杜宇，張?zhí)鞐潱治膹?qiáng)， 陳微，楊瑩， 陳興，凌軍

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231）

丙二醇及其聚合物對煙絲保潤效果的影響

杜宇，張?zhí)鞐?，林文?qiáng)， 陳微，楊瑩， 陳興，凌軍*

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231）

為尋找新型煙草保潤劑，以丙二醇（PG）為對照，研究了不同聚合度的聚丙二醇（PPG）和PG+PPG組合對煙絲保濕及防潮性能的影響。結(jié)果表明，PG+PPG400組合保潤劑在相對濕度（40±2）%和（80±2）%條件下的保濕及防潮效果均極顯著優(yōu)于PG（a=0.01）；在感官質(zhì)量方面，PG+PPG400優(yōu)于丙二醇，主要表現(xiàn)在提升卷煙香氣和舒適性；PPG400的裂解試驗表明，其裂解產(chǎn)物含有多種煙草致香物質(zhì)及特殊增香酮類、醇類化合物。

聚丙二醇；煙絲；保潤及防潮；感官質(zhì)量

保濕化合物廣泛應(yīng)用于卷煙產(chǎn)品中，其對卷煙的感官品質(zhì)具有十分重要的作用。目前，卷煙生產(chǎn)中常用的保潤劑為丙二醇、甘油、二甘醇、山梨醇、三甘醇等多羥基化合物，這些多羥基化合物具有吸濕性，同時可以使水的表面張力降低而易于潤濕，添加到卷煙中，由于其羥基與水分形成氫鍵，使水分受束縛而散失速度減緩[1-9]。

聚丙二醇含有親油鏈段，能與植物表面蠟質(zhì)層物質(zhì)如高級脂肪烷烴、烯烴和高級脂肪酸等具有較好的相容性[10]，且與香精香料互溶性好，對卷煙料液吸收具有促進(jìn)作用[11]。盡管聚丙二醇在日化、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用較多，但是其對煙絲保潤效果的研究尚未見報道。作者采用不同聚合度的聚丙二醇作為保潤劑，以丙二醇作為對照，研究不同聚合度的聚丙二醇對卷煙葉組煙絲保潤及防潮效果的影響，并進(jìn)一步對其裂解產(chǎn)物進(jìn)行了評價。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 “云煙（紫）”未加料葉組煙絲：自制；丙二醇（PG）、聚丙二醇（PPG-400、PPG-1000、PPG-2000平均相對分子質(zhì)量分別為400、1 000和2 000）：分析純，購自上海晶純生化科技股份有限公司。

1.1.2 儀器 FED-115鼓風(fēng)干燥機(jī)：德國BINDER公司產(chǎn)品；KBF 240恒溫恒濕箱：德國BINDER公司產(chǎn)品；Mettler Toledo XS204分析天平：梅特勒-托利多集團(tuán)產(chǎn)品；Foss Cyelotee 1093樣品粉碎磨：丹麥福斯集團(tuán)產(chǎn)品；HP6890GC／5973MS氣質(zhì)聯(lián)用儀（配有澳大利亞SGE裂解器）：美國惠普公司產(chǎn)品；AAⅢ流動分析儀：德國布朗盧比公司產(chǎn)品；HB200全自動吸煙機(jī)：德國HB公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 不同保潤劑處理煙絲制備

1）保潤劑料液配制 用稱量皿稱取1.5 g丙二醇及不同相對分子質(zhì)量聚丙二醇，然后添加到13.5g云煙（紫）料液和15 g蒸餾水，用磁力攪拌器在45℃條件下攪拌30 min，得到相應(yīng)的保潤劑料液。以蒸餾水替代保潤劑制備空白料液。

2）煙絲樣品前處理 “云煙（紫）”空白煙絲在相對濕度（60±2）%，溫度（22±1）℃的恒溫恒濕箱中平衡48 h。稱取平衡好的空白煙絲50 g，然后采用喉頭噴霧器均勻加入上述保潤劑料液10 g，每個處理樣品作3個重復(fù)。

