一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器及方法

摘要

本发明公开了一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器及方法，所述口腔模拟器包括腔体(1)、位于腔体内的上颚(2)和舌部(3)、分别位于腔体两端的口部(4)和喉部(5)；所述口腔模拟器可以模拟卷烟主流烟气与吸烟者口腔相互作用过程，通过对腔体(1)中上颚(2)和舌部(3)两个不同部位上设置的捕集载体(6)和捕集液(7)的调控，模拟烟气在上颚(2)和舌部(3)的沉降方式、沉降概率，实现分部位、选择性地捕集卷烟主流烟气中引起卷烟刺激性的化学成分；结合现代分析技术对不同部位捕集的成分分别分析处理，可进一步明确究竟是何种成分引起卷烟的刺激性，何种成分对该部位进行刺激以及该成分的含量，可以为实现针对性调整卷烟配方提供技术支持。

说明书

技术领域

本发明涉及烟草行业中的卷烟烟气捕集分析技术领域，具体为一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器及方法。

背景技术

卷烟在抽吸时，由于燃烧温度较高，内部化学成分发生一系列非常复杂的变化，形成卷烟烟气，产生的烟气包括多种不同类型的化学物质，是由多种化合物组成的混合物，目前鉴定出来的成分已经超过了4000种。从卷烟烟蒂末端逸出的烟气流即主流烟气进入吸烟者的口腔，通过与口腔中的神经系统作用令吸烟者判断卷烟的刺激性、柔和程度并获得酸、甜、苦、辣等各种生理感受。

其中，刺激性是指烟气吸入后，对感觉器官产生的不舒适感受，在口腔中的表现为对口腔的冲刺及撞击感以及舌面的叮、辣、毛刺和毛辣，是评判卷烟内在品质优劣的一个重要指标。但是迄今为止，烟气中哪些化学成分与刺激性明确相关，国内外尚没有研究报道。

自由神经末端和味蕾是人体味觉系统用于转导化学信号的感受器，产生味觉的化学物质刺激受体元素(即味蕾及神经末端)，由末端感觉神经系统转导至中枢神经系统，传至大脑经辨别即产生味觉。味蕾并不是在整个口腔各种分布，主要集中在舌尖部和舌的侧面，在口腔内的硬颚、咽喉及其它部位(如食管上三分之一处)也有少量味蕾，因此，口腔中的不同部位感受的刺激不同。正是由于人体舌部和上颚分布的味觉受体不同，再加上不同种类的卷烟烟气在舌部及上颚沉降的概率不同，所以，口腔不同部位接触到的引起卷烟烟气刺激性的化学成分的刺激不同，感受不同。此外，人体在抽烟时，虽能感受到烟气是否有刺激性及刺激程度，但无法明确具体是何种成分引起卷烟烟气的刺激性以及该成分的含量。

目前，烟草行业主要采用感官评吸法评价卷烟的刺激性。但是，感官评吸法的主观性较强，受评吸人员的味觉、情绪以及身体状况的影响，在客观、公正地反映卷烟内在质量和香气品质方面存在一定的局限性，难以真实地评判烟气的刺激性。

随着现代仪器及分析化学的发展，烟草行业也将现代的仪器分析技术引入了卷烟烟气化学领域，在烟气的定性和定量评价方面取得了一定的进展。但是，目前的研究更多地集中于烟气化学成分的总体分析，即烟气主要由多少种成分所组成及具体是什么成分，尚未涉及哪些成分直接影响卷烟的刺激性及其含量大小对刺激性的影响等领域。

分析烟气的化学成分时，首先要对烟气进行有效的捕集，采用何种烟气捕集方法才能方便有效地收集烟气中的化合物以及捕集过程中是否受到污染，将是最终决定烟气分析、评价结果是否准确有效的关键。目前，常用的四种烟气捕集方式为剑桥滤片、冷阱、静电和碰撞捕集。这四种捕集方式用于烟气成分分析时都是反映烟气的总体成分，事实上，烟气中的不同组份与口腔不同部位接触的概率有较大差异，如烟气中有的成分会沉降到舌面，有的成分对上颚影响较大，因此，现有的捕集方法无法反应烟气在口腔中的分布状况和作用过程。

活性炭纤维和多孔状分子筛材料对于一些分子量较低、挥发性较强的成分有较好的捕集效率，这些成分也通常被怀疑是引起卷烟刺激性的物质，水和人工唾液与人体口腔内的液体环境较为相似，能较充分的捕集一些水溶性的组份，而二氯甲烷对于一些弱极性和中等极性的分子有较好的溶解能力。因此，可通过选择不同的捕集载体和捕集液对卷烟烟气中的化学成分进行针对性、选择性捕集，以保证目标物质得到有效捕集并得以正确评价。

