爆珠中柠檬烯、薄荷醇在卷烟中的转移行为

楚文娟，孟祥士，纪 朋，田海英，王 军，王高杰，崔 春，韩 路，胡少东，高明奇

河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经开第三大街8 号 450000

近年来，“爆珠”作为卷烟的新型增香方式，在补充、改善、协调卷烟吸食品质和提升、改变卷烟产品风格等方面的功能越来越突出。Dolka 等［1］采用易碎胶囊滤棒可以降低烟气有害成分释放量。包秀萍等［2］利用溶剂脱水法、相分离-凝聚法将薄荷油制备为微胶囊香精，并添加于卷烟滤嘴中，将其应用于“云烟”（小熊猫）、“云烟”（软珍）、“云烟”（印象红）等卷烟产品中，具有增加烟香、改善舒适性和余味的作用。朴洪伟等［3］研究表明甜橙香胶囊滤棒可减少焦油及7 种烟气有害成分的释放量，降低卷烟危害性指数，而且甜橙香胶囊滤棒使一支烟具有两种不同的香气特征和口味。朱风鹏等［4］报道了爆珠破碎对主流烟气有害成分释放量和滤嘴截留的影响。朱瑞芝等［5］剖析了5 种口味爆珠的关键成分，建立了10 种单体香料的GC-MS/MS 分析方法，并研究了爆珠中关键成分向主流烟气粒相物的转移行为。马驰等［6］通过计算不同圆周规格卷烟烟气线速度分析了滤嘴处温度的变化规律，比较了不同圆周规格卷烟装载不同粒径爆珠后，烟气中薄荷醇、顺式和反式柠檬醛的逐口释放规律。张志刚等［7］分析了爆珠滤棒与无爆珠滤棒和卷烟的物理指标差异以及主流烟气常规指标差异，测试了爆珠破碎前后卷烟物理指标和主流烟气指标的变化。

目前，国内外已有许多关于香料在卷烟中转移行为的研究报道，但大多集中在添加于烟丝中单体香料的转移行为［8-13］，而关于在爆珠加香方式下单体香料向主流烟气的转移行为研究却报道较少。因此，研究了爆珠直径、爆珠放置位置等设计参数对爆珠香味成分向主流烟气转移行为的影响，旨在为爆珠滤棒的精准研发提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

不同直径爆珠样品（所用香精为同一规格）由河南中烟工业有限责任公司技术中心提供；8.0 Y/15 000 丝束（德国Rhodia Acetow 公司）；3.0 Y/35 000 丝束（南通醋酸纤维有限公司）；烫印彩色接装纸（68 mm，150 CU，河南省新郑金芒果实业总公司）；木浆彩色卷烟纸（26.5 mm×28 g/m2A60 CU，牡丹江恒丰纸业股份有限公司）；其余辅材参数均相同，烟丝为同一种配方且同一批次。常规卷烟、细支烟的烟支物理参数如表1 所示。

表1 卷烟样品设计及物理指标参数Tab.1 Physical properties of designed cigarette samples

乙醇（色谱纯，德国Merck 公司）；乙酸苯乙酯、薄荷醇、柠檬烯（标准品，≥98%，北京百灵威科技有限公司），有机相针式滤膜过滤器（0.22 μm，上海安谱实验科技股份有限公司）。

7890A-5975C 气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent 公 司）；RM20H 转 盘 式 吸烟机（德 国Borgwaldt KC 公司）；AL-204-IC 电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；KQ-700DE 数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；HY-8A 振荡器（常州华冠仪器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品的设计与制作

按照表2 设计制作不同粒径的爆珠和相应的卷烟样品。

1.2.2 样品的平衡与筛选

将卷烟样品在GB/T 16447—2004［14］规定的条件下进行平衡后，按照平均质量±0.02 g、平均吸阻±30 Pa、滤嘴通风设计值±2%的标准筛选卷烟样品并作为待测样。