1.2.2 不同保潤劑處理煙絲的保潤及防潮測試將處理好的煙絲放置于溫度 （22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中，平衡48 h，再分別放人溫度（22±1）℃、相對濕度（40±2）%和（80±2）%的恒溫恒濕箱中，每隔一定時間測定煙絲含水率，并將煙絲含水率對測試時間作圖，分析煙絲不同濕度環(huán)境下的含水率變化。

煙絲含水率的測定按中華人民共和國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T31-1996進(jìn)行，準(zhǔn)確稱取平衡好的煙絲樣品質(zhì)量m1（10 g左右），放人40℃烘箱中烘干，直至可用手捻碎，稱得質(zhì)量m2，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1按下式計算。

1.3 統(tǒng)計分析

對不同保潤劑處理樣品進(jìn)行3次平行實驗，用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSSl8．0中 “單因素方差分析-Duncan（新復(fù)極差法）”方法對不同樣品兩兩之間的顯著性差異進(jìn)行了分析。

1.4 煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)分析

加入不同保潤劑料液和空白料液的煙絲，在恒溫恒濕箱中平衡48 h后，以云煙（紫）輔材手工制備成卷煙，根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19609-2004進(jìn)行煙氣分析，測定煙氣中總粒相物、焦油、煙堿、CO的含量。

1.5 熱裂解成分分析

稱取丙二醇及其聚合物各2.0 mg，分別置于裂解進(jìn)樣針管中，待氣流平穩(wěn)后，進(jìn)行丙二醇及其聚合物試樣的裂解組分分析。鑒于卷煙燃燒過程的復(fù)雜性和多次試驗，試驗僅進(jìn)行裂解溫度為650℃時丙二醇及其聚合物的定性對比分析。

1.6 保潤劑感官作用評價

聘請紅云紅河集團(tuán)有評吸資質(zhì)的7位評吸專家參照YC/T 415-2011標(biāo)準(zhǔn)對添加丙二醇及其聚合物的樣品（加入量均為煙絲質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%）感官質(zhì)量進(jìn)行評吸鑒定，并給出卷煙抽吸品質(zhì)評價。

從烘箱中取出烘好的煙絲樣品，碾磨成粉末，準(zhǔn)確稱量磨好的煙末3份，每份質(zhì)量m3，（2 g左右），放入（105±1）℃烘干2 h，干燥器中放置室溫后稱量m4，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2按式（1）計算，總水分質(zhì)量計算按式（2）計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙二醇及其聚合物保濕效果分析

對PG及其聚合物處理樣品和對照樣品在溫度（22±1）℃，相對濕度（40±2）%環(huán)境下的解濕過程和在溫度（22±1）℃，相對濕度（80±2）%環(huán)境下的吸濕過程的煙絲含水率進(jìn)行了測試，將煙絲含水率對測試時間作圖，變化趨勢見圖1和圖2。

圖1 PG及不同相對分子質(zhì)量PPG處理紫云葉組在相對濕度（40±2）%條件下含水率變化Fig.1 Change in moisture content of“ZI YUN”treated by PG and different molecular weight PPG at（40± 2）%RH

如圖1所示，在環(huán)境相對濕度（40±2）%條件下，向葉組煙絲中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的聚丙二醇、丙二醇和蒸餾水，各葉組煙絲樣品相對濕度隨著放置時間的延長而逐漸下降。其中，0～24 h間，各組煙絲含水率下降均較快；24～72 h，煙絲含水率下降相對緩慢，72 h以后（除蒸餾水處理樣品外），含水率變化較小并趨于穩(wěn)定。從120 h平衡含水率來看，所采用的PG、不同相對分子質(zhì)量PPG以及PG與PPG組合均表現(xiàn)出優(yōu)于空白的保潤效果，主要源于PG或PPG保潤劑所含的羥基或醚鍵能與水分子間形成氫鍵作用，增加了對水分子的束縛力，從而提升了煙絲的抗失水能力。對于不同相對分子質(zhì)量的PPG，表現(xiàn)為隨PG聚合度的增加，平衡含水率先增加后下降，其中PPG400保潤效果最好，其次是PPG1000，二者均略優(yōu)于PG；但當(dāng)PPG相對分子質(zhì)量達(dá)到2 000時，保潤效果明顯下降，這可能跟PPG分子鏈長度有關(guān)，當(dāng)PPG分子鏈長度到一定程度時，其分子鏈彎曲且相互纏繞，使部分羥基及醚鍵被包埋或形成分子內(nèi)氫鍵，減少了與水分子形成氫鍵幾率（或數(shù)量），從而使其平衡含水率降低。將PG與保潤效果較好的PPG400和PPG1000按質(zhì)量比1∶1配合，進(jìn)行保潤效果試驗，從圖1可以看出，PG+ PPG400獲得較好的保潤效果，與PPG400相當(dāng)；而PG+PPG1000配合的保潤效果卻較PG或PPG1000單用效果略差。

