不同涂布率再造烟叶热裂解产物比较分析

卢岚 严新龙 李新生 臧福坤 张钰

摘要 [目的]研究分析不同涂布率下再造烟叶的裂解产物。[方法] 采用在线热裂解-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）联用技术，在模拟卷烟燃烧的状态下，对涂布率为29.05%、33.64%、37.19%、41.69%、45.26%、48.54%的再造烟叶进行了热裂解研究，并对裂解产物的定性和半定量结果进行了比较分析。[结果]试验表明，不同涂布率再造烟叶热裂解产物种类是一致的，主要裂解产物均为烟碱、羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛、糠醛等;不同涂布率下同一裂解产物的相对百分含量具有一定差异，其中差异较为明显的有烟碱、羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛等。[结论]该研究可为再造烟叶生产过程中选取合适的涂布率提供理论参考。

关键词 再造烟叶;涂布率;热裂解-气相色谱/质谱;裂解产物

中图分类号 S572 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）33-11875-04

Comparative Analysis of Pyrolysates of Reconstituted Tobacco under Different Coatings Coverage Rate

LU Lan， YAN Xin-long， LI Xin-sheng et al （Taicang Haiyan Tobacco Sheet Co. Ltd.， Shanghai Tobacco Group， Taicang， Jiangsu 215433）

Abstract [Objective] To analyze pyrolysates of reconstituted tobacco under different coatings coverage rate. [Method] Reconstituted tobacco under different coatings coverage rate of 29.05%， 33.64%， 37.19%， 41.69%， 45.26%， 48.54% was studied by on-line pyrolysis-gas chromatography mass spectrometry （Py-GC/MS） under the conditions of simulating cigarette burning， and the qualitative and semi-quantitative results of pyrolysates were comparative analyzed. [Result] The results indicated that： types of pyrolysates were the same under different coatings coverage rate of reconstituted tobacco and the main products included nicotine， hydroxy acetone， acetic acid， hydroxy aldehyde， furfural and so on; Relative percentage of one pyrolysate was different in a certain extent under different coatings coverage rate， and the differences were especially obvious in the certain of nicotine， hydroxy acetone， acetic acid， hydroxy aldehyde and so on. [Conclusion] The study provided a theoretical reference for selecting suitable coatings coverage rate in the process of reconstituted tobacco.

Key words Reconstituted tobacco; Coatings coverage rate; Pyrolysis-gas chromatography /mass spectrometry; Pyrolysates

作者簡介 卢岚（1985- ），女，浙江长兴人，助理工程师，硕士，从事烟草薄片化学研究。

收稿日期 2014-09-30

热裂解-气相色谱/质谱（Py-GC/MS）联用技术具有进样量少、可直接进样、分析速度快、重现性好、信息量大及样品物理状态不限等优点[1]，因而在诸多领域，尤其是烟草化学、天然产物分析、聚合物研究等领域得到广泛应用。

再造烟叶是一种以烟梗、烟末等烟草物质为主体原料，经过重新组合加工而成的产品，也叫烟草薄片或重组烟草[2]。再造烟叶涂布率是以再造烟叶绝干定量减去基片绝干定量后重量与再造烟叶绝干定量之比的表示形式，主要表现为涂布到基片上水溶性成分量占再造烟叶质量的多少。涂布率即是造纸法再造烟叶生产制造一个关键的过程质量参数，也是一个非常重要的生产线经济运行指标。涂布率代表了烟草萃取物的还原量，它与再造烟叶的吸味相关，也影响再造烟叶的化学指标控制与卷烟的烟气变化。笔者通过对不同涂布率下再造烟叶的裂解产物进行研究，旨在为选取合适的再造烟叶涂布率指标提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料。烟梗、烟末和碎烟片由上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司提供。

1.1.2 主要仪器。CDS5250T热裂解仪，美国CDS公司;GC7890A/5975C气相色谱/质谱联用仪、HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），美国安捷伦科技有限公司; XP205分析天平（感量0.01 mg），瑞士METTLER TOLEDO;KSW-4D-11电阻炉温度控制器，上海博迅实业有限公司医疗设备厂;VENTICELL鼓风干燥箱，德国MMM公司;PTI Rapid-kothen纸页成型器，奥地利;高浓实验盘磨机（转速2 700 r/min，盘磨直径300 mm），吉林市晨鸣机械制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品制备。取一定量烟梗按1∶3.4（质量比）加入蒸馏水，70 ℃浸泡30 min，过滤后用高浓实验盘磨机疏解;将疏解后的烟梗与烟末和碎烟片均匀混合，按1∶4.5（质量比）加入蒸馏水，70 ℃萃取20 min;分离得到的萃取液于70 ℃下真空浓缩，同时浆料经打浆、抄造过程得到基片，最后将调制液与浓缩液混合后涂布到基片制得再造烟叶。再造烟叶经磨粉后，置于棕色色谱瓶中，待检测。

1.2.2 热裂解方法。

称取1 mg待测样品于裂解管上端，待测样品两端塞填适量石英玻璃棉以防样品被气流带出，将裂解管置于热裂解仪自带的自动进样盘中，在含氧10%的氮气氛围下进行热裂解。采用的热裂解条件为：裂解器附件初始温度为300 ℃，保持5 s，以30 ℃/s升温至900 ℃，保持5 s，炉温箱温度为280 ℃，传输线温度为280 ℃，吸附肼条件：吸附温度为50 ℃，在2 min内由50 ℃升温至280 ℃，进行脱附，裂解产物被载气带入GC-MS进行分析，采用WILEY和NIST11标准谱库检索定性。

