1、不同滤嘴稀释度对卷烟主流烟气中重要香味成分输送量的影响景延秋 冼可法郑州烟草研究院 郑州 450000摘要 本文对滤嘴稀释度（通风度）分别为 0（不打孔）、10%、30%、50%、70%的卷烟烟气中 20 种香味成分和总粒相物、烟碱、CO 等常规成分进行了分析研究。香味物质试验采用标样加入法进行。总粒相物的二氯甲烷浸提液经同时蒸馏萃取并用碱液和饱和氯化钠溶液处理后，把抽提液浓缩，用毛细管气相色谱法和气相色谱/质谱法做了定性与定量分析，并按国标测定了总粒相物、烟碱、CO 等组分输送量的变化。结果表明：这 20 种香味成分的输送量都是随着稀释度的增加而减少的，烟气中常规成分也都是随着稀释度的增加而
2、减少的。但各种物质减少的程度不同，常规成分中 CO 和焦油减少较多，烟碱减少较少；香味成分中分子量较小、沸点较低的物质减少较多，而分子量较大、沸点较高的物质减少较少。随着稀释度的增加，卷烟烟组分不仅量减少了，而且质也有所变化；不仅烟味减弱，而且香气质也发生一定的变化。这是应用通风稀释技术制造低焦油卷烟时进行叶组配方与加香加料所必须考虑的。关键词：滤嘴稀释度 香味成分 主流烟气 输送量随着吸烟与健康问题愈来愈受到社会的普遍关注，降低卷烟烟气中焦油的含量也显得越来越重要。多年来，通过烟草工作者的努力，降低卷烟焦油的技术、理论方法以及生产上的应用都取得了很大的进展。滤嘴通风稀释技术是比较有效的一种，
3、它在降低卷烟焦油，减少卷烟有害成分，发展低焦油卷烟中起着重要的作用。关于滤嘴通风及其对卷烟烟气影响的研究，国内外已做了大量的工作。烟草和卷烟香味是评价烟草及卷烟质量的重要指标。烟草及烟气香味物质的分析研究对提高烟草及其制品的质量具有重要的意义。尤其是近年来，随着低焦油卷烟的发展，对卷烟加香技术提出了更高的要求，烟草及烟气中香味物质的分析研究异常活跃。但关于通风稀释对烟气中香味物质影响的研究就比较少，只有 J.E.Kiefer 1978 年作了 50%稀释度几种香味成分的研究，而不同通风稀释对烟气中香味物质输送量影响的研究，至今未见文献报导。本文拟对不同稀释度（滤嘴打孔）对卷烟烟气中一些重要香味
4、成分和烟气常规成分输送量的影响进行分析研究，并探索这些成分的变化与卷烟吸味、香气变化的相关关系，以取得有关的资料数据，为卷烟叶组配方和加香加料提供一些依据。常用的香味物质分离方法有水蒸汽蒸馏和有机溶剂提取。近年来又出现了顶空分离法和同时蒸馏萃取法（SDE）。SDE 是 S.T.Liken 和 G.B.Nickerson.在 1964 年首先建立的。70 年代以来，许多科技工作者用该装置或改进的 SDE对挥发性物质进行了研究。该方法集水蒸汽蒸馏和有机溶剂萃取于一身，操作简单，快速。本文采用同时蒸馏萃取法和毛细管气相色谱技术对香味物质进行分析。1 实验1.1 材料、仪器、试剂材料：“将军”叶组配方
5、、滤材、盘纸，滤嘴打孔稀释度分别为0、10%、30%、50%、70%。所做的这五个不同稀释度的样品，都是通过改变孔径大小来实现的，而孔深和孔数都不改变。仪器：Filtrona COA 200 二十孔道吸烟机：HP 5890 气相色谱仪；HP 6890带自动进样器气相色谱仪；HP 3393A 数据处理机；HP 5890 气相色谱/5988 质谱联用仪；同时蒸馏萃取仪（自制）见图 1。试剂；二氯甲烷、氢氧化钠、氯化钠、无水硫酸钠、异丙醇、无水乙醇（均为分析纯）标样化合物：甲基吡嗪、糠醛、5-甲基糠醛、苯甲醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、三甲基吡嗪、2-乙酰吡啶、苯乙醛、苯乙酮、芳樟醇、-苯乙醇、异
6、佛尔酮、氧化异佛尔酮、乙酸苯甲酯、薄荷醇、辛酸乙酯、-大马酮、二氢大马酮、香叶基丙酮、-紫罗兰酮、乙酸苯乙酯、均为进口试剂，除了香味基丙酮含量为 65%（另 35%为其异构体橙花基丙酮），其余的纯度均大于 97%（GC）。1.2 卷烟样品筛选试验的卷烟样品，放在 RH（605）%、温度（222）的恒温恒湿箱内平衡 48 小时，然后把烟支在 Filtrona CTA 500 综合测试台上测试，挑选出以下物理特性指标范围内的烟支为试验烟支；（1）稀释度 0（不打孔） 重量 0.9711.011g 吸阻 9321030Pa（2）稀释度（101）% 重量 0.9711.011g 吸阻 883981Pa
