王紫燕，韩敬美，袁大林，郑绪东，雷 萍，李志强，任达兵，易伦朝*，汤建国*

1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，昆明市五华区红锦路367号 650231 2.昆明理工大学农业与食品学院，昆明市呈贡区景明南路727号 650500

据报道，2018年卷烟市场份额中薄荷卷烟占比在20%以上的国家或地区有菲律宾、喀麦隆、中国香港、美国、新加坡等，其中菲律宾达到了60%，其他国家和地区薄荷卷烟市场份额相对较低，为5%～10%［1-2］。凉味剂是薄荷卷烟的重要添加剂之一，传统薄荷卷烟和电加热型薄荷卷烟中常用的凉味剂主要包括DL-薄荷醇、L-薄荷酮、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、异胡薄荷醇、N-乙基-对薄荷基-3-甲酰胺（WS-3，CAS号39711-79-0）、N，2，3-三甲基-2-异丙基丁酰胺（WS-23，CAS号51115-67-4）等［3-4］，这些凉味剂能改善卷烟感官品质，提高卷烟烟气协调性和柔和性，降低口腔和喉部刺激，因此在各类卷烟中得到广泛应用［5-7］。传统卷烟属于燃吸类烟草制品，其燃烧温度可高达800℃，而电加热卷烟属于新型烟草制品，其利用特殊热源对烟草材料进行加热，温度低于400℃［8-9］。各种凉味剂的溶沸点不同，且大多数凉味剂的挥发性较强，在不同抽吸温度下其转移率存在差异，不同类型卷烟烟气的凉感通常会随抽吸口数的增加而减弱［10-11］。凉味剂转移率的高低直接影响两种类型卷烟主流烟气中凉味剂的释放量，进而影响卷烟感官品质［12-14］。因此，凉味剂的转移率研究对卷烟质量控制具有重要意义。目前，有关烟草制品中凉味剂转移率的研究主要集中在传统卷烟烟气中薄荷醇的转移率方面［15-16］，而电加热卷烟烟气中凉味剂转移率以及与传统卷烟的比较研究则鲜见报道。为此，采用GC-MS测定电加热卷烟和传统卷烟烟丝/再造烟叶以及烟气中的9种凉味剂，并比较两种类型卷烟中7种凉味剂转移率，旨在为电加热卷烟配方设计和传统卷烟中凉味剂使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

9个国内外传统卷烟样品，其中4个传统卷烟（A～D），3个细支卷烟（E～G），C、D为爆珠型薄荷卷烟（C1与D1为爆珠型薄荷卷烟捏破爆珠前，C2与D2为爆珠型薄荷卷烟捏破爆珠后），F、G为国外卷烟样品。9个国内外电加热卷烟样品，其中6个国内电加热卷烟样品（H～M）由云南中烟工业有限责任公司技术中心提供，3个国外电加热卷烟样品（N～P）为市购。卷烟样品信息见表1。

表1 卷烟样品信息Tab.1 Information of cigarette samples

乳酸薄荷酯、N-（乙氧羰基甲基）-对烷-3-甲酰胺（WS-5，CAS号68489-14-5）（≥98.0%，上海西园生物技术有限公司）；WS-3、WS-23（≥99%，上海阿达玛斯试剂有限公司）；DL-薄荷醇、异薄荷酮、异胡薄荷醇、L-薄荷酮、乙酸薄荷酯、苯甲酸丙酯［＞99.0%，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司］；乙醇［色谱纯，赛默飞世尔科技（中国）有限公司］。

2010plus气相色谱-质谱联用仪（日本Shimadzu公司）；SM450直线型吸烟机（英国Cerulean公司）；XP 204电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler-Toledo公司）；DB-5MS色谱柱（60 m×0.25 mm × 0.25 μm，美国Agilent公司）；HU20500B超声波清洗机（天津市恒奥科技发展有限公司）；HH-S114数显恒温水浴锅（常州国立试验设备研究所）；Milli-A10超纯水仪（美国Millipore公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷烟样品含水率测定

按照标准 YC/T 345—2010［17］测定卷烟样品含水率。

1.2.2 标准溶液配制

（1）内标溶液。准确称量4.0 g苯甲酸丙酯，于100 mL容量瓶中以乙醇定容，充分摇匀得到质量浓度为40 mg/mL的内标储备液。准确移取5mL内标储备液于1 L容量瓶中，以乙醇定容，混匀后得到苯甲酸丙酯浓度为200 μg/mL的内标溶液。

