濾嘴通風(fēng)對(duì)卷煙主流煙氣堿性香味成分釋放量的影響

付瑜鋒 胡少東 彭 斌 王鵬飛 郭吉兆 聶 聰 顏權(quán)平*

（1、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000 2、中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，河南 鄭州 450000）

隨著消費(fèi)者對(duì)健康關(guān)注度的提升，降低卷煙焦油和有害成分釋放量成為煙草科技的研究熱點(diǎn)，形成了低焦油卷煙消費(fèi)的新趨勢(shì)。卷煙通風(fēng)能夠影響卷煙煙絲的燃燒裂解狀態(tài)，從而有效降低卷煙煙氣成分的釋放量，而成為低焦油卷煙設(shè)計(jì)的重要手段。濾嘴通風(fēng)是實(shí)現(xiàn)卷煙通風(fēng)的最常用手段，在卷煙煙絲燃燒時(shí)，空氣從濾嘴通風(fēng)孔和煙絲端同時(shí)進(jìn)入煙支內(nèi)部，從三個(gè)方面影響卷煙煙氣成分的生成：（1）對(duì)卷煙主流煙氣進(jìn)行稀釋?zhuān)唬?）改變煙支燃燒錐的空氣進(jìn)入量和溫度梯度，導(dǎo)致煙氣的組成和濃度發(fā)生變化；（3）改變主流煙氣在煙支內(nèi)部的流動(dòng)速度，促進(jìn)煙氣粒相成分的冷凝、氣相成分的擴(kuò)散[1]。關(guān)于濾嘴通風(fēng)率對(duì)卷煙主流煙氣中的總粒相物、焦油、煙堿、有害成分和香味成分等的影響已經(jīng)開(kāi)展了許多研究工作[2-13]。堿性香味成分是卷煙主流煙氣中吡啶、吡嗪和吡咯等含氮類(lèi)香味物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)，被認(rèn)為是卷煙抽吸過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)感覺(jué)的主要來(lái)源，在一定程度上能夠平衡卷煙煙氣的酸堿度，同時(shí)能夠修飾煙草本香、增加香氣品質(zhì)、降低雜氣、提高煙氣舒適性，對(duì)提升煙氣感官質(zhì)量至關(guān)重要。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：采用同一卷煙煙絲配方，其它輔材參數(shù)均不發(fā)生變化，調(diào)整接裝紙透氣度，設(shè)計(jì)四個(gè)不同濾嘴通風(fēng)度的卷煙樣品，卷煙實(shí)際物理測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 卷煙煙支物理參數(shù)

標(biāo)樣：乙酸苯乙酯（內(nèi)標(biāo)）、吡嗪、甲基吡嗪、2,6- 二甲基吡嗪、喹啉、吲哚、2- 甲基吲哚吡啶、吡啶、2,3- 聯(lián)吡啶、3-乙烯基吡啶、2- 甲基吡啶、3- 甲基吡啶、4- 甲基吡啶和2,5- 二甲基吡啶（＞99.5%，Sigma 公司）；

試劑：二氯甲烷（色譜純，百靈威）。

儀器：7890/5975C型氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀（安捷倫公司）；SM450 吸煙機(jī)（斯茹林公司）；KQ-700DB超聲波振蕩器（昆山超聲）；BASS224S型電子天平（感量0. 1mg，賽多利斯公司）；R100 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（步琦公司）；0.45um 有機(jī)相微孔濾膜（上海安譜）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

將卷煙樣品在恒溫恒濕條件下平衡48 小時(shí)，按照平均吸阻±50Pa、平均質(zhì)量±150mg的分選要求進(jìn)行測(cè)試樣品的挑選。采用SM450 吸煙機(jī)在ISO標(biāo)準(zhǔn)抽吸條件下進(jìn)行抽吸，每個(gè)樣品抽吸10 支卷煙，采用直徑為44mm 的劍橋?yàn)V片對(duì)主流煙氣的粒相成分進(jìn)行捕集。

將劍橋?yàn)V片放入4 mL樣品瓶中，加入3 mL二氯甲烷萃取劑，并準(zhǔn)確加入100μL內(nèi)標(biāo)溶液（2mg/mL），內(nèi)標(biāo)溶液為乙酸苯乙酯溶液。密封膜密封，超聲萃取30 分鐘，取萃取液，0.45μm微孔濾膜過(guò)濾，濾液進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.2 樣品分析

采用GC-MS的選擇離子監(jiān)測(cè)（SIM）對(duì)堿性香味成分進(jìn)行定性定量分析。色譜分析條件如下：

色譜柱：DB-5MS（60m×1.0μm×0.25mm）；

程序升溫：初始溫度60℃，以2℃每分鐘升溫至250℃，再以5℃每分鐘升溫至290℃，并保持20 分鐘；

進(jìn)樣量：1μL；進(jìn)樣口溫度：290℃；分流比：10:1；

載氣:氦氣(99.999%),流速:1.5mL/min;

