陈芝飞，陈泽少，罗灿选，赵志伟，蔡莉莉，王清福，刘绍锋，杨靖

1.河南中烟工业有限责任公司 技术中心，河南 郑州 450016；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南 郑州 450001；3.郑州轻工业大学 烟草科学与工程学院，河南 郑州 450001

0 引言

加香加料能够改善卷烟产品的内在品质，赋予卷烟独特的风格特征[1]。卷烟抽吸过程中消费者最终感受的是烟气而非烟草自身，在香味物质从烟草到烟气的转移过程中，通过加香加料添加至卷烟中的香味物质历经燃烧裂解、滤嘴截留、侧流烟气扩散后，仅有部分能够被消费者感知。为科学使用香精香料，业界针对传统卷烟开展了大量烟用香料转移行为研究[2-9]。加热卷烟作为一种新型卷烟产品，其原料基础、抽吸方式、抽吸温度等均与传统卷烟存在显著差异，导致传统卷烟中香精香料的转移规律不能直接用来指导加热卷烟调香。因此，开展香精香料在加热卷烟中的转移行为研究十分必要。

酯类单体香料是一类常用的烟用香料，一般具有甜香、果香、花香等香韵，因与卷烟烟香协调而在卷烟调香中被广泛使用[10]。酯类单体香料不仅能够赋予加热卷烟优雅的香气特征，而且具有香味补偿作用。目前，针对加热卷烟中成分转移行为的研究多集中于主要化学成分及部分香料(如烤甜香香料、醇类香料等)[11-16]，而酯类单体香料的转移行为研究鲜见报道。鉴于此，本文拟以6种烟用酯类单体香料为对象，分析其在加热卷烟气溶胶中的释放量，探究其在加热卷烟气溶胶中的转移行为，以期为酯类单体香料在加热卷烟调香中的应用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

主要材料：中心加热型加热卷烟器具、空白加热卷烟烟支，由河南中烟工业有限责任公司提供。

主要试剂：二氯甲烷(色谱纯)，购自德国Merk公司；苯甲酸甲酯(纯度98%)、乙酸芳樟酯(纯度96%)、乙酸苯乙酯(纯度99%)、肉桂酸乙酯(纯度98%)、苯甲酸苄酯(纯度>99%)、苯乙酸苯乙酯(纯度>97%)，购自阿拉丁试剂(上海)有限公司；正十七烷(纯度≥99%，内标)，购自加拿大TRC公司。

主要仪器：逐口吸烟机，郑州烟草研究院自制；HRH-386K香精香料精密注射仪，北京慧荣科技有限公司产；Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司产；CP2245电子天平(感量：0.000 1 g)，德国Sartorius公司产；HY-8调速振荡器，常州国华电器有限公司产；R-210旋转蒸发仪，瑞士Büchi公司产。

1.2 实验方法

1.2.1 加热卷烟参数设置烟支：烟支总长度50 mm，依次由15 mm再造烟叶棒、10 mm中空醋酸纤维棒、15 mm纸质降温棒和10 mm醋酸纤维棒4段构成。烟支质量为0.708 g/支，其中再造烟叶质量为0.250 g/支。

烟具：中心加热型烟具，加热棒直径2.35 mm、长度13.5 mm，工作电压为3.4～4.2 V，最大工作电流为5 A，最长加热时间5 min，控温采用逐口数控模式。升温程序为预热阶段快速升温至353 ℃，保持320 ℃以上15 s；抽吸过程中，第1口加热棒温度为323 ℃，加热棒温度逐口增加3 ℃，烟具预设的抽吸口数为8口。

1.2.2 加香烟支制备加香溶液：准确称取苯甲酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸苯乙酯、肉桂酸乙酯、苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯各0.25 g(精确至0.000 1 g)置于10 mL容量瓶，用V(丙二醇)∶V(乙醇)=2∶1的混合溶液定容至刻度线，摇匀，作为加香溶液a；准确移取2 mL加香溶液a，用V(丙二醇):V(乙醇)=2∶1的混合溶液定容至10 mL，摇匀，作为加香溶液b。

加香卷烟：利用加香注射器将加香溶液b和a分别注射至空白卷烟中，注射量均为4.8 μL/支，获得每种酯类单体香料添加质量分数分别为0.01%和0.05%的1#和2#加香卷烟，分别放置于密封盒内平衡72 h以上，待用。

1.2.3 样品前处理

1)气溶胶收集和前处理

逐口吸烟机改造：基于加热卷烟烟具及其烟支的特殊性，根据文献[16]，在单孔道吸烟机的基础上，对烟支夹持器和烟气捕集装置进行了改造，改造后的吸烟机能够有效收集加热卷烟的逐口气溶胶。