對不同保潤劑處理樣品平衡含水率 （120 h）進(jìn)行單因素方差-多重比較分析（見表1），結(jié)果表明，（40±2）%條件下不同處理葉組煙絲平衡含水率大小表現(xiàn)為 PPG400＞PG+PPG400＞PPG1000＞PG＞PG+ PPG1000＞PPG2000＞蒸餾水；PPG1000、PG+PPG400、PPG400處理后的煙絲含水率相當(dāng)，且均極顯著高于PG、PPG2000、PG+PPG1000及蒸餾水處理樣品；PG處理后的煙絲含水率極顯著高于PPG2000、PG+ PPG1000及蒸餾水處理樣品。實驗結(jié)果表明，添加PG、不同相對分子質(zhì)量PPG以及PG與PPG組合對煙絲具有一定的保濕效果，其中PPG400、PG+ PPG400以及PPG1000在低濕度（40±2）%環(huán)境下的保濕效果均極顯著優(yōu)于PG。

表1 不同保潤劑對煙絲平衡含水率（120 h）影響的多重比較（相對濕度40%）Table 1 Multiple comparisons of different humectants for cut tobacco equilibrium moisture content（120h）at（40±2）%RH

如圖2所示，在環(huán)境相對濕度（80±2）%條件下，向葉組煙絲中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的PPG、PG+ PPG組合、PG和蒸餾水，各葉組煙絲樣品相對濕度隨著放置時間的延長均呈上升趨勢。表明在防潮效果方面，PG、PPG400和PPG1000防潮效果相當(dāng)，120 h平衡含水率均在22.20%左右，PPG2000防潮效果優(yōu)于聚合度較低的 PPG及丙二醇；PG與PPG400、PPG1000聯(lián)用，在120 h時平衡含水率相當(dāng)。從圖2中也可以看到PG及其聚合物處理的葉組煙絲平衡含水率均高于空白對照樣，主要原因是PG及其聚合物能夠附著在煙絲表面增加煙絲對水的親和性和束縛能力，在濕度較大的情況下能夠吸附更多的水分，從而降低了煙絲的防潮性能。

圖2 PG及不同相對分子質(zhì)量PPG處理紫云葉組在 （80± 2）%RH條件下含水率變化Fig.2 Change in moisture content of“ZI YUN”treated by PG and different molecular weight PPG at（80± 2）%RH

對不同保潤劑平衡含水率（120 h）進(jìn)行單因素方差-多重比較分析（見表2），結(jié)果表明，（80±2）%條件下不同處理葉組煙絲平衡含水率大小表現(xiàn)為PG＞PPG1000＞PPG400＞PG+PPG400＞PG+PPG1000＞PPG2000＞蒸餾水；試驗樣品在高濕環(huán)境中的120 h平衡含水率均極顯著高于蒸餾水處理的煙絲樣品，說明它們相對蒸餾水而言均不具備防潮能力；其中PPG1000、PPG400防潮效果與PG無顯著差異，PG+ PPG400、PG+PPG1000、PPG2000處理的煙絲樣品在高濕環(huán)境中的含水率極顯著低于PG，說明它們的防潮效果明顯優(yōu)于PG。

綜述所述，通過不同聚合度PG保潤及防潮試驗結(jié)果分析可知，PPG400、PPG1000保潤效果均優(yōu)于PG，防潮效果與PG基本相當(dāng)，能較好的替代PG作為煙絲保潤劑。PG+PPG400組合的保潤性能和防潮性能均優(yōu)于PG，是較好的雙向保潤劑組合[10]，但這種組合協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理仍需進(jìn)一步探索。

