田 忠, 陈 闯, 王宏伟, 鲍 穗,许宗保, 方 鼎, 汪清泽, 宁 勇

(安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥 230088)

热敏缓释材料的制备及其在低焦油卷烟中的应用

田 忠, 陈 闯, 王宏伟, 鲍 穗,许宗保, 方 鼎, 汪清泽, 宁 勇*

(安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥 230088)

为解决超低焦油卷烟产品的香味不足、干燥感强、满足感差等缺陷,制备了富含烟草香的热敏缓释复合材料.通过对热敏颗粒进行表征分析,证明了所制备的热敏颗粒具有较好的增香缓释效果.同时对含有热敏颗粒的复合嘴棒进行了香味成分检测及感官质量评价,结果表明复合嘴棒具有增香效果且能够提升卷烟的感官品质.

热敏颗粒; 香味补偿; 超低焦油卷烟

随着社会对公众对健康的关注度日益提高,越来越多的消费者认识到了卷烟的危害性,对卷烟产品的消费更趋向于理性.卷烟吸食安全性与吸食满足感及享受性的矛盾显得愈加突出.

国内卷烟行业经过多年“减害降焦”的研究,已积累了较为成熟的控制卷烟焦油量的手段,如在“三纸一棒”上的组合设计、调整烟丝结构中梗丝、膨胀烟丝和烟草薄片的比例[1-7],但这些手段在降低卷烟焦油的同时不可避免使卷烟吸食时出现香气量不足、吸阻大、干燥感强和满足感差等问题.运用常见的增香技术虽然能在一定程度上弥补通风稀释所导致的香气损失,但增香效果一般,而且往往容易带来香气浑浊、甜感不足等问题,并不能有效突破超低焦油吸阻大、干燥感强和满足感低等技术瓶颈,且国内外低焦油卷烟均未能很好地解决这个技术难题,尤其是在超低焦油卷烟研制方面[8-10].

因此,在超低焦油卷烟产品设计中引入新兴技术手段弥补焦油降低带来的烟草香味的不足势在必行.本研究通过在复合滤嘴体系中添加由烟叶原料制备的热敏性增香颗粒,并对样品嘴棒进行系统应用效果评价,力求为超低焦油卷烟设计提供一种全新的烟草香味增补手段.

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

白肋烟(中部);香料烟;烤烟(中部);醋纤丝束2.7 den Y *35 000 den(3.00 dtex/3.56 ktex);成型纸(透气度:10 000 CU,定量:24 g/m2)、A011烟丝;乙腈、二氯甲烷、甲醇(色谱纯,美国Tedia试剂公司).

香味物质标样:糠醛、糠醇、甲基环戊烯醇酮、2,3-二氢苯并呋喃、5-羟甲基糠醛、二乙酸甘油酯、香叶基丙酮(橙花基丙酮质量分数为35%)、法尼基丙酮(含2种异构体)、邻苯二甲酸二异丁酯、棕榈酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、十六酸乙酯、亚麻酸甲酯(纯度均大于98%,美国百灵威或阿法埃莎化学有限公司).

RM200A吸烟机(博瓦特凯希(中国)有限公司);KDF2-E复合成型机(德国HAUNI公司)卷接机(德国HAUNI公司);7890 A气相色谱仪和6890-5975气相色谱/质谱联用仪(美国Agilent公司);Acquity 型高效液相色谱仪(美国Waters公司),配备荧光/PDA检测器;4000 Q Trap质谱仪(美国AB公司);离子色谱仪(美国戴安公司);Netzsch STA 449C 同步热分析仪、氧化铝坩埚,德国Netzsch 公司;AL204-1C电子天平(感量0.0001 g,瑞士Mettler Toledo公司);Milli-Q纯水仪(美国Millipore公司).

1.2 方 法

1.2.1 热敏材料制备

按照表1中4种不同配比烟叶混合,先将混合烟叶进行粉碎,烟叶粉末大小为40～60目(0.3～0.45 mm),再进行烟叶粉末香味富集,在烟叶粉末表面喷洒质量分数为1.5%混合型烟叶原料提取液,在温度-15 ℃条件下冷冻干燥成冻干粉,之后与质量分数为10%强化后的膨胀硅酸盐载体进行乳化、喷涂,最后经微波5 ℃低温70 s干燥处理后制成增香颗粒成品,热敏颗粒编号分别为1#、2#、3#、4#.

