“三丝”掺配对主流烟气游离烟碱／烟碱比值的影响和趋势分析

朱瑞芝，张 涛，司晓喜，张凤梅，刘志华，岳保山，向能军

（云南中烟工业有限责任公司，云南 昆明 650231）

·科学研究·

“三丝”掺配对主流烟气游离烟碱／烟碱比值的影响和趋势分析

朱瑞芝，张 涛，司晓喜*，张凤梅，刘志华，岳保山，向能军

（云南中烟工业有限责任公司，云南 昆明 650231）

通过正交设计，研究了三丝掺配（薄片、梗丝、膨胀烟丝与烟丝的掺配）对主流烟气中游离烟碱／烟碱比值的影响。3种掺配原料的影响效应大小为：梗丝效应≈薄片效应＞膨胀烟丝效应，无显著交互效应。对不同三丝掺配比例下的趋势分析发现，游离烟碱／烟碱比值随梗丝、薄片掺配量增加而增加，且在一定的掺配量范围内呈现变化趋势；游离烟碱／烟碱比值随膨胀烟丝掺配量比例增加而降低，但在少量的掺配量范围内变化趋势不是特别明显。

配方烟丝；掺配比例；游离烟碱；烟碱

烟碱是烟草中一种重要的生物碱，也是卷烟烟气总粒相物中的重要组成部分，对卷烟的感官品质具有非常重要的影响［1］。烟碱属于弱二级碱，通常以游离态、单质子态和双质子态3种形态存在［2-3］。游离烟碱比质子态烟碱具有更强的亲酯性，更易于穿透口腔黏膜从而更快的被人体吸收［4-6］。相关研究表明，卷烟劲头与主流烟气中的烟碱含量有关，与其中的游离态烟碱含量有着更为密切的关系［7-8］。

随着国际上反吸烟运动的兴起，低焦卷烟的发展成为一种趋势。目前，卷烟配方中掺配三丝（薄片、梗丝和膨胀烟丝）是降低卷烟焦油的有效方法，但降低焦油也会降低烟碱。低焦油、低烟碱卷烟对消费者的满足感产生较大影响。低焦油卷烟中，在一定的烟碱含量下，提高主流烟气中游离烟碱含量，将会在一定程度上提高抽吸者的满足感，因此调整卷烟配方来改变烟气烟碱游离态比率，进而控制烟气劲头的方法十分必要。有研究表明，卷烟主流烟气中游离烟碱的含量与烟气 pH值、烟气水分、烟气组成等因素有着密切的关系［9］。三丝对卷烟烟气特性有着不同的影响，进行三者掺配对主流烟气中游离烟碱／烟碱比值的影响规律研究，对低焦油卷烟开发具有重要意义。本文研究了三丝掺配（薄片、梗丝、膨胀烟丝与烟丝的掺配）对游离烟碱／烟碱比值的影响和趋势，探索不同烟丝配方设计对卷烟主流烟气中游离烟碱／烟碱比值的影响，为低焦油卷烟开发提供技术支撑。

1 材料与设备

烟碱，99.0%；内标物：正十七碳烷，99.0%；三氯甲烷（AR）；无水硫酸钠（AR）；氢氧化钠（AR）；中性水：pH＝7.00±0.02，取去离子水烧开煮沸约10 min，然后密封放置，取用时以 0.01 mol／L的 NaOH溶液调节 pH＝7.00±0.02；三丝掺配样品由红塔集团提供。

卷烟烟支规格：（64＋20）mm＠24.5mm；卷烟纸：60 CU；醋纤滤棒：3 200 Pa，3.0 Y／35 000；接装纸长度：32 mm。

气相色谱（6890N，安捷伦科技有限公司，配有FID检测器）；吸烟机（RM 200A，德国博瓦特 -凯西公司）；色谱柱为不锈钢填充柱（10%，Carbowax 20M on）；恒温恒湿箱（KBF-240，上海捷沪仪器仪表有限公司）；调速振荡器（HY，无锡沃信精密仪器有限公司）；MP225酸度计（瑞士Mettler Toledo）；

