辅材参数对酯类香料在卷烟中转移行为的研究

郭 鹏，单 凯，邹 艳，董振山，陈 亮，宁 伟，各会杰，黄 珂，张玎婕，朴星宇

（1.红塔辽宁烟草有限责任公司技术中心，辽宁沈阳 110000；2.红塔辽宁烟草有限责任公司沈阳卷烟厂，辽宁沈阳 110000；3郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450002）

“降焦减害”已成为全世界烟草行业的共识，焦油量的降低直接影响卷烟的吸食舒适度和生理满足感，难以被消费者接受，通过外加一些香料可以弥补焦油量降低所引起烟气不足等问题[1-2]。酯类物质是烟草中常用的一类香料，可以赋予卷烟独特的香味，使烟气柔和细腻[3-4]。

卷烟辅材参数的不同会对烟用香料在烟丝、烟气中分布情况有影响[5-8]。试验通过改变卷烟辅材参数对一些外加酯类香料在烟丝中分布情况及卷烟抽吸过程中迁移规律、截留情况，了解酯类香料的加香效果和低焦油卷烟的香味补偿等都具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

乙酸苯乙酯（内标）、异戊酸甲酯、异戊酸乙酯、异戊酸丁酯、异戊酸异戊酯、异戊酸己酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乙酰丙酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯，乙酸异戊酯、乙酸戊酯、乙酸己酯、乙酸庚酯、乙酸辛酯、乙酸壬酯、乙酸癸酯，γ-戊内酯、γ-己内酯、桃醛、椰子醛，肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯、肉桂酸正丙酯、肉桂酸丁酯、肉桂酸苄酯，苯甲酸乙酯、苯甲酸异丁酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸异戊酯、苯甲酸苄酯，均为色谱级，北京市百灵威科技有限公司提供；二氯甲烷（色谱级），北京市迪马科技有限公司提供；无水乙醇（色谱级），天津市津东天正精细化学试剂厂提供；氯化钠（分析级），天津市德恩化学试剂有限公司提供。

EL 204型电子天平，美国Mettler Toledo公司产品；CIJECTOR型香精注射机，瑞士Burghart公司产品；7890B型气相色谱仪，美国Agilent公司产品；RM20H型转盘型吸烟机，德国Borgwalt KC公司产品。

空白卷烟[（64 mm烟支+20 mm醋纤滤嘴） ×圆周24.5 mm]，红塔辽宁烟草集团公司提供产品。

1.2 试验方法

1.2.1 标准工作溶液的配置

精准称取0.05 g乙酸苯乙酯于100 mL的容量瓶中用乙醇定容至刻度线，摇匀后得到质量浓度为0.5 mg/mL的内标溶液。

称取34种酯类香料0.04 g于50 mL的容量瓶中，用内标溶液定容至刻度线，摇匀后得到质量浓度为0.8 mg/mL的混合标准储备液。

准确吸取 100，200，400，1 000，4 000，8 000 μL混合标准储备液，分别置于10 mL的容量瓶中，用内标溶液稀释定容，得到质量浓度为0.008，0.016，0.032，0.080，0.320，0.640，0.800 mg/mL 的标准工作溶液。

1.2.2 酯类香料的添加

准确称取一定量的各香料标准样品，用无水乙醇将各酯类香料稀释配制成质量浓度为10 mg/mL的混合香料溶液。按5 μL/支的用量将混合香料溶液注射到空白卷烟样品中。注射完毕在ISO3402标准恒温恒湿条件下（22±2℃，RH60±5%） 密封保存48 h[9-10]。

1.2.3 样品的前处理

迅速将加香烟丝和滤嘴分开，称取10 g烟丝放入同时蒸馏萃取装置一端的1 000 mL圆底烧瓶中，依次加入300 mL蒸馏水和60 g氯化钠，用控温电热套加热，装置的另一端盛有60 mL二氯甲烷的浓缩瓶，于60℃下水浴加热提取3 h，蒸馏萃取结束后，加入1 mL质量浓度为0.5 mg/mL的乙酸苯乙酯溶液，浓缩至1 mL，待上样分析。按照GB/T 16450标准要求，利用吸烟机抽吸，92 mm剑桥滤片捕集主流烟气，保留烟蒂。抽吸结束后，按照上述的方法对烟气中酯类物质进行萃取[11-12]。

1.2.4 GC条件

色谱柱：HP-5（60 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为氦气，柱流速0.8 mL/min（恒流模式），进样口温度280℃，分流比10∶1；程序升温：色谱柱初始温度45℃（保持2 min） 以2℃/min升温至280℃（保持 20 min），进样量 1.0 μL。

检测器FID，检测器温度280℃，氢气40 mL/min，空气450 mL/min，尾吹20 mL/min。

2 结果与分析

2.1 前处理条件的优化

2.1.1 蒸馏水的用量比对酯类物质提取效果的影响

保持其他条件一定，研究烟丝质量与蒸馏水用量对酯类物质提取效果的影响。分别取烟丝质量与蒸馏水质量比 1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40考查对萃取效果的影响。

