輔材參數對酯類香料在卷煙中轉移行為的研究

郭 鵬，單 凱，鄒 艷，董振山，陳 亮，寧 偉，各會杰，黃 珂，張玎婕，樸星宇

（1.紅塔遼寧煙草有限責任公司技術中心，遼寧沈陽 110000；2.紅塔遼寧煙草有限責任公司沈陽卷煙廠，遼寧沈陽 110000；3鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南鄭州 450002）

“降焦減害”已成為全世界煙草行業的共識，焦油量的降低直接影響卷煙的吸食舒適度和生理滿足感，難以被消費者接受，通過外加一些香料可以彌補焦油量降低所引起煙氣不足等問題[1-2]。酯類物質是煙草中常用的一類香料，可以賦予卷煙獨特的香味，使煙氣柔和細膩[3-4]。

卷煙輔材參數的不同會對煙用香料在煙絲、煙氣中分布情況有影響[5-8]。試驗通過改變卷煙輔材參數對一些外加酯類香料在煙絲中分布情況及卷煙抽吸過程中遷移規律、截留情況，了解酯類香料的加香效果和低焦油卷煙的香味補償等都具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

乙酸苯乙酯（內標）、異戊酸甲酯、異戊酸乙酯、異戊酸丁酯、異戊酸異戊酯、異戊酸己酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乙酰丙酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯，乙酸異戊酯、乙酸戊酯、乙酸己酯、乙酸庚酯、乙酸辛酯、乙酸壬酯、乙酸癸酯，γ-戊內酯、γ-己內酯、桃醛、椰子醛，肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯、肉桂酸正丙酯、肉桂酸丁酯、肉桂酸芐酯，苯甲酸乙酯、苯甲酸異丁酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸異戊酯、苯甲酸芐酯，均為色譜級，北京市百靈威科技有限公司提供；二氯甲烷（色譜級），北京市迪馬科技有限公司提供；無水乙醇（色譜級），天津市津東天正精細化學試劑廠提供；氯化鈉（分析級），天津市德恩化學試劑有限公司提供。

EL 204型電子天平，美國Mettler Toledo公司產品；CIJECTOR型香精注射機，瑞士Burghart公司產品；7890B型氣相色譜儀，美國Agilent公司產品；RM20H型轉盤型吸煙機，德國Borgwalt KC公司產品。

空白卷煙[（64 mm煙支+20 mm醋纖濾嘴） ×圓周24.5 mm]，紅塔遼寧煙草集團公司提供產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準工作溶液的配置

精準稱取0.05 g乙酸苯乙酯于100 mL的容量瓶中用乙醇定容至刻度線，搖勻后得到質量濃度為0.5 mg/mL的內標溶液。

稱取34種酯類香料0.04 g于50 mL的容量瓶中，用內標溶液定容至刻度線，搖勻后得到質量濃度為0.8 mg/mL的混合標準儲備液。

準確吸取 100，200，400，1 000，4 000，8 000 μL混合標準儲備液，分別置于10 mL的容量瓶中，用內標溶液稀釋定容，得到質量濃度為0.008，0.016，0.032，0.080，0.320，0.640，0.800 mg/mL 的標準工作溶液。

1.2.2 酯類香料的添加

準確稱取一定量的各香料標準樣品，用無水乙醇將各酯類香料稀釋配制成質量濃度為10 mg/mL的混合香料溶液。按5 μL/支的用量將混合香料溶液注射到空白卷煙樣品中。注射完畢在ISO3402標準恒溫恒濕條件下（22±2℃，RH60±5%） 密封保存48 h[9-10]。

1.2.3 樣品的前處理

迅速將加香煙絲和濾嘴分開，稱取10 g煙絲放入同時蒸餾萃取裝置一端的1 000 mL圓底燒瓶中，依次加入300 mL蒸餾水和60 g氯化鈉，用控溫電熱套加熱，裝置的另一端盛有60 mL二氯甲烷的濃縮瓶，于60℃下水浴加熱提取3 h，蒸餾萃取結束后，加入1 mL質量濃度為0.5 mg/mL的乙酸苯乙酯溶液，濃縮至1 mL，待上樣分析。按照GB/T 16450標準要求，利用吸煙機抽吸，92 mm劍橋濾片捕集主流煙氣，保留煙蒂。抽吸結束后，按照上述的方法對煙氣中酯類物質進行萃取[11-12]。

1.2.4 GC條件

色譜柱：HP-5（60 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣，柱流速0.8 mL/min（恒流模式），進樣口溫度280℃，分流比10∶1；程序升溫：色譜柱初始溫度45℃（保持2 min） 以2℃/min升溫至280℃（保持 20 min），進樣量 1.0 μL。

檢測器FID，檢測器溫度280℃，氫氣40 mL/min，空氣450 mL/min，尾吹20 mL/min。

2 結果與分析

2.1 前處理條件的優化

2.1.1 蒸餾水的用量比對酯類物質提取效果的影響

保持其他條件一定，研究煙絲質量與蒸餾水用量對酯類物質提取效果的影響。分別取煙絲質量與蒸餾水質量比 1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40考查對萃取效果的影響。