分析天平（感量0.1mg）；分液漏斗（125mL）。

2 实验方法

2.1 试验设计

确定配方总量为10 kg，按膨胀烟丝（掺配水平分别为0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、梗丝（掺配水平分别为0、0.75、1.5、2.25、3 kg）、薄片（掺配水平分别为0、0.75、1.5、2.25、3 kg）的三丝掺配实验作为主要设计对象。采用 L25（56）正交设计表［10］对膨胀烟丝、梗丝和薄片进行设计（见表1）。烟丝的掺配量是通过每个样品3因素（膨胀烟丝、梗丝和薄片）总量与配方总量（10 kg）之间的差值进行补充得到，并在同一卷烟机上分别卷制，按GB／T16447对各样品的含水率进行调节，挑选重量和吸阻接近的烟支进行试验。

表 1 三因素的 L25（56）正交设计表Tab.1 L25（56）Orthogonal design tablewith three factors

2.2 测定方法

依据GB／T 19609-2004《卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》［11］对卷烟样品进行抽吸，剑桥滤片捕集主流烟气总粒相物。

抽吸20支卷烟，将剑桥滤片放入 250 m L三角瓶中，加入50mL三氯甲烷萃取液（含内标物正十七碳烷），振荡（＞150 r／min）萃取30min。取2 m L萃取液进行气相色谱分析，测定主流烟气总粒相物中总烟碱的含量。

准确移取上述萃取液20 mL至125 mL的分液漏斗中，加入20 mL中性水，充分振荡萃取，静置30min。待分层后，取下层有机相至50mL三角瓶中，用无水硫酸钠干燥 2 h以上。干燥后的有机相进行气相色谱分析，测定主流烟气粒相物中游离烟碱的含量。

2.3 统计分析方法

本研究采用线性回归模型、二次回归模型和特殊三次回归模型进行建模，主要采用回归分析法进行分析。线性回归模型主要针对各成分主效应分析，二次回归模型和特殊三次回归模型在主效应的基础上考虑了两因素交互效应，根据模型的显著性和调整 R2大小选择合适的模型，同时采用通径系数估计各成分影响程度的大小［12］，最终根据配方组合三角反应面图展示游离烟碱／烟碱比值在不同三丝掺配比例下的趋势特点［13］。

回归分析和通径分析采用SPSS16.0执行。

3 结果与讨论

3.1 拟合模型选择

本试验采用线性回归模型、二次回归模型和特殊三次回归模型进行拟合分析，3种拟合模型信息概要见表2。

表 2 3种拟合模型信息概要Tab.2 Summary of background data of three fitting models

从表 2可知，只有线性回归模型 P值达到显著性水平（P＜0.05），而带有交互项的模型（二次回归模型、特殊三次回归模型）P值不显著（P＞0.05），说明因素间交互作用对游离烟碱／烟碱比值影响不大，因此后面分析主要选择主效应的线性回归模型进行分析。

3.2 优化模型信息

优化模型系数见表 3。从表3可知，4种掺配

原料中除了膨胀烟丝系数不显著（P＞0.05）外，其余3种原料均达到显著水平（P＜0.05），说明梗丝、薄片和烟丝对游离烟碱／烟碱比值有显著的正效应影响，即由各原料掺配量的增加，游离烟碱／烟碱比值也随之增加。根据通径系数的大小程度可知：梗丝效应≈薄片效应＞膨胀烟丝效应。

表 3 优化模型系数表Tab.3 Coefficient of optim izationmodel

3.3 掺配比例对游离烟碱／烟碱比值的影响

由于采用配方设计，根据其原理可知，4种原料组合后的总量是恒定的，主要考虑膨胀烟丝、梗丝和薄片在配方组合中掺配量所引起的游离烟碱／烟碱比值趋势变化情况。

3.3.1 膨胀烟丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响

膨胀烟丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响见图1。由图1可知，在配方总量一定的情况下，膨胀烟丝增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且梗丝（或薄片或烟丝）减少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）时，游离烟碱／烟碱比值也随之逐步降低（由深色的区域逐渐转变为浅色的区域）；添加、减少量的大幅度变化（例如：由0 kg增加到2.25 kg），可引起游离烟碱／烟碱比值产生趋势变化。说明在等量的配方（膨胀烟丝、梗丝、薄片和烟丝组合）下，膨胀烟丝掺配比例增加会使游离烟碱／烟碱比值降低，但其变化趋势不是很明显。