表2 不同保潤劑對煙絲平衡含水率（120 h）影響的多重比較（相對濕度80%）Table 2 Multiple comparisons of different humectants for cut tobacco equilibrium moisture content（120 h）at（40±2）%RH

2.2 感官評吸比較

抽取聚丙二醇中保濕及防潮效果較好的處理樣品，包括PPG400、PPG1000、PG+PPG400及PG對照樣品進(jìn)行感官評吸比較（見表3），與PG對照相比，PPG400及PG+PPG400處理卷煙樣品在香氣質(zhì)、香氣量方面改善較明顯，且余味干凈、舒適，甜潤感增加；PPG1000處理的卷煙樣品香氣能保持，但雜氣略冒、刺激性增加、干燥感略強(qiáng)。煙用保潤劑的添加，應(yīng)能保持或提升卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量的同時，具有較好的保濕及防潮作用。因此，從感官評吸結(jié)果看，PPG400和PG+PPG400能更好的提升卷煙的感官質(zhì)量，但其對不同卷煙葉組配方的最適添加量以及安全性仍需作進(jìn)一步的研究。

表3 不同保潤劑處理樣品的感官評吸對比結(jié)果Table 3 Sense evaluation of the cigarettes treated by different humectants

2.3 熱裂解成分分析

為了進(jìn)一步探討保潤劑對卷煙煙氣成分的影響，對PG以及PPG400進(jìn)行了650℃的熱裂解分析[12-13]。PG裂解產(chǎn)物成分比較簡單，由于PG沸點(diǎn)較低，裂解過程主要為丙二醇的遷移過程，其裂解主要成分是1，2-丙二醇，還含有少量的二烯烴及羥基丙酮。PPG400是聚合度相對較低的丙二醇聚合物，其裂解成分中含有大量醇類化合物，如1，2-丙二醇、二丙二醇、2-甲基-3-戊醇等。此外，還含有一定量的煙草致香物質(zhì)，如3-羥基-2-丁酮、5-己烯-2-酮、2-環(huán)戊烯-1-酮、2-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮等，說明其與煙草具有較好的配伍性，這可能是PPG400處理卷煙感官質(zhì)量優(yōu)于PG的重要原因。由于受試驗條件所限，以上僅是單一條件下的試驗結(jié)果，有必要在以后的試驗中作更深入的研究。

2.4 煙氣常規(guī)化學(xué)成分分析

卷煙保潤劑的使用目的是提高煙絲的保濕能力，但同時要保證其使用的安全性。為此對添加了1%PPG400及PG的卷煙樣品進(jìn)行了煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)分析，如表4所示。與PG相比，添加相同比例的PPG400處理樣品在總粒相物、煙堿、焦油及一氧化碳等指標(biāo)上較接近，說明了該保潤劑添加到卷煙中未引起煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的明顯波動。

表4 PPG400與PG處理樣品的煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)結(jié)果Table 4 Cigarettes-Mainstream smoke chemical technical specification treated by PPG400 and PG

3 結(jié)語

對添加了PG+PPG400與PG的卷煙樣品進(jìn)行煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)測試結(jié)果表明，添加PG+PPG400的卷煙樣品的總粒相物、煙堿、焦油及一氧化碳等指標(biāo)上與PG較接近，說明了PG+PPG400的添加并未引起煙氣常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的明顯波動。

與使用單一PG保潤劑相比，PG+PPG400組合保潤劑不但具有更好的雙向保潤效果，且能較好的提升卷煙感官品質(zhì)；同時，PPG400是低聚合度的聚丙二醇，沸點(diǎn)較PG高，耐加工性能也較PG好，其在卷煙保潤方面將具有較好的應(yīng)用前景。

[1]YI Jinman，WEN Jun，YANG Qing.Characteristic comparison between several humectants[J].Tobacco Science&Technology，2006（4）：9-12.（in Chinese）

[2]ZHANG Li，ZHANG Xianghui，XU Lixia，et al.Effect of humectant on moisture retention of cigarette[J].Journal of Zhengzhou University of Light Industry（Natural Science），2006（4）：9-12.（in Chinese）