表1 四种不同种类烟叶配比表

1.2.2 复合嘴棒的制备

按照表2所列复合嘴棒加工参数,分别将1#、2#、3#、4#热敏颗粒加工成热敏材料复合嘴棒,对应嘴棒编号为A、B、C、D 4种热敏材料复合嘴棒,同时制备不添加热敏颗粒的常规嘴棒作为对照样.

表2 试验用成品嘴棒参数

1.2.3 常规烟气成分和烟气香味成分测定

分别采用GB/T 19609—2004《卷烟常规分析用吸烟机测定总粒物相和焦油》、GB/T 23355—2009《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》测定主流烟气中TPM、焦油和烟碱的释放量.

按照卷烟机器ISO抽吸模式,抽吸20支卷烟,滤片用50 mL含乙酸苯乙酯内标(质量浓度为29.0575 μg/mL)的二氯甲烷溶液震荡萃取35 min,静置5 min,取2 mL萃取液,过孔径为0.45 μm的有机滤膜后,加入少量的无水Na2SO4干燥后,进样进行气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)分析,测定香味成分.

GC/MS分析条件:毛细管柱:HP-5MS(60 m × 0.25 mm,0.25 μm);进样口温度:250 ℃;载气:He;流速:1 mL/min;进样量:1μL;分流比:10∶1;电离方式:EI;离子源温度:230 ℃;电离能量:70 eV;传输线温度:280 ℃;四极杆温度:150 ℃;电子倍增器 (EM) 电压:1 812 V;隔垫吹扫流量:3 mL/min;扫描方式:全扫描及选择离子监测(SIM)模式;扫描范围:50～350 m/z;溶剂延迟:5 min;升温程序:初始温度70 ℃,以5 ℃/min升到100 ℃,然后以0.5 ℃/min升到104 ℃,最后以5 ℃/min升到250 ℃,保持15 min.

采用NIST08(标准质谱)谱库检索,以匹配度≥85%定性,内标法定量.有标样的香味成分采用内标法标准曲线进行定量;没有标样的,采用目标物与内标峰面积比值进行相对定量.

1.2.4 热重实验条件

30～50 ℃升温+强气流:初始温度30 ℃,最终温度50 ℃,升温速率为1 ℃/min,气体氛围为:氮气90 mL/min,氧气10 mL/min,保护气体为氮气,载气流量100 mL/min.

30 ℃+强气流:30 ℃恒温20 min,气体氛围为:氮气90 mL/min,氧气10 mL/min,保护气体为氮气,载气流量100 mL/min.

30 ℃+低气流:30 ℃恒温20 min,气体氛围为:氮气90 mL/min,氧气10 mL/min,保护气体为氮气,载气流量5 mL/min.

1.2.5 感官评价方法

参照行业内《卷烟中式卷烟风格感官评价方法》,开展感官评价工作,专业评委为安徽中烟工业有限责任公司技术中心产品设计研发人员,且均具有国家感官评吸资格证书,感官评价包括香气特征、烟气特征、口感特征共11个评价分项指标,其中香气特征包含香气质、香气量、杂气;烟气特征包含细腻柔和度、成团性、浓度、劲头;口感指标包含干燥感、刺激、余味.感官评价按照九分制进行打分,最小记分单位0.5分,统计专家评委打分平均分,保留两位小数.

2 结果与讨论

2.1 热敏颗粒透射电子显微镜(TEM)表征及分析

制备的热敏增香颗粒粒径分布在450～650 μm之间,且粒径大小比较均匀,颗粒形态较好,且热敏颗粒表面孔径大小均匀,结构较紧密,如图1所示,说明香味源体在颗粒表面的分散比较均匀.

图1 热敏颗粒成品及颗粒表面TEM图.(a)成品颗粒电镜图;(b)成品颗粒表面透射电镜图

2.2 热敏颗粒热重实验分析

表3,4分别为热敏颗条件下的热重实验结果,由表3、4可知,在无抽吸温度为30 ℃时,该颗粒香味物质的散发较少,产品质量无明显变化,质量较为稳定;随着温度升高及强气流模式下,香味物质释放量逐渐增加,可见该颗粒具有很好的热敏性和缓释性能.一是随着卷烟抽吸动作的开始,即可实现香味物质的有效缓慢释放;二是卷烟抽吸时的主流烟气环境温度一般在40～50 ℃,在卷烟抽吸的初始阶段,即可开始香味成分的缓慢释放,同时随着卷烟抽吸的不断进行,燃烧锥逐渐靠近嘴棒段,主流烟气的环境温度逐步提高,香味物质的释放不断增加,实现了香味物质的稳定缓慢释放.

