滤嘴通风度对卷烟主流烟气中一些香味成分释放量的影响

蔡君兰,韩 冰,张晓兵,赵晓东,刘惠民,谢复炜＊

1.中国烟草总公司郑州烟草研究院,郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

2.广东中烟工业有限责任公司,广州市荔湾区中山七路333号 510145

卷烟滤嘴通风稀释技术是有效降低卷烟焦油、减少卷烟有害成分的方法。该技术能降低烟气有害成分,但同时也会降低卷烟香味成分,导致卷烟烟味变淡、香气减弱,使卷烟产品失去原有风格。因此,如何在使用滤嘴通风稀释技术降低卷烟焦油、减少卷烟有害成分的前提下,对卷烟产品进行増香、补香,减少卷烟烟气香气损失,已成为国内外烟草行业关注和研究的重点。目前,国内外开展滤嘴通风稀释技术对卷烟烟气成分影响的研究多集中于主流烟气常规成分、粒相中的香味成分[1-5],对主流烟气气相的香味成分在通风稀释后的变化研究较少。然而,在卷烟燃吸过程中,香味成分在气相和粒相之间分配比例的改变都会对卷烟的感官质量产生影响[6-13],只有掌握卷烟主流烟气中香味成分的气粒相变化规律才能根据不同化合物分配比例的变化,采取有效的手段,既有针对性地降低卷烟烟气中的有害成分,又有选择性地加香加料来解决因降低卷烟焦油量而使烟气稀释、香味变淡的问题。因此,分析了不同滤嘴通风度对卷烟主流烟气气相和粒相中香味成分释放量的影响,旨在探索卷烟主流烟气香味成分的传输规律,为开展卷烟补香、增香等方面的技术研究提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

卷烟样品:滤嘴通风度分别为0,10%,25%,40%,54%和64%,叶组配方和卷烟材料相同(红塔烟草集团有限责任公司)。

甲苯、对-二甲苯、环戊酮、邻-二甲苯、柠檬烯、4-乙基甲苯、3-乙基甲苯、苯乙烯、对-甲基异丙基苯、2-乙基吡啶、3-甲基吡啶、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、糠醛、3-甲基-2-环戊烯-1-酮、2-乙酰呋喃、苯甲醛、吡咯、5-甲基糠醛、2-呋喃甲醇、苯乙醇(标样,纯度均>96%,均为进口试剂);乙酸苯乙酯(纯度>98%,上海试剂总厂);甲醇(色谱纯,美国D ikm a公司);异丙醇(AR,天津市凯通化学试剂有限公司)。

HP6890N/5975气相色谱/质谱联用仪(美国Agilen t公司);Borgw alt-KC RM 20H 20孔道转盘式吸烟机(德国Borgw alt KC公司);KQ-300DE超声波清洗仪(昆山市超声仪器有限公司);吸收瓶[11](20 m L,自制);采样管(XAD-2,美国Supelco公司)。

1.2 方法

采用烟草行业标准YC/T 29—1996[14]测定卷烟主流烟气常规成分;采用文献[15]的方法测定卷烟主流气相和粒相中共存的32种香味成分,包括酮类14种、呋喃类6种、吡啶类4种、羧酸类2种、其它类6种。

2 结果与讨论

2.1 滤嘴通风度对卷烟主流烟气常规成分的影响

对滤嘴通风度分别为0,10%,25%,40%,54%和64%的卷烟主流烟气中常规成分的测定结果如表1所示。由表1可知,卷烟主流烟气常规成分释放量随着滤嘴通风度的增加出现不同程度的降低。

