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        濾嘴通風(fēng)率對(duì)卷煙主流煙氣有機(jī)酸釋放量的影響研究

        2023-01-17 03:00:22顏權(quán)平胡少東王鵬飛郭吉兆付瑜鋒
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2023年1期
        關(guān)鍵詞:濾嘴焦油戊酸

        彭 斌,顏權(quán)平,胡少東,王鵬飛,郭吉兆,聶 聰,付瑜鋒*

        (1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院,鄭州 450001;2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,鄭州 450000)

        隨著消費(fèi)者對(duì)健康關(guān)注度的提升以及消費(fèi)行為的改變,具有焦油含量低、有害成分釋放量等特點(diǎn)的低焦油卷煙逐漸成為新的消費(fèi)熱點(diǎn)。低焦油卷煙的開發(fā)主要通過增加卷煙通風(fēng)、提高梗絲和再造煙葉用量等技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn),其中卷煙通風(fēng)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛和最有效的降焦技術(shù)手段。濾嘴通風(fēng)是指在濾嘴圓周上有一個(gè)空氣滲透區(qū)。抽吸卷煙時(shí),從濾嘴通風(fēng)孔進(jìn)入一部分空氣,對(duì)卷煙主流煙氣進(jìn)行稀釋,同時(shí)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)生改變;主流煙氣在煙支內(nèi)部的流動(dòng)速度受濾嘴通風(fēng)的影響而降低,有助于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)參數(shù)改變影響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的影響等已經(jīng)開展了許多研究工作[2-13]。有機(jī)酸作為卷煙主流煙氣中重要的香味物質(zhì),不僅能平衡煙氣酸堿度,而且能改善吃味、減少刺激性,使煙氣更加醇和、舒適,對(duì)改善卷煙的香味品質(zhì)具有重要作用。因此研究濾嘴通風(fēng)對(duì)卷煙主流煙氣中有機(jī)酸的影響,能夠?yàn)楦哔|(zhì)量低焦油卷煙的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。本文擬采用GC-MS法分析具有不同濾嘴通風(fēng)率的卷煙煙氣中的有機(jī)酸,考察濾嘴通風(fēng)率對(duì)卷煙主流煙氣中有機(jī)酸釋放量的影響,建立基于濾嘴通風(fēng)率的卷煙煙氣有機(jī)酸釋放量預(yù)測(cè)模型,為開發(fā)高質(zhì)量低焦油卷煙提供數(shù)據(jù)支撐。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        1.1.1 卷煙樣品的制備

        卷制具有不同濾嘴通風(fēng)率的卷煙樣品,其濾嘴通風(fēng)通過在線打孔方式實(shí)現(xiàn),卷煙樣品設(shè)計(jì)方案見表1。

        表1 卷煙樣品設(shè)計(jì)方案

        采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 22838—2009《卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定》[14]對(duì)卷煙樣品的重量、吸阻、濾嘴通風(fēng)率等進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見表2。由表2可知,所有煙支重量基本一致,卷煙樣品符合設(shè)計(jì)要求。

        表2 卷煙樣品物理參數(shù)

        1.1.2 試劑與儀器

        試劑:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、2-甲基丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、亞油酸、油酸、亞麻酸和硬脂酸,純度均大于98.0%,加拿大TRC 公司;3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、羥基乙酸、十六酸,純度均大于98.0%,百靈威公司;乳酸、苯甲酸、間羥基苯甲酸、反式-2-己烯酸、N,O-雙(三甲硅基)三氟乙酰胺,純度均大于98.0%,美國Sigma Aldrich 公司;二氯甲烷(色譜純),美國Acros Organics 公司。

        儀器:Aglient 7890-5975 型GC-MS 儀,美國安捷倫公司;Borgwaldt M20 H 型20 孔道轉(zhuǎn)盤吸煙機(jī),德國Borgwaldt KC GMBH 公司;KQ-700DE 型數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;CP2245 型電子天平,德國Sartorius 公司;0.45 um 有機(jī)相濾膜,上海安譜科學(xué)儀器有限公司。

