不同加香方式細支卷煙香味成分在煙氣中的逐口釋放

畢艷玖，吳圣超，吳秉宇，華 青，周夢茜，俞森文，費 婷

上海煙草集團有限責任公司技術中心，上海市浦東新區秀浦路3733號 201315

卷煙加香可豐富卷煙香氣，提升卷煙品質，目前常用的卷煙加香方式包括煙絲加香、爆珠加香、絲束加香、香線加香等［1-2］。分析不同加香方式下卷煙煙氣中香味成分的逐口釋放規律，對研究消費者抽吸感受以及加香方式的選擇有重要意義［3-8］。不同加香方式逐口轉移的影響因素主要為：①加香部位。煙絲段的香味成分受到煙絲、濾嘴的過濾，受熱溫度高，濾嘴段的香味成分無煙絲過濾的影響，受熱溫度低。②香味成分施加后的結合方式。香味成分結合的強弱直接影響釋放規律，煙絲加香、絲束加香、香線加香中香味成分分別與煙絲、絲束、香線結合，受熱后直接轉移到煙氣中，爆珠加香香味成分溶解在溶劑中，受熱后需要從液體中揮發，再轉移到煙氣中。③香味成分揮發性。不同揮發性的香味成分的揮發、過濾效果差異很大［9-10］。

目前行業內對加香卷煙香味成分的逐口釋放研究主要集中在常規卷煙領域，如煙絲加香［11］、爆珠加香［12-13］、絲束加香［14］、香線加香［15］的逐口釋放規律，較為系統深入地揭示了常規卷煙不同加香方式下香味成分的逐口釋放規律，但未見不同加香方式下香味成分逐口釋放差異性研究的報道。細支卷煙由于煙絲量的減少，導致香氣量相對降低，卷煙加香技術則可有效補充細支卷煙香氣量，改善消費者抽吸體驗。目前未見針對細支卷煙不同加香方式的逐口轉移研究。因此，針對細支卷煙，選擇醇類、醛類、酮類、酯類等不同種類香味成分共18種，研究其在煙絲加香、絲束加香、香線加香和爆珠加香4種加香方式下的逐口釋放規律，比較不同加香方式之間的差異，旨在為細支卷煙的加香方式選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

空白卷煙參數：規格為［59 mm（煙支）+25 mm（醋纖濾嘴）］×17 mm（圓周），吸阻為1 900 Pa，固定煙絲配方和輔材（上海煙草集團有限責任公司天津卷煙廠提供）。

三乙酸甘油酯、辛癸酸甘油酯、乙醇（色譜純，德國Merck公司）；正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-癸酮、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、庚酸甲酯（色譜純，北京百靈威公司）。

香味成分具體信息如表1所示。

表1 香味成分信息表Tab.1 Information of aroma components tested

7890B/7010GC-MS/MS聯用儀、0.45 μm有機濾膜（美國Agilent公司）；RM20H轉盤式吸煙機（德國Borgwaldt KC公司）；HY-2A調速多用振蕩器（上海康曼技電子科技有限公司）；XP603S電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗卷煙樣品制備

按文獻［16］中的方法制備煙絲加香、絲束加香、香線加香和爆珠加香樣品。

1.2.2 卷煙的逐口分析及檢測

用轉盤型吸煙機標配的逐口捕集單元捕集20支卷煙逐口主流煙氣粒相物，抽吸完畢將劍橋濾片（44 mm）放入錐形瓶，用10 mL含1 μg/mL內標的無水乙醇200 r/min振蕩萃取1 h，然后過0.45 μm有機濾膜待測。采用前期研究建立的煙氣香味成分定量方法［16］，測定卷煙逐口主流煙氣粒相中的香味成分含量（質量分數）。

1.2.3 相似度分析

采用夾角余弦分析方法，對不同加香方式的香味成分逐口釋放量進行相似度分析。每種加香方式的不同香味成分釋放量數據構成一個向量，計算不同加香方式向量的夾角余弦，夾角余弦值越接近1相似度越高［17］。

夾角余弦的計算公式：

式中：xi，yi為兩種加香方式的香味成分逐口釋放量。

2 結果與討論

2.1 不同加香方式逐口釋放的相似度分析

對不同加香方式下各類香味成分的逐口釋放數據，利用統計學軟件中夾角余弦算法，進行向量的相似度分析。得到逐口及整體主流煙氣不同加香方式間夾角余弦算法的相似度，如表2所示。

整體主流煙氣粒相轉移率，絲束加香和香線加香之間相似度最高；爆珠加香與絲束加香和香線加香之間，相似度均較高；煙絲加香與其他3種加香方式相似度最低。不同加香方式加香部位和香味成分轉移行為的差異與相似度結果較為一致。

主流煙氣粒相逐口轉移率，絲束加香和香線加香之間，除第1口夾角余弦值為0.988外，第2～5口的夾角余弦值均超過0.99；爆珠加香與絲束加香、香線加香方式之間，每一口的夾角余弦值均較為接近，隨口數增加略有上升；煙絲加香和爆珠加香、絲束加香、香線加香方式之間的夾角余弦值，隨著口數增加從0.587增大至0.872，表明煙絲加香與3種濾嘴加香方式的差異隨著抽吸口數增加越來越小。

表2 不同加香方式香味成分逐口釋放的相似度（夾角余弦算法）Tab.2 Cosine similarity analysis of puff-by-puff releases of aroma components from samples flavored by different methods

2.2 香味成分主流煙氣粒相逐口轉移率

4種加香方式下，醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口轉移規律相似，醇類與其他類香味成分略有差異。醇類、乙酯類香味成分的主流煙氣粒相轉移率如圖1和圖2所示。

