王洪波，劉克建，朱先約，范 忠，譚 濤，彭 斌，秦亞瓊，劉惠民，翟玉俊*，蔡君蘭*

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

2.甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，蘭州市濱河南路1111號 730050

3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，南寧市北湖南路28號 530001

卷煙通風(fēng)設(shè)計(jì)是煙草行業(yè)最重要的降焦技術(shù)手段，通常包括濾嘴通風(fēng)和卷煙紙通風(fēng)兩種方式。通風(fēng)改變了卷煙燃燒錐空氣的流態(tài)，從而影響了煙絲的裂解和蒸餾過程，造成煙氣成分稀釋、擴(kuò)散與截留的改變，影響了煙氣成分的釋放，最終影響卷煙感官品質(zhì)［1-7］。卷煙通風(fēng)分配是指相同總通風(fēng)率條件下的紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率的組合搭配。以往有關(guān)通風(fēng)分配對卷煙主流煙氣影響的研究更多關(guān)注于感官質(zhì)量［1-2］，煙氣常規(guī)成分［3-4,8-9］，有害成分［4,6］，酸性、中性和堿性香味成分［9-16］等的影響，如：連芬燕等［6］研究認(rèn)為隨濾嘴通風(fēng)率增加，卷煙燃燒溫度的高溫區(qū)體積分布呈下降趨勢，有害成分釋放量也呈下降趨勢，但對7種代表性有害成分釋放量的影響程度存在差異；蔡君蘭等［9］研究了濾嘴通風(fēng)度為0、10%、25%、40%、54%和64%下，卷煙主流煙氣常規(guī)成分和氣粒相中32種中性香味成分的釋放量，認(rèn)為香味成分的總釋放量隨濾嘴通風(fēng)率的增加而降低，濾嘴通風(fēng)率影響酮類化合物在氣粒相的分布，香味成分降低速率高于煙堿降低速率。以上研究表明：濾嘴通風(fēng)的增大，不僅改變了卷煙燃燒錐溫度，而且降低了香味成分釋放量，也改變了煙氣中香味成分的比例。酮類成分作為重要的一類中性香味成分，多為卷煙燃燒裂解產(chǎn)生，對提升煙氣感官質(zhì)量有重要貢獻(xiàn)。由于卷煙通風(fēng)影響卷煙燃燒過程，而濾嘴通風(fēng)和卷煙紙通風(fēng)是卷煙設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，因此，有必要研究由濾嘴通風(fēng)和卷煙紙通風(fēng)引起的卷煙通風(fēng)分配對煙氣中酮類香味成分釋放量的影響。

為此，設(shè)計(jì)了不同卷煙紙通風(fēng)和濾嘴通風(fēng)卷煙樣品，采用GC-MS法測定了主流煙氣中酮類化合物釋放量，研究了卷煙紙通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率及卷煙總通風(fēng)率對主流煙氣主要酮類化合物釋放量的影響規(guī)律，旨在為卷煙配方設(shè)計(jì)及卷煙加香加料提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

常規(guī)卷煙樣品由云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心提供，卷煙實(shí)測參數(shù)見表1。表1中，卷煙總通風(fēng)率（V，%）為濾嘴通風(fēng)率（VF，%）和紙通風(fēng)率（CP，%）之和。

二氯甲烷（色譜純），內(nèi)標(biāo)：氘代苯（99.5%）、乙酸苯乙酯（99.8%，北京百靈威科技有限公司）。

7980型氣相色譜-6973型質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；SM450直線型吸煙機(jī)、?0.45μm有機(jī)微孔濾膜（英國Cerulean公司）；?44 mm劍橋?yàn)V片（英國Whatman公司）。

1.2 方法

1.2.1 煙氣的捕集

將卷煙樣品在（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h，挑選平均質(zhì)量±0.015 g和平均吸阻±49 Pa的煙支作為測試樣品。

用直線型吸煙機(jī)抽吸卷煙，每組抽吸10支，用劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣粒相物，在捕集器后面連接兩個(gè)串聯(lián)的吸收瓶，在每個(gè)吸收瓶中加入10 mL甲醇，并在低溫冷卻（干冰-異丙醇）條件下捕集主流煙氣氣相成分。

1.2.2 主流煙氣粒相成分分析

收集捕集10支卷煙主流煙氣粒相物的劍橋?yàn)V片，折疊后放入4 mL樣品瓶中，加入3 mL二氯甲烷萃取劑，并準(zhǔn)確加入100μL內(nèi)標(biāo)溶液（2 mg/mL）；用密封膜密封，超聲萃取30 min，取萃取液，用微孔濾膜過濾，濾液進(jìn)行GC-MS分析，選擇離子監(jiān)測（SIM）模式定量分析目標(biāo)成分。

