鄒鵬，舒俊生，郭東峰，黃蘭，汪華，何慶

安徽中煙工業(yè)有限責任公司技術中心,合肥市天達路9號 230088

碳酸鉀對烤煙主流煙氣中中性香味成分生成量的影響

鄒鵬，舒俊生，郭東峰，黃蘭，汪華，何慶

安徽中煙工業(yè)有限責任公司技術中心,合肥市天達路9號 230088

為研究鉀鹽添加量對卷煙主流煙氣成分及香味成分的影響,將碳酸鉀按0.5%,1.0%,1.5%和2.0%的重量比添加到樣品煙中,采用GC-MS方法測定樣品煙主流煙氣中中性香味成分生成量,研究添加碳酸鉀對卷煙香味成分的影響。結果表明：碳酸鉀添加量上升,焦油隨之下降,而檢測的香味成分變化趨勢存在差異?？啡?、糠醇、乙?；秽认阄冻煞稚闪匡@著性下降；巨豆三烯酮異構體、法尼基丙酮異構體、2-乙酰基吡咯等生成量顯著性上升,而苯甲醛、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇等生成量基本保持不變。

主流煙氣；中性香味成分；碳酸鉀

當前,吸煙與健康問題越來越受到消費者和社會的關注,成為煙草行業(yè)發(fā)展所面臨的主要挑戰(zhàn)之一,而卷煙“減害降焦”技術和低焦油卷煙設計也成為行業(yè)技術研究的熱點[1]。目前低焦油卷煙設計的技術很多,最常見有提高煙支的通風率,由此來稀釋卷煙煙氣,從而降低主流煙氣中焦油的釋放量[2]。然而卷煙通風率的增加給卷煙品質(zhì)帶來較大的影響,會造成香氣量減少、香氣質(zhì)變差、干燥感上升、雜氣增加等品質(zhì)缺陷[3]。還可以在卷煙中加入吸附性物質(zhì),如多孔介孔材料[4]、納米材料[5]等,來增加過濾效率和過濾選擇性,從而降低煙支的焦油釋放量。此外加入燃燒調(diào)節(jié)劑能改變卷煙燃燒性能,也是降低焦油的重要手段。研究表明,在卷煙中加入一定量的鉀鹽,能使卷煙燃燒速度加快,抽吸口數(shù)下降,從而降低焦油的輸出[6]。但是添加鉀鹽同樣會對卷煙品質(zhì)造成不利影響,如雜氣增加,香氣品質(zhì)下降,勁頭增加等[7],這些負面影響限制了鉀鹽添加劑的適用范圍?？緹煹南銡馓卣魍ǔＳ煽緹熤髁鳠煔庵械南阄冻煞炙鶝Q定,因此研究鉀鹽添加劑作用下烤煙主流煙氣中香味物質(zhì)生成量的變化趨勢,能從機理上認識此類添加劑對卷煙品質(zhì)的影響,從而發(fā)揮其降焦優(yōu)勢,拓寬其應用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

空白樣品和試驗樣品由國內(nèi)各主產(chǎn)區(qū)烤煙煙葉和10%的梗絲、5%的膨脹煙絲配方組合而成（不加香料）。

碳酸鉀（K2CO3）和無水硫酸鈉（AR,國藥集團化學試劑有限公司）；二氯甲烷（色譜純,美國Tedia試劑公司）。乙酸苯乙酯（內(nèi)標,IS）；中性香味物質(zhì)標樣：糠醛、糠醇、2–環(huán)戊烯–1,4–二酮、2–乙酰呋喃、苯甲醛、6–甲基–5–庚烯–2–酮、甲基環(huán)戊烯醇酮、苯甲醇、2–乙?；C5–甲基呋喃、苯乙醛、2-乙酰基吡咯、芳樟醇、苯乙醇、5–羥甲基糠醛、大馬酮、β–二氫大馬酮、香葉基丙酮（含35%的橙花基丙酮）、β–紫羅蘭酮、法尼醇、法尼基丙酮（含2種異構體）、棕櫚酸甲酯（純度均大于98%,購自百靈威或阿法埃莎化學有限公司）。

HP6890/5975氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）,配有Nist2008譜庫和MSDchem化學工作站；AL204-1C型電子分析天平（感量：0.0001 g,瑞士Mettler Toledo公司）；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和SHZ-Ⅲ型真空泵（上海亞榮生化儀器廠）；微量進樣器（10,25和100 μL,上海光正醫(yī)療儀器有限公司）。

1.2 樣品制備

將足量的K2CO3溶解在去離子水中配置成飽和溶液,按照小樣加料方式將一定量的K2CO3飽和溶液均勻噴灑在煙絲上,添加的碳酸鉀重量比分別為0.5%,1.0%,1.5%和2.0%。并烘至12%標準水分,再將煙絲制成卷煙。得到試驗樣品A,B,C,D,未添加K2CO3的卷煙為空白樣品。

