不同加香方式细支卷烟香味成分在烟气中的逐口释放

毕艳玖，吴圣超，吴秉宇，华 青，周梦茜，俞森文，费 婷

上海烟草集团有限责任公司技术中心，上海市浦东新区秀浦路3733号 201315

卷烟加香可丰富卷烟香气，提升卷烟品质，目前常用的卷烟加香方式包括烟丝加香、爆珠加香、丝束加香、香线加香等［1-2］。分析不同加香方式下卷烟烟气中香味成分的逐口释放规律，对研究消费者抽吸感受以及加香方式的选择有重要意义［3-8］。不同加香方式逐口转移的影响因素主要为：①加香部位。烟丝段的香味成分受到烟丝、滤嘴的过滤，受热温度高，滤嘴段的香味成分无烟丝过滤的影响，受热温度低。②香味成分施加后的结合方式。香味成分结合的强弱直接影响释放规律，烟丝加香、丝束加香、香线加香中香味成分分别与烟丝、丝束、香线结合，受热后直接转移到烟气中，爆珠加香香味成分溶解在溶剂中，受热后需要从液体中挥发，再转移到烟气中。③香味成分挥发性。不同挥发性的香味成分的挥发、过滤效果差异很大［9-10］。

目前行业内对加香卷烟香味成分的逐口释放研究主要集中在常规卷烟领域，如烟丝加香［11］、爆珠加香［12-13］、丝束加香［14］、香线加香［15］的逐口释放规律，较为系统深入地揭示了常规卷烟不同加香方式下香味成分的逐口释放规律，但未见不同加香方式下香味成分逐口释放差异性研究的报道。细支卷烟由于烟丝量的减少，导致香气量相对降低，卷烟加香技术则可有效补充细支卷烟香气量，改善消费者抽吸体验。目前未见针对细支卷烟不同加香方式的逐口转移研究。因此，针对细支卷烟，选择醇类、醛类、酮类、酯类等不同种类香味成分共18种，研究其在烟丝加香、丝束加香、香线加香和爆珠加香4种加香方式下的逐口释放规律，比较不同加香方式之间的差异，旨在为细支卷烟的加香方式选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

空白卷烟参数：规格为［59 mm（烟支）+25 mm（醋纤滤嘴）］×17 mm（圆周），吸阻为1 900 Pa，固定烟丝配方和辅材（上海烟草集团有限责任公司天津卷烟厂提供）。

三乙酸甘油酯、辛癸酸甘油酯、乙醇（色谱纯，德国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（色谱纯，北京百灵威公司）。

香味成分具体信息如表1所示。

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

7890B/7010GC-MS/MS联用仪、0.45 μm有机滤膜（美国Agilent公司）；RM20H转盘式吸烟机（德国Borgwaldt KC公司）；HY-2A调速多用振荡器（上海康曼技电子科技有限公司）；XP603S电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司）。

1.2 方法

1.2.1 试验卷烟样品制备

按文献［16］中的方法制备烟丝加香、丝束加香、香线加香和爆珠加香样品。

1.2.2 卷烟的逐口分析及检测

用转盘型吸烟机标配的逐口捕集单元捕集20支卷烟逐口主流烟气粒相物，抽吸完毕将剑桥滤片（44 mm）放入锥形瓶，用10 mL含1 μg/mL内标的无水乙醇200 r/min振荡萃取1 h，然后过0.45 μm有机滤膜待测。采用前期研究建立的烟气香味成分定量方法［16］，测定卷烟逐口主流烟气粒相中的香味成分含量（质量分数）。

1.2.3 相似度分析

采用夹角余弦分析方法，对不同加香方式的香味成分逐口释放量进行相似度分析。每种加香方式的不同香味成分释放量数据构成一个向量，计算不同加香方式向量的夹角余弦，夹角余弦值越接近1相似度越高［17］。

夹角余弦的计算公式：

式中：xi，yi为两种加香方式的香味成分逐口释放量。

2 结果与讨论

2.1 不同加香方式逐口释放的相似度分析

对不同加香方式下各类香味成分的逐口释放数据，利用统计学软件中夹角余弦算法，进行向量的相似度分析。得到逐口及整体主流烟气不同加香方式间夹角余弦算法的相似度，如表2所示。

整体主流烟气粒相转移率，丝束加香和香线加香之间相似度最高；爆珠加香与丝束加香和香线加香之间，相似度均较高；烟丝加香与其他3种加香方式相似度最低。不同加香方式加香部位和香味成分转移行为的差异与相似度结果较为一致。

主流烟气粒相逐口转移率，丝束加香和香线加香之间，除第1口夹角余弦值为0.988外，第2～5口的夹角余弦值均超过0.99；爆珠加香与丝束加香、香线加香方式之间，每一口的夹角余弦值均较为接近，随口数增加略有上升；烟丝加香和爆珠加香、丝束加香、香线加香方式之间的夹角余弦值，随着口数增加从0.587增大至0.872，表明烟丝加香与3种滤嘴加香方式的差异随着抽吸口数增加越来越小。