表2 不同卷烟样品的设计参数①Tab.2 Designed parameters of different cigarette samples（mm）

1.2.3 爆珠中香味成分分析

爆珠中香味成分分析参考文献［5］的方法完成，仅将萃取溶剂异丙醇替换为乙醇。

1.2.4 爆珠中香味成分向主流烟气粒相物的转移和滤嘴截留测定

按GB/T 19609—2004［15］规定的方法抽吸卷烟。每张剑桥滤片收集20 支卷烟烟气粒相物（抽吸前捏破爆珠），然后再空吸5 口，使主流烟气自由沉积30 s；称量后迅速取出剑桥滤片，用脱脂棉擦拭捕集器后，一并放入具塞三角瓶中，加入30 mL 乙醇工作溶液；将收集的滤嘴分别沿纵轴方向剪开并置于具塞三角瓶中，用脱脂棉擦拭剪刀后也放入三角瓶中，加入30 mL 乙醇工作溶液；分别密闭锥形瓶后，振荡萃取30 min，将萃取液过针式滤膜后，进行GC-MS 分析。分析条件：

色谱柱：HP-5MS 弹性石英毛细管柱（60 m×0.25 mm×0.25 µm）；进样量：1.0 µL；进样口温度：250 ℃；升温程序：（50 min）；载气：氦气（99.999%）；载气控制模式：恒流模式；流速：1.0 mL/min；分流比：10∶1；传输线温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；电离方式：EI；电子能量：70 eV；扫描方式：SIM；扫描范围：35 ～550 amu；溶剂延迟：4 min。

香味成分向卷烟主流烟气粒相物的转移率（Migration rate of aroma components to the particles in mainstream smoke，MRACPMS）是指滤片中捕集的香味成分质量占爆珠中该香味成分质量的百分比，计算方法见公式（1）。香味成分在滤嘴中的截留率（Retention rate of aroma components in the filter，RRACF）是指滤嘴截留的香味成分质量占爆珠中该香味成分质量的百分比，计算方法见公式（2）。

式中：Ai是滤片中香味成分的质量；Bi是滤嘴中香味成分的质量；Ti是单个爆珠中香味成分的质量。

2 结果与讨论

2.1 爆珠中香味成分筛选和萃取溶剂的选择

对卷烟样品中的爆珠按照1.2.3 节中的方法进行成分剖析，剔除非香味成分（如溶剂）以及质量分数极低的香味成分，选取质量分数＞10%且对卷烟香气有贡献的关键香味成分，结果见表3。可知，爆珠中的主要香味成分为柠檬烯和薄荷醇。异丙醇和乙醇对柠檬烯、薄荷醇的提取率均在99%以上（表4），说明其对两种香味成分均可以萃取完全。另外，相对于异丙醇，乙醇更绿色环保。因此后续实验选择乙醇为萃取剂。

表3 爆珠中香味成分筛选结果Tab.3 Screening results of aroma components in breakable capsules

表4 萃取溶剂的选择Tab.4 Selection of extraction solvent

2.2 爆珠中柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移和滤嘴截留

2.2.1 爆珠直径

不同直径爆珠香味成分在卷烟中转移情况的测定结果如图1 所示。

图1 爆珠的直径对其香味成分转移行为的影响Fig.1 Effects of capsule diameter on transfer behavior of aroma components

由图1 可知，随着爆珠直径的增大，柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率均呈增加趋势；而滤嘴截留柠檬烯、薄荷醇的量均呈逐渐下降趋势。这可能是因为随着爆珠直径的增大，捏破爆珠后，滤棒中的空腔也随之增大，主流烟气受到的阻力减小，在滤嘴中沿轴向的流速变快，烟气温度更高［7］，进而造成滤片捕集的香味成分呈增加趋势而滤嘴截留的香味成分呈降低趋势。此外，爆珠中柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率与在滤嘴中的截留率之和均低于100%，这可能是因为爆珠中的香味成分还有一部分转移至主流烟气气相物以及侧流烟气中。

