热分析技术在新型烟草烟芯材料研究中的优势应用

烟芯材料是加热卷烟产生烟雾的重要部分，直接影响烟支的感官品质。加热卷烟不同于传统卷烟，其烟芯材料被加热而非燃烧，且为了产生适量的烟雾需要负载发烟剂，因此传统卷烟烟用材料不能照搬直接使用。目前烟芯材料作为加热卷烟的核心组成部分，其材料形式、结构设计都成为研究热点。研究发现［1～4］，与传统卷烟（1R4F）相比，加热卷烟抽吸时焦油等燃烧产物较少，苯并（a）芘、酚类化合物、N-硝基胂胺、乙醛、氰化氢、丙烯醛和N-杂环化合物减少了90%～99%，尼古丁和一氧化碳的产率小于市售卷烟的95%和75%，遗传毒性显著降低。烟草原料，尤其是再造烟叶是一种典型的毛细多孔介质，加热卷烟在抽吸过程中，既有烟草原料贴于加热部件的接触受热，也有原料丝与丝间的对流传热。由于分子热运动和浓度梯度的存在，烟草原料内部的甘油分子存在分子扩散和对流传递；由于毛细多孔介质所特有的毛细行为，毛细力作用会引起流体的宏观迁移。甘油在受热由液态变为气态时发生相变，同时伴随着潜热释放或吸取的相变换热过程。因此，原料样品的物理化学特性会直接影响其传热传质效率，关系到产品的品质。利用热分析技术对加热卷烟的烟草材料或芯基材进行传热或传质规律的研究目前已经成为国内外研究的热点，可用于指导加热卷烟烟芯加热温度及烟具配方开发。

杨菁［5］等采用差示扫描量热法、热重红外联用和裂解气相色谱质谱联用分析了加热卷烟原料叶丝结构及热性能。热性能分析表明叶丝、辊压法和稠浆法再造烟叶丝在50～400℃温度区间吸热量为（1 023±150）J/g、（1 280±200）J/g和（1 190±180）J/g，较其他再造烟叶丝样品低，吸热量小反映了样品需要较少的外源能量即可达到目标温度；热重红外联用和裂解气相色谱质谱联用分析结果表明不同工艺下的加热卷烟原料逸出气体的主要成分差别不大，主要为甘油、二氧化碳和烟碱等，稠浆法样品相较其他样品而言，在200～400℃下物质释放更稳定。烟丝、辊压法和稠浆法再造烟叶丝较干法和湿法再造烟叶丝结构更为致密，单位质量升高相同温度时吸热量更低，在烟支制造过程中提高发烟段原料填充量及节约加热烟具能量等方面具有优势。加热卷烟原料热重、红外联用和裂解气相色谱质谱综合分析结果表明，不同加热卷烟原料逸出气体主要是甘油、二氧化碳、烟碱和烟草香味物质、长链羧酸及脂类和长链碳氢化合物等物质。其中，失重曲线250℃附近的化合物为以甘油和烟碱为主的逸出物。（见表7-1、图7-1）

表7-1　样品烟碱及甘油含量

图7-1　加热卷烟原料样品光学显微镜照片

如图7-2所示，阶段Ⅰ为在50～130℃温度区间内的少量热失重，相对失重较小，仅为2%～5%，可能是样品内部的一些水分和易挥发物质。阶段Ⅱ的失重从150℃左右开始持续到270℃，并在约250℃达到峰值。此阶段的相对失重较大，对应红外光谱上是有机产物释放量最大的区域。其中，样品1（图7-2A）在阶段Ⅱ的失重最为明显，达到了47.5%，而样品6（图7-2F）的失重最小，约为29.3%。样品2～5（图7-2B～E）均在此阶段有30%～40%的失重，且此4种样品的DTG曲线在阶段Ⅱ失重的极值之后又出现了一个小的极值。阶段Ⅲ的失重则集中发生在温度300～400℃附近。此阶段失重在不同样品中存在一定差异，其中样品1和样品5此阶段相对失重在10%～15%，另外4种样品的相对失重则在30%左右。阶段Ⅳ在400℃以上，6种样品的TG曲线慢慢趋于平缓，DTG曲线没有极值出现，说明大部分有机物质在此温度前已释放或分解。

图7-2　加热卷烟原料样品热失重曲线

6种样品存在四个阶段的失重。第Ⅰ阶段，样品在50～130℃呈现的吸热峰对应烟草中的水分（3 500～4 000 cm-1和1 300～2 000 cm-1）蒸发；第Ⅱ阶段为150～270℃，其中在150～200℃出现的吸热峰是丙三醇等多元醇类物质加热挥发以及烟碱等的释放；在220～270℃下发生的吸热行为，一方面是丙三醇和烟碱等的持续释放，同时包括果胶、纤维素、半纤维素等大分子难挥发性化合物发生分解释放的醛酮类、脂肪酸、酯类或酰胺等；第Ⅲ阶段，300～400℃为大分子物质例如木质素热裂解，残留物进一步裂解和炭化，释放产生羰基类物质，如醛酮类、脂肪酸、酯类或酰胺等。第Ⅳ阶段，400℃以上，热释放物中出现的650～760 cm-1和2 217～2 391 cm-1为二氧化碳特征峰。（见图7-3）

图7-3　加热卷烟原料样品傅立叶红外光谱图

6种原料样品在50～400℃间的差示扫描量热分析反映了不同样品吸收热量性质的不同。叶丝、辊压法及稠浆法再造烟叶丝样品所吸收热量较湿法造纸法和干法造纸法样品低，以辊压法和国外造纸法再造烟叶丝为例对比，采用辊压法的样品5在单位质量下吸热量约为1 280 J，而造纸法样品2约为1 710 J，也就是说将样品2和样品5从50℃加热到400℃，如果提供两个样品的热量为1 280 J，那么样品2是无法升到400℃的；换言之，如果需要使两个样品都达到400℃，样品5需要的热量更小。加热卷烟的发烟依赖于加热系统提供热量来使原料升温并释放烟气物质，由于烟具电池电量有限，在实现相同升温效果下消耗更少热量的烟丝，辊压法及稠浆法再造烟叶丝在节约热量、提高加热系统续航能力方面具有优势。进一步地，6种样品的加热卷烟原料样品热失重峰存在明显差异。其中，6个样品在第Ⅱ阶段250℃均出现了一个较大的失重峰，但样品1～5随着温度的升高失重明显减弱，直至样品2～5再次出现一个较为明显的失重峰；不同的是，样品6在250～350℃之间的失重依然十分明显，维持在每分钟0.7～0.8 mg 的失重量，结合红外及热裂解气相色谱质谱联用分析（见图7-4）可知，主要物质为甘油和烟碱等的逸出物，且逸出物在该温度区间内能稳定释放，进一步从红外光谱图分析，样品6在高于400℃以后有CO2持续稳定地释放，而另外5个样品不具备此特性。对于一般烟草材料而言，热失重第Ⅱ阶段中，半纤维素结构在到达该温度区间后主要的苷键和C—C键断开，形成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质，随后这些物质发生二次裂解生成CO2、CO等小分子物质，随着温度的进一步升高，C—O键进一步断裂，CO2的吸收峰存在一个逐渐变弱的过程，样品1～5均适用这样的现象，但仅样品6不同，推测可能样品6中存在额外的添加剂，在高温下有物质发生了反应。