1.2.3 主流煙氣氣相成分分析

卷煙抽吸后，用洗耳球分別對捕集裝置兩個(gè)吸收瓶中的吸收管抽吸5次進(jìn)行清洗，每個(gè)吸收瓶中準(zhǔn)確加入100μL內(nèi)標(biāo)溶液，攪拌均勻后，各取兩個(gè)吸收瓶中1 mL溶液混勻進(jìn)行GC-MS分析。取樣時(shí)，要盡快并蓋緊色譜瓶蓋以防止揮發(fā)性成分損失。

為實(shí)現(xiàn)高通量分析煙氣化學(xué)成分（如：中性、堿性成分，揮發(fā)性酸和酚類成分）釋放量，采用雙分析柱進(jìn)行分析，其中DB-624色譜柱使用氘代苯為內(nèi)標(biāo)，DB-5MS色譜柱使用乙酸苯乙酯為內(nèi)標(biāo)，各酮類化合物均采用內(nèi)標(biāo)法相對定量。

1.2.4 GC-MS參數(shù)

GC-MS參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 GC-MS分析參數(shù)Tab.2 Parameters for GC-MSanalysis

2 結(jié)果與討論

2.1 煙氣中酮類化合物釋放量

2.1.1 分析方法評價(jià)

由于涉及煙氣中56種酮類化合物，對于有標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分采用外標(biāo)法-內(nèi)標(biāo)校正標(biāo)準(zhǔn)曲線定量，并采用最低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行5次平行測定，以5次測定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為該化合物的檢出限（表3）；同時(shí)進(jìn)行低、中、高3水平加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)；用實(shí)際樣品進(jìn)行5次平行測定，考察方法的精密度（表3）。對于沒有標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分采用內(nèi)標(biāo)校正定量，且沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限的測定。

表3 （續(xù)）

表3 方法的精密度和加標(biāo)回收率①（n=5）Tab.3 Repeatabilities and spiked recoveries of this method（n=5）

從表3可以看出，采用DB-5MS色譜柱可定量分析37種酮類化合物，DB-624MS色譜柱可定量分析19種酮類化合物，RSD在2.5%~11.6%之間，樣品加標(biāo)回收率在91.5%~112.1%之間，表明采用雙分析柱通過二次進(jìn)樣，可定性鑒別出56種酮類化合物。

2.1.2 酮類化合物釋放量

卷煙樣品主流煙氣中酮類化合物釋放量的測定結(jié)果（表4）表明：有27種酮類化合物的釋放量＞1μg/支，如1-羥基-2-丙酮、甲基乙烯基酮、丁酮和香豆酮等，這些成分的釋放量之和占酮類化合物釋放總量的91%以上，表明這些成分是煙氣中重要的酮類化合物。

表4 （續(xù)）

表4 （續(xù)）

表4 實(shí)驗(yàn)卷煙樣品煙氣酮類化合物的釋放量Tab.4 Ketone releases in mainstream smoke of experimental cigarette samples （μg·支-1）

2.2 卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對酮類化合物釋放量的影響

2.2.1 卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對煙氣中酮類化合物釋放總量的影響

卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對煙氣酮類化合物釋放總量的影響結(jié)果（圖1）表明：在卷煙紙通風(fēng)率基本一致的條件下，隨濾嘴通風(fēng)率的增加，酮類化合物釋放總量呈降低趨勢；在濾嘴通風(fēng)率一致的條件下，隨卷煙紙通風(fēng)率的增加，酮類化合物釋放總量整體上呈降低趨勢，但卷煙紙通風(fēng)率對酮類化合物釋放總量的影響幅度遠(yuǎn)小于濾嘴通風(fēng)率。

圖1 濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙通風(fēng)率對煙氣酮類化合物釋放總量的影響Fig.1 Effects of filter ventilation rate and cigarette paper ventilation rate on total ketone releases in mainstream cigarette smoke

2.2.2 卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對煙氣中各酮類化合物釋放量的影響

卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對煙氣中1-羥基-2-丙酮釋放量的影響結(jié)果（圖2）表明：①在卷煙紙通風(fēng)率基本一致條件下，當(dāng)卷煙紙通風(fēng)率為0~4%時(shí)，隨濾嘴通風(fēng)率的增加，1-羥基-2-丙酮釋放量呈降低趨勢；當(dāng)卷煙紙通風(fēng)率為8%~12%時(shí)，隨濾嘴通風(fēng)率的增加，1-羥基-2-丙酮釋放量呈先降低后又升高趨勢；在濾嘴通風(fēng)率一致條件下，隨卷煙紙通風(fēng)率的增加，1-羥基-2-丙酮釋放量大致呈降低趨勢，但卷煙紙通風(fēng)率對1-羥基-2-丙酮釋放量的影響幅度遠(yuǎn)小于濾嘴通風(fēng)率。卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率對煙氣中其他酮類化合物也有同樣的影響規(guī)律。

