活性炭复合滤嘴对卷烟中薄荷醇转移行为的影响

朱景溯，曹伏军，蒋成勇，张珍禛，周骏

上海烟草集团有限公司技术中心北京工作站，北京 101121

薄荷型卷烟的独特香味特征主要来源于薄荷醇，由于薄荷醇具有较强的挥发性，它不仅在生产过程中向环境挥发，储存过程中会在烟丝、滤嘴和纸品材料间转移，抽吸过程中会向主流烟气中转移。HEE JIN JANG[8]研究确定了薄荷醇从烟丝到滤嘴的转移和从盘纸到滤嘴的转移，得出结论是为了使薄荷醇尽可能多地转移到主流烟气中，最有效的是把薄荷醇添加到盘纸上而不是烟丝上。Brozinski[9]对比了不同牌号和不同薄荷醇浓度的卷烟,发现在抽吸期间醋酸纤维滤嘴可保留60～ 70%的薄荷醇。宫梅[1]对4种超低焦油卷烟样品的薄荷醇添加部位、含量进行了比较，结果认为在滤嘴部分添加适量的薄荷醇，可使烟气中的薄荷醇含量达到烟丝和滤嘴都添加薄荷醇的效果。但未见在烟丝配方、纸品材料相同、滤嘴参数相近、烟丝和滤嘴部分添加相同比例薄荷香精的情况下，即排除了所有影响因素的情况下，比较不同滤嘴材料对薄荷醇转移行为的影响研究，也未见在这种情况下储存时间长达一年时不同滤嘴材料薄荷醇转移行为的研究。

为明确滤嘴材料对卷烟薄荷醇转移行为的影响程度，本文选择纯醋纤滤嘴与活性炭滤嘴进行对比，在排除了烟丝配方、纸品材料和薄荷醇添加量等影响因素的情况下，通过对比接装这两种滤嘴的卷烟样品在不同存放时间下烟丝、滤嘴和烟气部分薄荷醇含量的变化趋势和转移行为，以及薄荷醇向主流烟气的转移情况，来分析滤嘴材料对以上变化的影响，为薄荷型卷烟的设计研发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与主要试剂

1.1.1 材料

混合型配方烟丝、薄荷香精、醋纤滤棒和活性炭复合滤棒（两种滤棒的产品规格相同：长度100 mm、圆周24.35 mm），北京卷烟厂提供。

1.1.2 仪器

Clarus 680-SQ8 气相色谱-质谱联用仪（美国PE公司）；HNY-100D恒温振荡器（天津市欧诺仪器仪表有限公司）；D-78224型超声波清洗仪（德国Elma公司）；PI-214型电子天平（感量0.0001 g，美国Denver Instrument公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品的准备

选择参数相近的普通醋纤滤棒和活性炭复合滤棒各一种，在滤棒中添加相同比例的薄荷香精，然后使用施加相同比例薄荷香精的烟丝进行卷制，烟丝卷制重量相同，将卷制好的成品卷烟样品存放在正常室温环境的库房中，每月随机抽取两个样品检测烟支中烟丝、滤嘴部分的薄荷醇含量和烟气薄荷醇含量各5组计算平均值，持续1年，比较两个样品的薄荷醇含量变化趋势和薄荷醇的转移情况。

1.2.2 卷烟样品处理

采集的薄荷型卷烟样品密封后在-4℃条件下保存。实验开始前，卷烟样品在不拆小盒包装薄膜的状态下平衡至室温。随机取6支卷烟，分成3组，将烟支剥开、滤棒剪碎后，分别迅速装入100 mL锥形瓶中，加入40 mL甲醇和80 μL浓度为0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（内标），超声萃取30 min（烟丝）或40 min（滤棒）后，取上清液，经0.45 μm滤膜过滤后进行GC-MS分析。

1.2.3 主流烟气样品处理

按照YC/T 286-2009的规定进行卷烟的调节，按照GB/T 19609-2004的要求抽吸卷烟，收集总粒相物。每组卷烟抽吸5支，完成后，将滤片放入50 mL锥形瓶，加入20 mL甲醇和40 μL浓度为0.2 μg/mL的苯甲酸正丙酯溶液（内标），超声萃取10 min后，取上清液，经0.45 μm滤膜过滤后进行GC-MS分析。

1.2.4 分析条件

气相色谱条件：色谱柱：HP-INNOWAX（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度250℃；升温程序：初始温度160℃保持2 min，以5 ℃/min升至175℃后，再以20 ℃/min升至240℃，保持5 min；载气：He，1 mL/min；进样量：1 μL；进样模式：分流进样，分流比200:1。

质谱条件：离子源：电子轰击（EI+）；电子能量：70 eV；离子源温度：230℃；传输线温度250 ℃；电子倍增器电压：1600 V；质量分析器：四级杆；扫描模式：全扫描和SIM，全扫描范围：40-200 amu。

