基于烟芯段和滤嘴段耦合的加热卷烟烟气关键成分释放模型构建

为揭示加热卷烟抽吸过程中的传质机理,通过构建加热卷烟烟气关键成分的烟芯段释放动力学模型和滤嘴段逐口截留模型,建立加热卷烟中丙二醇、丙三醇和烟碱的传质模型,并采用COMSOL Multiphysics软件对模型进行数值求解,对烟支逐口抽吸过程中烟芯段和滤嘴段丙二醇、丙三醇、烟碱的剩余量及浓度场进行模拟。结果表明:模拟得到的加热卷烟逐口抽吸过程中烟芯段丙二醇、丙三醇、烟碱剩余量与实验值较为吻合,建立的动力学模型可较好地反映加热卷烟3种关键成分的释放机理;烟气丙二醇、丙三醇、烟碱逐口释放量与实验值较为吻合,建立的截留模型可较好地反映逐口抽吸过程中滤嘴段对烟气3种关键成分的截留机理;抽吸时烟芯段外壁较加热片附近固相物质传质效率低;随着抽吸口数的增加,烟气中丙二醇、丙三醇、烟碱的质量浓度在烟芯和滤嘴段呈动态变化,其中滤嘴段的质量浓度先升后降,烟芯段的质量浓度则从第2口开始减少;单口抽吸过程中,烟芯段和滤嘴段烟气丙二醇、丙三醇、烟碱的质量浓度随着气流速度的变化而发生动态变化。

二元共晶糖醇颗粒的制备及其作为降温材料在传统卷烟中的应用

为拓宽传统卷烟用降温材料的筛选范围,利用木糖醇和赤藓糖醇的二元相图计算糖醇共晶点温度,通过熔融法制备木糖醇与赤藓糖醇二元共晶糖醇颗粒,将其作为降温材料应用于传统卷烟中,并评价其吸热降温效果。结果表明:二元共晶糖醇共晶点处的木糖醇与赤藓糖醇物质的量之比为7.6∶2.4,命名为木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒,共晶点温度约为89℃;该共晶糖醇颗粒的制备过程中未发生化学反应,其形貌特征与木糖醇颗粒相似,表面较为光滑,将其应用于中短支卷烟时,较空白卷烟的主流烟气温度降低了6.8℃;木糖醇颗粒可有效截留主流烟气中的水分,所添加二元共晶糖醇颗粒中的木糖醇含量越多,卷烟出口处所捕集到的水分越少;二元共晶糖醇颗粒可截留部分主流烟气中的焦油,其中木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒卷烟出口端捕集到的焦油量最少,但二元共晶糖醇颗粒对主流烟气中的烟碱含量和CO含量均未产生明显影响;添加木7.6赤2.4共晶糖醇颗粒的卷烟其烟气的甜感有所提升,但吸阻略有增加,且卷烟的烟气热感有所下降,感官品质整体评价最高。

采用离子色谱法测定烟草薄片中瓜尔胶含量的研究

本研究建立了离子色谱法测定烟草薄片中瓜尔胶含量的方法,具体步骤如下:采用水浸泡烟草薄片并振荡的方式,萃取其中的瓜尔胶;将萃取液蒸干后,采用酸解法将瓜尔胶分解为半乳糖、甘露糖;然后采用离子色谱法测定半乳糖、甘露糖含量,通过公式换算得到样品中的瓜尔胶含量。结果表明,半乳糖和甘露糖在浓度0.1~10 mg/L范围内,具有非常好的线性关系,相关系数R^(2)均≥0.9996,检出限分别为0.0036和0.0022 mg/L,瓜尔胶回收率均≥95.8%,相对标准偏差为1.58%。因此,该方法重复性好,准确度高,适用于烟草薄片中瓜尔胶含量的测定。

辅助材料设计参数对烤烟型卷烟烟气焦油、烟碱和CO释放量的影响

为探索辅助材料与卷烟烟气化学成分之间的关系,研究了卷烟纸定量、卷烟纸透气度、成形纸透气度、接装纸透气度和滤棒吸阻对卷烟主流烟气焦油、烟碱和CO释放量的影响,并通过辅材设计参数的组合设计,建立了辅材设计参数预测焦油、烟碱和CO释放量的数学模型。结果表明:①卷烟纸定量增加CO释放量增加;②卷烟纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量降低;③滤棒吸阻增加,焦油和烟碱释放量降低;④接装纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量显著降低;⑤成形纸透气度增加,焦油、烟碱和CO释放量降低,降低程度与配合使用的接装纸透气度有关;⑥焦油、烟碱和CO释放量预测模型的预测值与实测值基本吻合。

辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响

为考察辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响,采用单因素影响设计法制备了40种试验卷烟,考察了卷烟纸透气度、卷烟纸定量、滤棒吸阻、接装纸透气度、成型纸透气度和滤嘴通风度对这些卷烟主流烟气CO、氢氰酸、NNK、氨、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛释放量的影响。结果表明:①卷烟纸定量对苯酚和CO的释放量有显著的影响,随着卷烟纸定量的增加,苯酚释放量下降,CO量增加;②卷烟纸透气度与HCN,NH3,BaP,CO和苯酚释放量有显著的负相关关系,影响大小依次为HCN>NH3>BaP≈CO>苯酚;③滤棒吸阻与NNK,NH3,HCN,苯酚,BaP和CO释放量有显著的负相关关系,影响大小依次为苯酚>NH3>NNK>HCN>BaP>CO;④滤棒成型纸透气度和接装纸透气度对CO,NNK,NH3,HCN,巴豆醛,苯酚和BaP释放量均有一定的影响,但成型纸透气度的影响较小,接装纸透气度的影响较明显。随着接装纸透气度的增大,成型纸透气度对有害成分释放量的影响程度增大;⑤滤嘴通风度与CO,NH3,HCN,巴豆醛,苯酚和BaP有显著的负相关关系,其影响大小依次为HCN>CO>巴豆醛>NH3>苯酚>BaP。辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分有一定的影响。

“三丝”掺兑量对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响

为考察膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶(简称"三丝")掺兑量对主流烟气有害成分释放量的影响规律,在控制烟支硬度一致的条件下,制备了15种不同"三丝"掺兑量的卷烟,对其烟丝重量、吸阻、抽吸口数及主流烟气中焦油、烟碱、CO、氢氰酸、NNK、氨、BaP、苯酚、巴豆醛的释放量进行了测定,并建立了"三丝"掺兑量与上述有害成分释放量的回归方程。结果表明:①膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量增加10%,烟丝重量分别减少约1.8%,3.1%和1.3%,卷烟抽吸口数均减少约0.4口;膨胀梗丝或膨胀烟丝掺兑量增加10%,卷烟吸阻均增加约3.0%;②随着膨胀梗丝掺兑量增加,CO和巴豆醛释放量增加,其它7项有害成分释放量降低;随着膨胀烟丝掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、CO、BaP、氨和苯酚释放量降低;随着再造烟叶掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、氢氰酸、BaP、氨和苯酚释放量降低;③通过增加膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量,可以选择性降低卷烟主流烟气中的BaP、氨和苯酚。

甘油对烟叶热性能及加热状态下烟气释放的影响

为考察甘油对烟叶加热状态下烟气释放的影响,对不同甘油添加量烟丝样品进行了差示扫描量热分析（DSC）和热重-微分热重分析（TG-DTG）,利用实验室加热装置在200～400℃下加热不同甘油添加量的烟丝样品,并测试了烟气粒相物、烟碱、水分和焦油释放量。结果表明：1添加甘油能够增大低温下烟丝的失重比例,提高烟丝的着火温度,降低烟丝燃烧性;2烟气粒相物和烟碱释放量均随甘油添加量（0～10%）的增加而增加,甘油添加量〉10%后各释放量均无明显变化;10%和15%的甘油添加量能显著增加烟气焦油释放量,添加甘油后,焦油中增加的主要是甘油的释放量;3添加甘油能够显著增加烟气水分释放量,但不同甘油添加量（5%,10%和15%）之间的差异不明显。可见,添加甘油能够降低烟叶的燃烧性,提高烟叶在加热状态下的烟气释放。

