不同加熱非燃燒再造煙葉特性研究

劉達岸李鵬飛劉 冰羅誠浩劉華臣陳 勝韓 鵬姚建武劉雄斌

(1. 湖北中煙工業有限責任公司，湖北 武漢 430040；2. 湖北新業煙草薄片開發有限公司，湖北 武漢 430050；3. 重組煙葉應用技術研究湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430040)

在日趨嚴峻的控煙形勢下，新型煙草制品發展十分迅速[1]。新型煙草制品區別于傳統燃燒型卷煙，主要包括加熱非燃燒(Heat not Burn)卷煙、電子煙、無煙氣煙草制品3大類，其中加熱非燃燒卷煙具有低溫加熱(500 ℃以下)非燃燒的特點，相比傳統卷煙，燃燒時的高溫裂解產物大量減少，側流煙氣和環境煙氣也大幅降低，可有效減少使用者對有害成分的暴露[2]，成為了新的研究熱點。國外的研究大多集中在毒理研究方面[3-4]；中國劉珊等[5]研究了不同煙支結構和加熱方式的加熱非燃燒卷煙在煙草材料和煙氣釋放等方面的特性；趙龍等[6]研究了甘油對煙絲加熱狀態下煙氣中揮發性和半揮發性成分的影響；楊繼等[7]利用熱重/差示掃描量熱法和熱裂解分析研究了空氣氛圍下典型電加熱和炭加熱新型卷煙煙草材料熱行為；劉珊等[8]研究了加熱狀態下烤煙、白肋煙、香料煙3種不同類型煙葉的煙氣釋放特征。

再造煙葉是絕大部分加熱非燃燒卷煙的發煙材料，再造煙葉的制造工藝主要有造紙法、輥壓法和稠漿法3種[9]，關于不同制造工藝對加熱非燃燒卷煙特性影響的研究尚未見報道。為更好地了解加熱非燃燒再造煙葉特性，本試驗擬從微觀結構、纖維形態、抗張性能、再造煙葉化學成分、煙氣化學成分、感官質量方面系統研究3種不同工藝制造的加熱非燃燒再造煙葉。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

造紙法加熱非燃燒再造煙葉(再造煙葉A)、輥壓法加熱非燃燒再造煙葉(再造煙葉B )、稠漿法加熱非燃燒再造煙葉(再造煙葉C )：湖北新業煙草薄片開發有限公司；

煙堿標準品：國家煙草質量監督檢驗中心；

氯化鈉、無水乙醇、丙三醇、異丙醇：分析純，FLUKA試劑，美國Sigma Aldrich公司；

蒸餾水：二次蒸餾水，實驗室制備；

電子天平：BSA423S型，感量0.001 g，德國Sartorius公司；

轉盤式吸煙機：RM200A型，德國Borgwaldt公司；

氣相色譜儀：GC6890型，美國Agilent公司；

纖維形態分析儀：MorfiCompact型，法國TechPap公司；

掃描電子顯微鏡：KYKY-2800B SEM型，中國中科科儀公司；

抗張分析儀：Tensile Tester Horizontal型，德國FRANK-PTI公司。

1.2 方法

1.2.1 微觀結構、纖維形態及抗張性能分析

(1) 微觀結構：取3種片狀不同的煙草材料，截成2小段后用導電性膠帶固定于樣品臺，在離子濺射儀上真空干燥并進行鉑噴鍍，在掃描電鏡下觀察其微觀結構，每小段樣品在相同放大倍數下觀察。

(2) 纖維形態：準確稱取3.0 g不含水分的煙草材料，將其充分疏解于1 000 mL蒸餾水中，取10 mL含有已疏解煙草材料的試樣，定容至1 000 mL，置于纖維形態分析儀分析。

(3) 抗張性能：將每種再造煙葉樣品用抗張強度儀的取樣器各取15 mm×250 mm的樣品10個，并對樣品進行溫濕度調節后，將樣品夾在抗張強度儀夾頭上，擺正并夾緊樣品后開始測定[10]。

