中国测试  2024, Vol. 50 Issue (5): 79-85, 121 |
随着卷烟行业中降焦减害工作的持续推进，卷烟低焦油化愈发明显，在降焦减害的同时，势必会造成卷烟香气的损失，因此如何对损失的卷烟香气进行有效补偿成为低焦油卷烟技术的关键。卷烟加香是一种最直接有效的方法。卷烟加香是指在卷烟加工过程中将烟用香精香料直接添加到卷烟中，改善卷烟的理化特性，满足卷烟消费者的感官享受，并增进卷烟的可接受性。因此，国内许多学者[1-5]对香精香料的种类及加香方式在卷烟中的应用进行了研究。
卷烟加香方式主要包括滤嘴加香、烟丝加香、接装纸加香、卷烟纸加香、胶粘剂加香等[6-8]。其中接装纸在卷烟抽吸过程中直接与口腔接触，不参与燃烧裂解，其添加的香味成分与烟丝特有的香气结合，给消费者从味觉及嗅觉上提供不一样的感官享受。但该类型产品存在口味稳定性问题，即大多风味成分挥发性较高，添加了风味成分的接装纸在储存及使用过程中因添加的风味物质存在味道衰减问题而导致口味丢失[9]。
目前，国内学者大多着眼于对卷烟中风味成分的检测。付强[10]等建立了一种使用超高效液相色谱串联质谱联用快速检测胶基型嚼烟中13种甜味剂的方法，检出限在6.8×10–6~0.30 μg/kg之间，定量限在2.3×10–5~1.0 μg/kg之间。王紫燕[11]等建立了一种基于气相色谱-质谱联用技术测定加热卷烟烟草材料中8种凉味剂的方法，检出限和定量限分别为0.25~0.54 μg/g和0.83~1.80 μg/g。邱宝平[12]等建立了一种基于气相色谱法测定烟草中非挥发性有机酸的方法。而对风味成分在卷烟中的衰减行为研究较少，口味稳定性问题仍是行业内的技术难点。
药物释放动力学是一种利用动力学原理及数学方法，定量描述药物进入机体后吸收和代谢等过程动态变化规律的方法[13]。目前，已广泛用于各类药物释放性能研究以及食品和香料中挥发性成分释放性能的研究[14-15]。通过药物释放动力学可以很好地了解风味物质在接装纸中的释放规律、作用机理和动力学参数。
本工作以风味接装纸中常用的甜味剂纽甜、凉味剂薄荷醇和酸味剂苹果酸为研究对象，对三者在风味接装纸中的衰减行为进行了研究。使用动力学分析方法，通过零级、一级和Higuchi动力学模型对三者在风味接装纸中的衰减曲线进行拟合，获得了三者在接装纸中的衰减曲线函数，以期为风味接装纸的储存提供参考，为风味接装纸的应用提供技术支撑。
1 实 验 1.1 仪器、材料与试剂HZQ-F160全温震荡培养箱（太仓市实验设备厂）；7890B气相色谱仪（氢火焰离子检测器，安捷伦科技有限公司）；Agilent 1260高效液相色谱仪（二极管阵列检测器DAD，安捷伦科技有限公司）；ME104E电子天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公司）；S152TPS3-1碎纸机（得力集团有限公司）；SB-3200DT超声萃取仪（宁波新芝生物科技有限公司）；HZ-2电热恒温水浴锅（北京市医疗设备总厂）；DLSB-10/25低温冷却液循环泵（郑州凯鹏实验仪器有限公司）；SHB-3循环水多用真空泵（郑州杜甫仪器厂）。
甜味、凉味和酸味接装纸由红塔集团玉溪卷烟厂提供，用于不同规格、不同品牌烟支。
乙醇（色谱纯，天津市大茂化学试剂厂）；甲醇和二氯甲烷（色谱纯，北京迪科马科技有限公司）；乙酸苯酯（≥99%，北京百灵威科技试剂有限公司）；纽甜（≥98%，上海麦克林生化科技有限公司）；硫酸（分析纯，洛阳昊华试剂有限公司）；无水硫酸钠和氯化钠（天津市德恩化学试剂有限公司）；己二酸（分析纯，郑州派尼化学试剂厂）；超纯水。
1.2 实验方法 1.2.1 溶液的配制1）酯化剂
在冰水浴搅拌的条件下，将适量浓硫酸缓慢加入一定量的无水甲醇中，搅拌均匀，配置成10%的H2SO4-CH3OH溶液，保存备用。