卷烟主流烟气烟熏香成分的感官导向分析

以感官导向分析方法研究了卷烟主流烟气总粒相物中的烟熏香成分。利用凝胶渗透色谱(GPC)分离卷烟主流烟气粒相物,评价了各分离流份的香气特征,并定位烟熏香特征流份;通过GC/MS法定性分析结合标准物质香气特征评价,鉴定出26种烟熏香成分;建立了主流烟气粒相物中26种烟熏香成分的GC/MS定量分析方法,测定了其在9个品牌卷烟主流烟气中的释放量及在烟气粒相物中的质量分数;利用三点选配法(3-AFC)测定了26种烟熏香成分在乙醇和三乙酸甘油酯中的嗅觉阈值,结合其在卷烟烟气粒相物中的质量分数,计算了9个品牌卷烟烟气粒相物中各烟熏香成分的香气活性值(OAV),推测了26种烟熏香成分的贡献度。结果表明:1在所考察卷烟的主流烟气中,释放量较大的烟熏香成分均为苯酚、对甲酚、4-乙烯基愈创木酚、邻甲酚、2,4-二甲基苯酚和2-(4-羟基苯基)乙醇。2愈创木酚、对甲酚和5-甲基愈创木酚对卷烟烟熏香韵的贡献最大。

细支与常规卷烟主流烟气常规指标及中性致香成分对比分析

为了解细支卷烟主流烟气成分的释放特征,以叶组相同的细支和常规卷烟为研究对象,从单支卷烟和单位焦油的角度考察了两种规格卷烟常规烟气指标及粒相物中中性致香成分的差异。结果表明:(1)对于单支卷烟烟气成分释放量而言,细支卷烟TPM、烟碱、焦油、CO、水分、单口烟碱、单口焦油以及各中性致香成分的分析结果均低于常规卷烟。(2)以单位焦油计,细支卷烟大多数中性致香成分的释放量与常规卷烟基本一致。细支卷烟2(5H)-呋喃酮、3-甲基-2(5H)-呋喃酮、苯乙酮、愈创木酚、5-乙酰氧基甲基-2-糠醛、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚和亚油酸甲酯的单位焦油释放量显著高于常规卷烟。细支卷烟1-戊烯-3-酮、丙酮酸甲酯、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、柠檬烯和2,3-二甲基-2-环戊烯-1-酮的单位焦油释放量显著低于常规卷烟。(3)细支与常规卷烟多种物理指标(烟支圆周、烟丝质量、滤嘴通风率、吸阻等)和热解反应的不同协同导致了卷烟常规烟气指标及中性致香成分分析结果的差异。

主流烟气粒相物水溶性组分中烤甜香成分分析

采取感官导向分离方式,依次利用凝胶渗透色谱和高效液相色谱,逐级分离主流烟气粒相物的水溶性组分。通过对所得流份嗅香特征的评价,定位烤甜香特征流份,并用气相色谱-质谱法定性烤甜香流份的组成。排除与烤甜香无关的成分后,对其中16种成分的标样进行了香气特征评价。结果表明:烤甜香特征流份中共鉴定出40种成分,其中对烤甜香有直接贡献的成分主要为呋喃类、呋喃酮类、吡喃酮类和环戊烯酮类化合物。

通风稀释对卷烟燃烧温度及主流烟气中主要有害成分释放量的影响

为降低卷烟危害性,考察了卷烟纸、接装纸、成型纸透气度对卷烟燃烧温度和卷烟主流烟气中7种有害成分(CO,HCN,NNK,NH3,B[a]P,苯酚和巴豆醛)及焦油释放量的影响,并研究了卷烟总通风率对主流烟气中7种有害成分释放量及卷烟危害性指数的影响规律。结果表明:①随着卷烟纸和接装纸透气度的增加,卷烟燃烧温度升高,卷烟主流烟气中除NNK外其他6种有害成分的释放量、焦油量及危害性指数均降低;②成型纸透气度的变化对卷烟燃烧温度及烟气有害成分释放量的影响不规律;③卷烟总通风率增加,卷烟主流烟气中多数有害成分释放量、焦油量及危害性指数有不同程度的降低。适当增加卷烟纸、接装纸的透气度,提高卷烟总通风率,可在一定程度上调控卷烟燃烧温度,降低卷烟烟气中有害成分释放量,从而降低卷烟的危害性指数。