（2）混标储备液。分别准确称取1.0 g L-薄荷酮、异薄荷酮、异胡薄荷醇、DL-薄荷醇、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、WS-3、WS-5和 WS-23，于 9个 10 mL容量瓶中以乙醇定容，混匀后得到单标储备液。准确移取9种凉味剂单标溶液各5 mL，于100 mL容量瓶中以乙醇定容，充分摇匀后得到混合标准储备液。

（3）系列标准工作溶液。分别移取2、20、40、100、200、400、1 000 μL 混标储备液于 7个 10 mL容量瓶中，再分别加入50 μL内标储备液，以乙醇定容，充分摇匀后得到标准工作溶液。

1.2.3 烟丝/再造烟叶样品中凉味剂测定

随机抽取所有待测卷烟样品各8支，剥开后将烟丝/再造烟叶混匀，准确称取0.5 g样品置于50mL三角瓶中。对于爆珠卷烟样品（样品C、D），随机抽取9支，3支1组，取其爆珠置于三角瓶中，压破爆珠。向三角瓶中加入20 mL 200 μg/mL苯甲酸丙酯（内标）乙醇溶液，超声萃取5 min，取上清液，用0.45 μm有机相滤膜过滤，取滤液进行GC-MS分析。每个样品进行3次平行实验。

1.2.4 烟气捕集及凉味剂测定

（1）烟气捕集。分别对传统卷烟和电加热卷烟进行抽吸，吸烟机抽吸模式为：抽吸容量55 mL，抽吸间隔30 s，抽吸持续时间2 s，滤嘴通风孔自然封闭。用Ø42 mm剑桥滤片捕集卷烟烟气总粒相物，电加热卷烟每3支1组，共抽吸3组，传统卷烟每5支1组，共抽吸4组。捕集完成后取出滤片，置于50 mL三角瓶中，电加热卷烟为1张滤片，传统卷烟为2张滤片。

（2）剑桥滤片处理。分别向装有捕集电加热卷烟和传统卷烟烟气粒相物剑桥滤片的三角瓶中加入20 mL和40 mL 200 μg/mL苯甲酸丙酯（内标）乙醇溶液，超声萃取5 min，静置，取1 mL上清液用0.45 μm有机相滤膜过滤，收集滤液备测。

（3）GC-MS分析条件。进样口温度：250℃；进样量：1 μL；进样方式：分流进样，分流比 50∶1；载气：氦气（≥99.999%），恒流模式，流量2 mL/min；程序升温：初始温度100℃，保持1 min，以10℃/min的速率升温至150℃，保持1 min，再以5℃/min的速率升至220℃，保持1 min；溶剂延迟：2min；电离方式：EI；离子源温度：230 ℃；传输线温度：280℃；扫描方式：全扫描（Scan）；质量扫描范围：50～ 1 000 amu。

1.2.5 凉味剂转移率计算

基于两种类型卷烟烟丝/再造烟叶和烟气总粒相物中凉味剂的测定结果，采用公式（1）计算主流烟气中凉味剂的转移率。

式中：Y—卷烟中凉味剂转移率，%；a—烟气总粒相物中凉味剂释放量，mg/支；b—烟丝/再造烟叶中凉味剂含量，mg/支。

2 结果与讨论

2.1 卷烟样品含水率分析

卷烟含水率是影响其烟气量的重要指标，传统卷烟含水率高，燃烧速度慢，单口烟气量少；含水率低，燃烧速度快，单口烟气量大。因此，为更加准确地测定每支卷烟的凉味剂含量，本实验中对卷烟样品的含水率进行了测定，结果见表2。由表2可以看出，传统卷烟样品含水率为8.37%～10.82%，电加热卷烟样品含水率为4.54%～6.78%。

表2 卷烟样品含水率Tab.2 Moisture content in cigarette samples

2.2 烟丝再造烟叶和主流烟气中凉味剂测定方法评价

采用内标法对凉味剂进行定量分析，以各凉味剂与内标物的峰面积比为Y，质量浓度比为X，绘制标准曲线，得到回归方程及其相关系数R。结果（表3）表明，在测试范围内，目标物工作曲线的线性良好（R≥0.999 7），检出限（LOD）为0.25～0.54 μg/g，定量限（LOQ）为 0.83 ～ 1.80 μg/g，说明方法灵敏度较高。

