短支卷烟烟气香味成分逐口释放分析

芦昶彤，王丁众，李 鹏，刘 珊，姜兴益，孙世豪，赵永振*，曾世通*

1.河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州经开区第三大街8号 450000

2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

3.国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区翠竹街6号 450001

由于烟支长度变短，短支卷烟抽吸中烟气化学成分的生成、过滤、扩散，与常规卷烟相比可能存在一定差异。因此，研究短支卷烟的烟气释放特性，对于短支卷烟的产品研发和技术创新具有重要参考作用。但是目前对于短支卷烟的基础研究还相当薄弱，与其产品发展态势极不匹配，仅在卷烟加工工艺方面开展了一些研究［1-4］，烟气释放特性方面的研究鲜见报道。逐口分析作为研究卷烟烟气释放特性的重要技术手段，在常规卷烟、细支卷烟、爆珠卷烟等产品的烟气分析中均有广泛应用。Adam 等［5-6］采用单光子电离飞行时间质谱分析不同类型单料烟主流烟气化学成分的逐口释放情况。余晶晶等［7］建立了卷烟主流烟气中性和碱性香味成分的逐口分析方法，采用该分析方法考察了香味成分逐口递送规律及卷烟纸透气度、接装纸透气度对其的影响。刘琪等［8］对同一烤烟型配方烟丝的细支和常规卷烟主流烟气中焦油、烟碱、CO、NNK、B［a］P、苯酚、巴豆醛、HCN 和NH39 种主要成分逐口释放量进行了量化分析。杨松等［9］建立了5 种烤甜香香味成分逐口释放量的分析方法，考察了相同烟丝配方的细支和常规卷烟主流烟气常规成分和5 种关键烤甜香香味成分逐口释放量的差异。马驰等［10］考察了常规、中支以及细支爆珠卷烟中的薄荷醇、顺式柠檬醛和反式柠檬醛在主流烟气中的逐口释放趋势。鉴于此，围绕短支卷烟的烟气释放特性，从主流烟气常规成分、焦甜香成分、烟熏香成分、有机酸类香味成分等方面开展了短支与常规卷烟的逐口分析及其差异对比，旨在为短支卷烟的产品设计提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

为保证分析结果的可比性，短支卷烟和常规卷烟样品均采用某市售代表性短支卷烟产品的叶组配方和辅材设计，主要辅材设计参数见表1。样品卷制后测得的烟支参数见表2。

表1 实验卷烟辅材设计参数Tab.1 Design parameters of auxiliary materials used in test cigarettes

表2 实验卷烟烟支物理参数Tab.2 Physical parameters of test cigarettes

正丙醇、二氯甲烷（色谱纯，德国Chemicell 公司）；烟碱（AR，加拿大TRC 公司）；丙酸苏合香酯（内标，97%，比利时Acros Organics 公司）；4-氯苯酚（内标，99%，北京百灵威科技有限公司）；反-3-己烯酸（内标，99%，日本TCI 公司）；糠醛（99%）、5-甲基糠醛（99%）和糠醇（98%）等14 种焦甜香成分标样，以及正丁酸（99.5%）、2-甲基丁酸（99.5%）和巴豆酸（97%）等23 种有机酸类香味成分标样（美国Sigma-Aldrich 公司）；愈创木酚（99%）、2,6-二甲基苯酚（99%）、4-甲基愈创木酚（95%）等18种烟熏香成分标样（比利时Acros Organics 公司、日本TCI 公司）。

7895A/5957C 气质联用仪（美国Agilent 公司）；X200AH 转盘型吸烟机（英国Cerulean 公司）；SODIMAX 全功能综合测试台（法国Sodim Instrumentation 公司）；AL-204-IC 电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；HY-5 型振荡器（金坛中大仪器厂）。

1.2 方法

1.2.1 卷烟逐口抽吸方法

按照文献［9］的方法，将卷烟样品置于温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%的恒温恒湿环境平衡48 h 后，按平均质量±0.015 g、平均吸阻±30 Pa的标准进行筛选。然后分别取20 支筛选后的短支卷烟和常规卷烟在转盘型吸烟机上进行抽吸，采用剑桥滤片分别捕集短支卷烟的第1、2、3、4、5、6口烟气和常规卷烟的第1、2、3、4、5、6、7 口烟气。

1.2.2 烟气常规成分测试按照文献［11-13］测试逐口烟气的TPM、焦油、烟碱和水分的释放量。

1.2.3 烟气香味成分分析

按照文献［14］的方法对烟气中的糠醛、5-甲基糠醛、糠醇等14 种焦甜香化合物进行分析，按照文献［15］的方法对烟气中的愈创木酚、2,6-二甲基苯酚、4-甲基愈创木酚等18 种烟熏香化合物进行分析，按照文献［16］的方法对烟气中的正丁酸、2-甲基丁酸、巴豆酸等23 种有机酸进行分析。每个样品做2 次平行分析，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 主流烟气常规成分逐口释放情况

