CN112345120B - 一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法 - Google Patents

一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法 Download PDF

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Abstract

一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法，是基于以下工作原理完成：加热卷烟制品加热过程中丙二醇、烟碱同丙三醇协同释放，且丙三醇的释放对烟气稳定性有重要意义，上述所述基础组分的释放受一级化学反应控制，释放速率满足阿伦尼乌斯方程，通过得到逐口对应的烟芯温度，进而获取基于丙三醇稳定释放的加热卷烟制品烟芯的升温曲线。本发明优点在于：一方面，通过特征物质的稳定释放提高添加组分的利用率并调控烟气稳定性，利于改善消费者抽吸过程中感官享受；另一方面，提出一种基于丙三醇稳定释放的方法依据，为阶梯式加热卷烟热源温度控制曲线奠定基础，为加热卷烟制品烟气释放稳定性及热源升温曲线协调控制提供技术支持。

Description

一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取 方法
技术领域
本发明涉及加热卷烟制品加热过程中发烟剂丙三醇等组分逐口释放稳定性的烟芯温度调控技术，具体是提供一种加热卷烟加热过程中实现丙三醇逐口稳定所需的温度曲线获取方法，有利于加热卷烟制品中烟碱、丙二醇等关键组分在气溶胶中同丙三醇的协同释放，属于食品加工领域。
背景技术
不同于传统卷烟产品，加热卷烟制品中通常添加丙三醇作为发烟剂，通过控制烟具加热程序，对加热卷烟制品进行加热，使得烟草物料中的有效成分在200～400℃之间挥发出来。实验研究表明，水分逐口释放量随着抽吸口数不断减少，抽吸后面几口水分的逐口释放量几乎为0；丙三醇与烟碱、丙二醇的逐口释放随着抽吸口数的增加均呈现出先升高后降低的趋势，原因为在抽吸前几口，烟芯处于升温阶段，化学反应速率伴随温度升高而增大，导致上述组分在抽吸前几口逐口释放量升高，至中间某抽吸口数时达到释放最大值，而在抽吸后几口，烟芯温度趋于稳定，且烟芯段上述组分剩余含量变少，导致其逐口释放量逐步降低。结合加热卷烟制品在加热过程各组分在气溶胶中的释放规律，得到丙三醇、烟碱与丙二醇的逐口释放主要受化学反应控制，且烟碱与丙二醇同丙三醇为协同释放。
丙三醇的释放稳定性同加热卷烟抽吸过程中烟雾量大小、抽吸过程中口腔润感密切相关；烟碱释放稳定性对抽吸过程中劲头及满足感密切相关。加热卷烟制品在抽吸过程中，基础组分的释放同加热卷烟烟芯的升温曲线密切相关，丙二醇、烟碱均同丙三醇的释放过程具有协同性，因此，对加热卷烟制品而言，促使基础组分稳定释放的烟芯温度曲线的创建、研究及调控技术至关重要。
目前针对丙三醇逐口释放稳定性涉及加热卷烟烟芯段温度曲线的方法鲜有报道。
发明内容
本发明的目的为通过获取加热卷烟烟芯段升温曲线，实现加热卷烟气逐口稳定性释放，由此促使烟碱、丙二醇等基础组分逐口释放趋于稳定性，利于提升加热卷烟制品抽吸过程中消费者感官享受。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法，其特征在于：是基于以下科学机理和工作原理完成的：加热卷烟制品气溶胶中丙二醇、烟碱同丙三醇协同释放，且丙三醇在加热卷烟烟气中为主要成分，上述所述基础组分的释放受一级化学反应控制，释放速率满足阿伦尼乌斯方程，即式(1)如下：
Figure BDA0002750642850000021
式中k表示丙三醇的释放速率常数；T表示烟芯材料的温度，单位K；Ea为丙三醇释放过程活化能，单位kJ/mol；A表示阿伦纽斯方程的指前因子，单位1/s；R表示通用气体常数，单位KJ/(mol*K)，下同；
依据式(1)，通过测定加热卷烟烟芯段温度T及气溶胶中丙三醇释放速率k，计算得到丙三醇释放的活化能Ea和指前因子A。在确定烟芯段初始丙三醇含量、抽吸口数、初始抽吸温度、逐口释放量后，依照式(2)得到逐口对应的烟芯温度进而获取基于丙三醇稳定释放的加热卷烟制品烟芯的升温曲线，
Figure BDA0002750642850000022
(式2为阿伦尼乌斯方程的变形，转变成为组分的反应速率方程)，式中mt表示t时刻烟芯段中丙三醇的含量，单位mg；m∞表示时间无穷大时(抽吸结束后)烟芯段丙三醇的剩余含量，单位mg；Tt表示t时刻烟芯材料的温度，单位K；Ea为丙三醇释放过程活化能，单位kJ/mol，A表示阿伦尼乌斯方程的指前因子，单位1/s；
具体包括以下步骤：
