接装纸中甜味剂的迁移机制

张 钦 叶明樵 王 娜 王 磊

为了提升卷烟产品的品质及烟民抽烟时的味觉感官效果，通常会在烟用包装材料中进行加香处理。烟用包装材料使用的卷烟加香技术主要通过对不同部位进行加香处理来完成，例如烟丝、卷烟纸、滤嘴和接装纸等部位[1-3]。其中，在接装纸上均匀涂布甜味剂是最常用的加香方式[4-5]。甜味剂的使用可在不改变香烟原有风格的基础上，提升卷烟的品质，使卷烟有更好的口感[6]。然而，随着存放时间的延长，接装纸表面的甜味剂含量会发生变化，从而影响卷烟的感官品质[7]。在卷烟厂的实际生产流程中，镀铝接装纸口感减弱尤为明显，而未镀铝接装纸的口感几乎不发生改变。

为了监测接装纸(天下名楼)中安赛蜜和糖精钠[8]两种甜味剂的含量，研究拟建立基于超高效液相色谱法的同时且快速测定两种甜味剂的检测方法[9-10],通过采用模拟接装纸中甜味剂的迁移试验，探讨接装纸表面甜味口感明显变化的原因；采用贴合成形纸的方式诱导甜味剂迁移，并检测接装纸中两种甜味剂含量随迁移时间的变化，探索其迁移的规律。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

标准品安赛蜜、糖精钠：湖北中烟工业有限责任公司；

甲醇、乙酸铵：色谱级，国药集团化学试剂有限公司；

接装纸：湖北中烟工业有限责任公司。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪：LC-20AD型，日本岛津公司；

C18色谱柱：4.6 mm×250 mm，5 μm，日本岛津公司；

分析天平：ME204型，瑞士Mettler Toledo公司；

超声波清洗器：FRQ-1006TH型，杭州法兰特超声波科技有限公司；

扫描电子显微镜：SU-8010型，日本日立公司；

Cobb值测定仪：PY-H615型，深圳市普云电子有限公司；

透气度测定仪：L&W 266型，瑞典L&W公司。

1.3 试验方法

1.3.1 甜味剂含量提取方法 卷烟接装纸样品手动剥离后，准确称取约10 g(精确至0.000 1 g)卷烟接装纸样品于100 mL刻度烧杯中，加入100 mL的纯净水，超声(100 Hz)提取30 min。循环超声7次，萃取液过0.22 μm滤膜，收集样本待测。

1.3.2 标准溶液配制

(1) 标准储备液：分别称取适量安赛蜜和糖精钠标准品，用水定容至10 mL，并配成质量浓度为1.0 mg/mL的标准储备液。

(2) 混合标准溶液：取糖精钠、安赛蜜(质量浓度均1.0 mg/mL)各2.0 mL并配制成2种物质80 μg/mL的混合标准溶液。

(3) 系列混合标准工作液：将混合标准工作液分别稀释为1.0，10，20，50，80 μg/mL的系列混合标准工作液。

1.3.3 液相色谱检测方法 色谱柱为C18柱，以甲醇和20 mmol/L 乙酸铵溶液为流动相(甲醇体积分数为5%)，流量0.7 mL/min；进样体积20 μL；色谱柱温度35 ℃；检测波长214 nm。安赛蜜和糖精钠的出峰时间分别为12.2，26.5 min。

1.3.4 感官质量评价 按照GB/T 5606.1—2005抽取实验室接装纸样品，制备试样。评吸前按GB/T 16447—2004调节样品水分。感官采用暗评记分方法，由7人组成一个评析小组采用百分制进行评吸打分，各项目以0.5分为一个计分单位，分别对光泽、香气、谐调、杂气、刺激性和余味6个方面进行评分[11]。感官质量评判标准如表1所示。

表1 卷烟感官质量评判标准Table 1 Evaluation criteria for sensory quality of cigarettes

1.3.5 迁移检测方法 2 g接装纸和1.2 g成形纸在水的作用下黏合。玻璃板压夹1周后，取成形纸置于100 mL烧杯，加入20 mL的纯净水，超声提取2 h。收集萃取液，过0.22 μm滤膜并进行色谱分析。以甲醇和20 mmol/L乙酸铵溶液为流动相(甲醇体积分数为5%)，流量0.7 mL/min；进样体积20 μL；色谱柱温度35 ℃；检测波长214 nm。

1.3.6 SEM观察 用导电胶把接装纸样品粘在样品座上，喷金30 s后，采用SU-8010型高分辨场扫描电镜对样品的微观形貌进行分析。

1.3.7 透气度和Cobb值测定

(1) 透气度：采用透气度仪测定纸张的透气度。将试样纸于标准温湿度的大气条件下处理至平衡；开动压缩机，将使用压力调整为1.47 kPa，将试片夹于环形板与密封垫之间，5 s后记录透气度值。

(2) Cobb值：按GB/T 1540—2002执行。

2 结果与讨论

2.1 甜味剂标准曲线的测量

标准样品及萃取样品的色谱图如图1所示，依据不同浓度的甜味剂样品测得各样品的谱图，对比测试试样的标准样品，测量样品中安赛蜜和糖精钠的出峰时间与标准样品均相同。此外，1，10，20，50，80 μg/mL的系列标准溶液在所选定的色谱条件下进行测定，以其峰面积为横坐标，相应的质量浓度为纵坐标绘制标准曲线(图2)。