气溶胶收集：抽吸前，将烟支插入加热卷烟烟具后安装于改造后的逐口吸烟机，设定抽吸容量55 mL、持续时间2 s、抽吸间隔30 s、钟形曲线(深度抽吸模式)，抽吸8口。用8张直径 44 mm的剑桥滤片分别捕集40支加热卷烟的逐口气溶胶。

前处理：抽吸后，将剑桥滤片置于100 mL具塞锥形瓶内，加入50 mL二氯甲烷溶液(含5 μg/mL正十七烷)，机械振荡30 min，静置5 min，将萃取液和剑桥滤片用G3砂芯漏斗进行过滤，并用10 mL二氯甲烷分2次冲洗锥形瓶和砂芯漏斗，合并滤液后，用0.44 μm针式过滤器将滤液过滤至100 mL浓缩瓶内，在常压、39 ℃条件下，浓缩至2 mL，经0.44 μm针式过滤器过滤后，进行GC-MS分析。

2)烟丝前处理

取出加热卷烟的烟丝，机械粉碎后过40目筛，获得烟末。称取2 g烟末(精确至0.000 1 g)置于100 mL具塞锥形瓶内，加入50 mL二氯甲烷溶液(含5 μg/mL正十七烷)，超声萃取30 min，摇匀，取5 mL萃取液过0.44 μm针式过滤器后，对滤液进行GC-MS分析。

利用GC-MS分别测定加香卷烟中6种酯类单体香料在气溶胶中的逐口释放量及在烟丝中含量，平行测定5次，取平均值。

1.2.4GC-MS分析条件GC分析条件：J&W 122-5563石英毛细管色谱柱(60 m×0.25 mm×1 μm)；载气为氦气(纯度≥99.999%)，恒流模式，流速1.5 mL/min；进样口温度为290 ℃；进样模式为不分流进样，进样量1 μL；升温程序为初始温度为40 ℃，保持3 min，以 3 ℃/min 升温速率升至250 ℃，再以 5 ℃/min 升温速率升至290 ℃，保持20 min。

MS分析条件：传输线温度为290 ℃，离子源温度为230 ℃，四极杆温度为150 ℃；电离方式为EI，电离能量为70 eV；溶剂延迟时间为8 min，扫描模式为全扫描模式和选择离子扫描模式，全扫描采集范围为40～350 amu。

利用NIST质谱数据库进行检索。采用标样保留时间、目标物质谱图与标准谱图匹配度相结合进行定性分析。6种酯类单体香料的理化性质见表1。

表1 6种酯类单体香料的选择离子参数和理化性质Table 1 Selective ions and physicochemical property of six ester flavors

1.3 数据处理

6种酯类单体香料采用内标半定量法检测，假定目标化合物和内标之间的响应因子为1，酯类单体香料的质量=(酯类单体香料的峰面积/内标峰面积)×(内标的质量/加热卷烟支数)。其中，计算气溶胶中逐口释放量时，加热烟支数为40；计算烟丝中含量时，加热烟支数为8。

6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口释放量(RN)、逐口转移率(TN)和总转移率(T)的计算方法如下：

RN=R1N-R0N

TN=(R1N-R0N)/(C1-C0)×100%

T=(R1-R0)/(C1-C0)×100%

其中，R1N为加香卷烟气溶胶中酯类单体香料的逐口检测值，R0N为空白卷烟气溶胶中酯类单体香料的逐口检测值，C1为加香卷烟的烟丝中酯类单体香料的含量，C0为空白卷烟的烟丝中酯类单体香料的含量。

2 结果与讨论

2.1 酯类单体香料的检测结果

卷烟气溶胶中6种酯类单体香料的逐口检测结果如表2所示，卷烟烟丝中6种酯类单体香料的含量如表3所示。表2和表3中的数据相对标准差(RSD)为6.1%～10.9%，说明文中的GC-MS检测方法具有较好的精密度，能够满足加热卷烟气溶胶和烟丝中酯类单体香料的测定要求。

表2 卷烟气溶胶中6种酯类单体香料的逐口检测结果Table 2 Puff-by-puff releases of six ester flavors in aerosol of heated tobacco products μg/口

表3 卷烟烟丝中6种酯类单体香料的含量Table 3 Contents of six ester flavors in heated tobacco products μg/支

