加热不燃烧卷烟产品主流烟气中香味成分的比较

王 颖 杨文彬 王 冲 陈嘉彬 李剑政 谢 涛 吉 雄

(1. 深圳烟草工业有限责任公司，广东 深圳 518109； 2. 深圳波顿香料有限公司，广东 深圳 518055)

加热不燃烧型卷烟是一类新型烟草制品，通过特殊热源对烟丝进行加热，使其在非燃烧状态下释放出供消费者吸食的烟雾。与传统卷烟相比，这类新型卷烟的有害成分和侧流烟气释放量明显减少，因此随着全球控烟力度的持续加大，加热不燃烧型卷烟产品逐渐成为国内外烟草公司的研发热点，各类新型产品不断涌现。然而，习惯于传统卷烟风格的消费者经常表现出对加热不燃烧型卷烟感官特征的不适应，说明加热不燃烧卷烟烟气的香味组成与传统卷烟存在差异，研究其香味成分的释放情况，对产品研发及品质改善具有显著的指导意义。目前，国外烟草行业对这类新型卷烟的研究[1-3]大多集中在评价减害效果的毒理研究方面，中国烟草行业在加快推进新型烟草制品研发创新的战略布局下，针对这类新型卷烟也开展了大量的研究工作[4-6]。关于挥发性成分及香味成分的研究方面，杨继等[7]通过顶空—气相色谱/质谱分析，在80～200 ℃范围内对比了加热不燃烧卷烟烟草材料和传统卷烟烟丝的挥发性化学成分；霍现宽等[8]研究了不同类型及部位的烟叶原料在不同温度下香味成分的释放特征；刘达岸等[9]从微观结构、抗张性能、烟叶及烟气化学成分等方面对比研究了不同工艺制造的加热非燃烧再造烟叶材料。以上研究工作为产品的自主研发提供了丰富的理论依据与数据支持，但这类研究多为针对原料的基础规律研究。

为进一步了解加热非燃烧型卷烟的产品特性，本研究拟从产品的角度出发，针对国外市场占有率较高的3款产品，对其在加热状态下的烟气香味成分释放特征进行分析，并与传统卷烟典型香味成分加以对比，以期为新型卷烟的研发及品质改善提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

加热不燃烧卷烟：选取国外市场占有率较高的3款加热不燃烧卷烟产品I、G、L作为研究对象；

传统卷烟样品：中国市售的5个牌号烤烟型卷烟，盒标焦油均为10 mg；

二氯甲烷、正十七烷、异丙醇、无水硫酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

标准样品：纯度>97%，美国Sigma-Aldrich公司；

直线式吸烟机：SM405型，英国Cerulean公司；

转盘式吸烟机：RM20H型，德国Borgwalt公司；

滤片：44，92 mm剑桥滤片，英国Whatman公司；

气相色谱—质谱联用仪：Trace GC Ultra-ISQ型，美国Thermofisher公司。

1.2 方法

1.2.1 抽吸方法

(1) 加热不燃烧卷烟：将样品烟连接配套加热烟具，用直线吸烟机进行抽吸。抽吸参数为抽吸容量35 mL，持续时间2 s，抽吸间隔30 s。加热烟具启动后需进行预热，预热结束后立即开始第一口抽吸，根据不同品牌的最长抽吸时间设计，固定各产品抽吸口数，各烟具主要参数及抽吸口数如表1所示。每轮抽吸5支，用44 mm剑桥滤片捕集样品烟主流烟气粒相物，共抽吸4轮。

(2) 传统卷烟：按照GB/T 19609—2004的方法用转盘吸烟机进行抽吸。抽吸参数为ISO模式下的参数：抽吸容量35 mL，持续时间2 s，抽吸间隔60 s，用92 mm剑桥滤片捕集20支卷烟的主流烟气粒相物。

1.2.2 烟气样品的前处理方法 待烟支样品抽吸完毕，将捕集有粒相物的滤片折起并擦净捕集器上的冷凝物后，放入锥形瓶中。对于加热不燃烧卷烟，需合并4张滤片。然后加入200 μL 1 mg/mL正十七烷异丙醇溶液作为内标，分两次各用50 mL二氯甲烷萃取，振荡30 min，静置15 min，合并萃取液，加入10 g无水硫酸钠振荡静置15 min，过滤后在45 ℃常压下浓缩至1 mL，取1 μL滤液进行GC/MS分析。

1.2.3 分析方法 色谱柱：HP-INNOWAX 19091N-136毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；升温程序：50 ℃保持0 min，然后以2 ℃/min升至250 ℃并保持20 min；进样方式：分流进样；分流比：20∶1；进样量：1 μL；载气流速：1 mL/min。电离方式：EI源；离子源温度：230 ℃；接口温度：250 ℃；扫描方式：全扫描。

表1 不同加热烟具的主要参数

2 结果与分析

2.1 酸性香味成分

烟草中的多元酸和饱和脂肪酸可参与调节烟气pH，影响卷烟的劲头和吃味，在烟气中起平衡的作用，低级不饱和脂肪酸具有焦糖的甜的香韵，芳香酸类如苯甲酸、苯乙酸则可协调烤烟型香气，增加香气丰满度。由表2可知，加热状态下3款产品的酸性香味成分释放种类是L>I>G，从释放量来看，产品I的乙酸及十六酸释放量显著高于G和L，因而酸性香味成分的释放总量是I>L>G。