[3]張麗.卷煙保潤性能及其應(yīng)用技術(shù)研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[4]ZHOU Bo，ZHANG Tiandong，LI Geng，et al.Lactic acid and lactate used as humectants in cigarettes[J].Acta Tabacaria Sinica，2011（6）：8-12.（in Chinese）

[5]WU Jinming，ZHUO Haolian.Production of a modified-starch tobacco humectants additive[J].Modern Food Science and Technology，2012，28（1）：77-81.（in Chinese）

[6]CUI Haibin，WANG Xuejuan，ZHAO Shixing，et al.Development of humectants SLT and its application in cigarette production [J].Acta Tabacaria Sinica，2011，17（1）：38-41.（in Chinese）

[7]ZHANG Xiaokang.Humectant moisturizing properties and process of experiment[J].Tobacco Science&Technology，1994（4）：11-12.（in Chinese）

[8]ZHU Baokun，WANG Mingfeng，LI Xianyi，et al.Effects of several humectants on sensory pleasurableness of“Yunyan”brand cigarette[J].Tobacco Science&Technology，2011，10：12-16.（in Chinese）

[9]JIANG Xing tao，LIU Qiang，LI Qingting，et al.Studies on lipase-catalyzed synthesis of propanediol lactate in non-aqueous phase and its application[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2010（4）：572-577.（in Chinese）

[10]SHANG Shanzhai，LEI Ping，WANG Kunmiao，et al.Progress in the research of tobacco humectants technology[J].Applied Chemical Industry，2014（3）：535-538.（in Chinese）

[11]CHEN Jianun，LI Qi，AN Yi，et al.Study on bilateral humectants and its application in cigarette production[J].Acta Tabacaria Sinica，2008，S1：21-24.（in Chinese）

[12]SHU Junsheng，XU Zhiqiang，QU Xianzhong，et al.Study on formation of carbonyl compounds from pyrolysis of glycerol and 1，2-Propylene glycol[J].Tobacco Science&Technology，2010（2）：23-27+47.（in Chinese）

[13]LIU Jinyun，ZHAO Yu，F(xiàn)U Jianshan，et al.Several humectant effects on chemical components in cigarette smoke[J].Physical Testing and Chemical Analysis（Part B：Chemical Analysis），2013（6）：738-742.（in Chinese）

Effect of Propylene Glycol and Its Polymer in Cut Tobacco as Humectant

DU Yu， ZHANG Tiandong， LIN Wenqiang， CHEN Wei， YANG Ying， CHEN Xing， LING Jun*
（Technology Centre，China Tobacco Yunnan Industrial Co.，Ltd.，Kunming 650231，China）

In order to find new tobacco humectants，taking Propylene glycol as a control，we studied the effects of PPG and （PG+PPG）group on the moist-keeping and humidity resistance of cut tobacco.The results indicated that PG+PPG400 had better moist-keeping and humidity-resistant effects than propylene glycol under the conditions of RH（40±2）%and RH（80±2）%，respectively. PG+PPG400 had more advantageous to the improvement of sensory quality（especially aroma and comfort）of cigarette than propylene glycol.The pyrolysis test for PPG400 at 650℃showed that its cleavage products contained a variety of aroma components in cigarette smoke and some special flavorous ketone and alcohols compounds.

poly （propylene glycol），cut tobacco，moisture retention and humidity resistance，sensory quality

TS 4

：A

：1673—1689（2017）07—0762—05

2015-08-24

中國煙草總公司重大專項項目（110201301032（BR-01））；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司項目（2014CP03）；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心項目（HYHH2013YL06，JSZX2014CP05）。

杜 宇（1985—），男，云南昆明人，理學(xué)博士，工程師，主要從事卷煙產(chǎn)品開發(fā)研究。E-mail：duyuscu@163.com

*通信作者：凌 軍（1983—），男，廣西玉林人，理學(xué)博士，工程師，主要從事卷煙產(chǎn)品開發(fā)研究。E-mail：lingchaojun@163.com

杜宇，張?zhí)鞐?，林文?qiáng)，等.丙二醇及其聚合物對煙絲保潤效果的影響[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報，2017，36（07）：762-766.