典型電加熱卷煙與傳統卷煙煙氣粒相成分比較研究

盧樂華，任舉，畢艷玖，劉鴻，李典，高嶧涵*

研究簡報

典型電加熱卷煙與傳統卷煙煙氣粒相成分比較研究

盧樂華1，任舉1，畢艷玖2，劉鴻2，李典3，高嶧涵1*

1 上海新型煙草制品研究院有限公司，上海市浦東新區秀浦路3733號 201315；2 上海煙草集團有限責任公司技術中心，上海市浦東新區秀浦路3733號 201315；3 廣西中煙工業有限責任公司，廣西南寧市北湖南路28號 530001

【背景和目的】加熱卷煙具有煙草的感官特征，但由于受熱方式不同，香氣風格特征與傳統卷煙存在較大區別。為明確加熱卷煙煙氣組成特征，開展代表性產品煙氣成分對比研究?！痉椒ā客ㄟ^在線液相色譜-氣相色譜/質譜聯用系統對代表性的傳統卷煙及加熱卷煙產品進行煙氣成分分析?！窘Y果】（1）4種加熱卷煙煙氣成分種類和含量均低于傳統卷煙。（2）4種不同類型加熱卷煙產品煙氣組成差異不大，但HTP-1煙氣組分特征接近于混合型卷煙。（3）加熱卷煙煙氣特征香氣成分包括大馬酮、羥基丙酮、糠醇、γ-丁內酯、β-石竹烯、植醇、芳樟醇等，體現了加熱卷煙煙草本香、烘焙、烤甜香的典型風格特征?！窘Y論】4種代表性的加熱卷煙煙氣組成總體上屬于傳統卷煙煙氣組成的子集，同時具有自身的特征。煙氣組成是影響加熱卷煙和傳統卷煙煙氣風格特征差異的主要原因。

加熱卷煙；煙氣組成；液相色譜-氣相色譜/質譜聯用；主成分分析；風格特征

加熱卷煙使用專用再造煙葉作為原料，以低溫加熱為特征，加熱溫度一般不超過350℃[1]。最大程度保留了煙草特征風格和感官體驗，同時減少了高溫裂解產生的有害成分，更容易被卷煙使用者接受并發生轉化[2-3]。

張虎等[4]總結了加熱卷煙氣溶膠化學成分分析常用的抽吸模式、捕集方法及分析檢測技術。劉鉆福 等[5]通過熱裂解手段研究了烘烤工藝對加熱卷煙原料香氣成分釋放的影響。楊雪燕[6]研究了加熱卷煙和傳統卷煙原料熱裂解指紋圖譜，發現兩種原料能夠被完全區分。司曉喜等[7]對28種加熱卷煙氣溶膠成分進行測定，發現5-羥甲基糠醛、麥芽酚、糠醇、石竹烯等物質是含量較高的共有組分。王穎等[8]分析了不同加熱卷煙和傳統卷煙主流煙氣成分，發現加熱卷煙中來源于煙草本身的香氣質和香氣量均較低。Mark C. Bentley等[9]對IQOS加熱卷煙產品氣溶膠進行了非靶向成分分析，明確了加熱卷煙氣溶膠全成分的組成輪廓。目前，加熱卷煙煙氣研究主要集中于原料裂解分析[5-6]、主要成分研究[7-9]、煙氣安全毒理評價[10-11]等方面，煙氣全成分非靶向研究較少，存在檢出成分少、組分干擾嚴重等缺點。

本研究運用新型分析方法，對典型加熱卷煙和傳統卷煙開展煙氣全成分研究，通過比較加熱卷煙與傳統卷煙煙氣成分的異同，構建主流加熱卷煙產品煙氣化學特征，為開發風格特征更接近傳統卷煙的加熱卷煙產品提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

在線LC-GC/MS聯用系統，包括第一維液相色譜儀（Agilent 1290，美國安捷倫公司）和第二維氣相色譜-質譜聯用儀（Agilent 7890A/5975C，美國安捷倫公司），其中，LC配備二極管陣列（DAD）檢測器，GC/MS配備On-Column[12]進樣口。