7、（3）稀释度（301）% 重量 0.9711.011g 吸阻 736834Pa（4）稀释度（501）% 重量 0.9711.011g 吸阻 588686Pa（5）稀释度（701）% 重量 0.9711.011g 吸阻 490588Pa1.3 卷烟样品烟气常规成分分析烟气常规成分总粒相物、烟碱、一氧化碳、焦油、水分的分析测定是用filtrona COA 200 型吸烟机吸烟，按国标进行的。1.4 卷烟样品烟气香味物质分析选用 20 种香味物质成分作滤嘴稀释度对卷烟主流烟气中香味物质输送量影响的试验。这些物质是烟草中重要香味成分，包括了醇、醛、酮、酯、吡嗪、吡啶等多种类型的中性和碱性化合物，它们多
8、数是卷烟加香中常用的香味物质。烟草中香味物质种类很多，但含量都很低，在烟气中含量更低。要对烟气中上述香味物质直接定性定量，需用大量样品做试验，把香味物质分级分离与富集。但由于筛选出来的物理性指标相近的滤嘴卷烟烟支样品很少，而且在分级分离与富集后再进行定量分析的误差较大，难以按这样的方法进行试验。所以决定采用标准加入法进行试验。图 1 同时蒸馏萃取装置示意图 图 2 卷烟样品的前处理过程示意图1.4.1 样品的前处理 图 2 为样品前处理过程的示意图1.4.2 卷烟烟气中香味成分的定性分析 经过前处理得到的空白样品液和加香样品液分别用毛细管 GC 法进行分析，用色谱峰保留时间。结合 GC/MS
9、对各成分进行定性。共试验了 20 种香味物质。GC 条件：ultra 2 WCOT 毛细管柱：50m0.2mm i.dGC/MS 测量时 GC 条件同上面，电离电压 70eV，传输线温度 280，离子源温度 260。1.4.3 卷烟主流烟气中香味成分的定量分析（1）同时蒸馏萃取过程中标样化合物回收率的测定作这 20 种香味物质同时蒸馏萃取过程的回收率试验，结果如表 1 所示。表 1 同时蒸馏萃取过程的回收率编号 名称 回收率（%） 编号 名称 回收率（%）1 甲基吡嗪 77.9 11 -苯乙醇 33.52 糠醛 78.4 12 异佛尔酮 83.93 5-甲基糠醛 84.8 13 氧化异佛尔酮
10、80.84 苯甲醛 81.5 14 乙酸苯甲脂 78.95 6-甲基-5-庚稀-2-酮 82.1 15 薄荷醇 54.26 三甲基吡嗪 81.8 16 辛酸乙酯 84.37 2-乙酰吡啶 75.8 17 -大马酮 85.58 苯乙醛 65.6 18 二氢大马酮 83.79 苯乙酮 81.3 19 香叶基丙酮 85.810 芳樟醇 83.2 20 -紫罗兰酮 82.4由表 1 可看出，20 种香味成分中 13 种的回收率比较高，高于 80%，其中香叶基丙酮高达 85.8%， 苯乙醇的回收率最低，只有 33.5%。从总的趋势看，对于沸点较高、极性较弱的香味成分回收率较高，如辛酸乙酯、大马酮、二氢大
11、马酮、香叶基丙酮、-紫罗兰酮这些物质的回收率都大于 80%。（2）卷烟样品烟气香味成分的定量分析加香样品和空白样品经前处理得到的样品液，都加入 15L 乙酸苯乙酯（16mg/mL）的乙醇溶液作内标，用毛细管气相色谱进行分析。滤嘴稀释度为0、10%、30%、50%、70%的卷烟样品的气相色谱图见封二所示。各种香味成分，用内标法标准曲线进行定量，并根据前处理过程中的回收率加以校正。1.5 评吸试验把滤嘴稀释度分别为 0、10%、30%、50%、70%的卷烟样品，请郑州烟草研究院评吸委员会的专家进行评吸试验。看滤嘴稀释度的变化对卷烟感官质量包括香气质、量、刺激性、劲头、杂气和余味的影响。2 结果与讨
