電加熱卷煙和傳統卷煙中涼味劑轉移率比較

王紫燕，韓敬美，袁大林，鄭緒東，雷 萍，李志強，任達兵，易倫朝*，湯建國*

1.云南中煙工業有限責任公司技術中心，昆明市五華區紅錦路367號 650231 2.昆明理工大學農業與食品學院，昆明市呈貢區景明南路727號 650500

據報道，2018年卷煙市場份額中薄荷卷煙占比在20%以上的國家或地區有菲律賓、喀麥隆、中國香港、美國、新加坡等，其中菲律賓達到了60%，其他國家和地區薄荷卷煙市場份額相對較低，為5%～10%［1-2］。涼味劑是薄荷卷煙的重要添加劑之一，傳統薄荷卷煙和電加熱型薄荷卷煙中常用的涼味劑主要包括DL-薄荷醇、L-薄荷酮、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、異胡薄荷醇、N-乙基-對薄荷基-3-甲酰胺（WS-3，CAS號39711-79-0）、N，2，3-三甲基-2-異丙基丁酰胺（WS-23，CAS號51115-67-4）等［3-4］，這些涼味劑能改善卷煙感官品質，提高卷煙煙氣協調性和柔和性，降低口腔和喉部刺激，因此在各類卷煙中得到廣泛應用［5-7］。傳統卷煙屬于燃吸類煙草制品，其燃燒溫度可高達800℃，而電加熱卷煙屬于新型煙草制品，其利用特殊熱源對煙草材料進行加熱，溫度低于400℃［8-9］。各種涼味劑的溶沸點不同，且大多數涼味劑的揮發性較強，在不同抽吸溫度下其轉移率存在差異，不同類型卷煙煙氣的涼感通常會隨抽吸口數的增加而減弱［10-11］。涼味劑轉移率的高低直接影響兩種類型卷煙主流煙氣中涼味劑的釋放量，進而影響卷煙感官品質［12-14］。因此，涼味劑的轉移率研究對卷煙質量控制具有重要意義。目前，有關煙草制品中涼味劑轉移率的研究主要集中在傳統卷煙煙氣中薄荷醇的轉移率方面［15-16］，而電加熱卷煙煙氣中涼味劑轉移率以及與傳統卷煙的比較研究則鮮見報道。為此，采用GC-MS測定電加熱卷煙和傳統卷煙煙絲/再造煙葉以及煙氣中的9種涼味劑，并比較兩種類型卷煙中7種涼味劑轉移率，旨在為電加熱卷煙配方設計和傳統卷煙中涼味劑使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

9個國內外傳統卷煙樣品，其中4個傳統卷煙（A～D），3個細支卷煙（E～G），C、D為爆珠型薄荷卷煙（C1與D1為爆珠型薄荷卷煙捏破爆珠前，C2與D2為爆珠型薄荷卷煙捏破爆珠后），F、G為國外卷煙樣品。9個國內外電加熱卷煙樣品，其中6個國內電加熱卷煙樣品（H～M）由云南中煙工業有限責任公司技術中心提供，3個國外電加熱卷煙樣品（N～P）為市購。卷煙樣品信息見表1。

表1 卷煙樣品信息Tab.1 Information of cigarette samples

乳酸薄荷酯、N-（乙氧羰基甲基）-對烷-3-甲酰胺（WS-5，CAS號68489-14-5）（≥98.0%，上海西園生物技術有限公司）；WS-3、WS-23（≥99%，上海阿達瑪斯試劑有限公司）；DL-薄荷醇、異薄荷酮、異胡薄荷醇、L-薄荷酮、乙酸薄荷酯、苯甲酸丙酯［＞99.0%，梯希愛（上海）化成工業發展有限公司］；乙醇［色譜純，賽默飛世爾科技（中國）有限公司］。

2010plus氣相色譜-質譜聯用儀（日本Shimadzu公司）；SM450直線型吸煙機（英國Cerulean公司）；XP 204電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler-Toledo公司）；DB-5MS色譜柱（60 m×0.25 mm × 0.25 μm，美國Agilent公司）；HU20500B超聲波清洗機（天津市恒奧科技發展有限公司）；HH-S114數顯恒溫水浴鍋（常州國立試驗設備研究所）；Milli-A10超純水儀（美國Millipore公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙樣品含水率測定

按照標準 YC/T 345—2010［17］測定卷煙樣品含水率。

1.2.2 標準溶液配制

（1）內標溶液。準確稱量4.0 g苯甲酸丙酯，于100 mL容量瓶中以乙醇定容，充分搖勻得到質量濃度為40 mg/mL的內標儲備液。準確移取5mL內標儲備液于1 L容量瓶中，以乙醇定容，混勻后得到苯甲酸丙酯濃度為200 μg/mL的內標溶液。

