活性炭復合濾嘴對卷煙中薄荷醇轉移行為的影響

朱景溯，曹伏軍，蔣成勇，張珍禛，周駿

上海煙草集團有限公司技術中心北京工作站，北京 101121

薄荷型卷煙的獨特香味特征主要來源于薄荷醇，由于薄荷醇具有較強的揮發性，它不僅在生產過程中向環境揮發，儲存過程中會在煙絲、濾嘴和紙品材料間轉移，抽吸過程中會向主流煙氣中轉移。HEE JIN JANG[8]研究確定了薄荷醇從煙絲到濾嘴的轉移和從盤紙到濾嘴的轉移，得出結論是為了使薄荷醇盡可能多地轉移到主流煙氣中，最有效的是把薄荷醇添加到盤紙上而不是煙絲上。Brozinski[9]對比了不同牌號和不同薄荷醇濃度的卷煙,發現在抽吸期間醋酸纖維濾嘴可保留60～ 70%的薄荷醇。宮梅[1]對4種超低焦油卷煙樣品的薄荷醇添加部位、含量進行了比較，結果認為在濾嘴部分添加適量的薄荷醇，可使煙氣中的薄荷醇含量達到煙絲和濾嘴都添加薄荷醇的效果。但未見在煙絲配方、紙品材料相同、濾嘴參數相近、煙絲和濾嘴部分添加相同比例薄荷香精的情況下，即排除了所有影響因素的情況下，比較不同濾嘴材料對薄荷醇轉移行為的影響研究，也未見在這種情況下儲存時間長達一年時不同濾嘴材料薄荷醇轉移行為的研究。

為明確濾嘴材料對卷煙薄荷醇轉移行為的影響程度，本文選擇純醋纖濾嘴與活性炭濾嘴進行對比，在排除了煙絲配方、紙品材料和薄荷醇添加量等影響因素的情況下，通過對比接裝這兩種濾嘴的卷煙樣品在不同存放時間下煙絲、濾嘴和煙氣部分薄荷醇含量的變化趨勢和轉移行為，以及薄荷醇向主流煙氣的轉移情況，來分析濾嘴材料對以上變化的影響，為薄荷型卷煙的設計研發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與主要試劑

1.1.1 材料

混合型配方煙絲、薄荷香精、醋纖濾棒和活性炭復合濾棒（兩種濾棒的產品規格相同：長度100 mm、圓周24.35 mm），北京卷煙廠提供。

1.1.2 儀器

Clarus 680-SQ8 氣相色譜-質譜聯用儀（美國PE公司）；HNY-100D恒溫振蕩器（天津市歐諾儀器儀表有限公司）；D-78224型超聲波清洗儀（德國Elma公司）；PI-214型電子天平（感量0.0001 g，美國Denver Instrument公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的準備

選擇參數相近的普通醋纖濾棒和活性炭復合濾棒各一種，在濾棒中添加相同比例的薄荷香精，然后使用施加相同比例薄荷香精的煙絲進行卷制，煙絲卷制重量相同，將卷制好的成品卷煙樣品存放在正常室溫環境的庫房中，每月隨機抽取兩個樣品檢測煙支中煙絲、濾嘴部分的薄荷醇含量和煙氣薄荷醇含量各5組計算平均值，持續1年，比較兩個樣品的薄荷醇含量變化趨勢和薄荷醇的轉移情況。

1.2.2 卷煙樣品處理

采集的薄荷型卷煙樣品密封后在-4℃條件下保存。實驗開始前，卷煙樣品在不拆小盒包裝薄膜的狀態下平衡至室溫。隨機取6支卷煙，分成3組，將煙支剝開、濾棒剪碎后，分別迅速裝入100 mL錐形瓶中，加入40 mL甲醇和80 μL濃度為0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（內標），超聲萃取30 min（煙絲）或40 min（濾棒）后，取上清液，經0.45 μm濾膜過濾后進行GC-MS分析。

1.2.3 主流煙氣樣品處理

按照YC/T 286-2009的規定進行卷煙的調節，按照GB/T 19609-2004的要求抽吸卷煙，收集總粒相物。每組卷煙抽吸5支，完成后，將濾片放入50 mL錐形瓶，加入20 mL甲醇和40 μL濃度為0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（內標），超聲萃取10 min后，取上清液，經0.45 μm濾膜過濾后進行GC-MS分析。

1.2.4 分析條件

氣相色譜條件：色譜柱：HP-INNOWAX（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度250℃；升溫程序：初始溫度160℃保持2 min，以5 ℃/min升至175℃后，再以20 ℃/min升至240℃，保持5 min；載氣：He，1 mL/min；進樣量：1 μL；進樣模式：分流進樣，分流比200:1。

質譜條件：離子源：電子轟擊（EI+）；電子能量：70 eV；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度250 ℃；電子倍增器電壓：1600 V；質量分析器：四級桿；掃描模式：全掃描和SIM，全掃描范圍：40-200 amu。

