王冰，范忠，李河霖，劉紹峰，陳志燕，劉鴻，彭斌，蔡君蘭

1.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，河南 鄭州 450001;2.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，廣西 南寧 530000;3.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，吉林 延吉 133000

0 引言

卷煙通風(fēng)技術(shù)是降低焦油釋放量較為直接、有效的途徑，其原理是將空氣引入主流煙氣，降低經(jīng)燃燒錐進(jìn)入煙支的氣流速率，稀釋煙氣，改變煙絲燃燒環(huán)境和化學(xué)成分傳輸過(guò)程[1]。卷煙通風(fēng)的實(shí)現(xiàn)包含兩個(gè)方面，一是卷煙紙通風(fēng)，即使用高透氣度卷煙紙稀釋煙氣；二是濾嘴通風(fēng)，通過(guò)在接裝紙上打孔或選擇高透氣度成型紙實(shí)現(xiàn)。通風(fēng)技術(shù)可以減少煙氣有害成分，但同時(shí)也降低了卷煙香味成分，導(dǎo)致卷煙煙味變淡、香氣減弱，弱化了卷煙產(chǎn)品原有風(fēng)格，影響了卷煙煙氣感官品質(zhì)[2]。卷煙通風(fēng)分配是指相同總通風(fēng)率條件下的紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率的組合搭配，適宜的通風(fēng)分配可以提高卷煙感官品質(zhì)。

部分酚類物質(zhì)是煙葉中的重要致香成分，在煙支燃吸期間，通過(guò)蒸發(fā)直接進(jìn)入煙氣，對(duì)煙氣香味產(chǎn)生影響，增加煙氣的奇異味道，且不易被其他致香劑消減[3]。例如，麥芽酚、乙基麥芽酚是煙草焦甜香的特征成分[4]，乙基麥芽酚是麥芽酚的同系物，其增香能力比麥芽酚強(qiáng)，有更濃的香味和更強(qiáng)的揮發(fā)性，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]中允許使用的食品用合成香料，可作為煙草、食品、飲料、香精、果酒、日用化妝品等的香味改良劑[6]。丁香酚是具有辛香風(fēng)格的天然香料的重要香味成分，主要用于配制薄荷、堅(jiān)果、辛香型食品香精和煙用香精[7]。愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚、2,6-二甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚是煙熏香的重要成分，苔黑酚是樹(shù)苔凈油和浸膏的主要成分[8-9]，將其應(yīng)用于卷煙加香后，可掩蓋煙草雜氣和泥土氣息，明顯增加煙氣濃度，改善口腔和喉部的舒適感。

目前，對(duì)于煙氣中酚類物質(zhì)的研究多集中于煙氣中簡(jiǎn)單酚對(duì)人體健康的影響方面[10-11]，而卷煙通風(fēng)分配對(duì)煙氣香味成分釋放的影響，多涉及煙氣中醛、酮、酸、酯及氮雜環(huán)類堿性物質(zhì)的研究[12-14]，對(duì)重要酚類香味成分的對(duì)比分析則鮮有報(bào)道[15]，且未將濾嘴通風(fēng)與紙通風(fēng)一起作為通風(fēng)的不同形式綜合考慮，無(wú)法為卷煙通風(fēng)設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。鑒于此，本文擬以9種代表性酚類香味物質(zhì)(麥芽酚、乙基麥芽酚、丁香酚、愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚、2,6-二甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、苔黑酚)為研究目標(biāo)，考查濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率及通風(fēng)分配對(duì)常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙煙氣中酚類香味物質(zhì)釋放量的影響，探索卷煙主流煙氣酚類香味成分的傳輸規(guī)律，為卷煙通風(fēng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和香味成分補(bǔ)償技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

1.1.1 試劑和儀器主要試劑：麥芽酚、乙基麥芽酚、丁香酚、愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚、2,6-二甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、苔黑酚，純度均>98.0%，百靈威公司產(chǎn)；乙酸苯乙酯(純度>98.0%)、乙酸乙酯(色譜純)，美國(guó)Sigma Aldrich公司產(chǎn)。

主要儀器：Aglient 7890-5975型GC-MS儀器，美國(guó)安捷倫公司產(chǎn)；Borgwaldt RM20 H 型20孔道轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)，德國(guó)Borgwaldt KC GMBH公司產(chǎn)；KQ-700DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)；CP2245電子天平，德國(guó)Sartorius公司產(chǎn)；0.45 μm有機(jī)相濾膜，上海安譜科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)。

1.1.2 卷煙樣品采用相同煙絲，卷制具有不同濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙透氣度的常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙，常規(guī)卷煙濾嘴通風(fēng)通過(guò)預(yù)打孔接裝紙實(shí)現(xiàn)，細(xì)支卷煙濾嘴通風(fēng)通過(guò)在線打孔方式實(shí)現(xiàn)，卷煙樣品設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