（2）混標儲備液。分別準確稱取1.0 g L-薄荷酮、異薄荷酮、異胡薄荷醇、DL-薄荷醇、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、WS-3、WS-5和 WS-23，于 9個 10 mL容量瓶中以乙醇定容，混勻后得到單標儲備液。準確移取9種涼味劑單標溶液各5 mL，于100 mL容量瓶中以乙醇定容，充分搖勻后得到混合標準儲備液。

（3）系列標準工作溶液。分別移取2、20、40、100、200、400、1 000 μL 混標儲備液于 7個 10 mL容量瓶中，再分別加入50 μL內標儲備液，以乙醇定容，充分搖勻后得到標準工作溶液。

1.2.3 煙絲/再造煙葉樣品中涼味劑測定

隨機抽取所有待測卷煙樣品各8支，剝開后將煙絲/再造煙葉混勻，準確稱取0.5 g樣品置于50mL三角瓶中。對于爆珠卷煙樣品（樣品C、D），隨機抽取9支，3支1組，取其爆珠置于三角瓶中，壓破爆珠。向三角瓶中加入20 mL 200 μg/mL苯甲酸丙酯（內標）乙醇溶液，超聲萃取5 min，取上清液，用0.45 μm有機相濾膜過濾，取濾液進行GC-MS分析。每個樣品進行3次平行實驗。

1.2.4 煙氣捕集及涼味劑測定

（1）煙氣捕集。分別對傳統卷煙和電加熱卷煙進行抽吸，吸煙機抽吸模式為：抽吸容量55 mL，抽吸間隔30 s，抽吸持續時間2 s，濾嘴通風孔自然封閉。用?42 mm劍橋濾片捕集卷煙煙氣總粒相物，電加熱卷煙每3支1組，共抽吸3組，傳統卷煙每5支1組，共抽吸4組。捕集完成后取出濾片，置于50 mL三角瓶中，電加熱卷煙為1張濾片，傳統卷煙為2張濾片。

（2）劍橋濾片處理。分別向裝有捕集電加熱卷煙和傳統卷煙煙氣粒相物劍橋濾片的三角瓶中加入20 mL和40 mL 200 μg/mL苯甲酸丙酯（內標）乙醇溶液，超聲萃取5 min，靜置，取1 mL上清液用0.45 μm有機相濾膜過濾，收集濾液備測。

（3）GC-MS分析條件。進樣口溫度：250℃；進樣量：1 μL；進樣方式：分流進樣，分流比 50∶1；載氣：氦氣（≥99.999%），恒流模式，流量2 mL/min；程序升溫：初始溫度100℃，保持1 min，以10℃/min的速率升溫至150℃，保持1 min，再以5℃/min的速率升至220℃，保持1 min；溶劑延遲：2min；電離方式：EI；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：280℃；掃描方式：全掃描（Scan）；質量掃描范圍：50～ 1 000 amu。

1.2.5 涼味劑轉移率計算

基于兩種類型卷煙煙絲/再造煙葉和煙氣總粒相物中涼味劑的測定結果，采用公式（1）計算主流煙氣中涼味劑的轉移率。

式中：Y—卷煙中涼味劑轉移率，%；a—煙氣總粒相物中涼味劑釋放量，mg/支；b—煙絲/再造煙葉中涼味劑含量，mg/支。

2 結果與討論

2.1 卷煙樣品含水率分析

卷煙含水率是影響其煙氣量的重要指標，傳統卷煙含水率高，燃燒速度慢，單口煙氣量少；含水率低，燃燒速度快，單口煙氣量大。因此，為更加準確地測定每支卷煙的涼味劑含量，本實驗中對卷煙樣品的含水率進行了測定，結果見表2。由表2可以看出，傳統卷煙樣品含水率為8.37%～10.82%，電加熱卷煙樣品含水率為4.54%～6.78%。

表2 卷煙樣品含水率Tab.2 Moisture content in cigarette samples

2.2 煙絲再造煙葉和主流煙氣中涼味劑測定方法評價

采用內標法對涼味劑進行定量分析，以各涼味劑與內標物的峰面積比為Y，質量濃度比為X，繪制標準曲線，得到回歸方程及其相關系數R。結果（表3）表明，在測試范圍內，目標物工作曲線的線性良好（R≥0.999 7），檢出限（LOD）為0.25～0.54 μg/g，定量限（LOQ）為 0.83 ～ 1.80 μg/g，說明方法靈敏度較高。

