爆珠中檸檬烯、薄荷醇在卷煙中的轉移行為

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

河南中煙工業有限責任公司技術中心，鄭州市經開第三大街8 號 450000

近年來，“爆珠”作為卷煙的新型增香方式，在補充、改善、協調卷煙吸食品質和提升、改變卷煙產品風格等方面的功能越來越突出。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，將其應用于“云煙”（小熊貓）、“云煙”（軟珍）、“云煙”（印象紅）等卷煙產品中，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，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。朱風鵬等［4］報道了爆珠破碎對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，并研究了爆珠中關鍵成分向主流煙氣粒相物的轉移行為。馬馳等［6］通過計算不同圓周規格卷煙煙氣線速度分析了濾嘴處溫度的變化規律，比較了不同圓周規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律。張志剛等［7］分析了爆珠濾棒與無爆珠濾棒和卷煙的物理指標差異以及主流煙氣常規指標差異，測試了爆珠破碎前后卷煙物理指標和主流煙氣指標的變化。

目前，國內外已有許多關于香料在卷煙中轉移行為的研究報道，但大多集中在添加于煙絲中單體香料的轉移行為［8-13］，而關于在爆珠加香方式下單體香料向主流煙氣的轉移行為研究卻報道較少。因此，研究了爆珠直徑、爆珠放置位置等設計參數對爆珠香味成分向主流煙氣轉移行為的影響，旨在為爆珠濾棒的精準研發提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

不同直徑爆珠樣品（所用香精為同一規格）由河南中煙工業有限責任公司技術中心提供；8.0 Y/15 000 絲束（德國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業總公司）；木漿彩色卷煙紙（26.5 mm×28 g/m2A60 CU，牡丹江恒豐紙業股份有限公司）；其余輔材參數均相同，煙絲為同一種配方且同一批次。常規卷煙、細支煙的煙支物理參數如表1 所示。

表1 卷煙樣品設計及物理指標參數Tab.1 Physical properties of designed cigarette samples

乙醇（色譜純，德國Merck 公司）；乙酸苯乙酯、薄荷醇、檸檬烯（標準品，≥98%，北京百靈威科技有限公司），有機相針式濾膜過濾器（0.22 μm，上海安譜實驗科技股份有限公司）。

7890A-5975C 氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent 公 司）；RM20H 轉 盤 式 吸煙機（德 國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 樣品的設計與制作

按照表2 設計制作不同粒徑的爆珠和相應的卷煙樣品。

1.2.2 樣品的平衡與篩選

將卷煙樣品在GB/T 16447—2004［14］規定的條件下進行平衡后，按照平均質量±0.02 g、平均吸阻±30 Pa、濾嘴通風設計值±2%的標準篩選卷煙樣品并作為待測樣。

表2 不同卷煙樣品的設計參數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［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移和濾嘴截留測定

按GB/T 19609—2004［15］規定的方法抽吸卷煙。每張劍橋濾片收集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濾片，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，將萃取液過針式濾膜后，進行GC-MS 分析。分析條件：

色譜柱：HP-5MS 彈性石英毛細管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣量：1.0 μL；進樣口溫度：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量占爆珠中該香味成分質量的百分比，計算方法見公式（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量占爆珠中該香味成分質量的百分比，計算方法見公式（2）。

式中：Ai是濾片中香味成分的質量；Bi是濾嘴中香味成分的質量；Ti是單個爆珠中香味成分的質量。

2 結果與討論

2.1 爆珠中香味成分篩選和萃取溶劑的選擇

對卷煙樣品中的爆珠按照1.2.3 節中的方法進行成分剖析，剔除非香味成分（如溶劑）以及質量分數極低的香味成分，選取質量分數＞10%且對卷煙香氣有貢獻的關鍵香味成分，結果見表3。可知，爆珠中的主要香味成分為檸檬烯和薄荷醇。異丙醇和乙醇對檸檬烯、薄荷醇的提取率均在99%以上（表4），說明其對兩種香味成分均可以萃取完全。另外，相對于異丙醇，乙醇更綠色環保。因此后續實驗選擇乙醇為萃取劑。