料液比對酯類物質提取效果的影響見圖1。

由圖1可知，當煙絲和蒸餾水的質量比為1∶30時，萃取效果最佳。

2.1.2 蒸餾時間對酯類物質提取效果的影響

保持其他條件一定，分別選取蒸餾時間1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h考查蒸餾時間對萃取效果的影響。

蒸餾時間對酯類物質提取效果的影響見2。

由圖2可知，最佳的蒸餾時間為3 h。

2.1.3 氯化鈉用量與煙支用量之比對酯類物質提取效果的影響

保持其他因素一定，考查氯化鈉用量對提取香味物質的影響。分別取氯化鈉與煙絲質量比0，1∶1，1∶3，1∶6，1∶9 進行試驗。

氯化鈉用量與煙支用量之比對酯類物質萃取效果的影響見圖3。

由圖3可知，隨著氯化鈉與煙絲質量比逐漸增大，香味物質的提取量增加，氯化鈉用量超過一定范圍后，香味物質的提取量反而下降，根據試驗結果，NaCl與煙絲質量比為1∶6時萃取效果最佳。

2.1.4 二氯甲烷與煙支用量之比對酯類物質提取效果的影響

保持其他因素一定，試驗選取了二氯甲烷與煙樣用量之比分別為3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1（mL∶g），考查二氯甲烷與煙支用量之比對萃取效果的影響。

二氯甲烷與煙支用量之比對萃取效果的影響見圖4。

由圖2～圖4可知，二氯甲烷與煙支用量之比6∶1（mL∶g）時，酯類物質提取量最大。

2.1.5 蒸餾溫度對酯類物質提取效果的影響

保持其他因素一定，分別取水浴溫度50，55，60，65，70℃進行試驗，考查水浴溫度對酯類味物質提取效果的影響。

蒸餾溫度對酯類物質提取效果的影響見圖5。

由圖5可知，當蒸餾溫度為60℃時，萃取效果最佳。

2.2 方法學驗證

2.2.1 標準工作曲線、檢出限和定量限

酯類物質與內標的峰面積比和酯類物質與內標的濃度比建立線性回歸方程，標準工作曲線最低質量濃度重復測定10次，并求其標準差，以3倍標準差為檢出限，以10倍標準差為定量限。

各酯類物質的線性方程、定量限和檢出限見表1。

表1 各酯類物質的線性方程、定量限和檢出限

由表1可知，35種酯類香料在0.008～0.800 mg/mL內線性良好（決定系數R2＞0.999），檢出限在0.005 2～0.019 0 μg/mL。

2.2.2 重復性和回收率

按照1.2.3的條件和1.2.5的條件進行處理分析，做5次重復試驗，并計算其各種外加酯類的回收率和變異系數。

各酯類香料回收率及變異系數的測定結果見表2。

表2 各酯類香料回收率及變異系數的測定結果

由表2可知，酯類物質回收率在70.74%～105.50%，5次重復試驗的相對標準偏差均在5%以內，說明該方法重復性較好，適合酯類香料的定量分析。

2.3 輔材參數對酯類香料在卷煙中轉移情況的影響

按照1.2.2～1.2.4的方法，對添加酯類香料的卷煙進行前處理，考查輔材參數對酯類香料在卷煙中的分布情況的影響。

不同濾嘴參數對酯類物質在卷煙中分布情況的影響見表3，正交試驗結果方差分析見表4。

由表3和4可知，①影響散失率各因素的主次關系為接裝紙打孔排數＞接裝紙打孔個數＞成形紙透氣度＞接裝紙打孔距離＞接裝紙透氣度；②影響遷移率各因素的主次關系為接裝紙打孔排數＞接裝紙透氣度＞成型紙透氣度＞接裝紙打孔距離＞接裝紙打孔個數。③打孔排數、打孔個數、成型紙透氣度對持留率的影響顯著；④接裝紙打孔排數是影響散失率的極度顯著因素，接裝紙打孔個數是影響散失率的顯著因素；⑤接裝紙打孔排數、接裝紙透氣度是影響轉移率的顯著因素；⑥成型紙透氣度是影響截留率的極度顯著因素，打孔排數、距離和接裝紙透氣度對截留率的影響顯著。

表3 不同濾嘴參數對酯類物質在卷煙中分布情況的影響/%

綜合酯類物質在卷煙中分布情況，接裝紙打孔排數2排，接裝紙透氣度200 CU，接裝紙打孔個數8個，成型紙透氣度6 000 CU，接裝紙打孔距離18 mm，為外加酯類香料卷煙最佳輔材工藝參數。

3 結論

采用同時蒸餾萃取及氣相色譜儀對酯類香料進行分析，研究了輔材參數對酯類香料在卷煙中分布情況。結果表明，①打孔排數、打孔個數、成型紙透氣度對持留率的影響顯著；②接裝紙打孔排數是影響散失率的極度顯著因素，接裝紙打孔個數是影響散失率的顯著因素；③接裝紙打孔排數、接裝紙透氣度是影響轉移率的顯著因素；④成型紙透氣度是影響截留率的極度顯著因素，打孔排數、距離和接裝紙透氣度對截留率的影響顯著；⑤綜合酯類物質在卷煙中分布情況，接裝紙打孔排數2排，接裝紙透氣度200 CU，接裝紙打孔個數8個，成型紙透氣度6 000 CU，接裝紙打孔距離18 mm，為外加酯類香料卷煙最佳輔材工藝參數。