步骤一：烟芯段温度T、丙三醇含量测定，在此过程中可采用原位分析测试方法得到丙三醇实时释放曲线，也可采用一定间隔时间取样得到丙三醇间接释放量，获得丙三醇的逐口释放速率k，同时检测逐口烟芯平均温度T；
步骤二：丙三醇释放动力学参数活化能Ea、指前因子A的确定。丙三醇的释放速率满足一级化学反应，在步骤一基础上，依据式(1)根据丙三醇释放速率及对应时间下残留物中丙三醇的含量得到其释放速率常数k，在此基础上对k取对数，进一步得到lnk同1/T的关系曲线，通过拟合得到二者的线性关系表达式，分别由斜率和截距得到丙三醇释放活化能Ea、指前因子A；
步骤三：确定烟芯段初始丙三醇含量m0，测试烟芯段抽吸结束后丙三醇含量m∞，确定抽吸间隔△t、抽吸口数N、丙三醇逐口释放量△m，由式(3)得到；
Figure BDA0002750642850000031
步骤四：确定逐口抽吸时烟芯段平均温度Ti。式(2)中
Figure BDA0002750642850000032
为常数，对式(2)进行积分得到式(4)；
Figure BDA0002750642850000033
Figure BDA0002750642850000034
mi0′为各抽吸口数的对应的初始质量，单位mg；Ti为逐口抽吸温度，单位K；Δt表示抽吸间隔，单位s；在抽吸间隔△t后烟芯段丙三醇的含量满足式(5)；
Δm＝mi0'-m(Δt) (6)
对上述公式(6)进行变换得到式(7)；
Figure BDA0002750642850000035
对式(7)进一步推导得到各抽吸口数对应的烟芯段温度Ti表达式，见式(8)；
Figure BDA0002750642850000036
由式(8)可得到逐口抽吸时对应的烟芯段平均温度Ti。根据mi0'与m0之间的关系，可得各抽吸口数对应的烟芯温度T的显式，见式(9)；
Figure BDA0002750642850000037
计算不同抽吸口数的烟芯平均温度，进而获得烟芯段平均温度随时间的变化曲线，该曲线为热源的温度控制提供调控基础。
本发明的优点在于：通过实现发烟剂中丙三醇的逐口稳定释放，达到烟碱、丙二醇等特征物质的协同稳定释放。一方面，通过特征物质的稳定释放提高添加组分的利用率并调控烟气稳定性，利于改善消费者抽吸过程中感官享受；另一方面，提出一种基于丙三醇稳定释放的方法依据，为阶梯式加热卷烟热源温度控制曲线奠定基础。本方法为加热卷烟制品烟气释放稳定性及热源升温曲线的协调控制。
附图说明
图1为实施例1的烟芯段丙三醇含量随抽吸口数逐口降低曲线；
图2为实施例1的烟芯段温度曲线；
图3为实施例1的烟芯段逐口抽吸温度曲线及丙三醇含量变化曲线。
图4为实施例2的烟芯段丙三醇含量随抽吸口数逐口降低曲线；
图5为实施例2的烟芯段温度曲线；
图6为实施例2的烟芯段逐口抽吸温度曲线及丙三醇含量变化曲线。
具体实施方式
本发明内容以下结合实施例(附图)做进一步描述：
实施例1
步骤一：实现所用的电加热卷烟的抽吸模式为30s时间间隔，采用间隔取样即称量当下抽吸口数的卷烟烟芯放入50mL离心管中，添加20mL萃取剂A。在特定转速下历经震荡、静置、过滤后进行丙三醇含量的检测，结果如图1所示。按照均布原则采用若干热电偶测定相应烟芯段平均温度，如图2所示。
步骤二：结合步骤一实验数据得到丙三醇释放活化能Ea为33.3kJ/moL，指前因子A为117.6s-1。
步骤三：选取丙三醇初始含量m0为36.8mg/支，加热抽吸结束后残留物中丙三醇含量m∞为9.6mg/支，设定抽吸间隔△t为30s、抽吸口数11、丙三醇逐口释放量△m为2mg/口。
步骤四：利用本发明中推导公式，得到该加热卷烟烟芯段温度曲线及逐口丙三醇释放情况如图3所示。从图中可以看出，丙三醇的逐口剩余含量与时间呈线性关系，表明丙三醇的逐口释放量为常数，满足释放稳定性的预期。烟芯温度曲线呈现为不断升温，且随着抽吸口数的增加，温度升温量越来越大。
实施例2
步骤一：实现所用的电加热卷烟的抽吸模式为30s时间间隔，通过在线分析逐口抽吸时烟气成分中丙三醇含量ma变化曲线，结果如图4所示。按照均布原则采用若干热电偶测定相应烟芯段平均温度，如图5所示。
步骤二：结合步骤一实验数据得到丙三醇释放活化能Ea为32.3kJ/moL，指前因子A为121.6s-1。
步骤三：选取丙三醇初始含量m0为39.2mg/支，加热抽吸结束后残留物中丙三醇含量m∞为10.6mg/支，设定抽吸间隔△t为30s、抽吸口数11、丙三醇逐口释放量△m为2.5mg/口。
步骤四：利用本发明中推导公式，得到该加热卷烟烟芯段温度曲线及逐口丙三醇释放情况如图6所示。从图中可以看出，丙三醇的逐口剩余含量与时间呈线性关系，表明丙三醇的逐口释放量为常数，满足释放稳定性的预期。烟芯温度曲线呈现为不断升温，且随着抽吸口数的增加，温度升温量越来越大。