图7-4　逸出气体Py/GC-MS总离子流色谱图

综上可以看出，样品6兼具结构较致密、较小能量消耗即可达到目标温度以及在高温下可相对稳定释放化学成分的特性，是目前认为较优的加热卷烟原料。随着加热卷烟研究开发的不断深入，原料的组织结构、热学性质、成分释放稳定性等特性应该进一步与原料加工工艺研究结合起来，以提高原料在加热卷烟系统中的适用性。

戴路［6］等采用热裂解仪和热重分析对某加热不燃烧烟草制品样品JK和国内某厂造纸法再造烟叶样品KY-5进行了全面地分析比较（见表7-2至表7-5，图7-5、7-6）。结果表明:加热卷烟在近200℃处出现失重峰，结合产品特性及裂解产物分析可以得出，主要是醇类物质加热挥发结果。

表7-2　两种再造烟叶物理指标结果

表7-3　两种再造烟叶化学指标结果

表7-4　KY-5及JK元素组成

图7-5　传统再造烟叶KY-5 TG/DTG曲线

图7-6　加热卷烟JK TG/DTG曲线

表7-5　两种再造烟叶不同温度下裂解产物类型分析结果

续表

研究结果表明:第一，JK定量比KY-5大，厚度、松厚度及灰分则较低；纤维形态分析表明KY-5结构较疏松，JK正反两面均无明显的纤维状成分，同时结构非常紧密。说明JK的工艺是粉末成型。第二，JK与KY-5的总糖、还原糖及硝酸盐含量无明显差异；JK总植物碱含量较高，钾、氯含量较低；两者在元素组成上无明显差异，C、Ca元素含量接近，而Mg、Al、Si等含量差异较大。说明JK比KY-5使用了更多的烟末，更少的烟梗。第三，200～500℃热重及裂解产物分析表明，JK含远超过KY-5的醇类物质，推测以丙三醇为主。

马鹏飞［7］采用热重技术结合标准均方根误差，研究8种烟草薄片、3种非烟草纤维以及烟草自身纤维的热解特性及差异度。其中样品信息为:加热非燃烧烟草薄片1～4、传统卷烟用薄片5～8和烟草薄片生产使用的竹纤维、草纤维、木纤维、烟草纤维。其中样品5和6保证烟草薄片的原料配方一致，改变香精香料的配方；样品7和8保证香精香料的配方一致，改变烟草薄片的纤维原料配方。结果表明:传统卷烟用薄片的热重曲线与加热非燃烧烟草薄片的热重曲线存在很大的差异，热解差异度为37.97%。主要表现在加热非燃烧烟草薄片的热重曲线上增加了1个保润剂的峰，且水分、提取液和木质素的含量相对较高，而半纤维素、纤维素和残留物的含量明显较低。如图7-7所示。

图7-7　4种加热非燃烧烟草薄片热重DTG曲线

从图7-8可以看出，这4种薄片样品的DTG曲线基本一致，推测这4种薄片样品所使用的原料配比基本相似，差别主要在外加的香精香料配方不同。利用热解差异度计算方法，以薄片1为基准，分别计算2～4薄片样品与1的差异度，结果见表7-6。从表7-6可以看出，这4个样品之间的热解差异度较小，最大的差异度仅为5.57%。

表7-6　4种加热非燃烧烟草薄片的热解差异度

图7-8　4种传统卷烟用薄片热重DTG曲线

从图7-9、7-10可以看出，传统卷烟用薄片的热重DTG曲线与加热非燃烧烟草薄片的热重DTG曲线存在很大的差异，经计算二者之间的热解差异度为37.97%。由于烟草薄片组成的复杂性，相同温度下会发生多种组分的同时热解，因此根据薄片中各组分的热解特性，对373～800 K的热重DTG曲线进行高斯分峰处理（见图7-10），每个峰只代表烟草薄片中某种主要成分的热解。在373K之前的质量损失，主要是水分a的蒸发，从图7-10可以看出，传统卷烟用薄片的水分蒸发速率明显高于加热非燃烧烟草制品用薄片，可能是加热非燃烧烟草制品中添加了保润剂，从而抑制了水分的快速蒸发。b代表提取液增加的糖类、果胶质、烟碱、保润剂和其他低温挥发物质的热解，主要温度区间为373～459 K，而在烟草薄片中这类物质主要来自烟草原料的提取液以及香精香料。半纤维素是带有短支链的高分子化合物，聚合度低，稳定性差。半纤维素的热解区间为498～598K，与c的温度区间基本一致，因此c归属于半纤维素的热解。纤维素是高线性、无支链结构的聚合物，热解温度为598～648 K，与本研究d的结果基本一致，因此d对应于纤维素的热解。木质素的热解初始温度低，通常在523～773 K温度段分解，并且反应进度缓慢，因此e主要是木质素的分解。对比样品1和8的热重曲线分峰结果，可以看出加热非燃烧烟草制品用薄片（样品1）在420～520 K时明显增加了1个峰。加热非燃烧烟草薄片的水分、提取液和木质素的含量明显较高，而半纤维素、纤维素和残留物的含量明显较低。通过以上的分析结果，可以得到加热非燃烧烟草薄片与传统卷烟用薄片的热解差异较大，热解差异度为37.97%，推测这主要是2种类型的薄片在生产工艺以及原料类型和原料配方组成上都有较大的不同，首先加热非燃烧烟草制品用薄片需要加入大量的保润剂，且含水率要提高，烟草提取液以及香精香料的含量增加，其次是加热非燃烧烟草薄片用原料中的半纤维素和纤维素含量的比例较低，或者是选用的外加非烟草纤维原料的热解速率要慢。本研究认为在传统卷烟用薄片基础上，研究开发加热非燃烧烟草薄片的技术关键点可能是保润剂的种类和比例、烟草提取物和纤维素的比例，这也是下一步即将开展的研究。