傳輸線溫度：290℃；

電離方式：EI；離子源溫度：230℃；電離能量：70eV；四極桿溫度：150℃；

質(zhì)譜質(zhì)量掃描范圍：26-400 amu；

監(jiān)測(cè)模式：全掃描模式和選擇離子掃描模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法評(píng)價(jià)

采用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)樣品對(duì)方法進(jìn)行表征，包括方法的重復(fù)性、回收率和定量限，相應(yīng)結(jié)果如表2 所示。煙氣中堿性香味成分響應(yīng)穩(wěn)定，工作曲線線性良好；定量限介于0.004ug/支-0.02ug/支之間；重復(fù)性（n=6）在3.26%-10.2%之間；三種不同濃度水平的加標(biāo)回收率在80.2%-105.2%之間，表明該方法的靈敏性高、重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)定卷煙煙氣中的堿性香味成分。

表2 方法評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率的相關(guān)性研究

濾嘴通風(fēng)率與13 種堿性香味成分釋放量的相關(guān)性情況見(jiàn)表3，當(dāng)卷煙濾嘴通風(fēng)率在0.5%到35.1%內(nèi)變化時(shí)，13種堿性香味成分的釋放量與濾嘴通風(fēng)率成顯著負(fù)相關(guān)，其中3- 乙烯基吡啶和2,3- 聯(lián)吡啶的斜率最大，分別為0.51和0.45，表明這兩種成分受濾嘴通風(fēng)率的影響最大。具體到各種成分釋放量變化情況來(lái)看，13 種堿性成分存在較大差異，其中釋放量最高的2,3- 聯(lián)吡啶降低量最多，達(dá)到1.45ug/支，其降低幅度為22.5%；甲基吡嗪的降低幅度最大，達(dá)到57.7%。以濾嘴通風(fēng)率對(duì)各成分釋放量進(jìn)行擬合，13 種堿性香味成分釋放量均與濾嘴通風(fēng)率成顯著負(fù)相關(guān)，除吡嗪以外的12 種堿性香味成分相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.9，其中吲哚的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.981（見(jiàn)圖1）。煙氣中堿性香味成分主要是由煙絲中含氮類(lèi)的前體成分通過(guò)裂解蒸餾產(chǎn)生的，當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時(shí)，卷煙燃燒錐的溫度發(fā)生改變，使得產(chǎn)生的堿性香味成分降低；同時(shí)由于濾嘴通風(fēng)率增加，從濾嘴端進(jìn)入煙絲端的空氣量增加，對(duì)主流煙氣進(jìn)行了稀釋?zhuān)矔?huì)導(dǎo)致堿性香味成分釋放量降低。

圖1 吲哚與濾嘴通風(fēng)率線性擬合情況

表3 堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率的相關(guān)性

分析了濾嘴通風(fēng)率對(duì)13 種堿性香味成分組成比例的影響（圖2、3）。從圖可以得知：當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時(shí)，13 種代表性的堿性香味成分占?jí)A性香味成分總量的比例發(fā)生改變，表明卷煙燃燒狀態(tài)的改變對(duì)各成分的生成影響是不一致的；其中吡啶類(lèi)的占比在降低，但2,3- 聯(lián)吡啶的占比在提高，可能是由于2,3- 聯(lián)吡啶在粒相中比例低，氣相比例高，而當(dāng)濾嘴通風(fēng)率增加時(shí)，對(duì)其稀釋作用更小；吡嗪類(lèi)的占比變化不明顯，甚至略有升高的趨勢(shì)；吲哚類(lèi)的占比隨著濾嘴通風(fēng)率的增加而增加，表明這類(lèi)成分的產(chǎn)生受卷煙燃燒狀態(tài)的影響更小；喹啉占比基本不受濾嘴通風(fēng)率的影響。上述結(jié)果表明，不同堿性香味成分燃燒產(chǎn)生的機(jī)制存在一定的差異。

圖2 濾嘴通風(fēng)率對(duì)13 種堿性香味成分組成比例的影響（1）

3 結(jié)論

3.1 建立的卷煙主流煙氣中堿性香味成分測(cè)定方法重復(fù)性好、靈敏度高、準(zhǔn)確度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)定卷煙煙氣中的堿性香味成分。

圖3 濾嘴通風(fēng)率對(duì)13 種堿性香味成分組成比例的影響（2）

3.2 濾嘴通風(fēng)率在0.5%-35.1%范圍內(nèi)變化時(shí)，13 種堿性香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率成顯著負(fù)相關(guān)，但不同成分受濾嘴通風(fēng)率的影響幅度存在明顯差異。

3.3 隨卷煙濾嘴通風(fēng)率增加，13 種堿性香味成分組成占比發(fā)生變化，表明不同堿性香味成分燃燒產(chǎn)生的機(jī)制存在一定的差異。