煙絲加香方式下，各類香味成分逐口釋放規律較為一致：低沸點成分的逐口釋放量在前4口隨抽吸口數增加而明顯升高，第5口不再增加；高沸點成分的逐口釋放量在第2～3口即接近峰值，之后幾口不再明顯增加或開始下降。煙絲段溫度為影響煙絲加香香味成分逐口釋放的主要因素［18-19］，由于卷煙燃燒過程中，燃燒區溫度為700～950℃，蒸餾區溫度為200～600℃，濾嘴段溫度為25～60℃［12］，煙絲加香的香味成分在卷煙蒸餾區蒸發轉移到煙氣中。主流煙氣粒相逐口轉移率受蒸餾區溫度、香味成分沸點、蒸發焓等影響。隨著抽吸口數的增加，煙支逐漸變短，過濾效率減弱，香味成分的逐口轉移率逐漸上升［15，20］。但隨著抽吸口數的進一步增加，煙絲中香味成分的剩余量下降明顯，導致逐口釋放量在第2～3口接近峰值后開始下降。煙絲加香方式下，低沸點香味成分大部分會在抽吸前遷移到濾嘴段［21］，導致逐口釋放規律與濾嘴加香較為相似。絲束加香和香線加香方式下，各類香味成分逐口釋放量均隨抽吸口數增加而升高，其中不同分子量醇類香味成分逐口轉移率基本一致，不同分子量醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口轉移率差異較大。絲束加香和香線加香的加香部位在濾嘴段，香味成分分別被絲束和香線吸附，在濾嘴段蒸發轉移至煙氣中。隨著抽吸口數增加，燃燒錐越靠后，濾嘴溫度越高，香味成分逐口釋放量顯著提高。

圖1 醇類香味成分主流煙氣粒相逐口轉移率Fig.1 Puff-by-puff transfer rates of alcoholic aroma components to particulate matter of mainstream smoke

圖2 乙酯類香味成分主流煙氣粒相逐口轉移率Fig.2 Puff-by-puff transfer rates of ethyl ester aroma components to particulate matter of mainstream smoke

爆珠加香方式下，醇類香味成分逐口釋放量在第2口就已基本穩定，醛類、酮類、乙酯類香味成分逐口釋放量隨口數增加而小幅度增加。濾嘴段溫度是影響爆珠加香香味成分逐口釋放量的關鍵因素，爆珠香味成分需要從爆珠溶劑轉移到煙氣中，溶劑抑制了香味成分逐口釋放，爆珠加香香味成分逐口釋放量增加幅度小于煙絲加香、絲束加香、香線加香。

2.3 香味成分逐口釋放與沸點的關系

不同沸點的香味成分的揮發、過濾效果差異很大。為進一步考察不同加香方式下香味成分逐口釋放量與沸點的關系，繪制香味成分逐口釋放量在總釋放量中的占比圖，絲束加香、香線加香、爆珠加香的香味成分逐口釋放量占比規律相似，煙絲加香的香味成分逐口釋放量占比與其他加香方式有較大差異。以煙絲加香和爆珠加香為例，結果如圖3、圖4所示。

煙絲加香方式下，醇類、酯類香味成分與沸點的關系較為顯著，隨著沸點的升高，第1～3口的逐口釋放量占比逐漸升高，第4～5口的逐口釋放量占比逐漸降低。高沸點成分抽吸前主要持留在煙絲中，逐口釋放量前3口隨煙絲過濾效率減弱而升高，后兩口因煙絲中香味成分剩余量明顯減少而開始下降。酮類、醛類香味成分與沸點的關系相對較弱，隨著沸點的升高，第1～3口的逐口釋放量占比略有升高，第4～5口的逐口釋放量占比略有降低。煙絲加香方式香味成分直接受到蒸餾段高溫影響，不同沸點的香味成分逐口釋放量占比有較大差異。

爆珠加香方式下，濾嘴段溫度變化幅度較煙絲段溫度變化小，同種類香味成分逐口釋放量占比較為一致，與沸點無明顯關系，僅醇類香味成分逐口釋放量占比隨沸點升高略有變化。絲束加香和香線加香方式下，同種類香味成分逐口釋放量占比較為一致，與沸點無明顯關系，規律與爆珠加香較為相似。

圖3 香味成分在煙絲加香方式下逐口釋放量占比Fig.3 Proportions of puff-by-puff releases of aroma components from tobacco-flavored samples

圖4 香味成分在爆珠加香方式下逐口釋放量占比Fig.4 Proportions of puff-by-puff releases of aroma components from capsule-flavored samples

3 結論

通過不同種類、不同沸點香味成分的逐口釋放分析，獲得不同加香方式逐口釋放規律。①絲束加香和香線加香之間相似度最高，爆珠加香與絲束加香和香線加香之間，相似度均較高，煙絲加香與其他3種加香方式相似度最低。②香味成分加香部位、結合方式和沸點是影響逐口釋放的主要因素。③煙絲加香受蒸餾段高溫影響，不同沸點香味成分逐口釋放有較大差異，不同沸點的同類香味成分逐口釋放量占比也有明顯不同。④爆珠加香受爆珠香精溶劑和濾嘴溫度影響，香味成分逐口釋放量最為穩定，沸點對同類香味成分的釋放量無明顯影響。⑤絲束加香和香線加香方式下香味成分逐口釋放量隨抽吸口數增加而升高，沸點對同類香味成分的釋放量無明顯影響。

不同加香方式中，爆珠加香香味成分逐口釋放量變化最小，抽吸感受最為穩定；絲束加香和香線加香香味成分逐口釋放量逐漸提升，后期滿足感更強；醇類香味成分的釋放規律與其他類香味成分的釋放規律有差異，產品開發中需要重點關注。