表3 爆珠中香味成分篩選結果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移情況的測定結果如圖1 所示。

圖1 爆珠的直徑對其香味成分轉移行為的影響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移率均呈增加趨勢；而濾嘴截留檸檬烯、薄荷醇的量均呈逐漸下降趨勢。這可能是因為隨著爆珠直徑的增大，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］，進而造成濾片捕集的香味成分呈增加趨勢而濾嘴截留的香味成分呈降低趨勢。此外，爆珠中檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉移率與在濾嘴中的截留率之和均低于100%，這可能是因為爆珠中的香味成分還有一部分轉移至主流煙氣氣相物以及側流煙氣中。

常規卷煙和細支煙中爆珠香味成分轉移情況對比見表5（以共有的直徑3.60 mm 爆珠卷煙樣品為例）。可以看出，細支煙主流煙氣中檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉移率均高于常規卷煙，而在濾嘴中的截留率均低于常規卷煙。這可能是由于細支煙橫截面小，抽吸時氣流速度較快，煙氣在濾嘴中駐留時間較短，使得濾嘴對煙氣的過濾效率較常規卷煙低，而濾片截留的粒相物較常規卷煙高［16-17］。因此，在研發爆珠卷煙時，應根據卷煙風格特征以及關鍵香味成分在不同直徑爆珠卷煙中的轉移行為，選擇適宜的爆珠直徑，以達到既優質又經濟的目標。

表5 常規卷煙和細支煙中爆珠香味成分轉移情況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移情況測定結果如圖2 所示。

圖2 爆珠放置位置對香味成分轉移行為的影響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移率總體均呈降低趨勢，濾嘴對兩種香味成分的截留率呈增加趨勢，這可能是因為距唇端距離越遠，香味成分在濾嘴中駐留的時間越長，慣性碰撞和攔截過濾作用均提高，使得香味成分在濾嘴中截留的多而向粒相物中轉移的少［18］。香味成分向主流煙氣粒相物的轉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，但在距離打孔位置較近時均略微下降。這可能是因為爆珠位置在打孔位置之后，且距離打孔位置越近越易于發生側流逸散。此外，就香味成分在濾嘴中的截留率而言，細支煙的截留率明顯低于常規卷煙，可能原因為：相對于常規卷煙，細支煙普遍采用的是高單旦、低總旦的絲束，且細支煙橫截面小，抽吸時氣流速度較快，煙氣在濾嘴中駐留時間較短，使得濾嘴對主流煙氣的過濾效率較低［17，19］。因此，設計和開發爆珠卷煙時，可根據爆珠中香味成分隨爆珠距唇端距離的變化規律，選擇適宜的放置位置，以達到增補煙香、突出特色的目的。

2.3 爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇轉移行為的相關性分析

爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇轉移行為的相關性分析結果（表6）顯示：無論是常規卷煙還是細支煙，爆珠直徑與檸檬烯、薄荷醇向主流煙氣粒相物的轉移率正相關，與檸檬烯、薄荷醇在濾嘴截留率負相關，且均達到極顯著水平。

表6 爆珠直徑與香味成分轉移行為的相關性分析結果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、薄荷醇轉移行為的相關性分析

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

表7 爆珠位置與香味成分轉移行為的相關性分析結果Tab.7 Results of correlation analysis between capsule location and transfer behavior of aroma components

3 結論

①相關性分析表明：爆珠直徑、爆珠放置位置對爆珠中檸檬烯和薄荷醇轉移行為的影響達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移率呈增加趨勢，而在濾嘴中的截留率呈降低趨勢。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移率呈降低趨勢，而在濾嘴中的截留率呈增加趨勢。④檸檬烯、薄荷醇向細支煙主流煙氣粒相物的轉移率高于常規卷煙，而在濾嘴中的截留率低于常規卷煙。