图7-9　烟草薄片用纤维的热重DTG曲线

图7-10　加热非燃烧烟草薄片与传统卷烟用薄片的热重DTG曲线

杨雪燕［8］等利用热裂解及热重分析等方法对辊压法、稠浆法、造纸法、干法制备的4 种烟草原味加热卷烟的烟草材料进行了剖析。样品信息为:辊压法加热不燃烧卷烟材料（样品 A）；稠浆法加热不燃烧卷烟材料（样品B）；造纸法加热不燃烧卷烟材料（样品C）；干法加热不燃烧卷烟材料（样品D）。结果表明:烟草材料裂解香气释放量随裂解温度的升高呈现先升高后下降，在 270℃达到峰值后又缓慢降低的趋势，裂解香气成分各有特点。加热卷烟烟草材料的热失重均分为4个阶段，且以第2、第3 阶段为主，烟草材料的热失重情况存在一定差异。

升温初始阶段，样品裂解香气成分释放总量随着温度的升高呈现先升高再降低，在270℃达到峰值后又降低的趋势；裂解香气成分释放种类也呈现先增多后减少，再增多后趋于稳定（如图7-11）。这可能是250℃以下裂解物质生成量极少，主要为外加的挥发性物质的蒸馏；250℃以后裂解物质逐渐出现。与传统卷烟不同，加热卷烟材料整个裂解过程中均未检测出稠环芳烃，说明加热不燃烧卷烟材料在使用温度区间仅发生了较低程度的热裂解，潜在有害物质生成量极少。加热不燃烧卷烟的抽吸温度对主产物及其相对含量有很大影响:烟碱传递主要集中在升温初始阶段，且在240℃达到最大。丙二醇主要出现在升温初始阶段并接近完全释放。甘油的释放比例随着温度的升高呈现逐渐升高后降低，在270℃达到峰值后缓慢降低的趋势，与挥发性成分释放总量随温度的变化规律一致。丙二醇和甘油分别在不同阶段呈现最大释放量，可见其合适的添加量控制着整个温度变化过程中烟雾的稳定释放。裂解前阶段乙酸的释放量较低，210℃以后乙酸的释放比例明显增多，可能与材料中的一些小分子糖类的裂解有关。图7-12为4 种烟草材料的主要成分随温度的变化曲线。裂解产物有小分子醛、酮、醇及酚类出现，且相对含量随裂解温度的升高逐渐增加。4 种烟草材料都含有茄酮、巨豆三烯酮等烟草特征的致香成分，以及吡喃酮、糠醛、糠醇、呋喃酮等化合物，正是这些化合物赋予了裂解产物以烘焙、焦甜香韵。由于使用原料的差异，各样品的香气成分也各有特点:香兰素、乙基香兰素等香草香物质为样品C特有；样品D 中呋喃酮、甲基环戊烯醇酮、乙基环戊烯醇酮、甲基麦芽酚等焦甜香、坚果香较突出；样品B 中乙酸异丙烯酯、丙烯酸烯丙酯等果香类物质及愈创木酚、乙基愈创木酚等烟熏香物质总含量均高于其余3种材料。由于卷烟材料的制备工艺不同、烟草香原料不同导致不同加热不燃烧卷烟裂解成分有一定差异:样品C（造纸法）中保润剂（丙二醇、甘油）的添加量最低，加上其衰减较快的特点，在裂解后阶段（300～360℃），甘油的释放浓度已明显低于其他材料；样品D（干法）比其他样品中加有更多的丙二醇，但在120～150℃已基本释放完全，可能是干法制作的烟草材料材质疏松，保润剂过快消耗。样品A（辊压法）、B（稠浆法）中甘油的释放比例到后期还保持有较高释放浓度，除了其本身甘油添加量相对较高外，还与其制作工艺导致的材质相对紧密有关。

图7-11　4种加热卷烟烟草材料在不同温度下的裂解情况

图7-12　4种烟草材料的主要成分随温度的变化曲线

不同加热不燃烧卷烟样品的热失重情况存在一定差异:样品C的第2个失重峰相对较小，而第2个失重阶段主要为甘油保润剂的失重，与C样品中甘油的添加量最少有关。样品A、B的第3个失重峰相对较小，表明两者中高沸点化合物或纤维素含量较低，与其制备工艺中纤维素添加量少有关。样品C、D的第3个失重峰显得相对大而尖锐，说明此时样品衰减较快，与其纤维素含量高，纤维素在此时大量分解有关。与传统卷烟燃吸相比，加热卷烟可以调控加热温度在280℃以内，保证致香物质的合理挥发与裂解，以达到丰富香气、延缓衰减并降低纤维素、糖类等物质因热裂解产生的杂气的程度。（见图7-13至图7-15）

图7-13　4种加热卷烟烟草材料的差热分析曲线

图7-14　4种加热卷烟烟草材料的热重分析曲线

图7-15　4种加热卷烟烟草材料的微商热重曲线

董高峰［9］等研究了不同梗叶比对加热卷烟专用稠浆法再造烟叶品质的影响，为稠浆法再造烟叶的开发提供支撑。分别制备了全叶及梗叶比为1︰9、2︰8、3︰7、4︰6、5︰5的稠浆法再造烟叶，测定并对比分析了抗张强度、定量、松厚度、热失重及感官质量（见表7-7）。结果表明如下:第一，随着烟梗添加比例的增加，稠浆法再造烟叶的定量、抗张强度降低，但松厚度增加。第二，加热卷烟专用稠浆法再造烟叶的热失重可分为3个阶段。全叶制备的稠浆法再造烟叶在第Ⅰ阶段失重比例、最大失重速率较低，但在第Ⅱ、Ⅲ阶段失重比例和最大失重率较高。掺配烟梗后，稠浆法再造烟叶在第Ⅰ阶段的失重比例、最大失重速率较全叶制备的稠浆法再造烟叶明显提升；随着烟梗添加比例的提升，稠浆法再造烟叶在第Ⅱ阶段的失重比例逐渐降低，但在第Ⅲ阶段的失重比例逐渐增加；三个阶段的最大失重速率排序为:第Ⅱ失重阶段>第Ⅲ失重阶段>第Ⅰ失重阶段。第三，随着烟梗占比增加，再造烟叶热流曲线的第一个放热峰的峰值逐渐降低。梗叶比2︰8、梗叶比3︰7的稠浆法再造烟叶的DSC放热峰信号响应值较高。第四，稠浆法再造烟叶中梗叶比例为2︰8时，其感官评吸总分最高，综合感官品质较好。适宜的梗叶比不仅可降低稠浆法再造烟叶的成本，而且可提高其松厚度，还可提升、改善其综合感官品质。