茴香腦（＞99%，百靈威科技有限公司），異丙醇、正己烷、乙醇（色譜純，美國TEDIA公司）

樣品包括傳統卷煙和加熱卷煙，傳統卷煙為不同風格的市場產品，加熱卷煙為國外市場主流產品與行業單位自主開發產品。樣品信息見表1。

表1 樣品信息

Tab.1 Sample information

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

傳統卷煙按照GB/T 16450—2004[13]要求進行抽吸，加熱卷煙按照ISO 20778—2018[14]要求進行抽吸。樣品均抽吸4支，煙氣粒相物捕集于1張44 mm劍橋濾片，20 mL含茴香腦內標（50 μg/mL）的異丙醇萃取30 min，0.45 μm有機濾膜過濾，裝入色譜瓶中待測。

1.2.2 色譜分析

LC條件：色譜柱為氰基柱（2.1 mm i.d.×100 mm，5 μm），流動相為正己烷和乙醇，進樣量：5.0 μL；梯度洗脫條件：0 min，100%正己烷；20 min，40%乙醇；20～40 min，100%乙醇；50 min，100%正己烷。流速0.2 mL/min。DAD檢測器，檢測波長分別為210 nm、250 nm和290 nm。根據不同檢測波長下的出峰結果，將樣品進行六段切割，分別進行GC-MS分析。

GC-MS條件：色譜柱為DB-WAX（60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm df），載氣：He，流速：1.5 mL/min，升溫程序：50℃保持1 min，4℃/min升至240℃保持15 min。傳輸線溫度為240℃，離子源溫度為230℃，四級桿溫度為150℃，掃描范圍33～450 Da。

1.2.3 數據處理

化合物以NIST和Wiely譜庫進行定性，定性標準為正反匹配度均大于80%。內標法定量。數據作圖及主成分分析由Graphpad Prism完成。

2 結果與討論

2.1 煙氣粒相成分比較

傳統卷煙煙氣粒相成分分別為88和86種，加熱卷煙分別為56種、49種、42種和39種?？傮w上加熱卷煙煙氣成分不如傳統卷煙豐富，但不同類型化合物也有所不同。以香味成分為目標，比較兩類煙草產品之間的煙氣組分分布規律。

2.1.1 萜烯類化合物

新植二烯是煙葉中葉綠素降解產物葉綠醇脫水后的產物，是具有清香氣息的重要前體物[15]。同時還能進一步轉化為小分子香氣成分，如植物呋喃等[16-17]。新植二烯在傳統卷煙和加熱卷煙中均為最主要的萜稀化合物，HTP-1中的含量略高于傳統卷煙。具有甜、果香氣的檸檬烯、羅勒烯主要存在于傳統卷煙和加熱卷煙HTP-1中，而具有辛香、木香氣息的石竹烯、長葉烯等則主要存在于加熱卷煙產品中，這與產品風格設計所要求的加香加料差異有關。

圖1 煙氣中萜烯類化合物含量分布

2.1.2 醇類化合物

傳統卷煙煙氣中的醇類化合物比加熱卷煙更為豐富，加熱卷煙中以3-氧代-α-紫羅蘭醇、3-氧代-7,8-二氫紫羅蘭醇、苯甲醇、苯乙醇、芳樟醇等為主。其中3-氧代-α-紫羅蘭醇、3-氧代-7,8-二氫紫羅蘭醇為葉黃素降解物，苯甲醇和苯乙醇為芳香族氨基酸的重要代謝產物，對煙草特征香氣具有重要影響。芳樟醇具有典型的花香、清香特征，能增加煙氣青香及木香香韻，天然存在于烤煙及白肋煙煙葉中[18]。

圖2 煙氣中醇類化合物含量分布

2.1.3 酚類化合物

加熱卷煙中的愈創木酚、DDMP等致香成分顯著低于傳統卷煙，酚類香氣組成較弱。苯酚來源于卷煙抽吸過程中的糖、含氮化合物及多酚類化合物經過高溫裂解等反應[19]，低溫條件下生成率低，含量相對較低。