圖2 濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙通風(fēng)率對煙氣1-羥基-2-丙酮釋放量的影響Fig.2 Effects of filter ventilation rate and cigarette paper ventilation rate on release of 1-hydroxy-2-acetone

2.3 卷煙總通風(fēng)率對酮類化合物釋放量的影響

2.3.1 卷煙總通風(fēng)率對酮類化合物釋放總量的影響考察了卷煙總通風(fēng)率對煙氣酮類化合物釋放總量的影響，結(jié)果（圖3）表明：隨卷煙紙通風(fēng)率的增加，酮類化合物釋放總量呈線性（決定系數(shù)＞0.95）降低趨勢。

圖3 卷煙總通風(fēng)率變化對煙氣酮類化合物釋放總量的影響Fig.3 Effect of total ventilation rate of cigarette on total ketone release in mainstream cigarette smoke

2.3.2 卷煙總通風(fēng)率對煙氣中56種酮類化合物釋放量的影響

考察了卷煙總通風(fēng)率對煙氣中1-羥基-2-丙酮釋放量的影響，結(jié)果（圖4）表明：隨卷煙紙通風(fēng)率的增加，1-羥基-2-丙酮釋放量呈線性（決定系數(shù)＞0.95）降低趨勢。同理研究了卷煙總通風(fēng)率對其他酮類化合物釋放量的影響，變化規(guī)律相似（表5），表明卷煙總通風(fēng)率與煙氣中各酮類化合物釋放量呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖4 卷煙總通風(fēng)率變化對煙氣1-羥基-2-丙酮釋放量的影響Fig.4 Effect of total ventilation rate of cigarette on release of 1-hydroxy-2-acetone in mainstream cigarette smoke

2.4 通風(fēng)分配對酮類化合物釋放總量的影響

在V一致的情況下，考察通風(fēng)分配對煙氣酮類化合物釋放總量的影響，建立了酮類化合物釋放總量與VF和CP的線性方程：Y=151.611 6-1.574 7VF-2.845 7CP。結(jié)果表明：卷煙煙氣中酮類化合物釋放總量與VF和CP二元線性模型的決定系數(shù)為0.985 9，RMSECV為2.452 0，表明模型預(yù)測能力較好；此外，表5方程中VF和CP對應(yīng)的斜率分別為：-1.574 7和-2.845 7，表明酮類化合物釋放總量受卷煙紙通風(fēng)率的影響大于濾嘴通風(fēng)率。

表5 卷煙總通風(fēng)率與煙氣中56種酮類化合物釋放量的關(guān)系Tab.5 Relationships between total ventilation rate of cigarette and 56 ketone compounds releases in mainstream smoke

在V=10%、20%、30%、40%條件下，根據(jù)V=VF+CP，將表5中常規(guī)卷煙的方程變換為酮類化合物釋放總量與VF的關(guān)系，結(jié)果見圖5?？芍?，在V一致的情況下，隨卷煙VF增加，酮類化合物釋放總量均升高。這是由于在總通風(fēng)率不變前提下，酮類化合物釋放總量與V和VF的線性方程變?yōu)閅=151.611 6-2.845 7V+1.271 0VF，V保持不變的條件下，VF斜率變化為1.271 0，表明隨VF增加酮類化合物釋放總量呈增加趨勢，即：相同酮類化合物釋放總量，可采用不同的濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙通風(fēng)率組合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)?？傊?，通過調(diào)節(jié)濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙通風(fēng)率可實(shí)現(xiàn)煙氣中酮類化合物釋放總量的調(diào)控。

圖5 相同卷煙總通風(fēng)率下濾嘴通風(fēng)率對煙氣酮類化合物釋放總量的影響Fig.5 Effects of filter ventilation rate on total ketone release at the same total ventilation rate of cigarette

3 結(jié)論

①隨卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率的增加，煙氣中56種酮類化合物釋放量及其釋放總量呈現(xiàn)降低趨勢；②卷煙總通風(fēng)率與56種酮類化合物釋放量及其釋放總量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；③濾嘴通風(fēng)率和卷煙紙通風(fēng)率與酮類化合物釋放量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，濾嘴通風(fēng)率對酮類化合物釋放總量的影響大于卷煙紙通風(fēng)率；④通風(fēng)分配影響煙氣中酮類化合物的釋放，且相同酮類化合物釋放總量可以采用不同卷煙紙通風(fēng)率和濾嘴通風(fēng)率的組合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。