12、论2.1 试验条件的选择2.1.1 同时蒸馏萃取水浴温度 对同时蒸馏萃取的水浴温度做了比较试验。当水浴温度小于 60时，图 1 中的右端二氯甲烷蒸汽产生量少，则左端大烧瓶中的水蒸汽极易通过右边管子，进入装有二氯甲烷的小烧瓶中，使二氯甲烷蒸发的量很小，造成试验失败；温度太高时，二氯甲烷蒸发太快，来不及全部冷凝，损失量大，因此同时蒸馏萃取的水浴温度应采用使二氯甲烷既能在管中达到饱和又尽可能低的温度，经过反复比较，选定 60为最适温度。2.1.2 总粒相物浸提 对滤片总粒相物用有机溶剂浸提与不用有机溶剂浸提做了对比试验，结果表明，所测的 20 种香味成分中，大部分物质浸提的测定值比不浸提的要高，所以
13、选定浸提。2.1.3 同时蒸馏萃取时间的选择 分别进行 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 和3.0h 的比较试验，当同时蒸馏萃取时间小于 1.5h 时，各香味物质的值都是随着时间的延长而增加的，到了 1.5h 后，所测的 20 种香味成分大部分不再增加或增加甚微，某些成分的测定值反而降低，1.5h 时各香味物质的总量也是最高的，故选定 1.5h 作为同时蒸馏萃取时间。2.2 重复性试验整个试验条件确定以后，取 10 组卷烟（每组 4 支烟），其中把 5 组卷烟注射标准溶液，每支注射标样混合液 25L，另外 5 组作为空白对照。进行重复性试验，试验结果如表 2 所示。由此表可看出，在所分析
14、的 20 种香味成分中，有 19 种成分变异系数在 10%以下，只有苯乙醛在 10%以上，为 14.7%。由于烟气中大多数香味成分的含量都很低，尽管加入了标准物质，但烟气中的量还是很低的。（一般0.1mg/支），从这样的重复性试验结果，结合前面的回收率结果，表明本文所采用的方法是一个准确、精密、简便的分离分析方法。表 2 重复性测定结果 n=5编号 名称 变异系数 （%） 编号 名称 变异系数 （%）1 甲基吡嗪 5.70 11 -苯乙醇 6.532 糠醛 4.61 12 异佛尔酮 6.913 5-甲基糠醛 5.25 13 氧化异佛尔酮 7.684 苯甲醛 5.03 14 乙酸苯甲脂 7.48
15、5 6-甲基-5-庚稀-2-酮 4.68 15 薄荷醇 7.206 三甲基吡嗪 5.04 16 辛酸乙酯 8.577 2-乙酰吡啶 5.50 17 -大马酮 6.018 苯乙醛 14.7 18 二氢大马酮 5.989 苯乙酮 8.39 19 香叶基丙酮 5.9210 芳樟醇 7.82 20 -紫罗兰酮 4.912.3 滤嘴稀释度对卷烟烟气常规成分的影响表 3 列出了在滤嘴稀释度分别为 0、10%、30%、50%、70%下这些成分的输送量及随着稀释度的增加这些成分减少的百分比。表 3 烟气常规成分在不同稀释度下的输送量及其随着稀释度的增加而减少的百分比滤嘴稀释度 成分 测定项目0 10% 30%
16、 50% 70%输送量（mg/支） 14.20 12.90 10.30 6.40 2.601 一氧化碳减少（%） * 0 9.20 27.50 54.90 81.60输送量（mg/支） 15.70 13.40 12.00 7.60 3.002 焦油减少（%） * 0 14.60 23.60 51.60 80.90输送量（mg/支） 19.00 17.32 15.79 10.42 5.533 总粒相物减少（%） * 0 8.80 16.90 45.20 70.90输送量（mg/支） 1.20 1.15 1.03 0.79 0.494 烟碱减少（%） * 0 4.10 14.20 34.20 59
17、.20输送量（mg/支） 2.82 2.80 2.74 2.05 2.005 水分减少（%） * 0 0.70 2.80 27.30 29.10* 为各稀释度下与不打孔相比下降的百分比从表中可看到这些成分随着稀释度的增加都是降低的，但各物质下降的比例不同，CO 与焦油减少较多，烟碱减少趋势较缓，总粒相物减少幅度介于焦油与烟碱之间，而总粒相物中水的变化是最小的，这结果与 J.E.Kiefer 等人的研究结果是类似的。2.4 滤嘴稀释度对卷烟烟气香味成分输送量的影响表 4 列出了所试验的各香味成分在 5 种不同稀释度卷烟主流烟气中的输送量及在不同稀释度下各种香味物质输送量降低的百分率。表 4 各香