1.2.2 再造煙葉化學成分分析 將不同的煙草材料樣品均勻地放在溫度(22±2) ℃、相對濕度(60±2)%的環境中平衡 48 h。

(1) 含水率的測定：按YC/T 31—1996執行。

(2) 總煙堿的測定：按YC/T 246—2008執行。

(3) 甘油和丙二醇的測定：按YC/T 243—2008執行。

1.2.3 煙氣化學成分分析 不同煙草材料卷制成煙支并平衡后，在電加熱裝置加熱至300～350 ℃時使用吸煙機抽吸。

(1) 總粒相物和焦油的測定：按GB 19609—2004執行。

(2) 鹽堿和甘油的測定：按GB/T 23355—2009執行。

(3) 水分的測定：按GB/T 23203.1—2008執行。

1.2.4 感官質量對比分析 不同煙草材料卷制成煙支并平衡后，在電加熱裝置加熱至300～350 ℃的條件下，由7名具有評吸資格的專業人員組成評吸小組，以暗評打分的方式，參照GB 5606.4—2005標準對樣品的光澤、香氣、協調、雜氣、刺激性、余味分別打分進行感官評價，通過統計得到不同樣品感官質量特征。

2 結果與討論

2.1 微觀結構、纖維形態及抗張性能分析

2.1.1 微觀結構 由于煙草材料的微觀結構可能對其物理性能、煙氣釋放行為產生影響[11]，故考察了不同煙草材料的微觀結構。由圖1可知，再造煙葉A與其他2種具有截然不同的表面微觀結構，其表面為長束纖維狀物相互交織形成的網狀結構；再造煙葉B表面為含少量束狀纖維的不平整面，再造煙葉C的表面較平整，不含束狀纖維結構。再造煙葉A的表面結構與其他2種不同的原因：① 造紙法工藝對煙草原料的制漿處理是將煙草纖維搓磨成絲狀，而輥壓法和稠漿法工藝對煙草原料的處理均為粉碎至80～100目的顆粒；② 由于造紙法工藝與其他2種的成型原理不同，造紙法原料通常含有易于被磨成束狀的煙梗原料[12]。但3種再造煙葉的斷面結構較為相似，未見明顯差異。

2.1.2 纖維特征及抗張性能 由表1可知，再造煙葉A含有大量纖維，長度主要分布在0.20～1.25 mm和1.50 mm以上2個區間，再造煙葉B和再造煙葉C的纖維計數明顯少于再造煙葉A，推測主要為木漿纖維，顆粒狀物質較多，3種不同煙草材料纖維形態及數量差異亦源于煙草原料的處理方式，且與對應的微觀結構一致。

樣品纖維計數/(×106·g-1)纖維平均長度/μm纖維長度分布/%0.20～0.50 mm0.50～0.75 mm0.75～1.25 mm1.25～1.50 mm1.50 mm以上抗張強度/(kN·m-1)斷裂拉伸伸長率/%再造煙葉A3.89796824.620.326.96.022.20.5690.03再造煙葉B0.22467230.020.921.30.027.70.4320.19再造煙葉C0.50286028.213.326.611.420.50.3960.23

再造煙葉的抗張性能是部分加熱非燃燒卷煙的重要加工性能評價指標，再造煙葉A的抗張強度為0.569 kN/m，明顯高于其他2種，而斷裂拉伸伸長率與抗張強度呈反比。影響抗張性能的因素頗多，包括制造工藝、厚度、水分等[13]。

2.2 再造煙葉煙草材料化學成分分析

為了考察不同再造煙葉制造工藝制備的加熱非燃燒型再造煙葉的特性差異，對比分析了3種不同煙草材料的一些化學成分。研究指出，甘油和丙二醇都具有自身發煙霧化和促進煙草在加熱狀態下釋放煙氣的作用[14]，作為霧化劑廣泛應用于加熱非燃燒型卷煙和電子煙產品[7]。

由圖2可知，3種不同煙草材料的甘油質量分數均超過20%，再造煙葉A、再造煙葉B、再造煙葉C中甘油質量分數分別為25.6%，32.4%，28.9%；但三者的丙二醇質量分數均不足1%。三者的含水率略有差異，均高于普通再造煙葉，可能與甘油的保潤性存在一定關系。再造煙葉A的煙堿質量分數顯著低于其他2種，再造煙葉B的煙堿質量分數略高于再造煙葉C，推測煙堿在再造煙葉中的含量與制造工藝密切相關。