常规卷烟和细支烟中爆珠香味成分转移情况对比见表5（以共有的直径3.60 mm 爆珠卷烟样品为例）。可以看出，细支烟主流烟气中柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率均高于常规卷烟，而在滤嘴中的截留率均低于常规卷烟。这可能是由于细支烟横截面小，抽吸时气流速度较快，烟气在滤嘴中驻留时间较短，使得滤嘴对烟气的过滤效率较常规卷烟低，而滤片截留的粒相物较常规卷烟高［16-17］。因此，在研发爆珠卷烟时，应根据卷烟风格特征以及关键香味成分在不同直径爆珠卷烟中的转移行为，选择适宜的爆珠直径，以达到既优质又经济的目标。

表5 常规卷烟和细支烟中爆珠香味成分转移情况Tab.5 Transfer of aroma components in breakable capsules of conventional and slim cigarettes

2.2.2 爆珠位置

在滤嘴中不同位置爆珠香味成分在卷烟中的转移情况测定结果如图2 所示。

图2 爆珠放置位置对香味成分转移行为的影响Fig.2 Effects of capsule location (distance to mouth end)on transfer behavior of aroma components

由图2 可知，随着爆珠距唇端距离的增大，柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率总体均呈降低趋势，滤嘴对两种香味成分的截留率呈增加趋势，这可能是因为距唇端距离越远，香味成分在滤嘴中驻留的时间越长，惯性碰撞和拦截过滤作用均提高，使得香味成分在滤嘴中截留的多而向粒相物中转移的少［18］。香味成分向主流烟气粒相物的转移率与滤嘴截留率之和随爆珠距唇端距离的增大总体呈增加趋势，但在距离打孔位置较近时均略微下降。这可能是因为爆珠位置在打孔位置之后，且距离打孔位置越近越易于发生侧流逸散。此外，就香味成分在滤嘴中的截留率而言，细支烟的截留率明显低于常规卷烟，可能原因为：相对于常规卷烟，细支烟普遍采用的是高单旦、低总旦的丝束，且细支烟横截面小，抽吸时气流速度较快，烟气在滤嘴中驻留时间较短，使得滤嘴对主流烟气的过滤效率较低［17，19］。因此，设计和开发爆珠卷烟时，可根据爆珠中香味成分随爆珠距唇端距离的变化规律，选择适宜的放置位置，以达到增补烟香、突出特色的目的。

2.3 爆珠直径与柠檬烯、薄荷醇转移行为的相关性分析

爆珠直径与柠檬烯、薄荷醇转移行为的相关性分析结果（表6）显示：无论是常规卷烟还是细支烟，爆珠直径与柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率正相关，与柠檬烯、薄荷醇在滤嘴截留率负相关，且均达到极显著水平。

表6 爆珠直径与香味成分转移行为的相关性分析结果Tab.6 Results of correlation analysis between capsule diameter and transfer behavior of aroma components

2.4 爆珠位置与柠檬烯、薄荷醇转移行为的相关性分析

爆珠位置与柠檬烯、薄荷醇转移行为的相关性分析结果（表7）显示：对于常规卷烟，爆珠位置与柠檬烯向主流烟气粒相物的转移率极显著负相关，与薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率显著负相关，与柠檬烯、薄荷醇在滤嘴中的截留率均显著正相关；对于细支烟，爆珠位置与柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率显著负相关，与柠檬烯在滤嘴中的截留率极显著正相关，与薄荷醇在滤嘴中的截留率显著正相关。

表7 爆珠位置与香味成分转移行为的相关性分析结果Tab.7 Results of correlation analysis between capsule location and transfer behavior of aroma components

3 结论

①相关性分析表明：爆珠直径、爆珠放置位置对爆珠中柠檬烯和薄荷醇转移行为的影响达到显著或极显著水平。②随着爆珠直径的增大，柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率呈增加趋势，而在滤嘴中的截留率呈降低趋势。③随爆珠距唇端距离的增大，柠檬烯、薄荷醇向主流烟气粒相物的转移率呈降低趋势，而在滤嘴中的截留率呈增加趋势。④柠檬烯、薄荷醇向细支烟主流烟气粒相物的转移率高于常规卷烟，而在滤嘴中的截留率低于常规卷烟。