表1 卷煙樣品設(shè)計(jì)方案

依據(jù)《卷煙和濾棒物理性能》(GB/T 22838—2009)[16]對(duì)卷煙質(zhì)量、開(kāi)式吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率等卷煙物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》(GB/T 19609—2004)[17]對(duì)卷煙焦油釋放量進(jìn)行測(cè)定。卷煙樣品的物理參數(shù)及焦油釋放量如表2所示。由表2可知，所有煙支質(zhì)量基本一致，細(xì)支卷煙變異系數(shù)為1.4%，常規(guī)卷煙變異系數(shù)為0.9%，濾嘴通風(fēng)率基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，紙通風(fēng)率隨卷煙紙透氣度升高而增加，卷煙樣品符合設(shè)計(jì)要求。

表2 卷煙樣品物理參數(shù)及焦油釋放量

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

參照文獻(xiàn)[11]對(duì)煙氣中9種酚類化合物進(jìn)行分析，將卷煙樣品置于(22±1)℃，相對(duì)濕度為(60±2)%的環(huán)境中平衡48 h，然后選擇(平均質(zhì)量±0.02)g的煙支作為測(cè)試煙支。采用直線式吸煙機(jī)按照ISO標(biāo)準(zhǔn)條件抽吸卷煙，即每60 s抽吸一口，每口抽吸容量35 mL，抽吸持續(xù)時(shí)間2 s。用直徑44 mm的劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣總粒相物，每張濾片收集5支卷煙的總粒相物。

將捕集5支卷煙主流煙氣粒相物的劍橋?yàn)V片放入50 mL錐形瓶中，加入10 mL乙酸乙酯萃取溶液，并準(zhǔn)確加入50 μL內(nèi)標(biāo)溶液(1 mg/mL的乙酸苯乙酯)，密封膜密封，超聲萃取20 min，取萃取液，過(guò)0.45 μm微孔濾膜，對(duì)濾液進(jìn)行GC-MS分析，選擇離子監(jiān)測(cè)(SIM)定量分析檢測(cè)目標(biāo)成分。

儀器分析條件如下：色譜柱為DB-5 MS(60 m×0.25 μm×0.25 mm)；程序升溫為初始溫度60 ℃，然后2 ℃/min升至150 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升至250 ℃，以20 ℃/min升至280 ℃保持10 min；進(jìn)樣量1 μL；進(jìn)樣口溫度290 ℃；分流比10∶1；載氣He，流速1.5 mL/min；傳輸線溫度290 ℃；電離方式EI；離子源溫度230 ℃；電離能量70 eV；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)譜質(zhì)量掃描范圍為26～400 amu；監(jiān)測(cè)模式為全掃描模式和選擇離子掃描模式。

為驗(yàn)證酚類香味成分分析方法的精密度和準(zhǔn)確度，選擇樣品N14進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，每天1次，連續(xù)5次，并在樣品實(shí)際含量水平、樣品實(shí)際含量的1/2水平及樣品實(shí)際含量的2倍水平進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 酚類香味成分分析方法的表征結(jié)果

9種酚類香味成分質(zhì)譜參數(shù)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)及回收率如表3所示。由表3可知，9種酚類香味成分定量分析的變異系數(shù)在3.6%～8.3%范圍內(nèi)，加標(biāo)回收率約為88%～106%，說(shuō)明本文所用酚類香味成分分析方法具有良好的精密度及準(zhǔn)確度，可用于卷煙煙氣酚類香味成分的分析研究。

表3 9種酚類香味成分質(zhì)譜參數(shù)、RSD及回收率

2.2 卷煙煙氣中酚類香味成分的釋放規(guī)律

在濾嘴通風(fēng)率約為0(N1—N4、S1—S4)的條件下，考查紙通風(fēng)率對(duì)卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量的影響。將紙通風(fēng)率與卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如表4所示，DPN、DPS分別表示常規(guī)卷煙、細(xì)支卷煙中紙通風(fēng)率每增加1%酚類香味成分釋放量的降低率。由表4可知，對(duì)于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙，9種酚類成分釋放量與紙通風(fēng)率均呈顯著負(fù)相關(guān)(線性方程斜率為負(fù)值，R2≥0.89)，即隨著卷煙紙透氣度的增加，主流煙氣中9種酚類香味成分釋放量降低，其主要原因可能是紙通風(fēng)率隨著卷煙紙透氣度的增加而增加，從燃燒錐后面進(jìn)入卷煙的氣流也增加，燃燒錐的抽吸容量及產(chǎn)生的煙氣量隨之減少。主流煙氣成分通過(guò)卷煙紙向外擴(kuò)散的程度也隨透氣度的增加而增加，從而減少了其在主流煙氣中的釋放量，該方面對(duì)分子量較小的化合物的影響更大。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分子量較小的麥芽酚、4-乙基苯酚、愈創(chuàng)木酚、苔黑酚降低率較高；分子量較大的丁香酚降低率較低。另外，卷煙的陰燃速率隨卷煙紙自然透氣度的增加而增加，這將導(dǎo)致通過(guò)抽吸燃燒的煙絲量即抽吸口數(shù)減少，煙氣成分也會(huì)隨之降低[18-19]。