根据图7-16和表7-8可知，加热卷烟专用稠浆法再造烟叶的热失重可分为3 个阶段。具体如下:第Ⅰ阶段温度范围大约为30～110℃，失去主要的成分为水分、部分发烟剂及低沸点挥发性物质，损失5.26%～7.70%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序:梗叶比2︰8>梗叶比3︰7>梗叶比1︰9>梗叶比4︰6>梗叶比5︰5>全叶。第Ⅱ阶段温度范围大约为110～230℃，失去主要成分为小分子挥发性化合物和较大分子分解产物，损失23.23%～27.78%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序为:全叶>梗叶比1︰9>梗叶比2︰8>梗叶比3︰7>梗叶比4︰6>梗叶比5︰5。第Ⅲ阶段温度范围大约为230～350℃，失去的主要成分为难挥发的较大分子量的化合物的分解产物，如纤维、果胶等的分解，损失26.84～29.07%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序为:梗叶比5︰5>梗叶比4︰6>梗叶比3︰7>梗叶比2︰8>全叶>梗叶比1︰9。以上结果表明，全叶制备的稠浆法再造烟叶在第Ⅰ阶段失重比例较低，但在第Ⅱ、Ⅲ阶段失重比例较高，并且失重比例在这两个阶段较接近。掺配烟梗后，制备的稠浆法再造烟叶在第Ⅰ阶段的失重比例较全叶制备的稠浆法再造烟叶的失重比例明显提升；随着烟梗添加比例的提升，稠浆法再造烟叶在第Ⅱ阶段的失重比例逐渐降低，但在第Ⅲ阶段的失重比例逐渐增加。稠浆法再造烟叶在划分出的三个阶段中的最大失重速率的排序为:第Ⅱ失重阶段最大失重速率>第Ⅲ失重阶段最大失重速率>第Ⅰ失重阶段最大失重速率。全叶制备的稠浆法再造烟叶在第Ⅰ阶段的最大失重速率较小，但其在第Ⅱ、第Ⅲ阶段的最大失重率较大。由表7-9可知，随着烟梗添加比例的提升，稠浆法再造烟叶的第Ⅰ个DSC放热峰的峰值逐渐降低，即全叶>梗叶比1︰9>梗叶比2︰8>梗叶比3︰7>梗叶比4︰6>梗叶比5︰5。梗叶比2︰8、梗叶比3︰7的稠浆法再造烟叶的DSC放热峰信号响应值较高，可能是二者在三个阶段中的总失重比例较高，尤其是小分子挥发或大分子裂解会吸收热量，导致DSC放热峰峰值增加。以上表明，加入适量的烟梗后，可降低稠浆法再造烟叶的第1 个DSC放热峰的峰值。

表7-7　不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶样品失重比例数据

表7-8　不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶样品失重速率数据

表7-9　稠浆法再造烟叶样品热流（DSC）数据(www.xing528.com)

图7-16　不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶热重曲线（TG）、相应的微分热重曲线（DTG）及热流曲线（DSC）

表7-10　不同梗叶比稠浆法再造烟叶的感官质量评吸结果

由表7-10可知，随着烟梗添加比例的增加，烟雾量得分逐渐增加；但在梗叶比为3︰7及以上时变化不明显。当梗叶比在3︰7及以上时香气量、劲头及协调性开始降低，主要表现为香气质粗糙感增加，木质气、枯焦气等杂气开始逐渐显露。当梗叶比在4︰6和5︰5时口感中稍有回苦和残留，因此其口感得分降低。全叶及梗叶比为1︰9时，在抽吸后段，枯焦气较明显，并且烟支在抽吸后炭化现象较明显，但当梗叶比在3︰7 及以上时，烟支的炭化现象较少。综上可知，稠浆法再造烟叶中梗叶比例为2︰8时，其感官评吸总分最高，综合感官品质较好；其次为1︰9和3︰7，再次为全叶制备的稠浆方法再造烟叶；梗叶比在4︰6和5︰5时感官评吸总分较低，综合感官品质最差。

王华［10］等为研究温度对烟草热分解的影响，采用热重-冷阱-气相色谱/质谱（TGA-CT-GC/MS）联用技术，在氧气浓度为10%的氮/氧混合气氛下，对不同烟草原料（烤烟、白肋烟、香料烟、晒烟、再造烟叶基片）的烟丝进行热分析，利用冷阱捕集逸出物成分，然后进行GC/MS分析。结果（图7-17）表明:在150℃左右时，表面的部分烟丝样品成分已发生热分解，300℃左右时完全炭化，香味成分得到有效释放；烟碱的释放量随着温度的升高而逐步增加，在250℃及以上趋于稳定；不同烟草原料的热解成分存在差异，逸出物中酸性成分与碱性成分的相对含量比值以晒烟最低，约为0.2，再造烟叶基片最高，约为2.6。

图7-17　热重分析仪-冷阱-气相色谱联用图

以Py快速裂解仪的冷阱装置作为热解逸出气体的捕集工具并结合GC/MS，能够有效捕集烟草原料热解产生的化学成分，分析较慢升温速率下的烟草原料的成分变化。加热非燃烧烟草制品的加热温度控制在300℃左右时，基本上能够实现烟碱、小分子酸和中性香味成分等成分的有效释放。热解成分与烟草基质的种类及其化学成分含量密切相关，烟草原料中总糖、纤维素等的含量差异对热解产物种类及释放量有较大影响，不同烟草原料热解逸出物中酸性成分与碱性成分的相对含量比值以晒烟最低，约为0.2，再造烟叶基片最高，约为2.6。（见图7-18、7-19，表7-11）