圖3 煙氣中酚類化合物含量分布

2.1.4 醛酮類化合物

加熱卷煙煙氣中的酮類化合物比較豐富[20]，但含量普遍低于傳統卷煙。巨豆三烯酮、茄酮、MCP和吡喃酮在加熱卷煙中均有檢出，大馬酮和羥甲基環戊烯酮僅在加熱卷煙的HTP-1中檢出，這些組分是煙草特征香氣風格的關鍵組分。羥基丙酮在加熱卷煙中含量顯著高于傳統卷煙，與烘焙香風格密切相關[21]。因此，加熱卷煙既保留了煙草特征香氣，又具有其自身獨特風格。

圖4 煙氣中醛酮類化合物含量分布

2.1.5 酯類化合物

脂肪酸酯本身香氣較弱，但可以柔和煙氣并作為香味載體，在傳統卷煙中含量較高。加熱卷煙中的γ-丁內酯和當歸內酯與傳統卷煙相當，其中γ-丁內酯具有奶油、焦糖香味，當歸內酯具有藥草、煙草氣息，能夠提升煙香，改進吸味。有研究表明[22]，莨菪亭是影響中間香型烤煙感官質量的準優因素、莨菪亭僅在HTP-2中檢出，說明HTP-2具有烤煙香型的特征。

圖5 煙氣中酯類化合物含量分布

2.1.6 呋喃類化合物

除植物呋喃外，呋喃類化合物在加熱卷煙和傳統卷煙中均有檢出，加熱卷煙中的糠醇含量高于傳統卷煙。呋喃類化合物主要為烘烤、焦甜香韻[18]，容易在低溫加熱條件下生成，是加熱卷煙香氣風格的重要組成部分。

圖6 煙氣中呋喃類化合物含量分布

2.1.7 雜環類化合物

加熱卷煙煙氣中主要以2,3-聯吡啶、3-羥基吡啶、2-吡咯烷酮和2-乙?；量橹?，含量顯著偏低于傳統卷煙。該類組分主要來源于煙草非酶促棕色化反應及各種含氮前體物的熱解[20]，香氣閾值低，對香氣風格有重要影響。

圖7 煙氣中雜環類化合物含量分布

2.18 酸性化合物

酸性成分主要來源于煙葉大分子物質的轉化和抽吸時轉移[20]。異戊酸和3-甲基戊酸是香料煙的特征香氣成分，在混合型卷煙CT-2和加熱卷煙HTP-1中檢出，說明HTP-1煙氣風格與CT-2較相似。加熱卷煙煙氣中其他酸性成分很少，與傳統卷煙區別較大。

圖8 煙氣中酸性化合物含量分布

2.2 煙氣成分主成分分析

為考察加熱卷煙與傳統卷煙煙氣組成的差異，以及造成差異的關鍵特征成分，對煙氣粒相成分進行主成分分析（PCA），PC1和PC2累積方差為88.52%，模型解釋能力良好。

得分圖PC1維度上，傳統卷煙與加熱卷煙在煙氣組成上具有顯著特征差異。PC2維度上，加熱卷煙HTP-1與混合型卷煙CT-2均位于上側，說明HTP-1和CT-2在煙氣成分組成上具有相似性，香氣風格具有混合型特征。HTP-2和HTP-3的煙氣組分特征與烤煙和混合型卷煙均無顯著相關性，這可能與原料選擇及再造煙葉工藝有關。

載荷圖PC1維度上，大多數煙氣成分均分布于左側，說明成分協同作用強，加熱卷煙也具有傳統卷煙煙氣的基本風格特征。大馬酮（Ke-3）、羥基丙酮（Ke-11）、糠醇（Fu-1）、γ-丁內酯（Es-1）、β-石竹烯（Te-9）、植醇（Alc-10）、薄荷醇（Alc-11）、芳樟醇（Alc-12）等為加熱卷煙煙氣中的特征成分。除了薄荷醇外，這些成分提供了加熱卷煙煙草本香、烘烤、焦甜、堅果香的煙草特征香氣，共同構建了加熱卷煙在低溫加熱條件下的獨特香氣風格特征。

注：（a）得分圖（b）載荷圖。

Note: (a) Score plot (b) Loadings plot.