表3 凉味剂线性范围、回归方程、检出限及定量限Tab.3 Linear ranges，regression equations，limits of detection（LODs）and limits of quantitation（LOQs）of cooling agents

取混标储备液进行分析，连续进样5次，计算各组分峰面积与内标峰面积比的相对标准偏差（RSD），考察日内精密度，连续5 d进样，考察日间精密度。结果（表4）显示，对于烟丝/再造烟叶，方法的日内精密度为0.30%～2.07%，日间精密度为0.29%～2.60%；对于烟气，日内精密度为0.02%～1.79%，日间精密度为0.04%～1.40%，说明方法精密度较好。取已知凉味剂含量的烟丝/再造烟叶和烟气样品，分别添加低、中、高3个水平的凉味剂混标，测定添加前后样品中各凉味剂含量，考察回收率。由表4可知，烟丝/再造烟叶低、中、高3个水平（20、200、1 000 μg/mL）的加标回收率分别为85.66%～109.36%、96.08%～105.47%、92.98%～104.12%；烟气低、中、高 3个水平（50、250、1 000μg/mL）的加标回收率分别为88.51%～107.82%、94.70%～103.58%、94.30%～103.42%，说明方法回收率较高。综上可知，本方法适合于烟丝/再造烟叶和主流烟气中凉味剂的测定。

2.3 凉味剂转移率

表4 9种凉味剂在烟丝/再造烟叶与烟气中的加标回收率（n=5）Tab.4 Spiked recoveries of nine cooling agents in cut tobacco/reconstituted tobacco and cigarette smoke（n=5）

2.3.1 DL-薄荷醇的转移率

按照1.2节方法对传统卷烟（A～G）及电加热卷烟（H～P）烟丝/再造烟叶和烟气平行测定3次，计算相对标准偏差（RSD），结果见表5。对表5中数据作图，见图1。其中，柱状图表示烟气粒相物中DL-薄荷醇的含量，折线图表示DL-薄荷醇的转移率，考虑到不同样品的凉味剂的转移率不同，为便于比较凉味剂转移率差异，图中左边折线为电加热卷烟转移率，图中右边折线为传统卷烟转移率。可以看出：传统卷烟DL-薄荷醇转移率大多低于电加热卷烟，这可能是因为传统卷烟因燃烧和阴燃损失了大量的DL-薄荷醇，因而凉味剂转移率低于电加热卷烟。两种类型薄荷卷烟样品中DL-薄荷醇添加量相差比较大，最低为1.81 mg/g，最高为14.37 mg/g，烟气总粒相物中DL-薄荷醇释放量相近，约为0.11～1.28 mg/支，但不同卷烟品牌DL-薄荷醇转移率存在较大差异，转移率最高为49.12%，最低为5.68%。电加热卷烟中，国外样品O和N烟气总粒相物中DL-薄荷醇较国内其他样品少，但转移率较高，这可能是因为其滤嘴材料对DL-薄荷醇的截留较少所致。因此，为更加有效地降低滤嘴材料对凉味剂的吸附，有待进一步加强对滤嘴材料的研究。传统卷烟中，3个细支卷烟样品E、F、G烟气总粒相物中DL-薄荷醇较少，其转移率也最低，这可能是因为较细的烟支规格使DL-薄荷醇在主流烟气中的扩散受到抑制所致；爆珠型薄荷卷烟捏破爆珠后较捏破前烟气总粒相物中DL-薄荷醇含量增加，但其转移率明显降低，表明爆珠加香方式下大部分凉味剂成分被截留在滤嘴中。

表5 卷烟样品中DL-薄荷醇的转移率Tab.5 Transfer rate of DL-menthol in cigarette samples

图1 电加热卷烟和传统卷烟中DL-薄荷醇转移率比较Fig.1 Comparison of DL-menthol transfer rates in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

2.3.2 其他凉味剂的转移率

考察了检测到的其余6种凉味剂的含量及转移率，结果见表6和图2～图7。其中，柱状图表示烟气粒相物中凉味剂的含量，折线图表示凉味剂的转移率。可以看出：不同卷烟品牌含凉味剂的种类不同，凉味剂添加量也各不同，多数卷烟样品中含L-薄荷酮和乙酸薄荷酯。6种凉味剂添加量相差比较大，最低为0.07 mg/g，最高为8.54 mg/g，烟气总粒相物中的凉味剂释放量相近，约为0.01～0.19 mg/支，但不同卷烟品牌的不同凉味剂转移率存在较大差异，最高为41.67%，最低为3.80%。

