不同类型烟叶热失重特性及分步热释放香味成分分析

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2025.03.017

摘要/Abstract

摘要： 为研究不同类型烟叶在不同热失重温度区间的失重特性和成分释放特征，以烤烟、雪茄烟及白肋烟为研究对象，利用热重分析法和自主搭建的程序控温加热平台耦连烟气捕集装置，对比分析不同类型烟叶的热失重特性及分步加热条件下的热释放产物。结果表明，不同类型烟叶的热失重过程均可分为4个阶段，但各样品的热失重特征参数有差异，烤烟在阶段Ⅱ的失重率和最大失重速率偏高，雪茄烟和白肋烟的初始分解温度偏高，而终止分解温度偏低。烤烟具有较低的综合热解指数［9.84×10^-5%/（min·°C²）］和残余质量（28.47%）。热解动力学分析表明，烤烟在阶段Ⅱ的活化能（E_a）和指前因子（A）均高于雪茄烟和白肋烟，白肋烟在阶段Ⅲ的E_a值高于烤烟和雪茄烟，而雪茄烟在阶段Ⅳ的E_a值高于烤烟和白肋烟。分步加热条件下，不同类型烟叶均在热分解阶段Ⅲ表现出最高的失重速率，阶段Ⅱ的失重率表现为烤烟>雪茄烟>白肋烟，烤烟和雪茄烟在阶段Ⅲ的失重率明显高于白肋烟（34.60%）。不同类型烟叶在各加热阶段的热释放香味产物差异明显，香味物质释放总量表现为雪茄烟（13 883.48 μg/g）>白肋烟（11 970.11 μg/g）>烤烟（8 753.42 μg/g），其中阶段Ⅲ释放的香味物质含量分别占总含量的42.86%、48.68%和61.85%。综上，不同类型烟叶的热失重特性及分步热释放香味成分具有差异性，卷烟产品配方设计时应考虑烟叶原料类型及对应温度的热释放成分。

关键词: 烟叶, 分步热解, 热重分析, 热解特性, 香味成分

Abstract: In order to study the weight loss characteristics and component release characteristics of different types of tobacco leaves in different thermal weight loss temperature ranges，flue⁃cured tobacco，cigar tobacco and burley tobacco were used as the research subjects. By thermogravimetric analysis method and self⁃built programmed temperature control heating platform coupled with flue gas capture device，the thermal weight loss characteristics of different types of tobacco leaves and the heat release products under stepwise heating conditions were compared and analyzed.The results showed that the thermal weight loss process of different types of tobacco leaves could be divided into four stages，but the thermal weight loss characteristic parameters of each sample were different.The weight loss rate and maximum weight loss rate of flue⁃cured tobacco in stage Ⅱ were high，the initial decomposition temperature of cigar tobacco and burley tobacco was high，and the final decomposition temperature was low.Flue⁃cured tobacco had lower comprehensive pyrolysis index［9.84×10^⁃5%（/ min·℃²）］and residual mass（28.47%）.The pyrolysis kinetics analysis showed that the activation energy（E_a）and pre⁃exponential factor（A）of flue⁃cured tobacco in stage Ⅱ were higher than those of cigar tobacco and burley tobacco.The Ea value of burley tobacco in stage Ⅲ was higher than that of flue⁃cured tobacco and cigar tobacco，while the E_a value of cigar tobacco in stage Ⅳ was higher than that of flue⁃cured tobacco and burley tobacco. Under the condition of stepwise heating，different types of tobacco leaves showed the highest weight loss rate in the thermal decomposition stage Ⅲ，and the weight loss rate of stage Ⅱ showed flue⁃cured tobacco>cigar tobacco>burley tobacco.The weight loss rate of flue⁃cured tobacco and cigar tobacco in stage Ⅲ was significantly higher than that of burley tobacco（34.60%）.The heat release aroma products of different types of tobacco leaves in each heating stage were significantly different. The total amount of aroma substances released showed cigar tobacco（13 883.48 μg/g）>burley tobacco（11 970.11 μg/g）>flue⁃cured tobacco（8 753.42 μg/g）.The content of aroma substances released in stage Ⅲ accounted for 42.86%，48.68% and 61.85% of the total content，respectively.In summary，the thermal weight loss characteristics and stepwise heat release aroma components of different types of tobacco leaves are different.The type of tobacco raw materials and the heat release components at the corresponding temperature should be considered in the formulation design of cigarette products.

Key words: Tobacco leaves, Stepwise pyrolysis, Thermogravimetric analysis, Pyrolysis characteristics, Aroma compound

中图分类号:

梁淼, 刘语煊, 朱海波, 苏曼, 郑永杰, 谢一飞, 姜希, 张峻松, 朱远洋. 不同类型烟叶热失重特性及分步热释放香味成分分析[J]. 河南农业科学, 2025, 54(3): 157-169.

LIANG Miao, LIU Yuxuan, ZHU Haibo, SU Man, ZHENG Yongjie, XIE Yifei, JIANG Xi, ZHANG Junsong, ZHU Yuanyang. Analysis of Thermogravimetric Characteristics and Stepwise Thermal Release Aroma Components of Different Types of Tobacco[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2025, 54(3): 157-169.

图/表 14

参考文献

［1］MCGRATH T E，BROWN A P，MERUVA N K，et al.Phenolic compound formation from the low temperature pyrolysis of tobacco［J］.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2009，84（2）：170⁃178.

