楚文娟，孟祥士，紀(jì) 朋，田海英，王 軍，王高杰，崔 春，韓 路，胡少東，高明奇

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市經(jīng)開第三大街8 號(hào) 450000

近年來(lái)，“爆珠”作為卷煙的新型增香方式，在補(bǔ)充、改善、協(xié)調(diào)卷煙吸食品質(zhì)和提升、改變卷煙產(chǎn)品風(fēng)格等方面的功能越來(lái)越突出。Dolka 等［1］采用易碎膠囊濾棒可以降低煙氣有害成分釋放量。包秀萍等［2］利用溶劑脫水法、相分離-凝聚法將薄荷油制備為微膠囊香精，并添加于卷煙濾嘴中，將其應(yīng)用于“云煙”（小熊貓）、“云煙”（軟珍）、“云煙”（印象紅）等卷煙產(chǎn)品中，具有增加煙香、改善舒適性和余味的作用。樸洪偉等［3］研究表明甜橙香膠囊濾棒可減少焦油及7 種煙氣有害成分的釋放量，降低卷煙危害性指數(shù)，而且甜橙香膠囊濾棒使一支煙具有兩種不同的香氣特征和口味。朱風(fēng)鵬等［4］報(bào)道了爆珠破碎對(duì)主流煙氣有害成分釋放量和濾嘴截留的影響。朱瑞芝等［5］剖析了5 種口味爆珠的關(guān)鍵成分，建立了10 種單體香料的GC-MS/MS 分析方法，并研究了爆珠中關(guān)鍵成分向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移行為。馬馳等［6］通過(guò)計(jì)算不同圓周規(guī)格卷煙煙氣線速度分析了濾嘴處溫度的變化規(guī)律，比較了不同圓周規(guī)格卷煙裝載不同粒徑爆珠后，煙氣中薄荷醇、順式和反式檸檬醛的逐口釋放規(guī)律。張志剛等［7］分析了爆珠濾棒與無(wú)爆珠濾棒和卷煙的物理指標(biāo)差異以及主流煙氣常規(guī)指標(biāo)差異，測(cè)試了爆珠破碎前后卷煙物理指標(biāo)和主流煙氣指標(biāo)的變化。

目前，國(guó)內(nèi)外已有許多關(guān)于香料在卷煙中轉(zhuǎn)移行為的研究報(bào)道，但大多集中在添加于煙絲中單體香料的轉(zhuǎn)移行為［8-13］，而關(guān)于在爆珠加香方式下單體香料向主流煙氣的轉(zhuǎn)移行為研究卻報(bào)道較少。因此，研究了爆珠直徑、爆珠放置位置等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)爆珠香味成分向主流煙氣轉(zhuǎn)移行為的影響，旨在為爆珠濾棒的精準(zhǔn)研發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

不同直徑爆珠樣品（所用香精為同一規(guī)格）由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心提供；8.0 Y/15 000 絲束（德國(guó)Rhodia Acetow 公司）；3.0 Y/35 000 絲束（南通醋酸纖維有限公司）；燙印彩色接裝紙（68 mm，150 CU，河南省新鄭金芒果實(shí)業(yè)總公司）；木漿彩色卷煙紙（26.5 mm×28 g/m2A60 CU，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司）；其余輔材參數(shù)均相同，煙絲為同一種配方且同一批次。常規(guī)卷煙、細(xì)支煙的煙支物理參數(shù)如表1 所示。

表1 卷煙樣品設(shè)計(jì)及物理指標(biāo)參數(shù)Tab.1 Physical properties of designed cigarette samples

乙醇（色譜純，德國(guó)Merck 公司）；乙酸苯乙酯、薄荷醇、檸檬烯（標(biāo)準(zhǔn)品，≥98%，北京百靈威科技有限公司），有機(jī)相針式濾膜過(guò)濾器（0.22 μm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）。

7890A-5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent 公 司）；RM20H 轉(zhuǎn) 盤 式 吸煙機(jī)（德 國(guó)Borgwaldt KC 公司）；AL-204-IC 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；KQ-700DE 數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；HY-8A 振蕩器（常州華冠儀器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的設(shè)計(jì)與制作

按照表2 設(shè)計(jì)制作不同粒徑的爆珠和相應(yīng)的卷煙樣品。

1.2.2 樣品的平衡與篩選

將卷煙樣品在GB/T 16447—2004［14］規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡后，按照平均質(zhì)量±0.02 g、平均吸阻±30 Pa、濾嘴通風(fēng)設(shè)計(jì)值±2%的標(biāo)準(zhǔn)篩選卷煙樣品并作為待測(cè)樣。