短支和常规卷烟主流烟气常规成分逐口释放量测试结果如图1 所示。由于短支卷烟的第6 口和常规卷烟的第7 口抽吸不完全，测试结果不能真实反映烟气成分的释放情况，因此只对短支卷烟前5 口和常规卷烟前6 口的常规成分逐口释放量进行对比。由图1 可以看出，短支和常规卷烟主流烟气TPM、焦油、烟碱和水分的逐口释放量均随抽吸口数序号的增大而升高，短支卷烟TPM、焦油、烟碱和水分的逐口释放量均明显高于常规卷烟对应口数的逐口释放量。两种卷烟主流烟气常规成分逐口释放量的差异，可能主要是由于烟支长度不同，烟气传递过程中的吸附、过滤效果不同所引起的。在相同叶组和辅材的条件下，与常规卷烟相比，短支卷烟烟气浓度和生理强度更大。这种感官特征上的差异与主流烟气常规成分逐口释放量的差异基本一致。因此，在短支卷烟的产品开发中，需要针对性地进行叶组配方和辅助材料设计，以达到对烟气常规化学指标以及感官指标的有效调控。

图1 短支与常规卷烟烟气常规成分逐口释放量Fig.1 Puff-by-puff releases of routine components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

2.2 主流烟气香味成分逐口释放情况

2.2.1 焦甜香成分

短支和常规卷烟主流烟气焦甜香成分逐口释放量定量分析结果见表3 和表4。可以看出，释放量相对较高的焦甜香成分依次为糠醇、甲基环戊烯醇酮、麦芽酚、4-羟基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮。各焦甜香成分的逐口释放量随抽吸口数的增加大部分呈现出先增加后减小的变化趋势。从焦甜香成分的定量分析结果来看，短支与常规卷烟的逐口释放存在一定差异，但未呈现出明显规律。为了进一步分析二者焦甜香成分逐口释放的差异，根据焦甜香成分逐口释放量和焦油逐口释放量，计算了焦甜香成分的逐口单位焦油释放量，结果见图2。无论是从总体上，还是分别从糠醇、甲基环戊烯醇酮、麦芽酚和4-羟基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮4 种释放量最高的具体成分来看，焦甜香成分的逐口单位焦油释放量同样也是随抽吸口数的增加呈先增加后减小趋势，并且短支卷烟焦甜香成分的逐口单位焦油释放量普遍低于常规卷烟，说明短支卷烟烟气中焦甜香成分的相对比例更低，这可能也是短支与常规卷烟感官特征差异的影响因素之一。焦甜香成分作为烤烟型卷烟特征最为明显的一类香味组分，在短支卷烟的加香加料中可能需要对此类成分进行相应补偿。

图2 短支与常规卷烟烟气焦甜香成分逐口单位焦油释放量Fig.2 Puff-by-puff releases per unit tar of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

表3 短支卷烟烟气焦甜香成分逐口释放量Tab.3 Puff-by-puff releases of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表4 常规卷烟烟气焦甜香成分逐口释放量Tab.4 Puff-by-puff releases of burnt-sweet aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

2.2.2 烟熏香成分

短支和常规卷烟主流烟气烟熏香成分逐口释放量定量分析结果见表5 和表6。可以看出，释放量相对较高的烟熏香成分依次为对甲酚、2-（4-羟基苯基）乙醇、邻甲酚、2,6-二甲氧基苯酚、苯酚。除2-（4-羟基苯基）乙醇的逐口释放量随抽吸口数序号的增大而增大外，其余各烟熏香成分的逐口释放量随抽吸口数序号的增大几乎均呈现出先增加后减小的变化趋势。从烟熏香成分的定量分析结果来看，短支与常规卷烟的逐口释放量存在明显差异。短支卷烟第1 口至第4 口的烟熏香成分逐口释放量明显高于常规卷烟对应口数的逐口释放量，而第5 口明显低于常规卷烟。短支和常规卷烟主流烟气烟熏香成分单位焦油逐口释放量见图3。可以看出，两种卷烟烟熏香成分的单位焦油逐口释放量随抽吸口数序号的增大均呈现出先增加后减小的变化趋势。短支与常规卷烟相比，第5 口的烟熏香成分单位焦油释放量明显较低。

表5 短支卷烟烟气烟熏香成分逐口释放量Tab.5 Puff-by-puff releases of smoky aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表5（续）