图1 膨胀烟丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响Fig.1 The im pact of a different expanded tobacco blending amount on free nicotine／nicotine ratio

3.3.2 梗丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响

梗丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响见图2。由图2可知，在配方总量一定的情况下，梗丝增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨胀烟丝（或薄片或烟丝）减少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）时，游离烟碱／烟碱比值也随之逐步增加（右上深色区域逐渐转变为浅色区域）；添加、减少量的中幅度变化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游离烟碱／烟碱比值产生趋势变化。说明在等量的配方（膨胀烟丝、梗丝、薄片和烟丝组合）下，梗丝掺配比例增加会使游离烟碱／烟碱比值增加，且在一定的添加范围下呈现趋势变化。

3.3.3 薄片掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响

薄片掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响见图3。由图3可知，在配方总量（10 kg）一定的情况下，薄片增加（0.75、1.5、2.25、3 kg）且膨胀烟

丝（或梗丝或烟丝）减少同等量（0.75、1.5、2.25、3 kg）时，游离烟碱／烟碱比值也随之逐步增加（右上深色区域逐渐转变为浅色区域）；添加、减少量的中幅度变化（例如：由0 kg增加到1.5 kg），可引起游离烟碱／烟碱比值产生趋势变化。说明在等量的配方（膨胀烟丝、梗丝、薄片和烟丝组合）下，薄片掺配比例增加会使游离烟碱／烟碱比值增加，且在一定的添加量范围下可呈现趋势变化。

图2 梗丝掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响Fig.2 The impact of different stem silk blending amount on free nicotine／nicotine ratio

图3 薄片掺配量对游离烟碱／烟碱比值的影响Fig.3 The impact of different cut tobacco sheet blending amount on free nicotine／nicotine ratio

4 结论

本研究对膨胀烟丝、梗丝、薄片和烟丝4种原料组合后的样品采用3种模型方案进行分析，通过分析发现，二次回归模型与特殊三次回归模型无显著影响（即无显著交互效应），而 4种原料的主效应线性回归模型对游离烟碱／烟碱比值有一定程度的影响，且3种掺配原料的影响效应大小为：梗丝效应≈薄片效应 ＞膨胀烟丝效应。在等量（10 kg）配方（膨胀烟丝、梗丝、薄片和烟丝组合）的条件下，梗丝、薄片掺配比例增大会使游离烟碱／烟碱比值增加且在一定的掺配量范围下可呈现变化趋势；膨胀烟丝掺配比例增大会使游离烟碱／烟碱比值降低，但在少量的掺配量范围下，变化趋势不是很明显。

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Influence of Cut Tobacco Blend on the Ratio of Free Nicotine to Total Nicotine in Cigarette M ainstream Sm oke and Trend Analysis

ZHU Rui-zhi，ZHANG Tao，SIX iao-xi*，ZHANG Feng-mei，LIU Zhi-hua，YUE Bao-shan，XIANG Neng-jun

Tobacco Chemistry Department，China Tobacco Yunnan Industrial CO，LTD，Kunming 650231，China

Experimental study on the influence of cut tobacco blend（cut tobacco sheet，cut stem，and expanded cut tobacco blend with cut tobacco）on the ratio of free nicotine to total nicotine by L25（56）orthogonal designingmethod，the effect of cut stem equaled cut tobacco sheet，and was greater than the effect of expanded cut tobacco.Nomutual effectwas observed.On the basis of trending and analysis of different blending ratio，it was found that the ratio of freenicotine to total nicotine increasedwith the increasingof blending ratioof cut stem and cut tobacco，which presented change in trend within a certain range，and the ratio of free nicotine to total nicotine decreased with the increasing of blending ratio of expanded cut tobacco，which did not have an obvious trend with a small blending ratio.

cut tobacco blend；blending ratio；free nicotine；nicotine

TS41＋1

A

1004-275X（2015）02-0001-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.001

收稿：2014-12-19

云南中烟工业公司科技项目（2013JC09）。

朱瑞芝（1978-）女，湖北人，博士，工程师，主要研究方向烟草化学、烟气化学。

*通信联系人：司晓喜，sixiaoxi2006＠126.com。