2）内标溶液
乙酸苯酯-乙醇内标溶液：称取0.2000 g乙酸苯酯，用乙醇定容于1000 mL容量瓶中，得到质量浓度为0.2000 mg/mL的乙酸苯酯-乙醇内标溶液。
己二酸-甲醇内标溶液：称取0.6000 g己二酸，用甲醇定容于100 mL容量瓶中，得到质量浓度为6.0000mg/mL的己二酸-甲醇内标溶液。
3）混合标准储备液的配制
纽甜：准确称取0.1000 g纽甜标准品，用纯水定容于100 mL容量瓶，得到质量浓度为1 mg/mL的纽甜标准储备液。
薄荷醇：准确称取0.0600 g薄荷醇标准品，用乙酸苯酯-乙醇内标溶液定容于100 mL容量瓶，得到质量浓度为0.6 mg/mL的薄荷醇标准储备液。
苹果酸：称取0.800 g苹果酸，用甲醇定容于25 mL的容量瓶中。移取1.0 mL苹果酸-甲醇溶液于100 mL圆底烧瓶中，加入1.0 mL己二酸-甲醇内标溶液和40 mL10% H2SO4-CH3OH溶液，90 ℃水浴回流110 min。
4）空白加热回流液
移取2.0 mL己二酸-甲醇内标溶液和82 mL10% H2SO4-CH3OH溶液于150 mL圆底烧瓶中，水浴80 ℃回流2 h。
5）标准工作溶液
纽甜：分别移取纽甜标准储备液0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、4、6、8 mL于10 mL容量瓶中，加入纯水定容至刻度。得到纽甜质量浓度为1、5、10、50、100、200、400、600、800 μg/mL的纽甜标准工作溶液。
薄荷醇：分别移取薄荷醇标准储备液0.125、0.25、0.5、1、2、4、8 mL于10 mL容量瓶中，加入乙酸苯酯-乙醇溶液定容至刻度。得到薄荷醇质量浓度为75、150、300、600、1200、2400、4800 μg/mL的薄荷醇标准工作溶液。
苹果酸：分别移取苹果酸标准储备液0.8、1.5、2、3、4、5、7 mL至50 mL锥形瓶中，各加入14、13 、11、10、9、8.5、8 mL空白加热回流液，混匀后取10 mL溶液于100 mL分液漏斗中，再加入20 mL饱和食盐水混匀，并加入10 mL二氯甲烷进行萃取，重复萃取3次，合并萃取液。在萃取液中加入3.5 g无水硫酸钠干燥过夜，得到苹果酸标准工作溶液。
1.2.2 样品制备纽甜：纽甜添加量为326.53 μg/g的甜味接装纸均经过碎纸机处理，制成大小约为5 mm×5 mm的碎片。准确称取接装纸碎片1.0000 g于50 mL具塞三角瓶中，加入15 mL超纯水使接装纸充分浸润后，在40 ℃条件下超声萃取20 min，取适量萃取液过0.22 μm滤膜，进行HPLC-DAD分析。
薄荷醇：薄荷醇添加量为6244.52 μg/g的凉味接装纸均经过碎纸机处理，制成尺寸为5 mm×5 mm的碎片。称取1.0000 g接装纸碎片于50 mL具塞三角瓶中，加入25 mL乙酸苯酯-乙醇内标溶液，在温度为30 ℃、摇床转速为160 r/min的条件下振荡25 min，取适量提取液经0.45 μm滤膜过滤，进行GC-FID分析。
苹果酸：苹果酸添加量为143.92 μg/g的酸味接装纸均经过碎纸机处理，生成尺寸为5 mm×5 mm的碎片。称取3.0000 g碎片，置于100 mL圆底烧瓶，准确加入36 mL的10% H2SO4-CH3OH溶液和1 mL己二酸-甲醇内标溶液，在90 ℃的温度下水浴回流110 min。冷却至室温后取回流液体10 mL于100 mL分液漏斗，加入20 mL饱和食盐水混匀，加入10 mL二氯甲烷萃取，重复萃取3次，合并萃取液，并加入3.5 g无水硫酸钠干燥过夜。取适量萃取液经0.45 μm有机滤膜过滤，进行GC-FID分析。