有鉴于此，有必要开发一种针对性强、操作便捷、能够模拟烟气经过口腔过程及其相互作用的捕集装置和评价卷烟烟气刺激性成分在口腔中所产生作用的有效方法。

发明内容

本发明第一个要解决的技术问题是，提供一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器。

本发明口腔模拟器可以模拟卷烟主流烟气与吸烟者口腔相互作用过程，通过对口腔模拟器中上颚和舌部两个不同部位上捕集载体和捕集液的调控，模拟烟气在舌部和上颚的沉降方式、沉降概率，实现分部位、选择性地捕集卷烟主流烟气中引起卷烟刺激性的化学成分；结合现代分析技术对不同部位捕集的成分分别分析处理，可进一步明确究竟是何种成分引起卷烟的刺激性，何种成分对该部位进行刺激以及该成分的含量，可以为实现针对性调整卷烟配方提供技术手段。

为解决上述技术问题，本发明一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器，包括腔体、位于腔体内的上颚和舌部、分别位于腔体两端的口部(烟气入口)和喉部(烟气出口)，所述上颚和舌部上设有用于捕集卷烟烟气刺激性成分的捕集载体，载体表面涂有捕集液，其中所述口部与抽烟机的抽吸孔道相连，所述喉部与抽烟机的抽吸装置相连；所述上颚位于舌部上方，上颚与舌部的一端固定连接如焊接在与口部连接的腔体一端，上颚与舌部的另一端彼此向对方弯曲。

进一步地，所述腔体包括腔体前部和腔体后部；其中所述腔体后部一端与喉部相连，另一端为开口；所述腔体前部一端与口部相连，另一端为与腔体后部的开口端相匹配的塞状结构；所述腔体前部的塞状结构塞入到所述腔体后部的开口中实现密封性固定连接。

进一步地，所述上颚向舌部一端弯曲的弧度为28-32度。

进一步地，为了模拟烟气在口腔中停留时人体舌部的状态，所述舌部向上颚一端弯曲的弧度为20-40度。

进一步地，所述捕集载体可为活性碳纤维或多孔状分子筛材料。

进一步地，所述捕集液可为水、人工唾液、二氯甲烷中的任意一种或其组合。

使用本发明口腔模拟器进行卷烟烟气抽吸测试前，先将涂有捕集液的捕集载体设置于所述上颚和舌部，再将所述模拟器的口部(烟气入口)与吸烟机的抽吸孔道端连接，喉部(烟气出口)与抽吸装置端相连接，抽吸结束后，所述上颚和舌部的捕集载体和捕集液对主流烟气中的卷烟烟气刺激性成分进行了捕集，将带有捕集液的捕集载体取出分别处理以用于对卷烟烟气刺激性成分做定性和定量分析评价。

本发明另一个要解决的技术问题是，还提供一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的方法。

本发明方法利用上述口腔模拟器，采用现代分析技术手段，结合主成分分析法、聚类分析、人工神经网络等数据处理方法和数学模型，能够较为真实、客观地评价上颚和舌部等不同部位对烟气刺激性成分的反应，可应用于卷烟内在质量的提升和控制。

为解决上述技术问题，本发明一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的方法，使用上述口腔模拟器模拟人口腔捕集卷烟主流烟气中的刺激性成分对所捕集的烟气刺激性成分进行处理分析后作出评价，本发明的评价方法包括如下步骤：

1)将涂有捕集液的捕集载体裁剪成合适的尺寸，分别设置在所述口腔模拟器的上颚和舌部，然后将所述口腔模拟器的口部(烟气入口)与吸烟机的抽吸孔道连接，喉部(烟气出口)与抽吸装置相连接；

2)按照烟草行业YC/T 29-1996标准规定的条件进行卷烟抽吸，每次抽吸一定数量的烟支；烟气流入口腔模拟器后，所述上颚和舌部的捕集载体和捕集液对主流烟气中的卷烟烟气刺激性成分进行了捕集；

3)抽吸结束后将带有捕集液的捕集载体取出，用有机溶剂分别对上颚和舌部的捕集载体和捕集液进行相应的萃取、浓缩，然后用高效液相色谱法(HPLC)、离子色谱法(IC)、气相色谱和/或质谱联用法(GC/MS)进行成分测定，定性、定量分析导致卷烟刺激性的化学成分；

4)采用偏最小二乘法对分析出来的成分及其含量进行数据处理，建立数学模型，依据此模型计算出上颚以及舌部的刺激性评价分数。根据计算结果，预测卷烟烟气的刺激性强度，同时根据烟气成分在计算分数中的权重大小，评价该成分是否为导致卷烟烟气刺激性的主要成分。