笔者利用TG/DTA（热重/差热分析）研究了空气和氮气氛围下Eclipse炭加热型卷烟各组成成分的热失重行为。针对Eclipse炭加热型卷烟的主要结构材料:炭棒、卷烟纸、铝箔纸、烟草填充物、滤棒，分别进行了TG/DTA分析，并计算了主要失重温度段的活化能。结合热失重数据和组成成分对其分解机理进行推断和验证。结果表明:炭棒在356～560℃燃烧放热，活化能为141.44 kJ/mol，热重/差热分析显示含有碳酸钙成分，空气氛围下炭棒燃烧热解更完全；200～380℃为卷烟纸主要的热解失重阶段，主要是纤维素和碳酸钙。烟草填充物质薄片1和薄片3结构和成分相似，都接近传统卷烟烟丝，薄片2含更多的保润剂、单糖和水分等小分子物质。

图7-18　烤烟烟丝在不同加热温度下逸出物总离子流图

图7-19　300℃下不同烟草原料逸出物总离子流图

表7-11　不同烟草原料的常规化学成分

Eclipse系列在卷烟的燃烧端设计一个炭棒（charcoal rod）作为加热源，烟草填充物由包裹在炭棒外的一层薄片1、接近热源的浅色薄片2和靠近滤嘴的深色薄片3组成。抽吸时，点燃炭棒端，炭棒燃烧产生的热量加热含有甘油和香味成分的烟草填充物，甘油释放形成像烟一样的蒸气，携带受热薄片释放出的烟碱及香味物质一起形成烟雾，供消费者吸食。针对不同的结构材料Eclipse卷烟纸也分为两种，靠近热源段包裹浅色薄片2的卷烟纸为卷烟纸、金属箔、卷烟纸交替的双层箔纸，为了保持足够的温度加热薄片2，但又不会烫伤手指；而包裹深色薄片3的卷烟纸不含金属箔，但相对传统卷烟纸较厚。图7-20为Eclipse炭加热型低温卷烟的结构示意图，主要的结构材料为加热源炭棒、卷烟纸（含金属箔/不含金属箔）、烟草填充物（薄片1/薄片2/薄片3）、中空滤嘴等。

图7-20　Eclipse炭加热型卷烟结构示意图

图7-21为Eclipse炭加热型卷烟炭棒在20℃/min升温速率、200 mL/min空气流量条件下的热分析曲线。由TG曲线可以看出，炭棒在空气氛围中有四个阶段的失重:110～200℃失重5%为第一失重阶段；201～355℃失重12%为第二失重阶段；第一阶段和第二阶段失重缓慢，从DTG曲线上可以看出有两个较小的峰，而第一失重阶段对应的DTA曲线上并没有出峰，没有能量的变化，说明这一阶段炭棒只发生了物理变化。第二阶段DTA有一个小峰，这可能是由于炭棒中的碳氢小分子物质受热挥发而引起的失重。第三阶段为356～560℃失重65%，为主要失重段，由于这个阶段炭棒发生剧烈的燃烧放热，DTA曲线出现强烈尖锐的放热峰，峰形甚至是歪斜的，548.5℃时DTA达到239.8 μV，热焓变化为9 448 J，说明放出了大量的热。这一阶段失重强烈，剧烈的变化使TG曲线出现了一个内折线，从DTG曲线上也可以看出对应这一阶段出现了一个尖锐的DTG峰，537℃时热失重达0.922 mg/min。356～560℃炭棒燃烧热分解反应的表观活化能为149.44 kJ/mol。由此可以看出，Eclipse炭加热型卷烟热源的着火点为356℃附近，相比较而言温度偏低［11，12］，所需活化能为149.44 kJ/mol，这是为了使卷烟易于点燃。561～710℃失重13%为第四阶段，这一阶段热失重是碳酸钙热分解为氧化钙和二氧化碳引起的［13，14］，说明Eclipse炭加热型卷烟炭棒中含有碳酸钙。

图7-21　Eclipse炭棒在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-22为Eclipse炭棒在氮气条件下的热分析曲线。炭棒在氮气氛围中没有剧烈的燃烧放热失重过程，125～340℃之间失重10%，290℃时为最大失重点，DTG也仅为33.4 μg/min，比在空气氛围中的缓慢得多。

图7-22　Eclipse炭棒在氮气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-23为Eclipse炭加热型卷烟卷烟纸（1段含金属箔）在空气条件下的热分析曲线。卷烟纸在空气氛围中有三个阶段的失重:212～371℃失重63%为第一失重阶段，为主要失重阶段，350℃时DTG为0.526 mg/min，主要是卷烟纸中的纤维素热分解造成的，由于在这一阶段温度较低，纤维素首先是经历一个快速的高分子链断裂、聚合度降低过程，形成低聚合度的活性纤维素［15］，继而活性纤维素发生进一步解聚形成单体，通过各种自由基反应和重排反应形成热解产物，使纤维素大分子进入到热解的主要阶段，生成焦油、焦炭和小分子的轻质气体。372～479℃失重17%为第二失重阶段，主要是随温度的升高，活性纤维素发生强烈的分解反应，产生一些低分子的挥发性产物继而分解成小分子气体，如一氧化碳、二氧化碳、水蒸气等。从DTG曲线可知，对应两失重段的失重最剧烈点为350℃和454℃。而DTA曲线上，一、二失重段有两个较大的没有分开的放热峰，峰值温度分别为365℃和455℃，365℃时最大峰值为42.5 μV，总放热量为3 719 J，这两个放热峰值温度点即为纤维素和活性纤维素的热解产生的。380～693℃失重5%为第三失重阶段，主要是卷烟纸中的碳酸钙热分解为氧化钙和二氧化碳引起。在这一阶段对应的DTA曲线上可以看到一个尖锐的吸热峰，对比铝的熔点（660.4℃）和熔融焓（397.0 J/g），可以得出这是卷烟纸含有的铝箔的熔融峰，665℃时DTA值为-20.4 μV。这一阶段的热焓变化比铝的熔融焓偏大的原因是这一温度段卷烟纸中的碳酸钙也发生了热分解，也发生了热焓变化，是铝熔融热焓变和碳酸钙热分解焓变之和。212～371℃、372～479℃、380～693℃受热分解反应的表观活化能分别为128.77 kJ/mol、406.60 kJ/mol和160.19 kJ/mol。