2 結果與討論

2.1 薄荷醇含量隨存放時間的變化趨勢比較

使用折線圖來顯示薄荷醇含量均值的變化趨勢，使用標準偏差誤差線顯示每組數據的波動范圍 。

兩種濾嘴中薄荷醇含量隨存放時間的變化趨勢相近（相關系數r=0.925，P= 0.000）。活性炭復合濾嘴中薄荷醇含量在存放前與醋纖濾嘴中薄荷醇含量接近，但之后一直顯著高于醋纖濾嘴，3-10月平穩期的薄荷醇含量約為醋纖濾嘴薄荷醇含量的1.3倍，由此可見活性炭復合濾嘴對薄荷醇的吸附能力強于醋纖濾嘴。

兩種卷煙樣品的煙絲薄荷醇含量具有相近的變化趨勢（相關系數r=0.949）。兩樣品的煙絲薄荷醇含量月度均值差異不顯著，t （12）=1.51，P=0.16。

濾嘴中薄荷醇含量的變化趨勢是升高、平穩、降低，與煙絲薄荷醇和兩者的薄荷醇總含量變化趨勢不同。前幾個月煙絲薄荷醇含量的降幅要大于總含量的降幅，這些差異說明在存放過程中，煙絲中薄荷醇含量除了向濾嘴轉移外，還有煙支中薄荷醇向外散失。

2.2 煙氣薄荷醇釋放量隨存放時間的變化趨勢比較

兩個卷煙樣品的煙氣薄荷醇釋放量變化情況有顯著差異。活性炭復合濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇釋放量在第1個月有小幅下降，第2至12個月保持相對基本穩定。醋纖濾嘴卷煙樣品存放的前4個月煙氣薄荷醇釋放量逐月降低，幅度接近50%。第5至11個月基本穩定。在濾嘴和煙絲薄荷香精添加比例相同的情況下，醋纖濾嘴卷煙樣品的煙氣薄荷醇釋放量總體高于復合濾嘴卷煙樣品。

圖1 活性炭復合濾嘴樣品薄荷醇含量變化趨勢Fig.1 The change trend of menthol content in active carbon composite filter sample

圖2 醋纖濾嘴樣品薄荷醇含量變化趨勢Fig.2 The change trend of menthol content in cellulose acetate filter sample

圖3 煙氣薄荷醇釋放量趨勢圖Fig.3 Release amount of menthol with storage time

2.3 薄荷醇向煙氣的轉移率變化趨勢及兩種樣品的比較

計算煙氣薄荷醇釋放量占煙支薄荷醇總含量的百分比得出轉移率，比較兩個樣品的變化趨勢和差異。

圖4 煙氣薄荷醇轉移率變化趨勢Fig.4 The change trend of transfer rate of menthol with storage time

兩種樣品的薄荷醇轉移率變化趨勢不同（相關系數r=0.446，P值=0.126），醋纖濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇轉移率是12.74%，第3個月降低到8.75%，降幅為3.99%，3個月后轉移率在7.11%～9.45%之間波動，極差2.34%。活性炭復合濾嘴卷煙樣品存放前的煙氣薄荷醇轉移率是6.58%，第一個月降低到5.61%，降幅為0.97%，1個月后轉移率在5.06%～6.11%之間波動，極差1.05%。比較以上轉移率數據得出，醋纖濾嘴卷煙樣品煙氣薄荷醇轉移率與活性炭復合濾嘴卷煙相比，存放前為1.9倍，中間平緩期在1.2-1.7倍之間，最大極差為3.7倍，平緩期的極差為2.2倍。由此分析醋纖濾嘴樣品的煙氣薄荷醇轉移能力更強，但穩定性要差。

3 結論

活性炭具有多孔隙結構，較大的比表面積，性質穩定，由它復合而成的濾嘴因其較強的吸附性能，隨著薄荷型卷煙存放時間的延長，吸附煙絲中薄荷醇的能力大于純醋纖濾嘴，但在向主流煙氣中轉移時，薄荷醇的釋放量小于純醋纖濾嘴卷煙樣品，且由于它的性質穩定，變化幅度小于純醋纖濾嘴卷煙樣品。 有研究認為煙氣薄荷醇釋放量與薄荷型卷煙涼味感受顯著相關[13]，因此得出結論：針對薄荷型卷煙的設計研發，在施加相同薄荷香精的情況下，為獲得更加顯著的涼味感受，醋纖濾嘴更優，但是它在存放過程中煙氣薄荷醇釋放量隨著存放時間的延長降幅達到了近50%，感官質量變化顯著，與設計值偏差較大。在設計成本允許的情況下，適當增加薄荷醇的添加量，選擇活性炭復合濾嘴可以獲得穩定、持久的涼味感受。也可以在研發過程中，針對兩種濾嘴的優缺點，進行材料的改進研究。