2.2 滤嘴通风度对卷烟主流烟气气粒相中香味成分总释放量的影响

卷烟定量测定结果(表2)表明:①随着滤嘴通风度的增加,30种香味成分在气相和粒相中的总释放量降低;②19种香味成分(环戊酮、2-甲基环戊酮、3-甲基环戊酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮醇、3,4-二甲基-2-环戊烯-1-酮、2-环戊烯-1-酮、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、3-甲基-2-环戊烯-1-酮、2,3-二甲基-2-环戊烯-1-酮、2-环戊烯-1,4-二酮、吡啶、3-甲基吡啶、2-乙基吡啶、4-乙烯基吡啶、2-乙基呋喃、3-糠醛、2-乙酰呋喃和柠檬烯)在气相和粒相中的总释放量随着滤嘴通风度的增加而逐渐减少,基本呈线性关系;③7种香味成分(苯甲醛、糠醛、5-甲基糠醛、2-糠醇、丙酮酸甲酯、乙酸和丙酸)在气相和粒相中的总释放量随着滤嘴通风度的增加先减少较快,再趋于平稳;④4种香味成分(苯甲醛、糠醛、5-甲基糠醛、2-糠醇、丙酮酸甲酯、乙酸和丙酸)在气相和粒相中的总释放量随着滤嘴通风度的增加先趋于平稳,再减少较快;⑤2种香味成分(苯乙醇和4-羟基-4-甲基-2-戊酮)在气相和粒相中的总释放量随着滤嘴通风度的增加无明显变化趋势。产生上述现象的原因是随着滤嘴通风度的增加,烟气经过通风稀释后,卷烟抽吸时消耗的烟丝减少,阴燃时消耗的烟丝增多,所以卷烟主流烟气中香味成分的释放量也相应减少。

表1 卷烟主流烟气常规成分释放量(m g/支)

表2 不同滤嘴通风度卷烟主流烟气中32种香味成分的定量结果(μg/支)

(续表2)

2.3 化合物性质对不同滤嘴通风度卷烟主流烟气气粒相中香味成分的总释放量的影响

由于稀释后的主流烟气各种成分的理化性质不同,其气相物和粒相物释放量的降低幅度也不尽相同,所以主流烟气中香味成分的总释放量降低的幅度也不相同。

在所分析的卷烟样品中,随着滤嘴通风度的增加,主流烟气中香味成分的总释放量降低比率与化合物的沸点有一定相关性。分析表明,酮类、呋喃类化合物的总释放量降低比率,分别随着同一类化合物的沸点升高而升高,即低沸点化合物的总释放量降低率较低,高沸点化合物的总释放量降低率较高。

2.4 滤嘴通风度对卷烟主流烟气气粒相中香味成分的气相/粒相分配比的影响

32种香味成分在不同滤嘴通风度卷烟主流烟气中的气相/粒相分配比如表3所示。

表3 不同通风度卷烟主流烟气中香味成分的气相/粒相分配比

(续表3)

由表3可知:(1)2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、环戊酮、2-甲基环戊酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、吡咯等6种化合物在不同滤嘴通风度卷烟中的气相释放量均高于其粒相释放量;(2)2,3-二甲基-2-环戊烯-1-酮、2-环戊烯-1,4-二酮、5-甲基糠醛、2-糠醇、2-乙酰呋喃、2-乙基吡啶、4-乙烯基吡啶、乙酸、丙酸和丙二醇等10种化合物在不同滤嘴通风度卷烟中的气相释放量均低于其粒相释放量;(3)30种香味成分的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加而增加,其中15种香味成分(苯乙醇、2,3-丁二酮、环戊酮、2-甲基环戊酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮醇、3,4-二甲基-2-环戊烯-1-酮、2-环戊烯-1-酮、3-甲基-2-环戊烯-1-酮、3-甲基吡啶、2-乙基呋喃、3-糠醛、2-乙酰呋喃、柠檬烯和乙酸)气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加而逐渐升高,基本呈线性关系(例如环戊酮,图1a);14种香味成分(苯甲醛、3-甲基环戊酮、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、2,3-二甲基-2-环戊烯-1-酮、2-环戊烯-1,4-二酮、吡啶、2-乙基吡啶、4-乙烯基吡啶、糠醛、5-甲基糠醛、2-糠醇、丙酸和丙二醇)气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加先保持稳定,再较快升高(例如2-甲基-2-环戊烯-1-酮,图1b);2,3-戊二酮的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加先较快升高,再趋于稳定(图1c);(4)丙酮酸甲酯的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加先升高再降低(图1d);(5)吡咯的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的增加先降低再升高(图1e)。

