NSCs科学：氧气浓度对加热卷烟再造烟叶气粒相释放物及固相残余物的影响研究

自然烟气产品（Natural Smoke Cigarettes, NSCs）的技术构象，是通过烟支和（或）烟具密封，使空气不流经烟草基质，在加热过程中烟草基质周围氧气浓度逐渐下降，从而实现了烟草无氧或低氧反应与烟气传递这两个过程分离，利用气流通道的设计对生成烟气进行提取，形成主流烟气，该类型产品与目前市售的加热卷烟（HNB）有显著区别。

在NSCs产品设计过程中可以通过烟支气流通道及加热策略的设计，调控烟草基质环境氧气含量和温度，结合流体力学与烟草释放动力学强化烟气的扩散迁移，从而产生足够和稳定的主流烟气。NSCs产品的烟气产生机理与目前的HNB产品存在本质区别，气溶胶的理化性质显著不同，因此在NSCs技术构象下研究烟草的热转化过程及烟气成分分析非常重要。

近期，为考察加热状态下氧气浓度对烟草基质热转化过程的影响，烟草行业烟草工艺重点实验室李斌博士团队与云南中烟合作，以加热卷烟再造烟叶为研究对象，采用自行搭建的烟气捕集装置对不同氧气浓度条件下的烟气进行捕集，通过气相色谱质谱对烟气中的有害成分进行检测，研究氧气浓度对烟气成分的影响规律，同时考察在不同氧气浓度下烟草热解固相残余物的变化规律。

1.气源 2.减压阀 3.质量流量计 4.石英管 5.管式炉 6.热电偶 7.剑桥滤片

8.温控系统 9.冷阱

图1 烟气成分捕集装置示意图

结果表明：再造烟叶气粒相释放物中以有害和潜在有害成分（HPHCs）为主的13种成分的变化规律与氧气浓度呈正相关性。在370 ℃下，0%~10%氧气浓度下再造烟叶氧化反应较弱，C、O元素相对含量维持在同一水平，含氧官能团以C-O、C-O-C为主，挥发性有机化合物异戊二烯、苯、甲苯、丙烯腈、巴豆醛及酚类化合物甲酚、苯酚相对含量增长平稳。而21%氧气浓度下再造烟叶残余物中的C元素相对含量显著降低，O元素含量显著升高，无机化合物相对含量增加、再造烟叶表面含氧官能团增多，烟气中异戊二烯、苯、甲苯、丙烯腈及巴豆醛相对含量显著升高。

该项研究的结果为NSCs设计提供了技术支撑。可以看出，空气环境下，温度对再造烟叶的氧化作用有强烈影响，再造烟叶极易发生剧烈氧化反应， HPHCs释放量较高。而NSCs技术构象下，由于氧气含量较低，同样的加热状态的再造烟叶氧化反应较弱，烟气气粒相物中的HPHCs释放量能够显著降低。

图2 氧气浓度对挥发性有机化合物释放的影响

图4 不同氧气浓度下再造烟叶固相残余物的表面微观结构

表1 不同氧气浓度下再造烟叶固相残余物元素分析

图5 再造烟叶热转化规律

相关工作以《氧气浓度对加热卷烟再造烟叶气粒相释放物及固相残余物的影响研究》为题，发表于《新烟》杂志第4期（2021年10月）。