        1.2 方法

        將卷煙樣品置于溫度(22±1)℃、相對(duì)濕度(60±2)%的環(huán)境中平衡48 h,選擇(平均質(zhì)量±0.02)g 的煙支進(jìn)行測(cè)試;采用直線式吸煙機(jī),按照ISO 標(biāo)準(zhǔn)條件抽吸卷煙;用44 mm 直徑的劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣總粒相物,每張濾片收集4 支卷煙的總粒相物;將劍橋?yàn)V片放入50 mL 錐形瓶中,加入10 mL 二氯甲烷萃取溶液(反式-2-己烯酸內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度為40 μg/mL),超聲萃取30 min,取1 mL 萃取液加入100 μL 雙(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺,65 ℃水浴衍生40 min,冷卻至室溫后進(jìn)行GC-MS 分析。

        GC-MS 儀器分析條件:色譜柱為DB-5 MS 彈性石英毛細(xì)管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度為250 ℃;分流比為10∶1;進(jìn)樣量為1 μL;程序升溫為初始溫度40 ℃,保持3 min,然后4 ℃/min 升至280 ℃保持20 min;傳輸線溫度為280 ℃;離子源溫度為280 ℃;電離方式為EI;電離能量為70 eV;質(zhì)譜掃描范圍為35~450 amu;譜圖檢索為NIST98 譜庫;監(jiān)測(cè)模式為全掃描模式和選擇離子掃描模式。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 分析方法表征

        本文建立的GC-MS 方法共檢出20 種有機(jī)酸,并對(duì)該方法進(jìn)行了方法學(xué)的表征。選擇S2 卷煙樣品,每天進(jìn)行一次平行實(shí)驗(yàn),連續(xù)檢測(cè)5 d,測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差,20 種有機(jī)酸的RSD 為2.1%~6.3%;并在低、中、高3個(gè)水平進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn),回收率范圍為78.4%~105.7%,表明該方法具有良好的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度,能夠準(zhǔn)確測(cè)定卷煙主流煙氣中的有機(jī)酸。有機(jī)酸保留時(shí)間、質(zhì)譜參數(shù)(定量定性離子)、標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率見表3。

        表3 20 種有機(jī)酸保留時(shí)間、定性定量離子、標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率

        2.2 濾嘴通風(fēng)率對(duì)卷煙煙氣有機(jī)酸釋放量的影響

        考察了濾嘴通風(fēng)率對(duì)主流煙氣中有機(jī)酸單支釋放量和單位焦油釋放量的影響,當(dāng)濾嘴通風(fēng)率從3.4%增加到37.7%時(shí),20 種有機(jī)酸的實(shí)際釋放量都明顯降低,降低幅度均超過38%,其中亞油酸的降低幅度最大,降低幅度達(dá)到69.4%;從有機(jī)酸種類來講,高級(jí)脂肪酸降低幅度顯著高于低級(jí)脂肪酸,高級(jí)脂肪酸的降低幅度均超過50%;有機(jī)酸單位焦油釋放量有一定幅度的降低,但不同有機(jī)酸單位焦油釋放量降低幅度差別較大,如己酸、3-甲基戊酸和2-甲基丁酸降低幅度均低于10%,而高級(jí)脂肪酸的降低幅度較大,均超過30%,見表4。

        表4 濾嘴通風(fēng)率變化對(duì)有機(jī)酸釋放量的影響

        3 結(jié)論

        本文開發(fā)了卷煙主流煙氣中有機(jī)酸測(cè)定的GCMS 法,測(cè)定了不同濾嘴通風(fēng)率卷煙樣品主流煙氣中20 種有機(jī)酸,考察了濾嘴通風(fēng)率對(duì)主流煙氣有機(jī)酸釋放量的影響。結(jié)果如下:①開發(fā)的GC-MS 分析方法準(zhǔn)確性和重復(fù)性好,能夠滿足卷煙煙氣中有機(jī)酸釋放量的準(zhǔn)確測(cè)定。②隨濾嘴通風(fēng)率的增加,有機(jī)酸實(shí)際釋放量和單位焦油釋放量均明顯降低,分子量較小的有機(jī)酸其單支釋放量和單位焦油釋放量降低率較低,而相對(duì)分子量較大的有機(jī)酸單支釋放量和單位焦油釋放量降低率較高。

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