图1 几种香味成分的气相/粒相分配比随着滤嘴通风度的变化

研究表明,随着卷烟滤嘴通风度的增加,绝大多香味成分的气相/粒相分配比增加,化合物更倾向于在气相中存在。产生上述现象的原因是随着滤嘴通风度的增加,烟气经过通风稀释后,气相香味成分和粒相香味成分的释放量都降低,但是二者的降低率不同,大多数香味成分的气相释放量降低率低于其粒相释放量降低率,从而使主流烟气经高度稀释后,香味成分的气相/粒相分配比升高。部分香味成分的气相/粒相分配不随着滤嘴通风度的增加而升高,可能是某些香味成分的浓度较低,实验偏差对实验结果影响较大。

2.5 化合物性质对不同滤嘴通风度卷烟主流烟气气粒相中香味成分的气相/粒相分配比的影响

主流烟气中的香味成分因其理化特性不同,其气相/粒相分配比升高的幅度也不尽相同。在所分析的不同滤嘴通风度卷烟中,主流烟气中香味成分气相/粒相分配比的升高比率与化合物的沸点有一定相关性。分析表明:酮类和呋喃类化合物气相/粒相分配比的升高比率,分别随着同一类化合物的沸点升高而增加(图2和图3)。

图2 酮类化合物气相/粒相分配比的升高比率随其沸点的变化

2.6 主流烟气中香味成分的单位烟碱释放量与滤嘴通风度的相关性

对主流烟气中香味成分的单位烟碱气相、粒相和总释放量与滤嘴通风度的相关性进行了分析,结果(表4)表明,主流烟气中香味成分的单位烟碱释放量与卷烟滤嘴通风度具有一定相关性:①粒相中,31种香味成分的单位烟碱释放量与卷烟滤嘴通风度成负相关,苯乙醇的单位烟碱释放量与卷烟滤嘴通风度成正相关;②气相中,15种香味成分的单位烟碱释放量与卷烟滤嘴通风度成负相关,17种香味成分的单位烟碱释放量与卷烟滤嘴通风度成正相关;③30种香味成分单位烟碱的气粒相释放总量与卷烟滤嘴通风度成负相关,4-羟基-4-甲基-2-戊酮和苯乙醇的单位烟碱气粒相释放总量与卷烟滤嘴通风度成正相关。

研究结果表明,30种香味成分单位烟碱的气粒相释放总量随着卷烟滤嘴通风度的增加呈负相关,表明随着卷烟滤嘴通风度的增加,卷烟的烟碱释放量降低,香味成分释放量也降低,且香味成分的降低速率高于烟碱的降低速率,香味成分的损失要多于烟碱的损失,采用卷烟滤嘴通风技术在降低卷烟焦油、烟碱的同时,必须考虑利用补香、增香技术来减少卷烟烟气香味成分的损失。

图3 呋喃类化合物气相/粒相分配比的升高比率随其沸点的变化

表4 香味成分的单位烟碱释放量与滤嘴通风度的相关性

(续表4)

3 结论

卷烟主流烟气常规成分释放量随着滤嘴通风度的增加出现不同程度的降低;增加滤嘴通风度,30种香味成分的总释放量降低,同一类化合物,低沸点化合物的总释放量降低率较低,高沸点化合物的总释放量降低率较高;增加滤嘴通风度,30种香味成分的气相/粒相分配比升高,同一类化合物的气相/粒相分配比的升高比率随着沸点升高而增加;30种香味成分单位烟碱的总释放量与卷烟滤嘴通风度成负相关。

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