料液比对酯类物质提取效果的影响见图1。

由图1可知，当烟丝和蒸馏水的质量比为1∶30时，萃取效果最佳。

2.1.2 蒸馏时间对酯类物质提取效果的影响

保持其他条件一定，分别选取蒸馏时间1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h考查蒸馏时间对萃取效果的影响。

蒸馏时间对酯类物质提取效果的影响见2。

由图2可知，最佳的蒸馏时间为3 h。

2.1.3 氯化钠用量与烟支用量之比对酯类物质提取效果的影响

保持其他因素一定，考查氯化钠用量对提取香味物质的影响。分别取氯化钠与烟丝质量比0，1∶1，1∶3，1∶6，1∶9 进行试验。

氯化钠用量与烟支用量之比对酯类物质萃取效果的影响见图3。

由图3可知，随着氯化钠与烟丝质量比逐渐增大，香味物质的提取量增加，氯化钠用量超过一定范围后，香味物质的提取量反而下降，根据试验结果，NaCl与烟丝质量比为1∶6时萃取效果最佳。

2.1.4 二氯甲烷与烟支用量之比对酯类物质提取效果的影响

保持其他因素一定，试验选取了二氯甲烷与烟样用量之比分别为3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1（mL∶g），考查二氯甲烷与烟支用量之比对萃取效果的影响。

二氯甲烷与烟支用量之比对萃取效果的影响见图4。

由图2～图4可知，二氯甲烷与烟支用量之比6∶1（mL∶g）时，酯类物质提取量最大。

2.1.5 蒸馏温度对酯类物质提取效果的影响

保持其他因素一定，分别取水浴温度50，55，60，65，70℃进行试验，考查水浴温度对酯类味物质提取效果的影响。

蒸馏温度对酯类物质提取效果的影响见图5。

由图5可知，当蒸馏温度为60℃时，萃取效果最佳。

2.2 方法学验证

2.2.1 标准工作曲线、检出限和定量限

酯类物质与内标的峰面积比和酯类物质与内标的浓度比建立线性回归方程，标准工作曲线最低质量浓度重复测定10次，并求其标准差，以3倍标准差为检出限，以10倍标准差为定量限。

各酯类物质的线性方程、定量限和检出限见表1。

表1 各酯类物质的线性方程、定量限和检出限

由表1可知，35种酯类香料在0.008～0.800 mg/mL内线性良好（决定系数R2＞0.999），检出限在0.005 2～0.019 0 μg/mL。

2.2.2 重复性和回收率

按照1.2.3的条件和1.2.5的条件进行处理分析，做5次重复试验，并计算其各种外加酯类的回收率和变异系数。

各酯类香料回收率及变异系数的测定结果见表2。

表2 各酯类香料回收率及变异系数的测定结果

由表2可知，酯类物质回收率在70.74%～105.50%，5次重复试验的相对标准偏差均在5%以内，说明该方法重复性较好，适合酯类香料的定量分析。

2.3 辅材参数对酯类香料在卷烟中转移情况的影响

按照1.2.2～1.2.4的方法，对添加酯类香料的卷烟进行前处理，考查辅材参数对酯类香料在卷烟中的分布情况的影响。

不同滤嘴参数对酯类物质在卷烟中分布情况的影响见表3，正交试验结果方差分析见表4。

由表3和4可知，①影响散失率各因素的主次关系为接装纸打孔排数＞接装纸打孔个数＞成形纸透气度＞接装纸打孔距离＞接装纸透气度；②影响迁移率各因素的主次关系为接装纸打孔排数＞接装纸透气度＞成型纸透气度＞接装纸打孔距离＞接装纸打孔个数。③打孔排数、打孔个数、成型纸透气度对持留率的影响显著；④接装纸打孔排数是影响散失率的极度显著因素，接装纸打孔个数是影响散失率的显著因素；⑤接装纸打孔排数、接装纸透气度是影响转移率的显著因素；⑥成型纸透气度是影响截留率的极度显著因素，打孔排数、距离和接装纸透气度对截留率的影响显著。

表3 不同滤嘴参数对酯类物质在卷烟中分布情况的影响/%

综合酯类物质在卷烟中分布情况，接装纸打孔排数2排，接装纸透气度200 CU，接装纸打孔个数8个，成型纸透气度6 000 CU，接装纸打孔距离18 mm，为外加酯类香料卷烟最佳辅材工艺参数。

3 结论

采用同时蒸馏萃取及气相色谱仪对酯类香料进行分析，研究了辅材参数对酯类香料在卷烟中分布情况。结果表明，①打孔排数、打孔个数、成型纸透气度对持留率的影响显著；②接装纸打孔排数是影响散失率的极度显著因素，接装纸打孔个数是影响散失率的显著因素；③接装纸打孔排数、接装纸透气度是影响转移率的显著因素；④成型纸透气度是影响截留率的极度显著因素，打孔排数、距离和接装纸透气度对截留率的影响显著；⑤综合酯类物质在卷烟中分布情况，接装纸打孔排数2排，接装纸透气度200 CU，接装纸打孔个数8个，成型纸透气度6 000 CU，接装纸打孔距离18 mm，为外加酯类香料卷烟最佳辅材工艺参数。