2.2 酯类单体香料的逐口释放量

6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口释放量如图1所示。由图1可知，在质量分数分别为0.01%和0.05% 的添加水平下，6种酯类单体香料在加热卷烟抽吸时均表现为非均匀释放，随着抽吸口序的增加，逐口释放量整体呈先升高后降低的趋势，且逐口释放量的最大值集中在第3～5口。这主要是因为抽吸前几口，烟支温度相对较低，且滤嘴截留作用较强，使得单体香料的逐口释放量增加缓慢；而在抽吸后几口，烟支中单体香料量逐渐减少，酯类单体香料的逐口释放量随之降低[17]。由图1a)—d)可见，苯甲酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸苯乙酯和肉桂酸乙酯4种酯类单体香料在高添加水平下和低添加水平下的逐口释放量差异较大，而苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯(见图1e)、f))在2种添加水平下的逐口释放量差异较小。这可能是因为苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯的沸点(分别为323.5 ℃和325.0 ℃)较高，与加热温度基本相当，而烟具采用中心加热方式，加热温度以加热棒为中心沿径向衰减，该加热方式易导致烟丝受热不均匀[18]，因此，在抽吸过程中，苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯主要是通过低沸点物质载带迁移至气溶胶，受载带能力限制,二者在添加量增加时释放量基本保持不变。

图1 6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口释放量Fig.1 Puff-by-puff releases of six ester flavors in aerosol of flavored heated tobacco products

2.3 酯类单体香料的逐口转移率

6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口转移率如图2所示。由图2可知，在2种添加水平下，6种酯类单体香料逐口转移率分别为2.21%～8.06%和0.70%～7.66%，与逐口释放量规律一致，随着抽吸口数的增加，6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中逐口转移率总体呈先增加后减小的趋势，且其最大值主要集中在第3～5口。

图2 6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶的逐口转移率Fig.2 Puff-by-puff transfer rates of six ester flavors in aerosol of flavored heated tobacco products

2.4 酯类单体香料的总转移率

6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的总转移率如表4所示。由表4可知，在2种添加水平下，6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的总转移率分别为36.54%～52.98%和10.50%～50.25%。乙酸酯(乙酸芳樟酯和乙酸苯乙酯)、苯甲酸酯(苯甲酸甲酯和苯甲酸苄酯)在加热卷烟气溶胶中的总转移率随着沸点升高而降低。这与宋瑜冰等[3]发现的异戊酸酯、乙酸酯和乙醇羧酸酯系列香料在常规卷烟主流烟气粒相物中的转移率随着分子量增大、沸点升高而增大的规律相反。这可能是因为加热卷烟和常规卷烟的加热温度不同。一方面，加热卷烟的加热棒温度仅为300 ℃左右，此时酯类主要依靠受热蒸馏作用迁移至气溶胶中；另一方面，加热温度以加热棒为中心沿径向衰减，因而，相对于沸点较低的酯类，沸点较高的酯类其转移行为受加热温度的影响更大。其中，在2种添加水平下，苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯在气溶胶中逐口释放量相近(总释放量也相近)，但卷烟烟丝中2种酯类单体香料的添加量相差较大，从而导致苯甲酸苄酯和苯乙酸苯乙酯在0.01%添加水平下的总转移率远高于0.05%添加水平。

表4 6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的总转移率Table 4 Total transfer rates of six ester flavors in aerosol of flavored heated tobacco products %

2.5 酯类单体香料的转移率与抽吸口序的相关性分析

为了进一步阐明加热卷烟气溶胶中酯类单体香料的转移规律，基于前文的数据和结论，以抽吸口序为自变量(x)，前N口气溶胶中酯类单体香料逐口转移率之和(即前N口的总转移率)为因变量(y)，建立加热卷烟气溶胶中6种酯类单体香料转移率预测模型，如表5所示。由表5可知，在加热卷烟气溶胶中，6种酯类单体香料转移率预测模型为线性方程，线性相关系数R2范围为0.992 2～0.999 2，这说明在2种添加水平下，6种酯类单体香料的前N口总转移率与抽吸口序N之间具有良好的线性正相关关系。RSD为前N口总逐口转移率的模型预测值和实际值的平均相对标准差，其值均小于5%，说明该模型可以用于预测前N口的酯类单体香料的总转移率。

表5 加热卷烟气溶胶中6种酯类单体香料转移率预测模型Table 5 Linear equations and correlation coefficients of six ester flavors

3 结论

本文以加热卷烟烟支为研究对象，采用GC-MS分析方法，测定了质量分数分别为0.01%和0.05%的添加水平下，6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口释放量和在烟丝中的含量，探究了不同添加水平下6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的转移规律。结果表明：1)在相同添加水平下，随着抽吸口数的增加，6种酯类单体香料在加热卷烟气溶胶中的逐口释放量呈先增加后减小的趋势，最大值主要集中在第3～5口。2)在2种添加水平下，6种酯类单体香料的逐口转移率和总转移率分别为0.70%～8.06%和10.50%～52.98%，酯类单体香料的转移行为与烟具加热温度及其自身的沸点有着密切关系；抽吸口序与该口序的总转移率呈现出良好的线性正相关关系。