1.3 煙氣常規(guī)分析和香味成分分析方法

采用GB/T 19609-2004規(guī)定的方法測定樣品的煙氣TPM、焦油量和抽吸口數(shù)。

按照ISO抽吸方法,抽吸20支卷煙,濾片用50 mL含乙酸苯乙酯內(nèi)標(29.0575 μg/mL)的二氯甲烷溶液震蕩萃取35 min,靜置5 min,取2 mL的CH2Cl2溶液,過0.45 μm的有機濾膜后,加入少量的無水Na2SO4干燥后,進樣進行GC/MS分析,測定香味成分。

GC/MS分析條件：毛細管柱：HP-5MS（60 m× 0.25 mm , 0.25 μm）；進樣口溫度：250 ℃；載氣：He；流速：1 mL/min；進樣量：1 μL；分流比10∶1；電離方式：電子轟擊離子源(EI)；離子源溫度：230 ℃；電離能量：70 eV；傳輸線溫度：280 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電子倍增器(EM)電壓：1812 V；隔墊吹掃流量：3 mL /min；掃描方式：選擇離子監(jiān)測（SIM）和全離子掃描（Scan）模式；掃描范圍：50～350 amu；中性香味物質(zhì)升溫程序：

采用Nist質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索,以匹配度≥85%定性,內(nèi)標法定量。有標樣的香味成分采用內(nèi)標法標準曲線進行定量；沒有標樣的,采用目標物與內(nèi)標峰面積比值進行相對定量。

2 結果與討論

2.1 方法的標準曲線、精密度及回收率

為了驗證方法的準確性,對部分標樣進行工作曲線和回收率測試。準確移取混合中性香味物質(zhì)標準儲備液 8,20,60 μL,0.15,0.4,0.8和 2.0 mL,分別置于50 mL容量瓶中,各加入1.25 mL濃度為1.1623 mg/mL乙酸苯乙酯的二氯甲烷內(nèi)標溶液,用二氯甲烷定容至刻度并搖勻,得到不同濃度梯度的中性香味物質(zhì)混合標準溶液。將配制的系列混合標準溶液按照優(yōu)化后的條件進行分析,以各標樣成分和內(nèi)標色譜峰面積比值（y）對相應的濃度（x,μg/mL）進行線性回歸分析,得到標準曲線方程及相關系數(shù),并在相同的條件下,對同一樣品進行5次平行測定,計算其回收率和RSD,如表1所示。結果表明,本方法測定的香味成分回收率較高,均高于80%,而RSD除了法尼基丙酮異構體2為14.5以外,其余均小于10%,對于煙草這一復雜體系來說,方法的重復性和準確性可以滿足分析的要求。

2.2 中性香味成分的保留時間及特征離子

經(jīng)過GC-MS分析,得到所測中性香味成分的保留時間和特征離子,結果如表2所示。

2.3 添加量對主流煙氣成分的影響

隨著碳酸鉀添加量的增加,卷煙主流煙氣中的TPM和焦油均有所降低,而抽吸口數(shù)呈現(xiàn)先降低后少量回升的現(xiàn)象,如表3所示。此結果與文獻報道較為相似[7]?？梢?K2CO3在卷煙燃燒過程中,能降低主流煙氣中的焦油輸出量。

表1 中性香味成分的標準曲線、決定系數(shù)、線性范圍、回收率和精密度（n=5）Tab.1 The standard carve, coefficient of determination, linear range, recovery rate and precision of neutral flavor components （n=5）

表2 中性香味成分的保留時間及特征離子Tab.2 The retention time and feature ions of neutral flavor components

表2（續(xù)）

表3 添加K2CO3后各卷煙樣品的煙氣常規(guī)成分的變化Tab.3 Changes of conventional components in smoke of different sample cigarettes after adding K2CO3

2.4 添加量對香味成分的影響

通過GC-MS分析,得到各樣品煙氣粒相物中中性香味成分的含量,如表4所列。對檢測的香味成分進行加和,與焦油釋放量進行比較。隨著K2CO3的加入,卷煙的焦油輸出量不斷下降,而中性香味成分的含量并不都是成相應的比例減少。與焦油量對比,從空白到添加重量比2%的K2CO3,所測的中性香味成分質(zhì)量總和從62.44μg下降到56.76μg,下降幅度為9.1%,而焦油從13.20mg下降到10.81mg,下降幅度為18.1%。香味成分減少的幅度小于焦油減少幅度。從不同的香味成分來看,有的生成量下降較多,有的香味成分減少幅度較小或保持不變,而部分成分含量呈增加趨勢。由于煙草的最終感官品質(zhì)如香氣質(zhì)、香氣量、協(xié)調(diào)性等指標,不僅決定于香味成分總量,還決定于各種香味成分的含量,以及各香味成分之間的相對比例。因此當加入碳酸鉀后,香味成分相對比例發(fā)生較大變化,并最終體現(xiàn)為卷煙感官品質(zhì)的變化。在表4所列的香味成分中,新植二烯的絕對含量較高,因此其生成量的多少,對最終檢測香味成分的總和有較大的影響。由于A樣品生成的新植二烯較少,造成樣品A香味成分的總量與樣品B和樣品C相比稍低。