由实施例2-4的结果可知，使用本发明的口腔模拟器，选用不同的捕集载体和捕集液可以对卷烟烟气的刺激性成分进行针对性的捕集；结合现代仪器分析技术、数据处理技术对引起卷烟烟气刺激性的成分定性和定量分析，对于吸烟者认为刺激性相当的不同的卷烟样品，采用本发明则可以进一步明确这些卷烟刺激性成分在种类以及含量等方面的具体差异，对卷烟的评价结果更为客观、便捷。

本发明的有益效果：

本发明口腔模拟器可模拟烟气在人口腔中的作用过程，通过对其腔体内上颚和舌部上的捕集载体和捕集液的调控，可对卷烟主流烟气中的刺激性成分进行选择性捕集，以用于对卷烟烟气中刺激性成分分析评价；与通过人工抽吸所做的感官质量评价相比，使用本发明口腔模拟器并采用本发明方法对卷烟烟气刺激性成分定性、定量分析，重复性好、标准化程度高，能够较为真实、客观地评价上颚和舌部对烟气刺激性成分的反应，为卷烟内在质量的提升和控制提供了一种便捷的检测手段。

附图说明

图1为本发明口腔模拟器的结构示意图，其中虚线表示部件的不可视部分；

图2为本发明口腔模拟器腔体后部和喉部的结构示意图；

图3为本发明口腔模拟器腔体前部、口部、上颚和舌部的结构示意图，其中虚线表示部件的不可视部分；

图4为本发明口腔模拟器上颚的立体结构示意图；

图5为本发明口腔模拟器舌部的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明将在以下实施例中作更详细的说明，但并不限制本发明。

实施例1

一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器(参见图1-5，箭头所示为卷烟烟气流动的方向)。本发明一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器，包括腔体(1)、位于腔体(1)内的上颚(2)和舌部(3)、分别位于腔体(1)两端的口部(4)(烟气入口)和喉部(5)(烟气出口)，所述上颚(2)和舌部(3)上嵌有用于捕集卷烟烟气刺激性成分的捕集载体(6)，载体表面涂有捕集液(7)；其中所述腔体(1)包括腔体前部(11)和腔体后部(12)，其中所述腔体后部(12)一端与喉部(5)相连而另一端为开口，所述腔体前部(11)一端与口部(4)相连而另一端为与腔体后部(12)的开口端相匹配的塞状结构，所述腔体前部(11)的塞状结构塞入到所述腔体后部(12)的开口中实现密封性固定连接；口部(4)与抽烟机的抽吸孔道相连，喉部(5)与抽烟机的抽吸装置相连；该上颚(2)位于舌部(3)上方，上颚(2)和舌部(3)的一端焊接在与口部(4)连接的腔体(1)一端，上颚(2)和舌部(3)的另一端分别彼此弯向对方，上颚(2)弯曲弧度为30度、宽度5cm；舌部(3)弯曲弧度为30度；抽吸测试前，先将涂有捕集液(7)且大小合适的捕集载体(6)嵌入该上颚(2)和舌部(3)，再将该模拟器的口部(4)与吸烟机的抽吸孔道端连接，喉部(5)与抽吸装置端相连接，抽吸结束后，上颚(2)和舌部(3)的捕集载体(6)和捕集液(7)对主流烟气中的卷烟烟气刺激性成分进行了捕集，将带有捕集液(7)的捕集载体(6)取出分别处理以用于对卷烟烟气刺激性成分做定性和定量分析评价。

采用偏最小二乘法对分析出来的成分及其含量进行数据处理，建立数学模型，依据此模型计算出上颚以及舌部的刺激性评价分数。根据计算结果，可以预测卷烟烟气的刺激性的强度，同时根据烟气成分在计算分数中的权重大小，评价该成分是否为导致卷烟烟气刺激性的主要成分。本发明的计算结果显示，甲醛、乙醛、巴豆醛、苯酚、氨等几种成分对计算分数的权重较大，说明对卷烟烟气刺激性的贡献较大。

实施例2

抽取某品牌卷烟，标记为样品1#。将配制好的人工唾液均匀滴加在活性碳纤维毡的表面，待活性碳纤维毡充分润湿后，裁剪成合适的尺寸并将其嵌入本发明所述口腔模拟器的上颚和舌部；然后将整个口腔模拟器接入RH20转盘式吸烟机的抽吸系统，其中口腔模拟器的口部接在抽吸孔道后，喉部与抽吸装置相连；连接完毕并检漏后按照YC/T 29-1996标准规定的条件对1#卷烟样品进行抽吸，每次实验抽吸20只卷烟，并平行测定两次。

抽吸实验结束后，取下口腔模拟器，小心取出上颚和舌部处的活性碳纤维毡分别置于50mL的锥形瓶中，向其中加入约20mL的二氯甲烷后振荡、萃取、分离并收集其中的有机相，如此反复萃取、分离三次，合并萃取液经减压浓缩至1mL后采用高效液相色谱(HPLC)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)以及离子色谱(IC)进行化学成分的定性、定量分析。本实施例评价的结果参见表1。