在各卷煙紙透氣度下(N5—N16、S5—S16)，將9種酚類香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如表5所示，其中DFN、DFS分別表示常規(guī)卷煙、細(xì)支卷煙中濾嘴通風(fēng)率每增加1%酚類香味成分釋放量的降低率。由表5可知，對(duì)于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙，在不同卷煙紙透氣度下，9種酚類香味成分釋放量與濾嘴通風(fēng)率均呈顯著負(fù)相關(guān)(線性方程斜率為負(fù)值，R2≥0.80)，即煙氣中9種酚類香味成分釋放量隨濾嘴通風(fēng)率的增加而降低，主要是因?yàn)闊煔鉃V嘴通風(fēng)讓環(huán)境煙氣進(jìn)入煙支，相當(dāng)于降低了抽吸容量，因此抽吸時(shí)消耗的煙絲量減少，主流煙氣成分釋放量相應(yīng)減少[20]。其中，分子量較小的麥芽酚、乙基麥芽酚降低率較高，分子量較大的丁香酚降低率較低。這是因?yàn)闉V嘴通風(fēng)使得煙氣流速降低，煙氣在煙支內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，使得更多低分子量成分?jǐn)U散出煙支[21]。

2.3 通風(fēng)率對(duì)不同卷煙酚類香味成分釋放量的影響

由表4可知，紙通風(fēng)率每增加1%，常規(guī)、細(xì)支卷煙中9種酚類香味成分釋放量降低率分別為0.9%～2.6%和0.5%～1.0%，兩者釋放量降低率之比(即DPN/DPS)為1.6～2.7，因此紙通風(fēng)率對(duì)常規(guī)卷煙9種酚類香味成分釋放量的影響大于細(xì)支卷煙。在常規(guī)、細(xì)支卷煙中，愈創(chuàng)木酚、乙基麥芽酚釋放量降低率差異較大，比值≥2.5，丁香酚釋放量降低率差異較小，比值為1.6。

表4 紙通風(fēng)率與酚類香味成分釋放量線性擬合結(jié)果

由表5可知，濾嘴通風(fēng)率每增加1%，常規(guī)、細(xì)支卷煙中9種酚類香味成分釋放量降低率分別為0.6%～1.1%和0.2%～0.7%，兩者釋放量降低率之比(即DFN/DFS)為1.1～4.6，因此濾嘴通風(fēng)率對(duì)常規(guī)卷煙9種酚類香味成分釋放量的影響大于細(xì)支卷煙。在常規(guī)、細(xì)支卷煙中，愈創(chuàng)木酚釋放量降低率差異較大，比值為2.8～3.9，丁香酚釋放量降低率差異較小，比值為1.1。

表5 濾嘴通風(fēng)率與酚類香味成分釋放量線性擬合結(jié)果

濾嘴通風(fēng)率和紙通風(fēng)率對(duì)常規(guī)卷煙9種酚類香味成分釋放量的影響均大于細(xì)支煙，分析其原因可能是細(xì)支煙橫截面積僅為常規(guī)卷煙的48.5%(23/47.4)，在標(biāo)準(zhǔn)抽吸條件下，細(xì)支煙的氣體流速遠(yuǎn)大于常規(guī)卷煙，所以各香味成分在細(xì)煙支中的散失、截留時(shí)間均小于常規(guī)卷煙，因此通風(fēng)率的降低對(duì)常規(guī)卷煙的影響大于細(xì)支卷煙。細(xì)支煙的圓周相對(duì)較小，單位煙絲與空氣的接觸面積較大，煙絲燃燒相對(duì)充分，因此濾片截留的香味成分變化幅度較小，這與楊松等[22-23]的研究結(jié)果基本一致。