18、味成分在不同稀释度下的输送量及随着稀释度的增加而减少的百分比稀释度 0 稀释度 10% 稀释度 30% 稀释度 50% 稀释度70%名称 输送量g/支 *输送量g/支减少*%输送量g/支减少*%输送量g/支减少*%输送量g/支减少*%沸点分子量甲基吡嗪 19.60 5 19.56 16 11.75 40 5.73 71 2.34 88 135 94糠醛 17.67 4 15.80 11 11.58 34 8.56 52 3.10 82 161 965-甲基糠醛 29.64 7 28.06 5 22.96 23 19.20 35 7.42 75 187 110苯甲醛 17.88 4 15.95
19、11 12.06 33 8.21 54 4.28 76 179 1066-甲基-5-庚稀-2-酮 20.99 5 16.32 22 7.57 64 6.64 68 3.55 83 173 126三甲基吡嗪 41.83 10 36.23 13 26.04 38 17.78 57 12.26 71 172 1222-乙酰吡啶 20.12 7 26.73 8 21.39 27 15.86 46 8.31 77 192 121苯乙醛 17.28 4 16.81 3 15.06 13 9.97 42 3.69 79 195 120苯乙酮 27.64 7 24.87 10 18.66 32 16.17 4
20、1 9.09 67 201 120芳樟醇 70.46 18 66.56 6 58.68 17 49.61 30 40.88 42 198 154-苯乙醇 91.98 23 86.69 6 76.11 17 65.53 29 54.95 40 220 122异佛尔酮 72.25 18 69.15 4 62.52 13 49.80 31 38.83 46 213 138氧化异佛尔酮 63.85 16 61.88 3 57.38 10 45.24 29 35.28 45 211 152乙酸苯甲脂 42.01 11 39.31 6 33.77 20 26.34 37 19.45 54 215 150薄
21、荷醇 136.60 34 132.8 3 124.3 9 105.00 23 88.83 35 216 156辛酸乙酯 33.24 8 30.58 8 25.21 24 19.91 40 14.44 57 207 172-大马酮 83.11 21 81.45 2 75.00 10 70.61 15 53.22 36 228 190二氢大马酮 88.96 22 87.47 2 81.26 9 75.28 15 57.02 36 232 192香叶基丙酮 79.62 20 78.95 1 74.44 7 68.19 14 50.99 36 238 194-紫罗兰酮 83.99 21 82.39 2
22、 76.89 8 69.63 17 54.71 35 239 192* *为加入量 400g/支的百分比 *比各稀释度为 0 时的输送量改下降的百分比由表 4 数据可看到，当稀释度为 0（不打孔）时，所试验的 20 种香味成分（加入量均为 400g/支）在主流烟气中的输送量都不足 40%，最大的是薄荷醇，也不过是 34%；有 9 种不足 10%，其中糠醛、苯甲醛、苯乙醛这三种物质，输送量最小，只有 4%。醇和大部分的酮在主流烟气的输送量相近，为 16%23%，但也有的酮比较低，如 6-甲基-5-庚烯-2-酮只有 5%，这可能与这种物质的分子结构如碳链的长短有关；酯类物质输送量比较小，在 10%
23、左右，如辛酸乙酯、乙酸苯甲酯分别为 8%、11%。而三种碱性香味物质输送量也都较小，如甲基吡嗪、2-乙酰吡啶、三甲基吡嗪输送量分别为 5%、7%、10%。各种香味物质在烟气中输送量的差异，显然与各种香味物质在吸烟过程的热解程度不同有关。随着稀释度的增加，这 20 种香味成分的主流烟气中的输送量都是逐渐降低的，但是不同物质下降的趋势有一定差异。不同稀释度对不同香味物质的输送量影响是不同的，同一稀释度对不同香味物质的输送量影响也不同。还可以看到，在不稀释时输送量小的成分，随着通风稀释度的增加，其输送量减少的百分比一般是较多的。表中编号靠前的一些成分，如甲基吡嗪、糠醛、苯甲醛、苯乙醛等在烟气不稀释时