图7-23　Eclipse卷烟纸（含金属箔）在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-24为Eclipse炭加热型卷烟卷烟纸（2段无金属箔）在空气流量条件下的热分析曲线。和图7-23比较热行为基本一致，第一失重阶段为220～380℃失重62%，在361℃时DTG为0.845 mg/min，比有铝箔层的卷烟纸在此阶段失重更快。在DTA曲线上的铝的熔融峰消失，因为Eclipse卷烟纸第二段主要成分是纤维素和碳酸钙，并没有加铝箔层。从图7-25的纯碳酸钙的TG/DTA图可知，碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳的热焓变化为524 J，而Eclipse卷烟纸（2段）在此温度段的热焓变化为62 J，可以计算出Eclipse卷烟纸（2段无金属箔）的碳酸钙含量为12%左右。220～380℃、381～480℃、481～700℃受热分解反应的表观活化能分别为167.26 kJ/mol、325.20 kJ/mol和862.17 kJ/mol。对比第三阶段的活化能可知1段有金属箔的卷烟纸比2段无金属箔的活化能低，这可能跟加入的铝的熔融有关。

图7-24　Eclipse卷烟纸（无金属箔）在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-25　碳酸钙在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

Eclipse卷烟烟草填充物由三部分构成，薄片1包裹在加热源外面，为吸烟者燃吸第一口烟提供香气。加热源后面是薄片2，之后是薄片3。对比图7-26、7-27、7-28可以知道，薄片1和薄片3的热行为曲线相似，说明1和3的结构和化学性质相似，而薄片2和薄片1、3的热行为曲线区别较大。现分别对薄片1和薄片2的热行为进行表征。图7-26为Eclipse炭加热型卷烟薄片1在20℃/min升温速率、200 mL/min空气流量条件下的热分析曲线。薄片1在空气氛围中分两个明显失重段:191～364℃失重49%为第一失重阶段，308℃时DTG为0.423 mg/min，可能是薄片中的单糖、小分子物质以及纤维素热分解造成的；420～540℃失重32%为第二失重阶段，发生了剧烈的氧化反应直至燃烧放热，这一阶段多糖物质（多为高分子物质如木质素等）发生热裂解造成失重［16］。对应的DTA曲线上呈现大而尖锐的放热峰，热焓变为3 334 J；502℃时DTA为308.2 μV。强烈快速的热失重使TG线出现了内折，600℃时重量仅剩4%。

图7-27为Eclipse炭加热型卷烟薄片2在空气条件下的热分析曲线。和薄片1不同的是，热失重分三个阶段:97～253℃失重51%为第一失重阶段，可能是薄片添加的大量的保润剂失重和水分、挥发性物质受热分解以及纤维素晶体单糖和其他一些小分子物质因热裂解。添加保润剂的目的是受热后保润剂和烟草原料中的挥发性香味成分和烟碱发生气化，并形成烟气状气溶胶，气流通过靠近滤嘴端的烟草原料时进一步冷凝，增大气溶胶浓度，同时强化烟气的烟草香味特征并保持其稳定，提高感官质量。对应的DTA曲线在这一阶段有一个吸热峰，除了保润剂、水分和挥发性物质分解吸热外也包括纤维素晶体熔融吸热［17］。由此看出，Eclipse卷烟烟草填充物中薄片2的水分、单糖等小分子物质的含量比薄片1和薄片3含量高，这也和Eclipse采用独特的加热方式有关，它与传统卷烟是直接点燃的不同，而是采用炭加热，所以薄片1水分含量少以易于点燃，到薄片2水分和单糖含量增加，这时加热炭源温度已足够高，能加热薄片2，给吸食者以较高的吸食品质［18］，烟气更为和顺；254～368℃失重19%为第二失重阶段，可能是碳水化合物分解、高沸点化合物和结合态水蒸馏挥发，纤维素热分解造成［19］，DTA曲线呈现放热峰。369～585℃失重19%为第三失重阶段；大分子物质例如木质素热裂解，残留物进一步裂解和炭化［19］，放出大量的热，热焓变化为2 151 J，482℃时DTA为68.7 μV。97～253℃、254～368℃和369～585℃受热分解反应的表观活化能分别为155.75 kJ/mol、1191.63 kJ/mol和344.64 kJ/mol。

图7-26　Eclipse烟草薄片1在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-27　Eclipse烟草薄片2在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-28为Eclipse炭加热型卷烟薄片3在空气流量条件下的热分析曲线。同薄片1一样，薄片3在空气氛围中分两个明显失重阶段，第二阶段呈现剧烈的燃烧放热，DTA曲线上有两个放热峰。图7-29为Eclipse炭加热型卷烟薄片3和传统卷烟烟丝的热分析曲线对比图。热重和差热曲线都接近，热行为比较相似。这说明薄片1和薄片3化学成分和结构都比较接近传统卷烟的烟丝。

图7-28　Eclipse烟草薄片3在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、差热（DTA）-温度（Temp）曲线

图7-29　Eclipse烟草薄片3和传统卷烟烟丝在空气氛围中热解的热重（TG）、差热（DTA）-温度（Temp）对比曲线

研究得出结论:第一，炭棒在空气氛围中有四个阶段的失重，356～560℃为主要失重段，炭棒发生剧烈的燃烧放热，着火点为356℃附近，热分解反应的表观活化能为149.44 kJ/mol。TG/DTA显示炭棒中含有碳酸钙。空气氛围下炭棒比在氮气氛围下燃烧热解完全剧烈得多。第二，卷烟纸（1段含金属箔）在空气氛围中有三个阶段的失重，212～371℃为主要失重阶段，是纤维素热分解造成。对比铝的熔点和熔融焓，所含金属箔为铝。卷烟纸（2段无金属箔）热行为和含金属箔的基本一致，在DTA曲线上的铝的熔融峰消失。卷烟纸（2段无金属箔）的碳酸钙含量为12%左右。第三，填充物薄片1在空气氛围中分两个明显失重段:191～364℃，和薄片中的单糖、小分子物质以及纤维素热分解有关；420～540℃，可能是木质素等高分子物质燃烧发生热裂解造成失重。薄片2失重分三个阶段:97～253℃，保润剂、水分和挥发性物质受热分解以及纤维素单糖和其他一些小分子物质因热裂解。254～368℃纤维素热分解；369～585℃大分子物质例如木质素热裂解。薄片2的水分、单糖等小分子物质的含量比薄片1和薄片3含量高。薄片3、薄片1和传统卷烟烟丝热行为类似，说明化学成分和结构都比较接近传统卷烟的烟丝。第四，滤嘴热失重分三个阶段:223～405℃为主要失重阶段，热焓变化为4 278 J，活化能为910.83 kJ/mol。这一阶段醋酸纤维熔融。