卷烟纸助燃剂对主流烟气7种有害成分释放量的影响

为了解卷烟纸助燃剂在降低卷烟危害性中的作用,以柠檬酸钠和柠檬酸钾为卷烟纸助燃剂,考察了其组成和添加量对主流烟气中CO,HCN,NNK,NH3,B[a]P,苯酚和巴豆醛等7种有害成分释放量的影响。结果表明:①增加助燃剂中钾盐的比例,卷烟主流烟气中NH3,苯酚,B[a]P,CO和HCN释放量呈降低趋势,NNK略有增加,巴豆醛无明显变化。②增加助燃剂的添加量,NH3,苯酚和B[a]P呈显著降低趋势;巴豆醛和NNK释放量无显著变化;CO和HCN释放量在钾盐比例低于10%时随助燃剂添加量增加有增加趋势,在钾盐比例高于40%时呈降低趋势。③助燃剂对抽吸口数的改变是影响7种有害成分变化的原因之一。卷烟助燃剂对卷烟主流烟气中7种有害成分的降低有一定作用。

卷烟纸组分对常规和细支卷烟烟气释放量及感官质量的影响

为考察卷烟纸组分(亚麻配比、包灰剂质量分数、助燃剂质量分数和助燃剂中钾钠比)对常规和细支卷烟烟气成分释放量及感官质量的影响,采用偏最小二乘(PLS)回归法分别建立了常规和细支卷烟烟气成分释放量及感官质量的多因素预测模型。结果表明:(1)常规卷烟的焦油和大多数主流烟气成分的释放量均随卷烟纸包灰剂质量分数、助燃剂质量分数以及钾钠比的升高而呈下降趋势;细支卷烟的烟气TPM、烟碱、CO释放量以及单位焦油CO的释放量均随包灰剂质量分数和钾钠比的增大呈下降趋势。(2)单位焦油烟气组分受该4个因素的影响表现出较大的复杂性和差异性。(3)随亚麻配比的增大,包灰剂和助燃剂质量分数及钾钠比的降低,常规卷烟的感官质量得到改善;随亚麻配比和钾钠比的增大、包灰剂和助燃剂质量分数的降低,细支卷烟的感官质量得到改善。

深度吸烟对卷烟焦油、烟碱和CO释放量测定结果的影响

为考察抽吸方式对15种国产卷烟和1种进口卷烟的焦油、烟碱和CO释放量测定结果的影响,选择ISO/TC126的卷烟抽吸方法工作组(WG9)提出的3种吸烟参数方案中的A和C与现行的ISO标准吸烟条件对16种国产卷烟进行了测试。结果表明在WG9参数条件下抽烟,①测试结果之间的离散性不大于现行的ISO标准方法;②焦油、烟碱和CO的释放量显著增加。

两种抽吸模式下加热不燃烧卷烟主流烟气释放物分析

为研究加热不燃烧卷烟主流烟气中有害成分的释放量,以11个iQOS和3个glo加热不燃烧卷烟产品为对象,研究了ISO抽吸模式和加拿大深度抽吸(HCl)模式下主流烟气中有害成分(焦油、烟碱、CO、HCN、NNK、NNN、NH_3、B[a]P、苯酚、巴豆醛、甲醛、乙醛、丙烯醛、1,3-丁二烯和苯)以及水分、丙二醇和丙三醇释放的规律。结果表明:(1)加热不燃烧卷烟气溶胶捕集物释放总量较高,且主要成分为水(质量分数约70%),远高于传统卷烟;(2)iQOS和glo卷烟的主流烟气有害成分中除NNK、NH3和巴豆醛释放量与传统卷烟相当以外,其他成分远低于传统卷烟;(3)11个iQOS样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为1.3和9.8 mg,释放量受抽吸模式的影响较大;3个glo样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为2.9和7.0 mg,与常规卷烟在两种抽吸模式下的释放规律一致。

HCI模式对超细卷烟常规烟气成分测试结果的影响

为了研究加拿大卫生部深度抽吸(HCI)模式对超细卷烟主流烟气中焦油、烟碱和一氧化碳(CO)测试结果的影响,9家实验室利用7台转盘型和5台直线型吸烟机在ISO模式和HCI模式下对4种超细卷烟开展了共同实验研究。结果表明:1HCI模式对主流烟气中焦油、烟碱和CO释放量测试值的影响基本一致;2HCI模式下,焦油、烟碱和CO释放量测试值增加幅度随ISO焦油量降低和/或滤嘴通风率的增大而增加;3HCI模式下焦油和烟碱测定结果的重复性限和再现性限、CO测试结果的重复性限及焦油测试结果的相对再现性限均大于ISO模式,表明HCI模式下焦油、烟碱和CO测试结果的精密度比ISO模式差。