表3 涼味劑線性范圍、回歸方程、檢出限及定量限Tab.3 Linear ranges，regression equations，limits of detection（LODs）and limits of quantitation（LOQs）of cooling agents

取混標儲備液進行分析，連續進樣5次，計算各組分峰面積與內標峰面積比的相對標準偏差（RSD），考察日內精密度，連續5 d進樣，考察日間精密度。結果（表4）顯示，對于煙絲/再造煙葉，方法的日內精密度為0.30%～2.07%，日間精密度為0.29%～2.60%；對于煙氣，日內精密度為0.02%～1.79%，日間精密度為0.04%～1.40%，說明方法精密度較好。取已知涼味劑含量的煙絲/再造煙葉和煙氣樣品，分別添加低、中、高3個水平的涼味劑混標，測定添加前后樣品中各涼味劑含量，考察回收率。由表4可知，煙絲/再造煙葉低、中、高3個水平（20、200、1 000 μg/mL）的加標回收率分別為85.66%～109.36%、96.08%～105.47%、92.98%～104.12%；煙氣低、中、高 3個水平（50、250、1 000μg/mL）的加標回收率分別為88.51%～107.82%、94.70%～103.58%、94.30%～103.42%，說明方法回收率較高。綜上可知，本方法適合于煙絲/再造煙葉和主流煙氣中涼味劑的測定。

2.3 涼味劑轉移率

表4 9種涼味劑在煙絲/再造煙葉與煙氣中的加標回收率（n=5）Tab.4 Spiked recoveries of nine cooling agents in cut tobacco/reconstituted tobacco and cigarette smoke（n=5）

2.3.1 DL-薄荷醇的轉移率

按照1.2節方法對傳統卷煙（A～G）及電加熱卷煙（H～P）煙絲/再造煙葉和煙氣平行測定3次，計算相對標準偏差（RSD），結果見表5。對表5中數據作圖，見圖1。其中，柱狀圖表示煙氣粒相物中DL-薄荷醇的含量，折線圖表示DL-薄荷醇的轉移率，考慮到不同樣品的涼味劑的轉移率不同，為便于比較涼味劑轉移率差異，圖中左邊折線為電加熱卷煙轉移率，圖中右邊折線為傳統卷煙轉移率。可以看出：傳統卷煙DL-薄荷醇轉移率大多低于電加熱卷煙，這可能是因為傳統卷煙因燃燒和陰燃損失了大量的DL-薄荷醇，因而涼味劑轉移率低于電加熱卷煙。兩種類型薄荷卷煙樣品中DL-薄荷醇添加量相差比較大，最低為1.81 mg/g，最高為14.37 mg/g，煙氣總粒相物中DL-薄荷醇釋放量相近，約為0.11～1.28 mg/支，但不同卷煙品牌DL-薄荷醇轉移率存在較大差異，轉移率最高為49.12%，最低為5.68%。電加熱卷煙中，國外樣品O和N煙氣總粒相物中DL-薄荷醇較國內其他樣品少，但轉移率較高，這可能是因為其濾嘴材料對DL-薄荷醇的截留較少所致。因此，為更加有效地降低濾嘴材料對涼味劑的吸附，有待進一步加強對濾嘴材料的研究。傳統卷煙中，3個細支卷煙樣品E、F、G煙氣總粒相物中DL-薄荷醇較少，其轉移率也最低，這可能是因為較細的煙支規格使DL-薄荷醇在主流煙氣中的擴散受到抑制所致；爆珠型薄荷卷煙捏破爆珠后較捏破前煙氣總粒相物中DL-薄荷醇含量增加，但其轉移率明顯降低，表明爆珠加香方式下大部分涼味劑成分被截留在濾嘴中。

表5 卷煙樣品中DL-薄荷醇的轉移率Tab.5 Transfer rate of DL-menthol in cigarette samples

圖1 電加熱卷煙和傳統卷煙中DL-薄荷醇轉移率比較Fig.1 Comparison of DL-menthol transfer rates in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

2.3.2 其他涼味劑的轉移率

考察了檢測到的其余6種涼味劑的含量及轉移率，結果見表6和圖2～圖7。其中，柱狀圖表示煙氣粒相物中涼味劑的含量，折線圖表示涼味劑的轉移率。可以看出：不同卷煙品牌含涼味劑的種類不同，涼味劑添加量也各不同，多數卷煙樣品中含L-薄荷酮和乙酸薄荷酯。6種涼味劑添加量相差比較大，最低為0.07 mg/g，最高為8.54 mg/g，煙氣總粒相物中的涼味劑釋放量相近，約為0.01～0.19 mg/支，但不同卷煙品牌的不同涼味劑轉移率存在較大差異，最高為41.67%，最低為3.80%。