2.2 中性香味成分

中性香味成分是卷烟中重要的致香物质，对增强和改善卷烟的香气具有明显作用，主要包含酮类、醛类、酚类、醇类和酯类化合物。由表3可知，产品I的主流烟气中所测得的中性香味成分的种类和释放量均显著高于产品G和L。其中酮类物质如茄尼酮、巨豆三烯酮、金合欢基丙酮等来源于天然烟叶中西柏烷类、类胡萝卜素的降解，烯烃类物质如新植二烯来源于烟草中叶绿素的降解[10-11]，产品I中这些成分的释放量显著高于产品G和L，说明产品I的原料基质中含有较多烟草或烟草提取物。麦芽酚水合物的释放量与原料中的糖分含量有关，3款产品的烟气中均检测到较高含量的麦芽酚水合物，可能是配方基质中含有较高糖分，乙基麦芽酚非烟草本身特有物质，在产品G和L中的存在说明其配方中可能加入了含有此成分的香甜味料液。3款产品的烟气释放物中均检测到了较高含量的甘油、丙二醇，是因为加热不燃烧卷烟的烟草基质中通常添加较多甘油和丙二醇作为发烟剂。3款产品的烟气中都检测到了薄荷醇，说明都采用了薄荷醇作为凉味剂，其中产品G的薄荷醇释放量最高。胡萝卜次醇是胡萝卜籽油的特征成分，在产品I的烟气中检测到少量胡萝卜次醇，说明其基质配方中可能含有胡萝卜籽油。

表2 酸性香味成分释放量†

† “-”表示未检出。

2.3 碱性香味成分

加热状态下主流烟气中碱性香味成分以烟碱为主，兼有少量吡啶类、吡嗪类化合物。吡啶、吡嗪类化合物一般具有烤香、坚果香和焦糖香，对烟草的特征香味起着重要作用，生物碱类化合物如烟碱及烟碱的转化物可替宁等化学物质则在满足吸味劲头和赋予烟草生理强度方面有重要的影响[12-13]。由表4可知，生物碱类化合物释放量排序为I>L>G，其他杂环类化合物释放量排序为I>G>L，说明I在吸味劲头和烟草特征香气方面整体优于G和L。

2.4 香味成分单位口数下释放量的对比分析

鉴于产品I每支抽吸口数为12，G、L每支抽吸口数为8，为更加客观比较3款产品香味成分释放量的差异，考察了每款产品单位口数下各类香味成分释放量的差异。差异显著性分析结果显示，酸性、中性、碱性香味成分之间存在显著差异(P=0.01),但产品之间的香味成分差异不显著(P=0.10)。由图1可知，3款产品抽吸时单位口数下酸性香味成分的释放量相对较低，而中性、碱性香味成分释放量相对较高。综合来看，各产品单位口数下的香味成分释放总量为I>L>G。

表3 中性香味成分释放量†

† “-”表示未检出。

表4 碱性香味成分释放量†

† “-”表示未检出。

3款产品单位口数下的香味成分释放量存在差异，可能是：① 各款产品配套烟支的配方不同；② 各款产品加热方式和加热参数不同，导致产品内部温场分布不同。产品I的加热器具为中心片状加热，持续加热时间约为370 s，产品G的加热器具为包围两段式加热，持续加热时间约为210 s，各品牌器具加热方式和加热参数的不同，可能导致抽吸时烟气释放物的种类和含量有所差异。

图1 3款产品单位口数下香味成分释放量

2.5 与传统卷烟典型香味成分的对比分析

为反映加热不燃烧卷烟产品与传统卷烟香味成分的差异，测定了5款传统卷烟主流烟气粒相物中的典型香味成分，将各成分的平均值列于表5中与样品I、G、L进行对比。结果表明，样品I、G、L主流烟气粒相物中不含香叶基丙酮、降茄尼二酮、二氢猕猴桃内酯等致香物质，巨豆三烯酮、糠醛、新植二烯等香气物质释放量也较低，表明这3款产品中来源于烟叶本身的致香物质种类较少，并且释放量较低。这主要是因为加热不燃烧卷烟的烟草基质主要是烟草薄片，可通过向薄片中添加烟草提取物来增加烟草本身的香气物质。此外，愈创木酚类化合物、生物碱类化合物，以及氮杂环类化合物的种类与释放量也远低于传统卷烟。因此加热不燃烧卷烟在烤烟型传统卷烟的特征香韵方面比较薄弱，可通过向烟支原料中添加具有烘焙香、烟熏香味道的香精香料加以改善。

表5 典型香味成分释放量†

† “-”表示未检出。

3 结论

采用GC/MS分别对3款加热不燃烧卷烟主流烟气中的香味成分进行了鉴定，结果显示：① 3款产品抽吸时单位口数下酸性香味成分的释放量相对较低，中性及碱性香味成分释放量相对较高；② 各产品单位口数下的香味成分释放总量为I>L>G；③ 与传统卷烟的典型香味成分比较，加热不燃烧卷烟烟气中来源于烟草本身的香气质及香气量均较低，且在烤烟型传统卷烟的特征香韵方面比较薄弱，可通过向烟支原料中增加烟草提取物，或者添加具有烘焙香、烟熏香味道的香精香料加以改善。加热不燃烧卷烟产品与传统卷烟烟气中典型香味成分的比较，对于加热不燃烧烟草制品研发中的原料控制、配方设计、品质改善等方面具有一定的指导意义。