表1：1#卷烟样品的分析结果(捕获成分单位：微克/口)

根据实施例1的方法计算，1#卷烟样品的计算分数为上颚8.5，舌部7.3。而该品牌卷烟经具有烟草行业资质的11名感官评委采用卷烟香味轮廓分析法对刺激性评分显示，4名评委认为该烟对舌部稍有刺激性，6名认为略有刺激性，1名认为有刺激性；6名评委认为对上颚微有刺激性，5名认为稍有刺激性，最终评委感官评价的平均分数为上腭8.5分、舌部7.3分(注：分数越小，表示对该部位的刺激性越强)。评委的感官评价分数与本发明的计算分数具有较好的吻合性，说明本发明在评价卷烟烟气的刺激性领域具有适用性。更重要的是，由于每名评委对刺激性的感受不同，再加上主观性等影响因素，最终对卷烟样品的刺激性评价结果会有一些差异，而且无法明确究竟是何种成分引起卷烟的刺激性，而采用本发明，根据计算结果，可以直接、客观地预测卷烟烟气的刺激性，如本实施例中，上颚的计算分数为8.5，舌部为7.3，则该品牌卷烟对上颚稍有刺激性，对舌部略有刺激性，采用本发明，还进一步明确了导致卷烟烟气刺激性的化学成分。

实施例3

抽取某品牌卷烟，标记为2#样品。

本实施例与实施例2的区别在于，将实施例2中的捕集载体活性碳纤维毡改为多孔状分子筛材料。实施例3所得的结果参加表2。

表2：2#卷烟样品的分析结果(捕获成分单位：微克/口)

根据实施例1的方法计算，2#卷烟样品的计算分数为上颚8.3，舌部6.8。而该品牌卷烟经具有烟草行业资质的11名感官评委采用卷烟香味轮廓分析法对刺激性评分显示，2名评委认为该烟对舌部稍有刺激性，5名评委认为略有刺激性，4名认为有刺激性；5名评委认为对上颚微有刺激性，4名认为稍有刺激性，2名认为略有刺激性，最终评委感官评价的平均分数为上腭8.3分、舌部6.8分(注：分数越小，表示对该部位的刺激性越强)。评委的感官评价分数与本发明的计算分数具有较好的吻合性，说明本发明在评价卷烟烟气的刺激性领域具有适用性。更重要的是，由于每名评委对刺激性的感受不同，再加上主观性等影响因素，最终对卷烟样品的刺激性评价结果会有一些差异，而且无法明确究竟是何种成分引起卷烟的刺激性，而采用本发明，根据数学模型的计算结果，可以直接、客观地预测卷烟烟气的刺激性，如本实施例中，上颚的计算分数为8.3，舌部为6.8，则该品牌卷烟对上颚的刺激性介于稍有和微有之间，对舌部介于有刺激性和略有刺激性之间，而且采用本发明，进一步明确了导致卷烟烟气刺激性的化学成分。

实施例4

抽取某品牌卷烟，标记为3#样品。

本实施例与实施例2的区别在于，将实施例2中的捕集液人工唾液改为水。实施例4所得的结果参见表3。

表3：3#卷烟样品的分析结果(捕获成分单位：微克/口)

根据实施例1的方法计算，3#卷烟样品的计算分数为上颚8.9，舌部6.9。而该品牌卷烟经具有烟草行业资质的11名感官评委采用卷烟香味轮廓分析法对刺激性评分显示，3名评委认为该烟对舌部稍有刺激性，4名认为略有刺激性，4名认为有刺激性；3名评委认为对上颚基本没有刺激性，5名认为微有刺激性，2名认稍有刺激性，1名认为略有刺激性，最终评委感官评价的平均分数为上腭8.9分、舌部6.9分(注：分数越小，表示对该部位的刺激性越强)。评委的感官评价分数与本发明的计算分数具有较好的吻合性，说明本发明在评价卷烟烟气的刺激性领域具有适用性。更重要的是，由于每名评委对刺激性的感受不同，再加上主观性等影响因素，最终对卷烟样品的刺激性评价结果会有一些差异，而且无法明确究竟是何种成分引起卷烟的刺激性，而采用本发明，根据数学模型的计算结果，可以直接、客观地预测卷烟烟气的刺激性，如本实施例中，上颚的计算分数为8.9，舌部为6.9，则该品牌卷烟对上颚稍有刺激性，对舌部略有刺激性，而且采用本发明，进一步明确了导致卷烟烟气刺激性的化学成分。

本发明不受上述实施例的限制，该实施例仅是用来进行举例说明，且其在本专利申请限定保护范围内可以有多种不同的变化。