1.2.3 分析条件纽甜：ZORBAX SB-C18色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；柱温：30 ℃；进样量：10 μL；流量：1.0 mL/min；流动相：A为H2O，B为CH3OH；梯度洗脱程序：0~15 min，50%A~0%A；DAD检测条件：205 nm波长下测定。
薄荷醇：HP-5MS色谱柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；进样口温度：250 ℃；检测器温度：250 ℃；载气：N2；流量：1 mL/min；分流比：15:1；进样量1 μL；柱升温程序：初始温度50 ℃（保持2 min），以 5 ℃/min的速率升温至230 ℃（保持2 min）。
苹果酸：HP-INNOWAX色谱柱（30 m
将接装纸密封储存在室温条件下，每隔一段时间按照1.2.2的试验方法取样处理，分析接装纸中各风味成分的衰减情况。衰减率的计算公式如下：
| Qt=HtH∞×100\% | (1) |
式中：Qt——t时间取样时风味成分的衰减率，%；
Ht——t时间取样时风味成分的衰减量，mg/g；
H∞——接装纸中风味成分的含量，mg/g。
利用Origin 8对衰减曲线进行拟合，来判定样品衰减属于何种动力学类型。本文采用常用的3个衰减动力学模型进行拟合[16-18]，模型如下：
| 零级模型：Q=a+kt | (2) |
| 一级模型：Q=a(1−e(−kt)) | (3) |
| Higuchi模型：Q=kt1/2 | (4) |
式中：Q——风味成分的衰减率，%；
t——时间，d；
k——衰减速率常数；
a——公式参数。
2 结果与讨论 2.1 接装纸中风味成分的含量及衰减率对不同储存时间的各风味接装纸进行提取检测，其特征成分的含量如图1和表1所示。由图1和表1可知，各风味接装纸中的特征成分随着储存时间的增加含量均有所减少。密封储存100天后，薄荷醇衰减量最高，其衰减量达3481.10 μg/g；其次为纽甜，衰减量为20.84 μg/g；苹果酸的衰减量最低，其衰减量仅为1.58 μg/g。这可能与3种特征成分自身的稳定性有关。
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| 图 1 不同储存时间下各风味接装纸中特征成分含量图 |
| 时间/d | 质量浓度 /（μg∙g–1） | ||
| 纽甜 | 薄荷醇 | 苹果酸 | |
| 0 | 326.53 | 6244.52 | 143.92 |
| 10 | 321.71 | 5321.02 | 143.65 |
| 20 | 317.15 | 4854.32 | 143.03 |
| 30 | 314.4 | 4572.9 | 142.93 |
| 40 | 313.95 | 4460.31 | 142.74 |
| 50 | 312.47 | 4158.67 | 142.72 |
| 60 | 310.33 | 3852.55 | 142.68 |
| 80 | 308.43 | 3477.58 | 142.43 |
| 100 | 305.69 | 2763.42 | 142.34 |
由表1特征成分的含量计算其衰减率，见表2，并以时间为横坐标以累计衰减率为纵坐标绘制3种特征成分的累计衰减率随储存时间的变化曲线，如图2所示。由表2和图2可知，各风味接装纸中的特征成分在前20天衰减速率较快，之后衰减速度减慢，当到达100天时，薄荷醇的累计衰减率最高达55.75%，苹果酸的累计衰减率最低，仅有1.10%。相对于纽甜和苹果酸，风味接装纸中的薄荷醇更不稳定，在储存过程中更易衰减，从而导致卷烟的感官评吸不稳定。因此需要对添加了薄荷醇的风味接装纸进行改进，减缓薄荷醇的衰减。
