加熱不燃燒卷煙產品主流煙氣中香味成分的比較

王 穎 楊文彬 王 沖 陳嘉彬 李劍政 謝 濤 吉 雄

(1. 深圳煙草工業有限責任公司，廣東 深圳 518109； 2. 深圳波頓香料有限公司，廣東 深圳 518055)

加熱不燃燒型卷煙是一類新型煙草制品，通過特殊熱源對煙絲進行加熱，使其在非燃燒狀態下釋放出供消費者吸食的煙霧。與傳統卷煙相比，這類新型卷煙的有害成分和側流煙氣釋放量明顯減少，因此隨著全球控煙力度的持續加大，加熱不燃燒型卷煙產品逐漸成為國內外煙草公司的研發熱點，各類新型產品不斷涌現。然而，習慣于傳統卷煙風格的消費者經常表現出對加熱不燃燒型卷煙感官特征的不適應，說明加熱不燃燒卷煙煙氣的香味組成與傳統卷煙存在差異，研究其香味成分的釋放情況，對產品研發及品質改善具有顯著的指導意義。目前，國外煙草行業對這類新型卷煙的研究[1-3]大多集中在評價減害效果的毒理研究方面，中國煙草行業在加快推進新型煙草制品研發創新的戰略布局下，針對這類新型卷煙也開展了大量的研究工作[4-6]。關于揮發性成分及香味成分的研究方面，楊繼等[7]通過頂空—氣相色譜/質譜分析，在80～200 ℃范圍內對比了加熱不燃燒卷煙煙草材料和傳統卷煙煙絲的揮發性化學成分；霍現寬等[8]研究了不同類型及部位的煙葉原料在不同溫度下香味成分的釋放特征；劉達岸等[9]從微觀結構、抗張性能、煙葉及煙氣化學成分等方面對比研究了不同工藝制造的加熱非燃燒再造煙葉材料。以上研究工作為產品的自主研發提供了豐富的理論依據與數據支持，但這類研究多為針對原料的基礎規律研究。

為進一步了解加熱非燃燒型卷煙的產品特性，本研究擬從產品的角度出發，針對國外市場占有率較高的3款產品，對其在加熱狀態下的煙氣香味成分釋放特征進行分析，并與傳統卷煙典型香味成分加以對比，以期為新型卷煙的研發及品質改善提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

加熱不燃燒卷煙：選取國外市場占有率較高的3款加熱不燃燒卷煙產品I、G、L作為研究對象；

傳統卷煙樣品：中國市售的5個牌號烤煙型卷煙，盒標焦油均為10 mg；

二氯甲烷、正十七烷、異丙醇、無水硫酸鈉：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

標準樣品：純度>97%，美國Sigma-Aldrich公司；

直線式吸煙機：SM405型，英國Cerulean公司；

轉盤式吸煙機：RM20H型，德國Borgwalt公司；

濾片：44，92 mm劍橋濾片，英國Whatman公司；

氣相色譜—質譜聯用儀：Trace GC Ultra-ISQ型，美國Thermofisher公司。

1.2 方法

1.2.1 抽吸方法

(1) 加熱不燃燒卷煙：將樣品煙連接配套加熱煙具，用直線吸煙機進行抽吸。抽吸參數為抽吸容量35 mL，持續時間2 s，抽吸間隔30 s。加熱煙具啟動后需進行預熱，預熱結束后立即開始第一口抽吸，根據不同品牌的最長抽吸時間設計，固定各產品抽吸口數，各煙具主要參數及抽吸口數如表1所示。每輪抽吸5支，用44 mm劍橋濾片捕集樣品煙主流煙氣粒相物，共抽吸4輪。

(2) 傳統卷煙：按照GB/T 19609—2004的方法用轉盤吸煙機進行抽吸。抽吸參數為ISO模式下的參數：抽吸容量35 mL，持續時間2 s，抽吸間隔60 s，用92 mm劍橋濾片捕集20支卷煙的主流煙氣粒相物。

1.2.2 煙氣樣品的前處理方法 待煙支樣品抽吸完畢，將捕集有粒相物的濾片折起并擦凈捕集器上的冷凝物后，放入錐形瓶中。對于加熱不燃燒卷煙，需合并4張濾片。然后加入200 μL 1 mg/mL正十七烷異丙醇溶液作為內標，分兩次各用50 mL二氯甲烷萃取，振蕩30 min，靜置15 min，合并萃取液，加入10 g無水硫酸鈉振蕩靜置15 min，過濾后在45 ℃常壓下濃縮至1 mL，取1 μL濾液進行GC/MS分析。

1.2.3 分析方法 色譜柱：HP-INNOWAX 19091N-136毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度：250 ℃；升溫程序：50 ℃保持0 min，然后以2 ℃/min升至250 ℃并保持20 min；進樣方式：分流進樣；分流比：20∶1；進樣量：1 μL；載氣流速：1 mL/min。電離方式：EI源；離子源溫度：230 ℃；接口溫度：250 ℃；掃描方式：全掃描。

表1 不同加熱煙具的主要參數

2 結果與分析

2.1 酸性香味成分

煙草中的多元酸和飽和脂肪酸可參與調節煙氣pH，影響卷煙的勁頭和吃味，在煙氣中起平衡的作用，低級不飽和脂肪酸具有焦糖的甜的香韻，芳香酸類如苯甲酸、苯乙酸則可協調烤煙型香氣，增加香氣豐滿度。由表2可知，加熱狀態下3款產品的酸性香味成分釋放種類是L>I>G，從釋放量來看，產品I的乙酸及十六酸釋放量顯著高于G和L，因而酸性香味成分的釋放總量是I>L>G。