Claims (3)

1.一种基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法，其特征在于：加热卷烟制品气溶胶中丙二醇、烟碱同丙三醇协同释放，且丙三醇在加热卷烟烟气中为主要成分，上述成分的释放受一级化学反应控制，释放速率满足阿伦尼乌斯方程，即式(1)如下：
Figure FDA0003868241590000011
式中k表示丙三醇的释放速率常数；T表示烟芯材料的温度，单位K；Ea为丙三醇释放过程活化能，单位kJ/mol；A表示阿伦纽斯方程的指前因子，单位1/s；R表示通用气体常数，单位KJ/(mol*K)，下同；
依据式(1)，通过测定加热卷烟烟芯段温度T及气溶胶中丙三醇释放速率k，计算得到丙三醇释放的活化能Ea和指前因子A，在确定烟芯段初始丙三醇含量、抽吸口数、初始抽吸温度、逐口释放量后，依照式(2)得到逐口对应的烟芯温度，进而获取基于丙三醇稳定释放的加热卷烟制品烟芯的升温曲线，
Figure FDA0003868241590000012
式中mt表示t时刻烟芯段中丙三醇的含量，单位mg；m∞表示时间无穷大时抽吸结束后烟芯段丙三醇的剩余含量，单位mg；Tt表示t时刻烟芯材料的温度，单位K；Ea为丙三醇释放过程活化能，单位kJ/mol，A表示阿伦尼乌斯方程的指前因子，单位1/s；
具体包括以下步骤：
步骤一：烟芯段温度T、丙三醇含量测定，在此过程中可采用原位分析测试方法得到丙三醇实时释放曲线，也可采用一定间隔时间取样得到丙三醇间接释放量，获得丙三醇的逐口释放速率k，同时检测逐口烟芯平均温度T；
步骤二：丙三醇释放动力学参数活化能Ea、指前因子A的确定，丙三醇的释放速率满足一级化学反应，在步骤一基础上，依据式(1)根据丙三醇释放速率及对应时间下残留物中丙三醇的含量得到其释放速率常数k，在此基础上对k取对数，进一步得到lnk同1/T的关系曲线，通过拟合得到二者的线性关系表达式，分别由斜率和截距得到丙三醇释放活化能Ea、指前因子A；
步骤三：确定烟芯段初始丙三醇含量m0，测试烟芯段抽吸结束后丙三醇含量m∞，确定抽吸间隔△t、抽吸口数N、丙三醇逐口释放量△m，由式(3)得到；
Figure FDA0003868241590000021
步骤四：确定逐口抽吸时烟芯段平均温度Ti，式(2)中
Figure FDA0003868241590000022
为常数，对式(2)进行积分得到式(4)；
Figure FDA0003868241590000023
Figure FDA0003868241590000024
mi0′为各抽吸口数的对应的初始质量，单位mg；Ti为逐口抽吸温度，单位K；Δt表示抽吸间隔，单位s；在抽吸间隔△t后烟芯段丙三醇的含量满足式(5)；
Δm＝mi0'-m(Δt) (6)
对上述公式(6)进行变换得到式(7)；
Figure FDA0003868241590000025
对式(7)进一步推导得到各抽吸口数对应的烟芯段温度Ti表达式，见式(8)；
Figure FDA0003868241590000026
由式(8)可得到逐口抽吸时对应的烟芯段温度Ti，根据mi0'与m0之间的关系，可得各抽吸口数对应的烟芯温度T的显式，见式(9)；
Figure FDA0003868241590000027
计算不同抽吸口数的烟芯平均温度，进而获得烟芯段平均温度随时间的变化曲线。
2.根据权利要求1所述的基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法，其特征在于：式(2)为阿伦尼乌斯方程的变形，转变成为组分的反应速率方程。
3.根据权利要求1所述的基于丙三醇逐口稳定释放的加热卷烟烟芯温度曲线获取方法，其特征在于：式(9)所得到的温度随时间的变化曲线，为热源的温度控制提供调控基础。
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