2.3 煙氣化學成分分

圖3為3種煙草材料煙氣總粒相物(TPM)、水分、煙堿、焦油及甘油的分析結果。由圖3可知，再造煙葉B、C 煙氣TPM釋放量高于再造煙葉A；3種煙氣中水分含量較高，均在10 mg/支以上，加熱非燃燒卷煙相比傳統卷煙，具有低溫加熱和無側流煙氣兩大特點，高溫和側流煙氣均會導致主流煙氣水分的損失[8]。由于煙草材料中添加了大量的甘油，再造煙葉A和再造煙葉C的煙氣焦油中30%以上為甘油，而再造煙葉B煙氣甘油釋放量也接近焦油的40%。去除甘油后，3種再造煙葉的煙氣焦油釋放量分別為3.85，5.23，5.47 mg/支，均明顯低于傳統烤煙型卷煙。由圖2、3可知，煙氣中水分及甘油釋放量均與再造煙葉中水分及甘油含量呈正相關，推測除甘油焦油含量的差異與不同的再造煙葉制造工藝相關。

圖2 不同再造煙葉的水分、甘油、丙二醇和煙堿含量

Figure 2 Contents of water, glycerol, propylene glycol and nicotine for different HnB Recon

圖3 不同再造煙葉加熱非燃燒狀態下煙氣釋放行為

Figure 3 Smoke deliveries of HnB Recon materials under same heat-not-burn condition

2.4 感官質量分析

參照卷煙感官評吸方法對相同加熱非燃燒狀態下的不同煙草材料進行評吸，每位評委的評價打分情況見表2。

整體感官質量由優到次依次為：再造煙葉B、再造煙葉C、再造煙葉A。由圖4可知，光澤方面，煙草材料A優于其他2種，具體為煙草材料A的顏色呈亮黃色，接近天然煙葉的顏色，煙草材料B和煙草材料C的顏色均較深，推測顏色差異應與不同煙草材料的添加劑配方相關[15]；香氣方面，煙草材料B與煙草材料C具有充足的煙草本香，而煙草材料A的煙草香氣略淡薄；煙草材料C的感官協調為三者中最優，其他2個相當；煙草材料B的雜氣最輕，略有雜氣，稍優于煙草材料A和煙草材料C；刺激性方面，3種不同卷煙材料表現相當，無明顯差異；余味方面，煙草材料A最為干凈舒適，煙草材料C其次，煙草材料B最次，余味尚凈、尚舒適。

表2 不同樣品感官質量具體得分情況

圖4 不同再造煙葉在加熱非燃燒狀態下的感官質量

Figure 4 Sensory qualities of different HnB Recon under same heat-not-burn condition

總體而言，煙草材料B由于在香氣和雜氣方面的突出表現，綜合感官質量最優，但煙草材料A在余味方面表現最優；煙草材料C在感官質量方面與煙草材料B相似，綜合感官質量略次于煙草材料B。推測造紙法再造煙葉的萃取-濃縮-涂布的煙草液處理工藝可能為導致煙草材料A與其他2種感官質量差異明顯的原因，從不同制造工藝角度理解，煙草材料A為形態和內質的雙重再造，而其他2種可近似理解為形態的再造。

3 結論

本試驗從微觀結構、纖維形態、抗張性能、再造煙葉化學成分、煙氣化學成分、感官質量方面對3種加熱非燃燒再造煙葉進行了系統探究。結果表明，造紙法加熱非燃燒再造煙葉的微觀結構及纖維形態與輥壓法及稠漿法的截然不同，造紙法再造煙葉抗張強度最高；3種加熱非燃燒再造煙葉及其煙氣中的水分及甘油含量均較高，且3種再造煙葉和其對應煙氣中水分及甘油含量相對呈正比關系，3種再造煙葉煙氣中除甘油焦油釋放量均明顯低于傳統烤煙型卷煙，與趙龍[6]、劉珊[14]等的研究結果一致；輥壓法和稠漿法加熱非燃燒再造煙葉的綜合感官質量接近，均優于造紙法加熱非燃燒再造煙葉。

本研究僅涉及制造工藝，而加熱非燃燒再造煙葉的感官質量與其原料配方、加工過程中香味前體物質的變化、加熱過程中致香成分變化等因素密切相關。因此，對于加熱非燃燒再造煙葉感官質量的影響因素有待進一步深入研究。