2.2 中性香味成分

中性香味成分是卷煙中重要的致香物質，對增強和改善卷煙的香氣具有明顯作用，主要包含酮類、醛類、酚類、醇類和酯類化合物。由表3可知，產品I的主流煙氣中所測得的中性香味成分的種類和釋放量均顯著高于產品G和L。其中酮類物質如茄尼酮、巨豆三烯酮、金合歡基丙酮等來源于天然煙葉中西柏烷類、類胡蘿卜素的降解，烯烴類物質如新植二烯來源于煙草中葉綠素的降解[10-11]，產品I中這些成分的釋放量顯著高于產品G和L，說明產品I的原料基質中含有較多煙草或煙草提取物。麥芽酚水合物的釋放量與原料中的糖分含量有關，3款產品的煙氣中均檢測到較高含量的麥芽酚水合物，可能是配方基質中含有較高糖分，乙基麥芽酚非煙草本身特有物質，在產品G和L中的存在說明其配方中可能加入了含有此成分的香甜味料液。3款產品的煙氣釋放物中均檢測到了較高含量的甘油、丙二醇，是因為加熱不燃燒卷煙的煙草基質中通常添加較多甘油和丙二醇作為發煙劑。3款產品的煙氣中都檢測到了薄荷醇，說明都采用了薄荷醇作為涼味劑，其中產品G的薄荷醇釋放量最高。胡蘿卜次醇是胡蘿卜籽油的特征成分，在產品I的煙氣中檢測到少量胡蘿卜次醇，說明其基質配方中可能含有胡蘿卜籽油。

表2 酸性香味成分釋放量?

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2.3 堿性香味成分

加熱狀態下主流煙氣中堿性香味成分以煙堿為主，兼有少量吡啶類、吡嗪類化合物。吡啶、吡嗪類化合物一般具有烤香、堅果香和焦糖香，對煙草的特征香味起著重要作用，生物堿類化合物如煙堿及煙堿的轉化物可替寧等化學物質則在滿足吸味勁頭和賦予煙草生理強度方面有重要的影響[12-13]。由表4可知，生物堿類化合物釋放量排序為I>L>G，其他雜環類化合物釋放量排序為I>G>L，說明I在吸味勁頭和煙草特征香氣方面整體優于G和L。

2.4 香味成分單位口數下釋放量的對比分析

鑒于產品I每支抽吸口數為12，G、L每支抽吸口數為8，為更加客觀比較3款產品香味成分釋放量的差異，考察了每款產品單位口數下各類香味成分釋放量的差異。差異顯著性分析結果顯示，酸性、中性、堿性香味成分之間存在顯著差異(P=0.01),但產品之間的香味成分差異不顯著(P=0.10)。由圖1可知，3款產品抽吸時單位口數下酸性香味成分的釋放量相對較低，而中性、堿性香味成分釋放量相對較高。綜合來看，各產品單位口數下的香味成分釋放總量為I>L>G。

表3 中性香味成分釋放量?

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表4 堿性香味成分釋放量?

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3款產品單位口數下的香味成分釋放量存在差異，可能是：① 各款產品配套煙支的配方不同；② 各款產品加熱方式和加熱參數不同，導致產品內部溫場分布不同。產品I的加熱器具為中心片狀加熱，持續加熱時間約為370 s，產品G的加熱器具為包圍兩段式加熱，持續加熱時間約為210 s，各品牌器具加熱方式和加熱參數的不同，可能導致抽吸時煙氣釋放物的種類和含量有所差異。

圖1 3款產品單位口數下香味成分釋放量

2.5 與傳統卷煙典型香味成分的對比分析

為反映加熱不燃燒卷煙產品與傳統卷煙香味成分的差異，測定了5款傳統卷煙主流煙氣粒相物中的典型香味成分，將各成分的平均值列于表5中與樣品I、G、L進行對比。結果表明，樣品I、G、L主流煙氣粒相物中不含香葉基丙酮、降茄尼二酮、二氫獼猴桃內酯等致香物質，巨豆三烯酮、糠醛、新植二烯等香氣物質釋放量也較低，表明這3款產品中來源于煙葉本身的致香物質種類較少，并且釋放量較低。這主要是因為加熱不燃燒卷煙的煙草基質主要是煙草薄片，可通過向薄片中添加煙草提取物來增加煙草本身的香氣物質。此外，愈創木酚類化合物、生物堿類化合物，以及氮雜環類化合物的種類與釋放量也遠低于傳統卷煙。因此加熱不燃燒卷煙在烤煙型傳統卷煙的特征香韻方面比較薄弱，可通過向煙支原料中添加具有烘焙香、煙熏香味道的香精香料加以改善。

表5 典型香味成分釋放量?

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3 結論

采用GC/MS分別對3款加熱不燃燒卷煙主流煙氣中的香味成分進行了鑒定，結果顯示：① 3款產品抽吸時單位口數下酸性香味成分的釋放量相對較低，中性及堿性香味成分釋放量相對較高；② 各產品單位口數下的香味成分釋放總量為I>L>G；③ 與傳統卷煙的典型香味成分比較，加熱不燃燒卷煙煙氣中來源于煙草本身的香氣質及香氣量均較低，且在烤煙型傳統卷煙的特征香韻方面比較薄弱，可通過向煙支原料中增加煙草提取物，或者添加具有烘焙香、煙熏香味道的香精香料加以改善。加熱不燃燒卷煙產品與傳統卷煙煙氣中典型香味成分的比較，對于加熱不燃燒煙草制品研發中的原料控制、配方設計、品質改善等方面具有一定的指導意義。