笔者还利用热重/差示扫描量热法和热裂解分析研究了空气氛围下典型电加热和炭加热新型卷烟烟草材料热行为。结果表明:两种典型的加热不燃烧卷烟烟草材料的热失重都分为四个阶段，炭加热型卷烟Eclipse主失重阶段发生在133～270℃，电加热型卷烟HeatSticks主失重阶段发生在232～347℃；A、B两种烟草材料在前两个阶段失重均要明显高于传统卷烟，主要是相对高比例的料香及烟雾生成剂的使用及较高的含水量；两种典型的烟草材料在350℃热裂解，主要检出物质均为甘油、丙二醇和烟碱，其他主要物质还有乙酸、酮、醛和长链烷烃。

炭加热型卷烟Eclipse的热失重情况前已详述。电加热型卷烟HeatSticks烟草材料失重如图7-30所示分四个阶段:32～87℃失重6.9%，108～223℃失重25.41%，232～347℃失重29.42%，396～487℃失重19.52%。和Eclipse卷烟烟草材料相比，HeatSticks没有一个明显的失重段，除了第一阶段失重率较少，后面三个阶段均维持在20%～30%。第一阶段温度较低，失重较少，可能是新型卷烟烟草材料添加特殊的易挥发的保润剂失重造成。第二阶段可能是烟草材料中的单糖和一些小分子物质发生热裂解，而单糖的分解速度与加入的香料及一些小分子盐有关。一、二阶段在DSC曲线上能量变化较为微弱，说明变化比较缓和。第三阶段在DSC曲线上可以看到缓慢的放热峰，峰值318℃、11.96 mW，热焓变化为4647.68 mJ。失重29.42%为最大失重阶段，可能是大分子难挥发性化合物的分解过程，例如果胶、纤维素、半纤维素等化合物的分解。第四阶段呈现剧烈尖锐的放热峰，可能发生了燃烧，峰值为445℃，128.17 mW，热焓变化13.07 J。这一阶段，失重比较剧烈，DTG曲线上也呈现一个大的尖峰，444.8℃的时候达0.03 mg/℃，可能是多糖物质和木质素等高分子物质的热分解。由此可以看出，与传统卷烟不同的是，加热卷烟烟草材料在前两个阶段失重要明显高于传统卷烟，分析其原因，主要有以下两点:相对高比例的料香及烟雾生成剂及较高的水含量；烟雾生成剂和料香基本为易挥发性和中度挥发性成分，在新型卷烟加热温度下可以大量挥发。

图7-30　HeatSticks烟草材料在空气氛围中热解的热重（TG）、微商热重（DTG）、热流（DSC）-温度（Temp）曲线

新型卷烟加热温度低于350℃。因为烟草在300℃左右即可发生较低程度的热裂解。基于此，以炭加热和中心电加热卷烟两种烟草材料为研究对象，对其在50～350℃升温区间的热裂解行为进行了研究。如图7-31（a）为炭加热卷烟Eclipse烟草材料在50～350℃的热裂解的总离子流色谱图，由于裂解温度较低，检测到的物质较少，共检测到32种物质。主要物质为丙二醇、烟碱、甘油、1,6-脱水吡喃葡萄糖。

图7-31　两种烟草材料的热裂解对比色谱图

图7-31b为中心电加热卷烟HeatSticks烟草材料在50～350℃的热裂解的总离子流色谱图，检测到41种物质。和炭加热烟草材料相比，中心电加热卷烟烟草材料裂解出的产物相对较多，其中主要物质为乙酸、丙二醇、烟碱、甘油等。总结为:第一，两种加热不燃烧卷烟烟草材料的热失重均分为四个阶段，但主失重阶段不一样，在DSC曲线上表现出来的热量变化也有差别。HeatSticks烟草材料在第一、二阶段没有明显的吸热峰。两种烟草材料在第四阶段可能都发生了燃烧。第二，Eclipse烟草材料主要失重可能是保润剂、水分、挥发性物质、纤维素晶体单糖和其他一些小分子物质受热分解造成。而HeatSticks烟草材料主要失重可能是大分子难挥发性化合物的分解过程，例如果胶、纤维素、半纤维素等化合物的分解。第三，两种加热不燃烧卷烟烟草材料在前两个阶段失重要明显高于传统卷烟，主要是相对高比例的料香及烟雾生成剂的使用及较高的含水量。第四，两种烟草材料在350℃热裂解，主要检出物质为甘油、丙二醇和烟碱，其他主要物质还有乙酸、酮、醛和长链烷烃。HeatSticks比Eclipse热裂解检测到的物质多。由此可以看出，加热不燃烧卷烟烟草材料中保润剂和水分的使用比例、挥发性小分子物质以及外加香精香料是提高加热不燃烧卷烟感官品质的重要因素。

笔者还利用热重法（TG）及热裂解-气相色谱质谱联用（Py-GC/MS）法，对典型的中心加热（A）、周向加热（B）及传统卷烟（C）烟草材料进行了热行为分析。结果表明:第一，两种加热卷烟烟草材料的热失重分为三个阶段，主要的热失重阶段发生在242～350℃；传统卷烟烟草材料热失重分为四个阶段，主要的失重阶段发生在381～534℃，加热卷烟烟草材料相对于传统卷烟失重峰较宽，失重速率较缓慢。第二，随着裂解温度升高，3种烟草材料所检测到的化合物种类、数量逐渐增加。第二阶段甘油、丙二醇有较高的释放量，卷烟样品A甘油8.96%，丙二醇5.38%；卷烟样品B甘油34.65%，丙二醇13.82%；卷烟样品C甘油25.09%，丙二醇11.23%。加热卷烟烟碱释放量随温度变化呈先减后增再减的趋势，释放量在第一阶段达到峰值，A:84.50%，B:91.82%，传统卷烟烟碱释放量呈逐级递减的趋势，释放量在第一阶段达到峰值，C:71.41%。加热卷烟主要裂解产物释放量于第一阶段达到峰值，传统卷烟于第二阶段达到峰值。两种不同的加热卷烟致香成分在第三和第四阶段均有较高的释放量且稳定。