24、的输送量都比较小；在不稀释时输送量大的成分，在通风稀释增加时，这些物质减少的百分比一般是较少的，见表中编号靠后的一些成分，如 -大马酮、二氢大马酮、香叶基丙酮、-紫罗兰酮。结合各香味物质的沸点、分子量、和极性，可看出不同稀释度对这些物质输送量影响的差异性和一些特点：沸点较低、分子量较小的香味成分，稀释度的增加对其输送量的影响较大，其减少量多些，如表 4 中的甲基吡嗪从 10%稀释度的 16%到 70%稀释度时的 88%（与不打孔相比，降低的百分率），苯乙醛从10%稀释度的 3%到 70%稀释度的 79%；而对沸点较高、分子量较大的香味成分，稀释度的增加对香味成分输送量的影响要小些，即减少量少些
25、，如 -大马酮、二氢大马酮、香叶基丙酮、-紫罗兰酮，它们的沸点为 228239，分子量为 190194，都比较高，它们的输送量从 10%的 12%到 70%的3536。这四种物质的分子量、沸点相差不大，它们在各个不同的稀释度下，减少的百分比非常接近。这种现象容易理解，因为滤嘴打孔烟在抽吸时，外边的空气从打孔处进入烟柱，烟气也从打孔处出来，沸点低、分子量小（较轻）的香味物质分子在这种气体交换过程中容易被气体带出，则损失的就多一些；而沸点较高、分子量较大（较重）的香味物质分子在交换过程中被带出的自然要少些。随着稀释度的增加，香味物质输送量降低的快慢除了与物质的沸点、分子量有一定关系外，可能还与其它
26、一些因素如分子结构、极性等有关。譬如有的分子量和沸点都相近的物质，它们随着稀释度的增加其减少的程序却有较大差异，如苯乙醛和苯乙酮，它们的分子量都是 120，沸点分别为 195 和201，其减少的百分比在 70%稀度下，一个为 79%，一个为 67%，这可能与两种物质的结构与极性的差异有关。又如 -苯乙醇和 -大马酮，它们的沸点分别为 220、228，分子量分别为 122 和 190，可它们随稀释度增加而减少的百分比相差不大。这可能与 -苯乙醇极性较强、-大马酮极性较弱有关。而且还表明，就物质的沸点与分子量两个影响因素而言，沸点影响作用似乎更大些，这从辛酸乙酯的情况也可看到。它的分子量比 -苯乙
27、醇、异佛尔酮、氧化异佛尔酮、乙酸苯甲酯、薄荷醇等要大，但它的沸点比这些成分低些，故它的输送量比它们少，输送量减少的百分率比它们大。2.5 滤嘴稀释度对卷烟吸食品质的影响表 5 不同滤嘴稀释度对卷烟感官质量的影响的评吸试验结果滤嘴稀释度 香气质 香气量 劲头 刺激性 杂气 余味0 中 尚足 适中 有 + 有 尚适 +10% 中 尚足 - 适中 微有 有 尚适30% 中 - 有 适中 微有 有 - 尚适 -50% 中 - 有 - 较小 微有 有 - 尚适 -70% 中 较少 小 无 微有 较适卷烟的吸食品质感官质量主要指卷烟的吃味和香气。评吸试验表明，由于卷烟滤嘴打孔后，烟气被通风稀释，烟气中焦油
28、、烟碱等成分和各种香味成分都减少了，因而卷烟的吃味、香气和劲头都减弱了。但是在烟气稀释过程中，不同物质成分减少程度不同，在不同稀释度下减少的比例也不同，说明滤嘴打孔通风稀释后，烟气组成不仅量上减少，而且质也发生一定变化。因此卷烟烟气吸食质量的变化，不仅是卷烟香味与劲头的减弱，而且香气的质、杂气、刺激性、余味都有所变化。由于烟气中辛辣、刺激性杂气成分大都是沸点较低，分子量较小的物质，这些成分在通风稀释时，减少较多；而烟气中主体香气成分大都是沸点较高、分子量较大的物质，它们在通风稀释时损失较小。所以一般来说，打孔稀释后，卷烟烟气刺激性、杂气减少，余味有所改善，主体香气保留较多。基于以上分析，通过滤嘴打孔来设计和制造低焦油卷烟时，应根据不同的香味物质和常规成分在主流烟气中输送量的变化情况，来考虑卷烟叶组配方和加香加料。中国烟草学报，1999 年，第 2 期，7-13 页