2.4 不同通風(fēng)方式對(duì)卷煙酚類香味成分釋放量的影響

選擇卷煙紙透氣度較低(N1、N5、N9、N13，S1、S5、S9、S13)、濾嘴通風(fēng)率近似為0(N1—N4，S1—S4)的卷煙，用以分別考查濾嘴通風(fēng)率及紙通風(fēng)率對(duì)對(duì)卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量的影響，結(jié)果如表6所示。由表6可知，對(duì)于常規(guī)卷煙，紙通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率每增加1%，二者引起9種酚類香味成分釋放量降低率之比為1.5～3.7；對(duì)于細(xì)支卷煙，紙通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率每增加1%，二者引起9種酚類香味成分釋放量降低率之比為1.1～3.3。因此，雖然9種酚類香味成分的釋放量與紙通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率均顯著負(fù)相關(guān)，但二者對(duì)煙氣中酚類香味成分釋放量降低率的影響程度是不同的，紙通風(fēng)率的影響要大于濾嘴通風(fēng)率。分析其原因可能是：雖然紙通風(fēng)、濾嘴通風(fēng)均能降低煙絲燃燒量，但紙通風(fēng)率的增加能直接加速煙氣成分向外擴(kuò)散，濾嘴通風(fēng)率的增加僅延長(zhǎng)了煙氣在煙支內(nèi)的停留時(shí)間，從加速煙氣向外擴(kuò)散角度來(lái)看，紙通風(fēng)率的作用更明顯[22-23]。

表6 濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率對(duì)卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量影響比較

2.5 不同通風(fēng)分配對(duì)煙氣中9種酚類香味成分釋放量影響

選擇總通風(fēng)率約為34%的兩組常規(guī)卷煙(N12、N13)、總通風(fēng)率約為42%的兩組細(xì)支卷煙(S12、S13)，考查在總通風(fēng)率相同時(shí)，不同通風(fēng)分配對(duì)煙氣中9種酚類香味成分釋放量的影響，結(jié)果如表7所示。由表7可知，對(duì)于常規(guī)卷煙，9種酚類香味成分釋放量為N13(濾嘴通風(fēng)率較高)高于N12(濾嘴通風(fēng)率較低)；對(duì)于細(xì)支卷煙，9種酚類香味成分釋放量為S13(濾嘴通風(fēng)率較高)高于S12(濾嘴通風(fēng)率較低)。這說(shuō)明在總通風(fēng)率相同的情況下，不論常規(guī)卷煙還是細(xì)支卷煙，高濾嘴通風(fēng)率搭配低紙通風(fēng)率比低濾嘴通風(fēng)率搭配高紙通風(fēng)率更有利于煙氣中9種酚類香味成分的釋放。

表7 不同通風(fēng)分配對(duì)9種酚類香味成分釋放量的影響

另外，相同總通風(fēng)率條件下，采用高濾嘴通風(fēng)率搭配低紙通風(fēng)率時(shí)，9種酚類香味成分釋放量增加幅度不同，乙基麥芽酚、4-乙基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚的增加幅度較大，2,6-二甲基苯酚、丁香酚增加幅度較小。在總通風(fēng)率增加相同時(shí)，常規(guī)卷煙中9種酚類香味成分釋放量增加率為1.89%～14.29%，細(xì)支卷煙釋放量增加率則為1.15%～10.52%。這說(shuō)明總通風(fēng)率的改變對(duì)常規(guī)卷煙煙氣中酚類香味成分釋放量的影響要大于細(xì)支卷煙。

3 結(jié)論

本文卷制了具有不同濾嘴通風(fēng)率和紙透氣度的常規(guī)卷煙和卷煙細(xì)支卷煙，利用GC-MS法分析了所制卷煙樣品煙氣中具有典型焦甜香味、強(qiáng)烈煙熏香味及樹(shù)苔香等9種代表性酚類香味成分的釋放量，考查了濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率及通風(fēng)分配對(duì)卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量的影響。研究結(jié)果表明：濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率與煙氣中9種酚類香味成分釋放量均呈顯著負(fù)相關(guān)，分子量較小的焦甜香乙基麥芽酚隨通風(fēng)率增加其降低率較高；而分子量較大的煙熏香味的丁香酚降低率較小。對(duì)于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙，紙通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率對(duì)煙氣成分含量下降的影響是不同的，紙通風(fēng)率的影響要大于濾嘴通風(fēng)率。濾嘴通風(fēng)率、紙通風(fēng)率及總通風(fēng)率對(duì)常規(guī)卷煙煙氣中9種酚類香味成分釋放量的影響大于細(xì)支卷煙。在總通風(fēng)率一致的情況下，高濾嘴通風(fēng)率搭配低紙通風(fēng)率設(shè)計(jì)的卷煙比低濾嘴通風(fēng)率搭配高紙通風(fēng)率的卷煙9種酚類香味成分釋放量更高。

本文研究結(jié)果可為卷煙企業(yè)應(yīng)用不同通風(fēng)分配參數(shù)組合開(kāi)發(fā)低焦油細(xì)支卷煙產(chǎn)品提供技術(shù)支撐，對(duì)促進(jìn)“高香氣、低焦油、低危害”的細(xì)支卷煙產(chǎn)品的發(fā)展具有借鑒意義。