表4 各卷煙樣品的焦油中部分中性香味成分的含量Tab.4 Contents of neutral flavor components in tar of different sample cigarettes

2.5 香味成分回歸分析

以碳酸鉀為自變量,香味成分為因變量,進行回歸分析。表5中列出了與碳酸鉀添加量回歸關系顯著相關的部分香味成分。

煙葉中含有大量糖等碳水化合物,在卷煙燃吸過程中發(fā)生如熱裂解、焦糖化以及Maillard反應等多種類型反應,生成如糠醛、糠醇、吡喃、吡咯等雜環(huán)化合物,有助于改善卷煙吃味和香氣品質(zhì)。從表5可得,隨著碳酸鉀的添加,部分糖相關的香味成分如2-糠醛、糠醇、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、2-乙酰呋喃、2-乙酰基-5-甲基-呋喃、5-羥甲基糠醛等,其生成量顯著性下降,而2-乙?；量┑纳闪匡@著性上升。

煙草色素如六氫番茄紅素、葉黃素、α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、新葉黃素等都是煙草香味成分的重要前體物[8]。從表5可得,質(zhì)體色素相關的化學成分如法尼基丙酮異構體2、4種巨豆三烯酮異構體等化合物,隨著碳酸鉀的添加,其生成量顯著性增加。

其他香味成分如愈創(chuàng)木酚,其生成量顯著性增加,芳樟醇生成量顯著性下降。而部分香味成分如苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇等,隨著碳酸鉀的添加,其生成量基本保持不變。

綜上可得,當碳酸鉀作為降焦試劑添加到卷煙中,雖然焦油有所降低,但部分香味成分顯著性增加,有的成分顯著性降低,有的基本保持不變。這些香味成分不同變化趨勢,將造成卷煙香氣品質(zhì)的變化。

表5 與碳酸鉀添加回歸顯著的香味成分Tab.5 Regression of flavor components after adding potassium carbonate

香味成分存在于卷煙煙氣粒相物中,隨著卷煙焦油輸出量的降低,香味成分的生成量也會發(fā)生變化。李炎強、景延秋等研究了提高濾嘴通風稀釋率時,卷煙香味成分生成量的變化。隨著稀釋率的提高,焦油不斷下降,各種香味物質(zhì)的生成量均有所降低。而各類香味成分減少的速率有所不同,通常分子量大的物質(zhì)減少較少,而分子量較小的香氣物質(zhì)減少較多[9-10]。與通風降焦不同,加入碳酸鉀發(fā)揮降焦作用時,隨著焦油生成量的降低,香味成分并不都有所下降,相反如巨豆三烯酮等香味成分生成量有所增加。因此,加入碳酸鉀降焦與通風降焦相比,其機理不同,對于卷煙香氣品質(zhì)影響有所差異,在調(diào)香調(diào)料時需要采用不同的香料設計思路來提升卷煙品質(zhì)。

3 結論

通過在卷煙中添加相應比例的K2CO3,研究其對卷煙主流煙氣中部分香味成分生成量的影響。隨著K2CO3添加量的增加,卷煙的焦油輸出量下降,而檢測的香味成分總量也隨之降低。但具體到某個香味成分,其變化趨勢有所不同,糠醛等氧雜環(huán)化合物、芳樟醇等生成量顯著性下降,而2-乙酰基吡咯、愈創(chuàng)木酚、巨豆三烯酮異構體、法尼基丙酮異構體2等成分生成量顯著性上升,部分香味成分變化不明顯。正是因為這些香味成分之間的相對比例有所改變,導致了加料后卷煙產(chǎn)品感官品質(zhì)的變化。因此,可以針對性的進行加香加料設計,來協(xié)調(diào)卷煙中的香味成分含量,從而在降焦的同時,保持并提高卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量。

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Effect of potassium carbonate on neutral flavor components in mainstream cigarette smoke

ZOU Peng, SHU Junsheng, GUO Dongfeng, HUANG Lan, WANG Hua, He Qing
Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Co.Ltd., Hefei 230088, China

Neutral flavor components of sampled cigarettes added with potassium carbonate at ratios of 0.5%, 1%, 1.5% and 2% by weight were determined by GC-MS.Results showed that the increase of potassium carbonate addition ratio significantly reduced tar, furfural and furfural alcohol while benzaldehyde and phenyl acetaldehyde maintained constant, whereas megastigmatrienone and 2-acetyl pyrrole were increased.

mainstream cigarette smoke; neutral flavor components; potassium carbonate

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.003

TS411 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）03-0016-07

中式卷煙增香保潤重大專項子項目“通過加香加料提高膨脹煙絲使用價值”(No.110201201014)

鄒鵬（1982—）,博士,工程師,主要從事卷煙香精香料等添加劑研究,Tel：0551-65738641,Email: atrpraft@163.com

舒俊生（1975—）,博士,高級工程師,Email: shujusheng1975@yahoo.cn

2013-06-29