2 结果与讨论

2.1 薄荷醇含量随存放时间的变化趋势比较

使用折线图来显示薄荷醇含量均值的变化趋势，使用标准偏差误差线显示每组数据的波动范围 。

两种滤嘴中薄荷醇含量随存放时间的变化趋势相近（相关系数r=0.925，P= 0.000）。活性炭复合滤嘴中薄荷醇含量在存放前与醋纤滤嘴中薄荷醇含量接近，但之后一直显著高于醋纤滤嘴，3-10月平稳期的薄荷醇含量约为醋纤滤嘴薄荷醇含量的1.3倍，由此可见活性炭复合滤嘴对薄荷醇的吸附能力强于醋纤滤嘴。

两种卷烟样品的烟丝薄荷醇含量具有相近的变化趋势（相关系数r=0.949）。两样品的烟丝薄荷醇含量月度均值差异不显著，t （12）=1.51，P=0.16。

滤嘴中薄荷醇含量的变化趋势是升高、平稳、降低，与烟丝薄荷醇和两者的薄荷醇总含量变化趋势不同。前几个月烟丝薄荷醇含量的降幅要大于总含量的降幅，这些差异说明在存放过程中，烟丝中薄荷醇含量除了向滤嘴转移外，还有烟支中薄荷醇向外散失。

2.2 烟气薄荷醇释放量随存放时间的变化趋势比较

两个卷烟样品的烟气薄荷醇释放量变化情况有显著差异。活性炭复合滤嘴卷烟样品存放前的烟气薄荷醇释放量在第1个月有小幅下降，第2至12个月保持相对基本稳定。醋纤滤嘴卷烟样品存放的前4个月烟气薄荷醇释放量逐月降低，幅度接近50%。第5至11个月基本稳定。在滤嘴和烟丝薄荷香精添加比例相同的情况下，醋纤滤嘴卷烟样品的烟气薄荷醇释放量总体高于复合滤嘴卷烟样品。

图1 活性炭复合滤嘴样品薄荷醇含量变化趋势Fig.1 The change trend of menthol content in active carbon composite filter sample

图2 醋纤滤嘴样品薄荷醇含量变化趋势Fig.2 The change trend of menthol content in cellulose acetate filter sample

图3 烟气薄荷醇释放量趋势图Fig.3 Release amount of menthol with storage time

2.3 薄荷醇向烟气的转移率变化趋势及两种样品的比较

计算烟气薄荷醇释放量占烟支薄荷醇总含量的百分比得出转移率，比较两个样品的变化趋势和差异。

图4 烟气薄荷醇转移率变化趋势Fig.4 The change trend of transfer rate of menthol with storage time

两种样品的薄荷醇转移率变化趋势不同（相关系数r=0.446，P值=0.126），醋纤滤嘴卷烟样品存放前的烟气薄荷醇转移率是12.74%，第3个月降低到8.75%，降幅为3.99%，3个月后转移率在7.11%～9.45%之间波动，极差2.34%。活性炭复合滤嘴卷烟样品存放前的烟气薄荷醇转移率是6.58%，第一个月降低到5.61%，降幅为0.97%，1个月后转移率在5.06%～6.11%之间波动，极差1.05%。比较以上转移率数据得出，醋纤滤嘴卷烟样品烟气薄荷醇转移率与活性炭复合滤嘴卷烟相比，存放前为1.9倍，中间平缓期在1.2-1.7倍之间，最大极差为3.7倍，平缓期的极差为2.2倍。由此分析醋纤滤嘴样品的烟气薄荷醇转移能力更强，但稳定性要差。

3 结论

活性炭具有多孔隙结构，较大的比表面积，性质稳定，由它复合而成的滤嘴因其较强的吸附性能，随着薄荷型卷烟存放时间的延长，吸附烟丝中薄荷醇的能力大于纯醋纤滤嘴，但在向主流烟气中转移时，薄荷醇的释放量小于纯醋纤滤嘴卷烟样品，且由于它的性质稳定，变化幅度小于纯醋纤滤嘴卷烟样品。 有研究认为烟气薄荷醇释放量与薄荷型卷烟凉味感受显著相关[13]，因此得出结论：针对薄荷型卷烟的设计研发，在施加相同薄荷香精的情况下，为获得更加显著的凉味感受，醋纤滤嘴更优，但是它在存放过程中烟气薄荷醇释放量随着存放时间的延长降幅达到了近50%，感官质量变化显著，与设计值偏差较大。在设计成本允许的情况下，适当增加薄荷醇的添加量，选择活性炭复合滤嘴可以获得稳定、持久的凉味感受。也可以在研发过程中，针对两种滤嘴的优缺点，进行材料的改进研究。