表2 不同卷煙樣品的設(shè)計(jì)參數(shù)①Tab.2 Designed parameters of different cigarette samples（mm）

1.2.3 爆珠中香味成分分析

爆珠中香味成分分析參考文獻(xiàn)［5］的方法完成，僅將萃取溶劑異丙醇替換為乙醇。

1.2.4 爆珠中香味成分向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移和濾嘴截留測(cè)定

按GB/T 19609—2004［15］規(guī)定的方法抽吸卷煙。每張劍橋?yàn)V片收集20 支卷煙煙氣粒相物（抽吸前捏破爆珠），然后再空吸5 口，使主流煙氣自由沉積30 s；稱量后迅速取出劍橋?yàn)V片，用脫脂棉擦拭捕集器后，一并放入具塞三角瓶中，加入30 mL 乙醇工作溶液；將收集的濾嘴分別沿縱軸方向剪開并置于具塞三角瓶中，用脫脂棉擦拭剪刀后也放入三角瓶中，加入30 mL 乙醇工作溶液；分別密閉錐形瓶后，振蕩萃取30 min，將萃取液過(guò)針式濾膜后，進(jìn)行GC-MS 分析。分析條件：

色譜柱：HP-5MS 彈性石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣量：1.0 μL；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；升溫程序：（50 min）；載氣：氦氣（99.999%）；載氣控制模式：恒流模式；流速：1.0 mL/min；分流比：10∶1；傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離方式：EI；電子能量：70 eV；掃描方式：SIM；掃描范圍：35 ～550 amu；溶劑延遲：4 min。

香味成分向卷煙主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率（Migration rate of aroma components to the particles in mainstream smoke，MRACPMS）是指濾片中捕集的香味成分質(zhì)量占爆珠中該香味成分質(zhì)量的百分比，計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）。香味成分在濾嘴中的截留率（Retention rate of aroma components in the filter，RRACF）是指濾嘴截留的香味成分質(zhì)量占爆珠中該香味成分質(zhì)量的百分比，計(jì)算方法見(jiàn)公式（2）。

式中：Ai是濾片中香味成分的質(zhì)量；Bi是濾嘴中香味成分的質(zhì)量；Ti是單個(gè)爆珠中香味成分的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 爆珠中香味成分篩選和萃取溶劑的選擇

對(duì)卷煙樣品中的爆珠按照1.2.3 節(jié)中的方法進(jìn)行成分剖析，剔除非香味成分（如溶劑）以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低的香味成分，選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10%且對(duì)卷煙香氣有貢獻(xiàn)的關(guān)鍵香味成分，結(jié)果見(jiàn)表3?？芍?，爆珠中的主要香味成分為檸檬烯和薄荷醇。異丙醇和乙醇對(duì)檸檬烯、薄荷醇的提取率均在99%以上（表4），說(shuō)明其對(duì)兩種香味成分均可以萃取完全。另外，相對(duì)于異丙醇，乙醇更綠色環(huán)保。因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇乙醇為萃取劑。

表3 爆珠中香味成分篩選結(jié)果Tab.3 Screening results of aroma components in breakable capsules

表4 萃取溶劑的選擇Tab.4 Selection of extraction solvent

2.2 爆珠中檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移和濾嘴截留

2.2.1 爆珠直徑

不同直徑爆珠香味成分在卷煙中轉(zhuǎn)移情況的測(cè)定結(jié)果如圖1 所示。

圖1 爆珠的直徑對(duì)其香味成分轉(zhuǎn)移行為的影響Fig.1 Effects of capsule diameter on transfer behavior of aroma components

由圖1 可知，隨著爆珠直徑的增大，檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率均呈增加趨勢(shì)；而濾嘴截留檸檬烯、薄荷醇的量均呈逐漸下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)殡S著爆珠直徑的增大，捏破爆珠后，濾棒中的空腔也隨之增大，主流煙氣受到的阻力減小，在濾嘴中沿軸向的流速變快，煙氣溫度更高［7］，進(jìn)而造成濾片捕集的香味成分呈增加趨勢(shì)而濾嘴截留的香味成分呈降低趨勢(shì)。此外，爆珠中檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率與在濾嘴中的截留率之和均低于100%，這可能是因?yàn)楸橹械南阄冻煞诌€有一部分轉(zhuǎn)移至主流煙氣氣相物以及側(cè)流煙氣中。