图7-32为典型加热卷烟与传统卷烟烟草材料的热分析TGA曲线。对比中心加热卷烟烟草材料与周向加热卷烟烟草材料TG-DTG曲线发现，在相同的升温速率、相同氛围下，二者具有较好的一致性。因此，以样品A为例，分析两种不同加热卷烟烟草材料的热行为特性。由TG-DTG曲线可知，30～350℃范围内，热失重分为三个阶段:第一阶段为30.00～123.91℃，质量损失约9.28%，主要是水分与小分子挥发性成分的散失；第二阶段为123.91～242.18℃，质量损失约25.27%，主要是烟草添加剂（甘油、丙二醇等）、易挥发性成分、半纤维素成分受热分解；第三阶段为242.18～350.05℃，质量损失约30.78%。由DTG曲线可知，在300.31℃左右，DTG曲线呈现一个较大的尖峰，质量损失速率达到最大值，DSC曲线呈现一个较宽的吸热峰。该阶段主要是碳水化合物、高沸点化合物和纤维素的热分解，大分子化合物、纤维素晶体、难挥发性成分的降解。进一步分析两样品在30～100℃温度区间的DSC曲线发现，样品A的DSC曲线呈现出一个较为平缓的吸热峰，峰值81.71℃，热焓变为20.2 J/g，变化比较缓和，而样品B呈现出一个大的吸热峰，峰值87.29℃，热焓变为258.9 J/g，变化比较剧烈。结合Py-GC/MS数据可知，在该温度区间内所检测到的化合物种类有所区别，其中:样品A在该温度区间检测到了异丁香酚、乙酸、乙基环戊烯醇酮、3-甲基吲哚等化合物，而样品B检测到了二烯烟碱等化合物，不同物质的结构差异导致了燃烧热的不同。不同于加热卷烟，传统卷烟在30～900℃的热失重可分为几个阶段:第一阶段30.00～134.83℃，质量损失8.63%左右，对应DSC曲线出现一个较大的吸热峰，峰值84.98℃，热焓变175.5 J/g，变化比较剧烈，对应水分与小分子挥发性成分及烟草所添加的易挥发保润剂的散失；第二阶段134.83～224.29℃，质量损失11.95%左右，对应DSC曲线出现一较为平缓的吸热峰，峰值172.48℃，热焓变26.25 J/g，变化较为平缓，对应小分子挥发性化合物和较大分子分解过程，如糖的分解。第三阶段224.29～367.81℃，质量损失30.55%，对应DSC曲线出现一较为平缓的放热峰，峰值327.48℃，热焓变-9.642 J/g，大分子难挥发性化合物的分解过程，可能发生了轻微燃烧。第四阶段:367.81～542.25℃，质量损失37.59%左右，主要是由于焦炭的燃烧，残留物的进一步裂解和碳化所引起的。加热卷烟与传统卷烟前三个阶段的热失重行为情况大致相同，主要区别是加热卷烟的失重峰较宽，说明加热卷烟的烟草材料结构比较紧密，加热过程中没有快速失重。

图7-32　不同卷烟样品的热重（TG）、微商热重（DTG）、热流（DSC）曲线

图7-33　典型加热卷烟与传统卷烟各阶段热裂解对比色谱图

图7-33为典型加热卷烟与传统卷烟烟草材料各阶段热裂解的总离子流色谱图。经谱库检索后得到不同裂解温度段下主要的裂解产物，四个阶段的裂解产物主要有酮类、醛类、呋喃类、烟碱类、酸类、苯系化合物和烟碱类化合物。随裂解温度的升高，出现的峰增多，表明裂解产物随裂解温度的升高，种类、含量逐渐增加，产物变得复杂。甘油、丙二醇均是为满足抽吸感而人为添加的烟雾生成剂（传统卷烟中称保润剂），均在第二阶段开始释放，且二者释放量均在第二阶段达到峰值，300℃前基本完全释放。结合图7-34可知，3种卷烟样品裂解产生的乙酸其释放量随温度的升高而逐渐增加，在第四阶段（300～400℃）释放量达到最大值。此外，吲哚、叶绿醇、麦司明、巨豆三烯酮、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚等致香成分，在整个裂解过程中，释放量随温度的升高呈先减后增的趋势。其中，吲哚、巨豆三烯酮在第1温度区间的释放量高于其他3个温度区间的；叶绿醇、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚在第4温度区间的释放量高于其他3个温度区间的，麦司明在整个过程中释放量均较低，仅发生了轻微的变化。而2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4（H）-吡喃-4-酮在第2温度区间开始释放，释放量呈先升后减的趋势，在第3温度区间达到释放峰值。可见，不同的香味成分随温度的升高呈上升、下降或轻微变动的趋势，因此，不同的香味成分在热解或燃烧过程中的释放表现形式不同。

图7-34　典型加热卷烟与传统卷烟不同裂解阶段主要裂解产物释放量变化情况

由图7-35可知，样品A、B在第一裂解阶段裂解产物的释放量便达到了峰值，释放量达88.82%和97.22%，这与其前期较高的烟碱释放有关。样品C于第二裂解阶段裂解产物这达到峰值，释放量达90.11%，样品A、B释放量有所降低，样品A降低较为明显。到了第三裂解阶段，样品A、B释放量又升高，且与样品C释放量几乎持平，均有较高的释放量。第四裂解阶段，释放量有所降低，但变化没有前两阶段剧烈，在整个裂解过程中，样品A第二裂解阶段主要致香成分释放量的变化较为剧烈，其余阶段都较为平缓；样品B在整个裂解过程中主要致香成分的释放变化都较为平缓；样品C释放量的变化也较为平缓。可见，当裂解温度于第三和第四阶段时，两种加热卷烟样品主要致香成分的释放较为稳定。由于热解和燃烧的机理不同，加热卷烟更多的是烟草原料的碳化过程，而传统卷烟主要是烟草原料较为剧烈的氧化过程，所以裂解产物释放量存在差异。本研究得出结论:两种加热卷烟烟草材料的热失重分为三个阶段，主要的质量损失阶段都为第三阶段，由于烟支结构、加热方式及烟草添加剂配方的不同，不同加热卷烟烟草材料DSC曲线所表现的热量变化有所差异；传统卷烟烟草材料的热失重分为四个阶段，质量损失主要是由于焦炭的燃烧，残留物的进一步裂解和碳化所引起。加热卷烟烟草材料与之相比失重峰较宽，失重速率较为缓慢。随着裂解温度的升高，所得到的裂解产物数量逐渐增多，种类变得复杂。3种烟草材料均在第二裂解阶段检测到甘油、丙二醇，300℃前基本完全释放；两种典型加热卷烟烟碱释放量随温度变化呈现出先减后增又减的趋势，而传统卷烟烟碱释放量呈现逐级递减的趋势，释放量均在第一阶段达到峰值；加热卷烟主要裂解产物释放量于第一阶段达到峰值，传统卷烟于第二阶段达到峰值。两种不同的加热卷烟致香成分的释放在第三和第四阶段较为稳定。

图7-35　各阶段典型裂解组分占裂解产物总含量的百分比