orithogonal test

表4　方差分析表Table 4　Analysis of variance

通過分析表中的極差R值與偏差平方和可知，SY-1活性炭與β-苯乙醇溶液間的固液比、吸附溫度、攪拌時間對吸附率影響的大小順序為：固液比>攪拌時間>吸附溫度。比較K值，最優工藝條件為A2B1C3：即SY-1活性炭與β-苯乙醇溶液的固液比為1∶80，吸附溫度為20 ℃，吸附6 h，SY-1活性炭對β-苯乙醇吸附量最大，在該條件下試驗結果表明SY-1活性炭對β-苯乙醇的吸附量可達341.06 mg/g。

2.5　β-苯乙醇-活性炭顆粒的加香應用

2.5.1β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒在卷煙濾嘴中的加香效應

以不同的投料比進行卷煙濾嘴加香，評吸結果如表所示，當濾嘴中添加1.00% β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒時，評價效果較好，與煙香協調，煙氣質與煙氣量有提升，余味亦較干凈舒適，同時雜氣與刺激性減少。

表5　β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒在卷煙濾嘴中的加香效應Table 5　Result of phenethyl alcohol-loaded activated carbon in cigarette flavoring effect

2.5.2β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒在卷煙濾嘴中的加香穩定性

表6　β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒在卷煙濾嘴中的加香穩定性Table 6　Stability evaluation of phenethyl alcohol-loaded activated carbon

穩定性試驗結果表明，β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒濾嘴加香的卷煙放3個月后，評吸總分、香氣質、香氣量基本無變化；而以煙絲直接加香的對照組在3個月后總分下降1.2分，香氣質、香氣量有所下降，說明β-苯乙醇被SY-1活性炭吸附后可以有效延緩香氣的釋放，提高了卷煙在存放期的穩定性。

3　結論

(1)以12g/L β-苯乙醇水溶液為吸附對象時，4種活性炭中SY-1活性炭具有最大的裝載量與吸附速度，其吸附β-苯乙醇的最佳工藝條件為：固液比為1∶80，吸附溫度為20 ℃，攪拌時間6 h，在此條件下SY-1活性炭對β-苯乙醇的吸附量可達341.06 mg/g。

(2) 煙用評價結果表明，β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒可增加卷煙香氣量，提升卷煙香氣質，改善余味，減低卷煙刺激性與雜氣的作用。

(3) 卷煙樣品穩定性結果表明，β-苯乙醇- SY-1活性炭顆粒制備復合濾嘴應用于卷煙中，可有效延長β-苯乙醇在卷煙中的保留時間，提高卷煙加香的穩定性。