圖9 煙氣成分主成分分析

Fig.9 PCA analysis of smoke components

3 結論

（1）4種典型的加熱卷煙煙氣成分種類與含量均少于傳統卷煙，成分豐富性較弱，表現為傳統卷煙煙氣的子集。同時，加熱卷煙中通過裂解產生的有害物成分種類更少，含量更低。

（2）4種典型加熱卷煙煙氣特征成分主要包括大馬酮、羥基丙酮、糠醇、芳樟醇、γ典丁內酯、β內石竹烯、植醇等，共同形成了自身的典型風格特征，表現出煙草本香、烘焙、烤甜香氣風格。

（3）HTP-1煙氣中的成分種類與含量均更豐富，與混合型卷煙的風格特征呈現正相關性。其他加熱卷煙與傳統卷煙的相關性均不明顯，煙草風格特征偏弱，反映在煙氣成分上，體現為醇類和醛酮類關鍵香氣成分含量偏低或缺失。

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Comparative study on the components of smoke particulate matter between representative electrically heated tobacco products and combustion cigarettes

LU Lehua1, REN Ju1, BI Yanjiu2, LIU Hong2, LI Dian3, GAO Yihan1*

1 New Tobacco Product Research Institute, Shanghai 201315, China;2 Technology Center, Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 201315, China;3 China Tobacco Guangxi Industrial Co., Ltd, Nanning 530001, China

Electrically heated tobacco products (e-HTPs) share basic sensory characteristics with combustion cigarettes. However, due to their different heating mode, they differ significantly from combustion cigarettes in aroma characteristics. To elucidate the aroma characteristics of e-HTPs, a comparative study on the smoke composition between representative e-HTPs and combustion cigarettes was conducted.The smoke composition of typical combustion cigarettes and representative e-HTPs were analyzed using an online liquid chromatography - gas chromatography/mass spectrometry (LC-GC/MS) system to compare the compositional differences between e-HTPs and combustion cigarettes.(1) e-HTPs contain fewer smoke components than those in combustion cigarettes. (2) little difference was observed in the smoke composition among the four different types of e-HTPs, but the aroma characteristics of HTP-1 closely resembled those of blended combustion cigarettes. (3) Damascone, Hydroxyacetone, β-caryophyllene, phytol, and Linalool are the characteristic components of e-HTPs, reflecting their typical sensory characteristics of e-HTPs including tobacco’s original aroma, baking, and roasting sweet aromas.The smoke composition of the four representative e-HTPs exhibits specific characteristics, but essentially represents a subset of combustion cigarette smoke. Moreover, smoke composition significantly influences the flavor characteristics between e-HTPs and combustion cigarettes.

heated tobacco products; smoke composition; LC-GC/MS; Principal component analysis (PCA); flavor characteristics

. Email：gaoyh@sh.tobacco.com.cn

國家煙草專賣局新型卷煙研制重大專項項目“加熱卷煙專用再造煙葉配方適用性研究及應用”[No.110202101019(XX-05)]

盧樂華（1986—），碩士，工程師，主要從事新型煙草制品基礎研究，Tel：021-61661838，Email：lulh@sh.tobacco.com.cn

高嶧涵（1984—），Tel：021-61661835，Email：gaoyh@sh.tobacco.com.cn

2022-09-22；

2023-11-16

盧樂華，任舉，畢艷玖，等. 典型電加熱卷煙與傳統卷煙煙氣粒相成分比較研究[J]. 中國煙草學報，2024，30（1）. LU Lehua, REN Ju, BI Yanjiu, et al. Comparative study on the components of smoke particulate matter between representative electrically heated tobacco products and combustion cigarettes[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2024,30(1). doi:10.16472/j.chinatobacco.2022.165