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

2.2 香味成分主流烟气粒相逐口转移率

4种加香方式下，醛类、酮类、乙酯类香味成分逐口转移规律相似，醇类与其他类香味成分略有差异。醇类、乙酯类香味成分的主流烟气粒相转移率如图1和图2所示。

烟丝加香方式下，各类香味成分逐口释放规律较为一致：低沸点成分的逐口释放量在前4口随抽吸口数增加而明显升高，第5口不再增加；高沸点成分的逐口释放量在第2～3口即接近峰值，之后几口不再明显增加或开始下降。烟丝段温度为影响烟丝加香香味成分逐口释放的主要因素［18-19］，由于卷烟燃烧过程中，燃烧区温度为700～950℃，蒸馏区温度为200～600℃，滤嘴段温度为25～60℃［12］，烟丝加香的香味成分在卷烟蒸馏区蒸发转移到烟气中。主流烟气粒相逐口转移率受蒸馏区温度、香味成分沸点、蒸发焓等影响。随着抽吸口数的增加，烟支逐渐变短，过滤效率减弱，香味成分的逐口转移率逐渐上升［15，20］。但随着抽吸口数的进一步增加，烟丝中香味成分的剩余量下降明显，导致逐口释放量在第2～3口接近峰值后开始下降。烟丝加香方式下，低沸点香味成分大部分会在抽吸前迁移到滤嘴段［21］，导致逐口释放规律与滤嘴加香较为相似。丝束加香和香线加香方式下，各类香味成分逐口释放量均随抽吸口数增加而升高，其中不同分子量醇类香味成分逐口转移率基本一致，不同分子量醛类、酮类、乙酯类香味成分逐口转移率差异较大。丝束加香和香线加香的加香部位在滤嘴段，香味成分分别被丝束和香线吸附，在滤嘴段蒸发转移至烟气中。随着抽吸口数增加，燃烧锥越靠后，滤嘴温度越高，香味成分逐口释放量显著提高。

图1 醇类香味成分主流烟气粒相逐口转移率Fig.1 Puff-by-puff transfer rates of alcoholic aroma components to particulate matter of mainstream smoke

图2 乙酯类香味成分主流烟气粒相逐口转移率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，醇类香味成分逐口释放量在第2口就已基本稳定，醛类、酮类、乙酯类香味成分逐口释放量随口数增加而小幅度增加。滤嘴段温度是影响爆珠加香香味成分逐口释放量的关键因素，爆珠香味成分需要从爆珠溶剂转移到烟气中，溶剂抑制了香味成分逐口释放，爆珠加香香味成分逐口释放量增加幅度小于烟丝加香、丝束加香、香线加香。

2.3 香味成分逐口释放与沸点的关系

不同沸点的香味成分的挥发、过滤效果差异很大。为进一步考察不同加香方式下香味成分逐口释放量与沸点的关系，绘制香味成分逐口释放量在总释放量中的占比图，丝束加香、香线加香、爆珠加香的香味成分逐口释放量占比规律相似，烟丝加香的香味成分逐口释放量占比与其他加香方式有较大差异。以烟丝加香和爆珠加香为例，结果如图3、图4所示。

烟丝加香方式下，醇类、酯类香味成分与沸点的关系较为显著，随着沸点的升高，第1～3口的逐口释放量占比逐渐升高，第4～5口的逐口释放量占比逐渐降低。高沸点成分抽吸前主要持留在烟丝中，逐口释放量前3口随烟丝过滤效率减弱而升高，后两口因烟丝中香味成分剩余量明显减少而开始下降。酮类、醛类香味成分与沸点的关系相对较弱，随着沸点的升高，第1～3口的逐口释放量占比略有升高，第4～5口的逐口释放量占比略有降低。烟丝加香方式香味成分直接受到蒸馏段高温影响，不同沸点的香味成分逐口释放量占比有较大差异。

爆珠加香方式下，滤嘴段温度变化幅度较烟丝段温度变化小，同种类香味成分逐口释放量占比较为一致，与沸点无明显关系，仅醇类香味成分逐口释放量占比随沸点升高略有变化。丝束加香和香线加香方式下，同种类香味成分逐口释放量占比较为一致，与沸点无明显关系，规律与爆珠加香较为相似。

图3 香味成分在烟丝加香方式下逐口释放量占比Fig.3 Proportions of puff-by-puff releases of aroma components from tobacco-flavored samples

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

3 结论

通过不同种类、不同沸点香味成分的逐口释放分析，获得不同加香方式逐口释放规律。①丝束加香和香线加香之间相似度最高，爆珠加香与丝束加香和香线加香之间，相似度均较高，烟丝加香与其他3种加香方式相似度最低。②香味成分加香部位、结合方式和沸点是影响逐口释放的主要因素。③烟丝加香受蒸馏段高温影响，不同沸点香味成分逐口释放有较大差异，不同沸点的同类香味成分逐口释放量占比也有明显不同。④爆珠加香受爆珠香精溶剂和滤嘴温度影响，香味成分逐口释放量最为稳定，沸点对同类香味成分的释放量无明显影响。⑤丝束加香和香线加香方式下香味成分逐口释放量随抽吸口数增加而升高，沸点对同类香味成分的释放量无明显影响。

不同加香方式中，爆珠加香香味成分逐口释放量变化最小，抽吸感受最为稳定；丝束加香和香线加香香味成分逐口释放量逐渐提升，后期满足感更强；醇类香味成分的释放规律与其他类香味成分的释放规律有差异，产品开发中需要重点关注。