近日，中国烟草总公司青州烟草研究所窦玉青研究员团队和上海新型烟草研究院汪旭团队合作开展了天然深共晶溶剂（natural deep eutectic solvents, DESs）对加热卷烟烟气释放影响的研究。
利用热重与热解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS)分析方法主要考察了6种DESs对烟草在300℃热解释放挥发分的影响，包括氢键受体：氯化胆碱、甜菜碱或L -脯氨酸，以及氢键供体：甘油、1,4-丁二醇或丙二醇。DESs处理促进烟草第二阶段失重量增加约3.5- 4.6%，促进了香味成分（如：呋喃、醛、酮和有机酸等）的释放。氯化胆碱-甘油-丙二醇处理的烟粉在热解过程中，5-羟甲基糠醛和巨豆三烯酮的释放量分别增加1.2和3.6倍，而L-脯氨酸-甘油处理则促进了2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-(4H)-吡喃-4酮的释放。
研究证实了DESs处理能够促进烟草热解挥发分的释放，为开发新型卷烟成分提供了可能。
传统卷烟燃烧中心的温度高达900℃，烟草经历复杂的蒸馏、热解和燃烧等过程，而加热不燃烧卷烟（heat-not-burn cigarettes, HNB）产品由于使用温度较低(一般不超过350℃)，烟草基质不燃烧，主要发生热解，通过触发加热系统释放含尼古丁和其他香味成分的烟气。
HNB产品的优势在于其主流烟气中有害成分(如焦油和一氧化碳)含量较低。与传统卷烟阴燃不同，HNB产品在两次抽吸之间不加热烟草基质，因此其侧流烟气和环境烟雾中的有害物质浓度也大幅降低。在各种新型烟草产品(如鼻烟和电子烟)中，HNB产品的消费与传统卷烟的消费最为相似，因而具有极高的发展潜力。
与烟草消费相关的感官体验主要由关键香味成分和烟碱等决定。然而由于较低的加热温度，HNB产品产生的烟气香味物质不足，一般通过在烟草基质中补充香味物质来弥补。因此，研究烟草成分和香味物质的低温释放特性具有重要意义。已有研究证实外源钾盐在低温(150 ~ 350℃)条件下与C-O、O-H、C=O键具有正向催化作用，由于钾离子与纤维素和淀粉等生物聚合物之间的氢键促使了这些聚合物的无定形转变，因此在较低温度下促进了烟草释放香味化合物，如糠醛、5-羟甲基糠醛、醇和羰基化合物等。Marcilla 等认为烟草纤维素与磷酸氢二铵(DAP)在热解过程中存在相互作用，可以诱导形成Amadori化合物，这些化合物比纤维素的分解温度更低，从而促进烟草香味物质释放、影响热解烟气组成。
研究表明，HNB产品可以甘油作为发烟剂，甘油-烟草混合物在热解过程中存在相互作用，可以在较低温度下影响热解气体组成，特别是羰基和羧基化合物的分布。
天然深层共晶溶剂是具有特征化学计量比的固体氢键受体(如，氯化胆碱)和供体(如，天然有机离子)的混合物。这些溶剂广泛应用于有机合成、生物催化、药物溶解和材料化学等领域，具有制备方便、成本低、可生物降解、可再生/无毒的天然前体等优点。利用DESs替代传统溶剂，能够提高对酚类和黄酮类化合物的萃取效率。由于DESs熔点明显低于烟草组分的熔点，以甘油和丙二醇为氢键供体的DESs或可作为一种新型发烟剂，在HNB条件下促进香味成分的释放，而相关研究尚未见报道。因此文章通过热重分析与Py-GC/MS分析研究了6种DESs对烟草热解挥发性物质释放的影响，主要包括对烟草香味成分的定性和定量分析。
图1. 6种DESs的化学结构和及其氢键受体-供体化学计量
图2. (a)DESs的TG和DTG曲线;
(b)未处理(T)和DESs处理烟草的TG和DTG曲线
图3. DESs对香味成分释放的影响
图4. (a)5-羟甲基糠醛的Py-GC/MS峰面积；
(b) 巨豆三烯酮异构体的Py-GC/MS峰面积
热重分析结果表明，DESs 处理的烟草样品在低于300 ℃的热解温度下表现出至少95% 的重量损失，这归因于特征挥发物的释放。
这一温度明显低于未处理烟草释放上述化合物所需的温度，表明 DESs处理促进了香味化合物的释放。DESs处理促进了第二失重阶段失重百分比的增加，与未处理的对照烟草样品相比，失重百分比增加了3.5~4.6%。尽管在第三失重阶段DESs处理样本的失重百分比低于对照样品，但DESs处理样本在第二与第三阶段的失重之和略高于对照样品。Py-GC/MS分析结果证实，DESs处理可以促进香味成分(呋喃、醛、酮和有机酸)的释放，DES-5和DES- 1促进呋喃的释放，而DES-2促进烟碱和2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-(4H)-吡喃- 4酮的释放，DES-3促进有机酸的释放，DES-6的整体促进效果最佳。DES-6促进了5-羟甲基糠醛的释放，其效果最优，是未处理样品5-羟甲基糠醛释放量的2.9倍。所有DESs均促进了巨豆三烯酮的释放，DES-6的促进效果最佳，比未处理样品增加4倍。因此，DESs能促进烟草香味成分的释放，可作为开发新型加热卷烟产品的潜在发烟剂。
相关工作以“Influence of natural deep eutectic solvents on the release of volatile compounds from heated tobacco”为题，发表于Elsevier的“Industrial Crops & Products”期刊上。
论文的详细内容可见链接：
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114171
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