常規(guī)卷煙和細(xì)支煙中爆珠香味成分轉(zhuǎn)移情況對(duì)比見(jiàn)表5（以共有的直徑3.60 mm 爆珠卷煙樣品為例）。可以看出，細(xì)支煙主流煙氣中檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率均高于常規(guī)卷煙，而在濾嘴中的截留率均低于常規(guī)卷煙。這可能是由于細(xì)支煙橫截面小，抽吸時(shí)氣流速度較快，煙氣在濾嘴中駐留時(shí)間較短，使得濾嘴對(duì)煙氣的過(guò)濾效率較常規(guī)卷煙低，而濾片截留的粒相物較常規(guī)卷煙高［16-17］。因此，在研發(fā)爆珠卷煙時(shí)，應(yīng)根據(jù)卷煙風(fēng)格特征以及關(guān)鍵香味成分在不同直徑爆珠卷煙中的轉(zhuǎn)移行為，選擇適宜的爆珠直徑，以達(dá)到既優(yōu)質(zhì)又經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

表5 常規(guī)卷煙和細(xì)支煙中爆珠香味成分轉(zhuǎn)移情況Tab.5 Transfer of aroma components in breakable capsules of conventional and slim cigarettes

2.2.2 爆珠位置

在濾嘴中不同位置爆珠香味成分在卷煙中的轉(zhuǎn)移情況測(cè)定結(jié)果如圖2 所示。

圖2 爆珠放置位置對(duì)香味成分轉(zhuǎn)移行為的影響Fig.2 Effects of capsule location (distance to mouth end)on transfer behavior of aroma components

由圖2 可知，隨著爆珠距唇端距離的增大，檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率總體均呈降低趨勢(shì)，濾嘴對(duì)兩種香味成分的截留率呈增加趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榫啻蕉司嚯x越遠(yuǎn)，香味成分在濾嘴中駐留的時(shí)間越長(zhǎng)，慣性碰撞和攔截過(guò)濾作用均提高，使得香味成分在濾嘴中截留的多而向粒相物中轉(zhuǎn)移的少［18］。香味成分向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率與濾嘴截留率之和隨爆珠距唇端距離的增大總體呈增加趨勢(shì)，但在距離打孔位置較近時(shí)均略微下降。這可能是因?yàn)楸槲恢迷诖蚩孜恢弥?，且距離打孔位置越近越易于發(fā)生側(cè)流逸散。此外，就香味成分在濾嘴中的截留率而言，細(xì)支煙的截留率明顯低于常規(guī)卷煙，可能原因?yàn)椋合鄬?duì)于常規(guī)卷煙，細(xì)支煙普遍采用的是高單旦、低總旦的絲束，且細(xì)支煙橫截面小，抽吸時(shí)氣流速度較快，煙氣在濾嘴中駐留時(shí)間較短，使得濾嘴對(duì)主流煙氣的過(guò)濾效率較低［17，19］。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)爆珠卷煙時(shí)，可根據(jù)爆珠中香味成分隨爆珠距唇端距離的變化規(guī)律，選擇適宜的放置位置，以達(dá)到增補(bǔ)煙香、突出特色的目的。

2.3 爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析

爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析結(jié)果（表6）顯示：無(wú)論是常規(guī)卷煙還是細(xì)支煙，爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率正相關(guān)，與檸檬烯、薄荷醇在濾嘴截留率負(fù)相關(guān)，且均達(dá)到極顯著水平。

表6 爆珠直徑與香味成分轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.6 Results of correlation analysis between capsule diameter and transfer behavior of aroma components

2.4 爆珠位置與檸檬烯、薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析

爆珠位置與檸檬烯、薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析結(jié)果（表7）顯示：對(duì)于常規(guī)卷煙，爆珠位置與檸檬烯向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率極顯著負(fù)相關(guān)，與薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率顯著負(fù)相關(guān)，與檸檬烯、薄荷醇在濾嘴中的截留率均顯著正相關(guān)；對(duì)于細(xì)支煙，爆珠位置與檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率顯著負(fù)相關(guān)，與檸檬烯在濾嘴中的截留率極顯著正相關(guān)，與薄荷醇在濾嘴中的截留率顯著正相關(guān)。

表7 爆珠位置與香味成分轉(zhuǎn)移行為的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.7 Results of correlation analysis between capsule location and transfer behavior of aroma components

3 結(jié)論

①相關(guān)性分析表明：爆珠直徑、爆珠放置位置對(duì)爆珠中檸檬烯和薄荷醇轉(zhuǎn)移行為的影響達(dá)到顯著或極顯著水平。②隨著爆珠直徑的增大，檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率呈增加趨勢(shì)，而在濾嘴中的截留率呈降低趨勢(shì)。③隨爆珠距唇端距離的增大，檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率呈降低趨勢(shì)，而在濾嘴中的截留率呈增加趨勢(shì)。④檸檬烯、薄荷醇向細(xì)支煙主流煙氣粒相物的轉(zhuǎn)移率高于常規(guī)卷煙，而在濾嘴中的截留率低于常規(guī)卷煙。