基于卷烟辅助材料参数的卷烟烟气有害成分预测模型

为考察卷烟辅助材料参数(卷烟纸克重、卷烟纸透气度、成型纸透气度、接装纸透气度和滤棒吸阻)对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响,采用中心组合结合正交设计制备试验卷烟,利用线性回归法和逐步回归法建立卷烟辅助材料参数对主流烟气7种有害成分(CO,NNK,NH3,HCN,BaP,苯酚、巴豆醛)及2种常规化学成分(焦油、烟碱)释放量的多因素预测模型,根据统计学原理中交叉验证标准差(RMSECV)最小的原则筛选出最优预测模型。在不同卷烟配方条件下,外部验证结果表明:CO,NNK,NH3,HCN,BaP,巴豆醛、苯酚、烟碱和焦油等9种有害成分平均预测相对偏差分别为6.9%,8.7%,6.6%,11.8%,4.1%,8.2%,5.3%,4.0%和4.8%。9种有害成分预测模型预测精度良好,对于不同的配方和辅助材料具有广泛的适用性。

卷烟纸对卷烟主流烟气中7种有害成分释放量的影响

为降低吸烟对人体健康的危害,考察了卷烟纸透气度、定量和助剂对主流烟气中CO等7种有害成分的影响。结果表明:①随着卷烟纸透气度的增加,卷烟主流烟气中CO,HCN,B[a]P,NH3,苯酚和卷烟危害性指数都呈降低趋势,而NNK和巴豆醛的变化不明显;②随着卷烟纸定量的增大,卷烟主流烟气中CO,HCN的释放量和卷烟危害性指数呈增大趋势,而巴豆醛,B[a]P,NNK,NH3和苯酚随卷烟纸定量的变化不显著;③不管是有机酸钾,还是有机酸钾与有机酸钠的混合物,随着其在卷烟纸中的用量增大,烟气CO,HCN,B[a]P,NH3,苯酚释放量和卷烟危害性指数也都呈降低趋势,但降低幅度都不大,NNK和巴豆醛的释放量变化不明显;④有机酸钾盐降低CO,HCN,B[a]P,NH3,苯酚释放量和卷烟危害性指数的效果优于有机酸钾钠盐混合物。适当增大卷烟纸透气度,降低卷烟纸定量,提高有机酸钾盐的用量可在一定程度上降低卷烟主流烟气中CO,HCN,B[a]P,NH3,苯酚释放量和卷烟危害性指数。

疏水纳米SiO_2选择性降低卷烟烟气有害成分含量

为研究纳米材料表面性质对选择性降低卷烟烟气中主要有害成分的影响,对亲水性纳米SiO2用三甲基氯硅烷进行了疏水改性,并将改性前后的纳米SiO2分别添加到烟丝和滤嘴中研究其对卷烟烟气有害成分含量的影响。结果表明:亲水纳米SiO2改性后,表面的硅羟基基本消失,样品呈现疏水性;烟丝中添加疏水改性纳米SiO2后,烟气中苯酚含量降低27.2%,巴豆醛降低12.4%,CO含量略有降低;与此相反,亲水性纳米SiO2不但没有使巴豆醛、苯酚以及CO的含量降低,反而有不同程度的上升;滤嘴中添加疏水纳米SiO2后,可选择性降低烟气中13.1%的苯酚和8.4%的巴豆醛;添加亲水纳米SiO2不能降低苯酚和巴豆醛的含量。因此,纳米材料的表面疏水性对其选择性吸附烟气中弱极性有害成分有重要作用。

加热状态下烟叶烟气的释放特征

为考察加热状态下烟叶的烟气释放特征,利用实验室加热装置对烤烟（B2F、C3F）、白肋烟（B2F、C3F）及香料烟（B1、B2）3种类型烟叶在200-400℃进行加热,并测试烟气粒相物、烟碱、水分和焦油的释放量。结果表明：1在加热状态下,不同类型及部位烟叶的烟气释放具有相似的变化趋势,粒相物、烟碱、水分及焦油的释放量均随加热温度升高而逐渐增加;2当加热温度高于250℃,烟叶的烟气烟碱释放比例显著高于烟叶的游离烟碱比例,释放烟碱不仅来自烟叶自身游离烟碱的迁移,还包括烟叶中结合态烟碱的热解释放;3烟叶在加热状态下的烟气水分释放量很高,释放水分不仅来自烟叶自身水分的迁移,还有相当部分的水分来自烟叶的热解过程。