表3 热敏颗粒(4#)升温条件下热重实验数据

表4 热敏颗粒(4#)在恒温不同气流条件下热重实验数据

2.3 热敏颗粒对卷烟主流烟气的影响

由表5数据可见,4种热敏颗粒卷烟的总粒相物、烟气烟碱、烟气水分、焦油、一氧化碳含量均要高于对照样,其中烟气水分含量增加幅度最大,其他几个指标变化较小,烟气水分对卷烟感官质量呈正作用,可以提高卷烟的舒适感、圆润度,基于低焦油卷烟香气质感差、烟气浓度低的缺陷,结合卷烟辅材参数的设计,热敏颗粒的总粒相物、烟气烟碱、焦油含量对卷烟危害性指数影响可以忽略.

表5 四种热敏颗粒嘴棒及对照样在卷烟中的烟气常规成分结果

2.4 热敏颗粒对卷烟感官品质的影响

4种热敏颗粒对卷烟感官品质的影响如表6所示,4种热敏颗粒对卷烟的香气量、烟气浓度以及舒适度均有不同程度的提升,但与对照样(不含热敏颗粒正常卷烟)相比,A样品香气单薄,丰富性上有所欠缺;B样品香料烟特征稍有突出,使整体协调性变差;C样品缺少甜润烟草香气;D样品在提高香气量、烟气浓度以及舒适度的基础上,解决了A、B、C 3种样品的质量缺陷.结果表明,热敏颗粒对于提高卷烟的香气量、烟气浓度以及舒适度有很好的作用,但对于不同的风格的卷烟产品,还需要根据产品的特点和需要,对热敏颗粒的原料进行综合的配方设计.图2为4种热敏颗粒在卷烟中的感官评价结果雷达图.

表6 4种热敏颗粒嘴棒及对照样在卷烟中的感官评价结果

图2 4种热敏颗粒在卷烟中的感官评价结果雷达图

表7 复合嘴棒(D)及对照样中性香味成分含量检测结果(μg·支)-1

2.5 烟气中性致香成分分析

为了初步研究热敏复合嘴棒对烟气香味成分的贡献,在感官质量评价的基础上实验选取了感官质量得分最高的D号卷烟样品.对比分析其与对照样品烟气中中性香味成分的差异,由表7数据可得,使用热敏复合嘴棒技术,能有效提高烟气的致香成分总量,其中对香气起主要支撑作用的糠醛、糠醇、甲基环戊烯醇酮、2,3-二氢苯并呋喃、二乙酸甘油酯、茄酮、巨豆三烯酮等均有较大提升.

3 结 论

制备了富含烟草香的热敏缓释复合材料,同时将热敏颗粒添加到卷烟嘴棒中进行应用验证,研究结果表明:

(1)成功制备了热敏缓释复合材料,该热敏颗粒具有较好的稳定性和香味物质缓慢释放功能;

(2)添加热敏颗粒卷烟的主流烟气水分的明显提升,香气量、烟气浓度、舒适感得到显著提升,刺激性下降,整体感官质量具有较大程度的改善;

(3)香味成分分析结果显示,使用热敏颗粒复合嘴(D)卷烟香味成分含量总量明显高于对照样,其中烟草致香成分含量均有不同程度提升;

(4)通过创新技术在滤嘴体系中的应用,实现香味物质在烟气中的补充,这将会成为超低焦油卷烟设计中的有效支撑手段,该方法具有良好的社会价值及应用前景.

[1] 王彦婷,谢剑平,张虹,等.降低卷烟烟气中有害成分的技术研究及应用 [J].中国烟草学报,2003(9):1-7.

Wang Y T,Xie J P,Zhang H,et al.Research and application of reducing harmful components in cigarette smoke [J].Acta Tabacaria Sinica,2003(9):1-7.

[2] 王兵,马永亮,申玉军,等.“三丝”对卷烟烟气特性及感官质量的影响 [J].烟草科技,2004(8):13-15.