| 时间/d | 累计衰减率/% | ||
| 纽甜 | 薄荷醇 | 苹果酸 | |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 1.48 | 14.79 | 0.19 |
| 20 | 2.87 | 22.26 | 0.62 |
| 30 | 3.71 | 26.77 | 0.69 |
| 40 | 3.85 | 28.57 | 0.82 |
| 50 | 4.31 | 33.40 | 0.83 |
| 60 | 4.96 | 38.31 | 0.86 |
| 80 | 5.54 | 44.31 | 1.04 |
| 100 | 6.38 | 55.75 | 1.10 |
|
| 图 2 不同储存时间下各风味接装纸中特征成分累计衰减率图 |
通过零级、一级和Higuchi动力学模型进行拟合，拟合结果如表3所示。并以最优拟合结果作3种特征成分衰减的拟合曲线图，见图3。由表3和图3可知风味接装纸中纽甜和薄荷醇的衰减更符合Higuchi动力学模型（r2=0.9876和r2=0.9778）。在多数情况下，Higuchi模型用于描述符合Fick扩散的释放动力学过程[19]，这表明此时纽甜和薄荷醇在风味接装纸中的衰减机理可能属于Fick扩散类型。风味接装纸中苹果酸的衰减更符合一级动力学模型（r2=0.9651）。3种特征物质的衰减动力学不同可能是由于稳定性不同导致的[20-21]。
| 特征成分 | 拟合模型 | 拟合方程 | 相关系数 |
| 纽甜 | 零级 | Q=1.1710+0.0579t | 0.8894 |
| 一级 | Q=6.6786(1-e–0.0238t) | 0.9810 | |
| Higuchi | Q=0.6269t1/2 | 0.9876 | |
| 薄荷醇 | 零级 | Q=8.2880+0.4861t | 0.9381 |
| 一级 | Q=63.3136(1-e–0.0169t) | 0.9545 | |
| Higuchi | Q=5.0265t1/2 | 0.9778 | |
| 苹果酸 | 零级 | Q=0.2416+0.0102t | 0.7943 |
| 一级 | Q=1.1167(1-e–0.0306t) | 0.9651 | |
| Higuchi | Q=0.1157t1/2 | 0.9469 |
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| 图 3 3种特征成分衰减的最优拟合曲线图 |
本研究通过提取并检测不同储存天数的各风味接装纸中的特征成分，明确了各特征成分的衰减规律，可为维护接装纸的稳定性提供基础数据支撑。结果表明，3种特征成分在前20天衰减较快，之后衰减速度减慢。其中薄荷醇由于自身稳定性的原因衰减速度最快，在100天后累计衰减率达55.75%。采用零级、一级和Higuchi动力学模型对3种特征成分的衰减行为进行动力学分析，获得了3种特征成分的衰减拟合曲线。结果表明，纽甜和薄荷醇的衰减更符合Higuchi动力学模型，其拟合曲线分别为Q=0.6269t1/2和Q=5.0265t1/2，苹果酸的衰减更符合一级动力学模型，其拟合曲线为Q=1.1167(1–e–0.0306t)。该方法的相关系数较高，可较好地模拟风味接装纸中特征成分的衰减过程，为确定风味接装纸的储存期数据基础，为风味物质在接装纸中的应用提供参考。
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表1(Table 1)
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