图1 安赛蜜、糖精钠标准样品和萃取样品的色谱图Figure 1 Schematic diagram of extracted acesulfame potassium and saccharin standard sample

结果表明两种甜味剂的标准曲线在1～80 μg/mL范围内，峰面积和标准样品的质量浓度有良好线性关系，线性相关系数均大于0.999 7。因此安赛蜜和糖精钠的标准曲线可用于标定接装纸中的甜味剂含量。

2.2 甜味剂在接装纸中的含量随迁移时间的变化

将涂有甜味剂的接装纸按1.3.1的方法处理后，用超声后的溶液进行液相色谱分析，对照图2的标准曲线，计算出接装纸中的甜味剂含量，所测得甜味剂含量随时间变化的情况如表2所示。接装纸中甜味剂的含量随放置时间的增加并无明显的变化，说明接装纸整体中的甜味剂并未消失；但随着时间的推移，感官评价甜味损失严重(表3)。由图3可知，随着时间的推移，感官评价中香气和余味的分数大幅度降低。根据评析小组反映，样品在2个月后几乎没有甜度。因此推断，接装纸表面的口感变化由甜味剂向接装纸内部扩散所导致。

2.3 甜味剂在接装纸中的迁移率

为了研究接装纸表面甜味口感明显变化的原因，通过黏合空白成形纸对接装纸中甜味剂的迁移进行分析；在不同迁移时间点，取样测量成形纸中的甜味剂含量，以探索接装纸中甜味剂的迁移机制与规律。迁移率的计算公式：

图2 安赛蜜和糖精钠的标准曲线Figure 2 Standard curve of acesulfame potassium and saccharin sodium

表2 接装纸中甜味剂含量随时间的变化Table 2 Changes of sweetener content in tipping paper over timemg/g

表3 卷烟评吸结果Table 3 Cigarette evaluation results

图3 卷烟评吸结果图Figure 3 Cigarette evaluation results

(1)

式中：

vn——第n天的迁移率，%；

C成形纸n——成形纸中第n天的甜味剂含量，mg/g；

C0——接装纸中原始的甜味剂含量，mg/g。

所得的甜味剂随时间的迁移率如表4所示，14 d内，两种甜味剂均发生了快速的迁移。第14天后，随着时间的增加，甜味剂的迁移率增加但是增加速率较为缓慢，说明甜味剂依然在发生扩散。第42天，安赛蜜和糖精钠两种甜味剂的迁移率分别为48.47%和49.65%。

2.4 不同接装纸的微观形貌

为了进一步探究甜味剂在接装纸中的迁移机制，对镀铝接装纸和未镀铝接装纸的表面微观形貌进行了观察。如图4(a)所示，镀铝接装纸的表面出现直径为50 μm 左右的孔洞；而图4(b)显示未镀铝的接装纸表面形貌更加复杂，具有层状堆叠的结构，但未观察到明显的孔隙。由此推测，镀铝接装纸表面的孔隙和裂纹更利于甜味剂向纸张内部的迁移。

表4 接装纸中甜味剂随时间变化的迁移率Table 4 Time-dependent mobility of sweetener in tipping paper

图4 镀铝纸与未镀铝纸的扫描电镜照片Figure 4 SEM photos of aluminized and non-aluminized paper

2.5 不同接装纸透气度和表面吸水量的测定

如表5所示，镀铝接装纸的透气度和Cobb值均大于未镀铝接装纸，表明镀铝接装纸的物理特征更适合气体和液体的扩散。镀铝接装纸为甜味剂的迁移提供了通道，因此，其表面的甜味剂更容易发生向纸张内部扩散。胡少东等[12]通过研究接装纸透气度等因素对卷烟滤嘴通风率的影响，发现成形纸透气度对卷烟滤嘴通风率影响显著，与研究结果一致。此外，陈欣等[13]通过接触角法评价镀铝接装纸的表面润湿性能，发现其与接装纸表面的润湿性能及吸水速率密切相关。研究通过Cobb值揭示了镀铝接装纸的浸润性能，证实接装纸吸湿性能与离子的迁移能力呈正相关。

表5 镀铝纸与未镀铝纸的透气度和Cobb值Table 5 Air permeability and Cobb value of aluminized and non-aluminized paper

3 结论

研究建立了超高效液相色谱法同时快速测定两种甜味剂的检测方法，并利用这种方法监测了接装纸中甜味剂随时间的迁移变化。研究发现，接装纸中甜味剂的整体含量未发生明显变化，但是由纸张表面向纸张内部发生了迁移。利用成形纸诱导甜味剂迁移测量法测得了接装纸中甜味剂的迁移率，结果表明，在42 d后，甜味剂的迁移率接近50%。微观形态观察、透气度和表面吸水量的测量结果揭示了甜味剂发生迁移的原因，即镀铝接装纸表面存在的孔隙和裂缝，使其具备高透气度及较强吸水特性，且在接装纸两侧存在浓度差，因而有利于甜味剂的迁移；同时研究还通过Cobb值揭示了镀铝接装纸更适合液体扩散，进一步验证镀铝接装纸更易发生甜味剂转移这一观点。