1.2.3 GC-MS工作条件。进样口温度：250 ℃;载气流量：1.0 ml/min;分流比：100∶1，升温程序：40 ℃（保持3 min），以10 ℃/min 升温至240 ℃（保持0 min），再以20 ℃/min升温至280 ℃（保持15 min）;传输线温度：280 ℃，电子轰击离子源（EI）温度：230 ℃，电离能量：70 eV，四级杆温度：150 ℃，溶剂延迟2 min，质谱扫描范围：29～450 u。

2 结果与分析

该试验选用了Baker R R等的热裂解条件[3]，即在含氧10%的氮气氛围以及900 ℃温度下，来模拟卷烟的燃烧状态，并在此条件下对涂布率为29.05%、33.64%、37.19%、41.69%、45.26%、48.54%的再造烟叶进行了热裂解试验，采用NIST 2011和WILEY 07标准谱库，对6个涂布率下的裂解产物进行了定性分析，并用峰面积归一化法计算各裂解产物的相对百分含量，主要裂解产物如表1所示，

表1 不同涂布率再造烟叶热裂解产物

接下表

续表1

由表1中数据可以看出，涂布率为29.05%、33.64%、37.19%、41.69%、45.26%、48.54%的再造烟叶热裂解产物种类几乎一致，主要裂解产物均为烟碱、羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛、糠醛、2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮、苯酚、1，2-苯二酚、1，2-丙二醇、丁二醛等，但不同涂布率下同一裂解产物的相对百分含量具有一定差异，其中差异较为明显的有烟碱、羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛、1，2-丙二醇、丁二醛、2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮等，如当涂布率分别为29.05%、33.64%、37.19%、41.69%、45.26%、48.54%时，对应的烟碱相对百分含量分别为12.11%、13.16%、14.63%、18.00%、19.10%、21.13%，对应的羟基丙酮的相对百分含量分别为9.34%、7.88%、7.74%、6.90%、6.56%、6.11%，对应的乙酸的相对百分含量分别为7.92%、7.04%、6.31%、6.19%、6.08%、5.67%。

隨着涂布率的升高，相对百分含量呈整体上升趋势的有烟碱、1，2-丙二醇、苯酚等，呈整体下降趋势的有羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛、丁二醛、2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮、1，2-苯二酚等。其中，烟碱的含量随着涂布率的递增而递增，据文献报道[3]，烟碱在热裂解过程中有97.7%直接转移至烟气而不参与热裂解反应的，进一步说明，随着涂布率的升高，薄片中烟碱的含量是递增的，这与文献报道的结果一致[4]。

随着涂布率的逐渐升高，裂解产物中糠醛对应的峰面积百分含量为2.67%、2.40%、2.13%、2.09%、2.03%、2.15%，除当涂布率为48.54%时，整体呈现下降的趋势，糠醛具有甜香、烤香坚果、焦糖香气，赋予烟气淡淡焦甜的香气[5];2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮的峰面积相对百分含量随着涂布率的逐步升高而升高，依次为0.99%、1.22%、1.34%、1.86%、2.05%、2.17%，2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮是焦糖类香味化合物，具有焦甜和熔融黄油的香味[6-7];5-甲基糠醛对应的峰面积相对百分含量为1.36%、1.36%、1.43%、1.55%、1.51%、1.61%，除涂布率为45.26%下的百分含量外，整体呈逐渐升高趋势，但变化不是很明显，5-甲基糠醛具有焦糖香、甜香、花香、烤烟香，赋予卷烟甜香，使烟气飘逸[5];糠醇对应的峰面积百分含量为1.65%、1.48%、1.51%、1.42%、1.41%、1.42%，当涂布率为29.05%时的相对百分含量最高，其余涂布率下糠醇的百分含量变化不明显，糠醇具有霉香、甜香、面包香、焦甜香、咖啡香[8];另外，5-羟甲基糠醛、2-羟基-2-环戊烯-1-酮、2（5H）-呋喃酮等均为烟草自身含有的致香成分[5]，随着涂布率的升高，对应2（5H）-呋喃酮的百分比为0.66%、0.66%、0.64%、0.65%、0.57%、0.56%，对应5-羟甲基糠醛的百分比为0.71%、0.79%、0.88%、0.83%、0.83%、0.78%，对应2-羟基-2-环戊烯-1-酮的百分比为1.64%、1.63%、1.59%、1.53%、1.41%、1.41%，可以看出2（5H）-呋喃酮、5-羟甲基糠醛的百分比随着涂布率的变化基本没变化，而2-羟基-2-环戊烯-1-酮则呈整体略下降的趋势。

另外，裂解产物中还检测到了种类较多的有害物质，如：苯酚，随着涂布率的升高，对应的百分比为1.41%、1.43%、1.43%、1.58%、1.57%、1.62%;4-乙基苯酚，对应的百分比为0.61%、0.60%、0.57%、0.70%、0.75%、0.79%;1，2-苯二酚，对应的百分比为1.60%、1.48%、1.47%、1.42%、1.42%、1.39%;对苯二酚，对应的百分比为0.49%、0.63%、0.68%、0.76%、0.80%、0.82%等，但各物质百分比整体变化均不是很明显。

3 结论

该试验采用热裂解模拟卷烟燃烧的方法，对涂布率分别为29.05%、33.64%、37.19%、41.69%、45.26%、48.54%的再造烟叶进行分析，结果显示，不同涂布率下再造烟叶热裂解产物种类是一致的，主要裂解产物均为烟碱、羟基丙酮、乙酸等;不同涂布率下同一裂解产物的相对百分含量除烟碱、羟基丙酮、乙酸、羟基乙醛等的差异较为大外，其余大部分裂解产物相对百分含量差别不大;裂解产物中生成了较多的致香物质，除2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮的相对百分含量随着涂布率的变化相对较为明显外，其余变化均不明显。该研究可为再造烟叶选取合适的涂布率提供一定理论依据。

参考文献

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