表6 6種涼味劑在電加熱卷煙與傳統卷煙中的轉移率Tab.6 Transfer rates of six cooling agents in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

圖2 電加熱卷煙和傳統卷煙中乙酸薄荷酯在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.2 Comparison of release and transfer rate of menthyl acetate in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

對于選擇的9種涼味劑，本研究中測試的所有卷煙樣品中僅檢測出7種，未發現異薄荷酮和WS-5。隨著消費者對卷煙涼味感受的不同需求，還應探索更多的涼味劑在薄荷卷煙中的應用及其轉移率。另外，因部分涼味劑轉移率較低，為增加其轉移率，加強卷煙涼味感受，應進一步針對涼味劑理化性質、過濾嘴材料對涼味劑的截留以及抽吸過程涼味劑的損失等方面進行研究，分析涼味劑在卷煙中的轉移途徑及轉移量，進而開發涼味劑轉移率較高的不同類型卷煙產品。

圖3 電加熱卷煙和傳統卷煙中乳酸薄荷酯在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.3 Comparison of release and transfer rate of menthyl lactate in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

圖4 電加熱卷煙和傳統卷煙中異胡薄荷醇在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.4 Comparison of release and transfer rate of isopregol in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

圖5 電加熱卷煙和傳統卷煙中L-薄荷酮在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.5 Comparison of release and transfer rate of L-menthone in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

圖6 電加熱卷煙和傳統卷煙中WS-3在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.6 Comparison of release and transfer rate of WS-3 in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

圖7 電加熱卷煙和傳統卷煙中WS-23在煙氣總粒相物中的含量及其轉移率的比較Fig.7 Comparison of release and transfer rate of WS-23 in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

傳統卷煙和電加熱卷煙中L-薄荷酮、異胡薄荷醇、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、WS-3、WS-23的轉移率分別為11.18%～35.71%和13.21%～40.00%、13.33%～25.00%和14.39%～28.57%、11.83%～33.33%和15.73%～41.67%、3.80%～4.76%和4.68%～6.72%、4.85%～5.49%和 5.33%～5.74%、6.21%～7.69%和7.74%～8.70%（圖8）。可見，這6種涼味劑轉移率在兩種類型薄荷卷煙間無顯著差異，但電加熱卷煙中的轉移率稍大于傳統卷煙，這可能是因為傳統卷煙在抽吸時涼味劑一部分截留在濾嘴中，一部分由于燃燒溫度高，在抽吸過程中發生了熱分解，以及傳統卷煙煙支陰燃時間遠比燃吸時間長，側流煙氣涼味劑含量高于主流煙氣，因而傳統卷煙涼味劑轉移率低于電加熱卷煙。此外，6種涼味劑中乙酸薄荷酯、L-薄荷酮和異胡薄荷醇轉移率高于乳酸薄荷酯、WS-3、WS-23，這可能是由于涼味劑理化性質的不同所致。

圖8 6種涼味劑在電加熱卷煙和傳統卷煙中轉移率區間的比較Fig.8 Comparison of transition rates of six cooling agents in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

3 結論

建立了電加熱卷煙與傳統卷煙煙絲/再造煙葉和主流煙氣中9種涼味劑的GC-MS測定方法，并考察了7種涼味劑的轉移率。本方法精密度較好，回收率較高，適用于煙草材料及卷煙煙氣中9種涼味劑的檢測。傳統卷煙中，涼味劑含量為0.07～8.81 mg/g，轉移率為3.80%～49.12%；電加熱卷煙中，涼味劑含量為0.14～14.37 mg/g，轉移率為4.68%～42.53%，傳統卷煙涼味劑轉移率通常低于電加熱卷煙；此外，兩種類型卷煙煙氣總粒相物中DL-薄荷醇釋放量為0.11～1.28 mg/支，轉移率為5.68%～49.12%，其余6種涼味劑釋放量為0.01～0.19 mg/支，轉移率為3.80%～41.67%；乙酸薄荷酯、L-薄荷酮和異胡薄荷醇轉移率高于乳酸薄荷酯、WS-3和WS-23。總體上，不同涼味劑轉移率差別較大，這可能與涼味劑自身物化性質有關。在下一步研究中，將探討其他因素，如含水率、焦油量及濾嘴材料對涼味劑轉移的影響，從而為薄荷卷煙中涼味劑的使用提供參考。