表6 6种凉味剂在电加热卷烟与传统卷烟中的转移率Tab.6 Transfer rates of six cooling agents in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

图2 电加热卷烟和传统卷烟中乙酸薄荷酯在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.2 Comparison of release and transfer rate of menthyl acetate in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

对于选择的9种凉味剂，本研究中测试的所有卷烟样品中仅检测出7种，未发现异薄荷酮和WS-5。随着消费者对卷烟凉味感受的不同需求，还应探索更多的凉味剂在薄荷卷烟中的应用及其转移率。另外，因部分凉味剂转移率较低，为增加其转移率，加强卷烟凉味感受，应进一步针对凉味剂理化性质、过滤嘴材料对凉味剂的截留以及抽吸过程凉味剂的损失等方面进行研究，分析凉味剂在卷烟中的转移途径及转移量，进而开发凉味剂转移率较高的不同类型卷烟产品。

图3 电加热卷烟和传统卷烟中乳酸薄荷酯在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.3 Comparison of release and transfer rate of menthyl lactate in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

图4 电加热卷烟和传统卷烟中异胡薄荷醇在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.4 Comparison of release and transfer rate of isopregol in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

图5 电加热卷烟和传统卷烟中L-薄荷酮在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.5 Comparison of release and transfer rate of L-menthone in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

图6 电加热卷烟和传统卷烟中WS-3在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.6 Comparison of release and transfer rate of WS-3 in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

图7 电加热卷烟和传统卷烟中WS-23在烟气总粒相物中的含量及其转移率的比较Fig.7 Comparison of release and transfer rate of WS-23 in total particulate matter of mainstream smoke of electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

传统卷烟和电加热卷烟中L-薄荷酮、异胡薄荷醇、乙酸薄荷酯、乳酸薄荷酯、WS-3、WS-23的转移率分别为11.18%～35.71%和13.21%～40.00%、13.33%～25.00%和14.39%～28.57%、11.83%～33.33%和15.73%～41.67%、3.80%～4.76%和4.68%～6.72%、4.85%～5.49%和 5.33%～5.74%、6.21%～7.69%和7.74%～8.70%（图8）。可见，这6种凉味剂转移率在两种类型薄荷卷烟间无显著差异，但电加热卷烟中的转移率稍大于传统卷烟，这可能是因为传统卷烟在抽吸时凉味剂一部分截留在滤嘴中，一部分由于燃烧温度高，在抽吸过程中发生了热分解，以及传统卷烟烟支阴燃时间远比燃吸时间长，侧流烟气凉味剂含量高于主流烟气，因而传统卷烟凉味剂转移率低于电加热卷烟。此外，6种凉味剂中乙酸薄荷酯、L-薄荷酮和异胡薄荷醇转移率高于乳酸薄荷酯、WS-3、WS-23，这可能是由于凉味剂理化性质的不同所致。

图8 6种凉味剂在电加热卷烟和传统卷烟中转移率区间的比较Fig.8 Comparison of transition rates of six cooling agents in electrically heated cigarettes and combustible cigarettes

3 结论

建立了电加热卷烟与传统卷烟烟丝/再造烟叶和主流烟气中9种凉味剂的GC-MS测定方法，并考察了7种凉味剂的转移率。本方法精密度较好，回收率较高，适用于烟草材料及卷烟烟气中9种凉味剂的检测。传统卷烟中，凉味剂含量为0.07～8.81 mg/g，转移率为3.80%～49.12%；电加热卷烟中，凉味剂含量为0.14～14.37 mg/g，转移率为4.68%～42.53%，传统卷烟凉味剂转移率通常低于电加热卷烟；此外，两种类型卷烟烟气总粒相物中DL-薄荷醇释放量为0.11～1.28 mg/支，转移率为5.68%～49.12%，其余6种凉味剂释放量为0.01～0.19 mg/支，转移率为3.80%～41.67%；乙酸薄荷酯、L-薄荷酮和异胡薄荷醇转移率高于乳酸薄荷酯、WS-3和WS-23。总体上，不同凉味剂转移率差别较大，这可能与凉味剂自身物化性质有关。在下一步研究中，将探讨其他因素，如含水率、焦油量及滤嘴材料对凉味剂转移的影响，从而为薄荷卷烟中凉味剂的使用提供参考。