Wang B,Ma Y L,Shen Y J,et al.Effect of “three wire” on cigarette smoke characteristics and sensory quality [J].Tobacco Science & Technology,2004(8):13-15.

[3] 高尊华,鲍文华,程红军,等.梗丝结构对卷烟质量稳定性的影响 [J].烟草科技,2007(2):5-7.

Gao Z H,Bao W H,Cheng H J,et al.The influence of the structure of stalk on the quality stability of cigarette [J].Tobacco Science &Technology,2007(2):5-7.

[4] 吴桂兵,张楚安,蔡冰,等.CO2膨胀烟丝分类加工应用研究 [J].烟草科技,2007(12):5-9.

Wu G B,Zhang C A,Cai B,et al.Research on classification processing in CO2tobacco expansion [J].Tobacco Science & Technology,2007(12):5-9.

[5] 缪应菊,刘维涓,刘刚,等.烟草薄片制备工艺的现状 [J].中国造纸,2009,28(7):55-60.

Miu Y J,Liu W J,Liu G,et al.The present situation of preparation technology of tobacco sheet [J].China Pulp & Paper,2009,28(7):55-60.

[6] 陈霞,魏秀云,孟霞,等.梗丝填充值与烟支吸阻关系的建模及应用 [J].烟草科技,2010(8):18-21.

Chen X,Wei X Y,Meng X,et al.Modeling and application of the relationship between the net filling and the suction resistance of tobacco [J].Tobacco Science & Technology,2010(8):18-21.

[7] 崔丽,李敏,龚志华,等.二氯甲烷萃取绿茶咖啡碱工艺参数的优化 [J].湖南农业大学学报:自然科学版,2011,37(5):562-566.

Cui L,Li M,Gong Z H,et al.Optimization of technological parameters for extraction of green tea caffeine by dichloromethane [J].Journal of Hu′nan Agricultural University:Natural Science Edition,2011,37 (5):562-566.

[8] 夏炳乐,雍国平.卷烟加香技术进展 [J].烟草科技,1996(2):12-18.

Xia B L,Yong G P.Progress in cigarette flavoring technology [J].Tobacco Science & Technology,1996(2):12-18.

[9] 赖伟玲,刘江生,蔡国华,等.卷烟加工关键工序烟草碱、中性香味成分变化研究 [J].分析测试学报,2004(9):272-273.

Lai W L,Liu J S,Cai G H,et al.Study on the change of tobacco alkali and neutral aroma components in cigarette processing [J].Journal of Analytical and Testing,2004(9):272-273.

[10] 郜强,郑赛晶,刘百战,等.热解温度对烟草稠环芳烃产生量的影响 [J].烟草科技,2010(1):27-31.

Gao Q,Zheng S J,Liu B Z,et al.Effect of pyrolysis temperature on the yield of tobacco polycyclic aromatic hydrocarbons [J].Tobacco Science & Technology,2010(1):27-31.

(责任编辑：郁 慧)

Preparation of thermo-sensitive slow releasing materialand its application in low tar tobacco

Tian Zhong, Chen Chuang, Wang Hhongwei, Bao Sui,Xu Zongbao, Fang Ding, Wang Qingze, Ning Yong*

(Technology Center of China Tobacco Anhui Co.,Ltd,Hefei,Anhui 230088,China)

To solve some sensory defects such as fragrance deficiency,strong dry sense,poor satisfaction in the development of ultra-low tar tobacco products,we prepared a new thermo sensitive slow releasing composite material with tobacco aroma.The characterization results showed that the as-prepared thermosensitive particles have better aroma enhancing and slow releasing effects.Also,the aroma components of the tip stick containing thermosensitive particles were detected and its sensory quality was evaluated.The results showed that composite tip stick could enhance the aroma and improve the sensory quality of the cigarettes.

thermo-sensitive material; aroma compensation; ultra-low tar tobacco

2016-01-16

安徽中烟工业有限责任公司科技项目“黄山“焦甜香”细长支卷烟产品的研制开发”(2014107)

田 忠(1984-),男,工程师,主要从事卷烟产品设计及技术等方面的研究.E-mail:tianzhong-1984@163.com

导师简介: 宁 勇(1978-),男,工程师,主要从事卷烟产品设计及烟草香精等方面的研究.E-mail:1060317720@qq.com

X 795

A

1000-5137(2017)02-0292-07

*通信作者