表6 常规卷烟烟气烟熏香成分逐口释放量Tab.6 Puff-by-puff releases of smoky aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

图3 短支与常规卷烟烟气烟熏香成分逐口单位焦油释放量Fig.3 Puff-by-puff releases per unit tar of smoky aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

2.2.3 有机酸类香味成分

短支和常规卷烟主流烟气有机酸类香味成分逐口释放量定量分析结果见表7 和表8。可以看出，释放量相对较高的有机酸类香味成分依次为羟基乙酸、乳酸和丙酮酸。除丙酮酸的逐口释放量随抽吸口数序号的增大呈下降趋势外，尤其是第2 口的释放量明显低于第1 口，下降率超过50%，其余各机酸类香味成分的逐口释放量随抽吸口数序号的增大几乎均呈上升趋势。从有机酸类香味成分的定量分析结果来看，短支卷烟有机酸类香味成分的逐口释放量均明显高于常规卷烟对应口数的逐口释放量。短支和常规卷烟主流烟气有机酸类香味成分单位焦油逐口释放量见图4。可以看出，有机酸类香味成分单位焦油逐口释放总量随抽吸口数的增加变化不明显，其中，羟基乙酸和乳酸的单位焦油逐口释放量随抽吸口数序号的增大呈上升趋势，丙酮酸则呈下降趋势。两种卷烟样品有机酸类香味成分单位焦油逐口释放量差异不明显。

图4 短支与常规卷烟烟气有机酸类香味成分逐口单位焦油释放量Fig.4 Puff-by-puff releases per unit tar of organic acid aroma components in mainstream smoke of short and king-sized cigarettes

表7 短支卷烟烟气有机酸类香味成分逐口释放量Tab.7 Puff-by-puff releases of organic acid aroma components in mainstream smoke of short cigarettes （μg·口-1）

表8 常规卷烟烟气有机酸类香味成分逐口释放量Tab.8 Puff-by-puff releases of organic acid aroma components in mainstream smoke of king-sized cigarettes （μg·口-1）

总体而言，短支和常规卷烟主流烟气不同香味成分虽然具有一致的逐口释放规律，但是二者香味成分对应口数的逐口释放量或逐口单位焦油释放量存在明显差异，而且不同香味成分表现出不同的差异。对于焦甜香成分，二者的逐口释放量差异不明显，但短支卷烟逐口单位焦油释放量低于常规卷烟；对于烟熏香成分，二者逐口释放量及逐口单位焦油释放量均存在一定差异；对有机酸类香味成分，短支卷烟的逐口释放量高于常规卷烟，二者单位焦油逐口释放量差异不明显。短支与常规卷烟香味成分逐口释放的差异，可能与烟草燃烧过程、成分形成机理以及成分在烟支中的传递特性有关，具体机制有待进一步研究。香味成分逐口释放量的差异必将导致相同叶组和辅材条件下短支与常规卷烟感官品质和风格的差异，因此在短支卷烟的产品开发中，应该以香味成分释放特征为参考，针对性地进行加香加料技术研究，有效提升短支卷烟的感官品质，进一步彰显产品风格。

3 结论

①短支和常规卷烟主流烟气TPM、焦油、烟碱和水分的逐口释放量均随抽吸口数序号的增大而增大，短支卷烟TPM、焦油、烟碱和水分的逐口释放量均明显高于常规卷烟对应抽吸口数序号的逐口释放量。②释放量相对较高的焦甜香成分依次为糠醇、甲基环戊烯醇酮、麦芽酚、4-羟基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮；焦甜香成分的烟气逐口释放量随抽吸口数序号的增大大部分呈先增加后减小的趋势；短支卷烟焦甜香成分的烟气逐口单位焦油释放量低于常规卷烟。③释放量相对较高的烟熏香成分依次为对甲酚、2-（4-羟基苯基）乙醇、邻甲酚、2,6-二甲氧基苯酚、苯酚；各烟熏香成分的烟气逐口释放量随抽吸口数序号的增大大部分呈先增加后减小的趋势，其中2-（4-羟基苯基）乙醇的逐口释放量随抽吸口数序号的增大而增大；短支卷烟前4 口烟气中烟熏香成分的逐口释放量高于常规卷烟，而第5 口明显低于常规卷烟。④释放量相对较高的有机酸类香味成分依次为羟基乙酸、乳酸和丙酮酸；各有机酸类香味成分的烟气逐口释放量随抽吸口数序号的增大大部分呈上升趋势，其中丙酮酸的逐口释放量随抽吸口数序号的增大呈下降趋势；短支卷烟烟气有机酸类香味成分的逐口释放量均明显高于常规卷烟。