［2］谢国勇，李斌，银董红，等.卷烟燃吸温度分布与主流烟气中7种有害成分释放量的关系［J］.烟草科技，2013（11）：67⁃72.

XIE G Y，LI B，YIN D H，et al.Correlation of temperature distribution in burning cone of cigarette with deliveries of seven harmful components in mainstream cigarette smoke［J］.Tobacco Science & Technology，2013（11）：67⁃72.

［3］孟璠，崔华鹏，陈黎，等.不同加热温度加热卷烟抽吸过程中烟芯段气溶胶的动态分布［J］.烟草科技，2023，56（3）：41⁃50.

MENG F，CUI H P，CHEN L，et al.Dynamic distribution of aerosol inside tobacco section of a heated tobacco product during smoking at different heating temperatures［J］.Tobacco Science & Technology，2023，56（3）：41⁃50.

［4］MU Y F，PENG Y H，TANG X D，et al.Experimental and kinetic studies on tobacco pyrolysis under a wide range of heating rates［J］. ACS Omega，2022，7（1）：1420⁃1427.

［5］陈翠玲，孔浩辉，曾金，等.不同部位烟叶的热失重和热裂解行为研究［J］.中国烟草学报，2013，19（6）：9⁃18.

CHEN C L，KONG H H，ZENG J，et al.Research on thermogravimetry and pyrolysis behavior of tobacco leaves from various stalk positions［J］.Acta Tabacaria Sinica，2013，19（6）：9⁃18.

［6］窦玉青，王超，赵文涛，等.基于加热卷烟的国内烟草原料低温热解香气成分差异性分析［J］.甘肃农业大学学报，2024，59（1）：203⁃210.

DOU Y Q，WANG C，ZHAO W T，et al.Analysis on the difference in aroma components of domestic tobacco raw materials under low temperature pyrolysis based on heated cigarettes［J］.Journal of Gansu Agricultural University，2024，59（1）：203⁃10.

［7］朱龙杰，曹毅，秦艳华，等.甘油施加比例对加热卷烟薄片热性能及热解产物的影响［J］. 中国烟草学报，2022，

28（5）：8⁃16.
ZHU L J，CAO Y，QIN Y H，et al.Effect of glycerol addition ratio on thermal properties and pyrolysis products of tobacco sheet of heated cigarette［J］.Acta Tabacaria Sinica，2022，28（5）：8⁃16.

［8］吴东川，吴键，陈震，等.甘油对雪茄烟叶加热状态下热失重及碱性香味成分释放的影响［J］.中国烟草学报，2023，29（5）：120⁃128.

WU D C，WU J，CHEN Z，et al.Effects of glycerol on thermal weight loss and release of alkaline aroma components in cigar tobacco leaves under heating［J］.Acta Tabacaria Sinica，2023，29（5）：120⁃128.

［9］李强，张果，李俊，等.不同形态梗丝的热解燃烧特性及动力学参数差异分析［J］. 轻工学报，2022，37（3）：94⁃100.

LI Q，ZHANG G，LI J，et al. Study on the pyrolysis/combustion characteristics and reaction kinetics parameters of cut stems with different morphology，Journal of Light Industry，2022，37（3）：94⁃100.

［10］王紫燕，汤建国，毛娟芳，等.14种凉味剂的热解动力学分析研究［J］. 中国烟草学报，2021，27（5）：7⁃14.

WANG Z Y，TANG J G，MAO J F，et al. Study on pyrolysis kinetics of 14 kinds of cooling agents［J］.Acta Tabacaria Sinica，2021，27（5）：7⁃14.

［11］葛巍巍，顾坚，张宏宇. 氮气气氛下烟叶的热解动力学研究［J］.消防科学与技术，2012，31（7）：680⁃683.

GE W W，GU J，ZHANG H Y. Study on pyrolysis kinetics of tobacco leaves under nitrogen atmosphere［J］.Fire Science and Technology，2012，31（7）：680⁃683.

［12］李腾，张莹，潘文，等.黄斑污染物对卷烟纸热解燃烧特性及反应动力学的影响［J］. 中国造纸，2023，42（1）：86⁃92.

LI T，ZHANG Y，PAN W，et al.Effect of potential macular staining on the pyrolysis/combustion characteristics and reaction kinetics of cigarette paper ［J］. China Pulp & Paper，2023，42（1）：86⁃92.

［13］张果，岳先领，叶建斌，等.不同涂布率再造烟叶的热解特性及动力学分析［J］.食品与机械，2021，7（5）：39⁃46.

ZHANG G，YUE X L，YE J B，et al.Thermal pyrolysis characteristics and kinetics study of reconstituted tobacco with different coating rates［J］.Food & Machinery，2021，7（5）：39⁃46.

［14］CHEN P J，HU C S，GU J，et al.Pyrolysis characteristics of tea oil camellia（Camellia oleifera Abel.）shells and their chemically pre⁃treated residues：Kinetics，mechanisms，product evaluation and joint optimization［J］.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2022，164：105526.

［15］XIE H，YU Q，DUAN W，et al.Pyrolysis characteristics and kinetics of lignin derived from three agricultural wastes［J］.Journal of Renewable and Sustainable Energy，2013，5（6）：063119.

［16］朱桂华，刘春波，杨晨，等.加热卷烟烟草材料分段裂解分析［J］.食品与机械，2020，36（2）：62⁃68.

ZHU G H，LIU C B，YANG C，et al.Investigation of sectionalized pyrolysis behavior of heated cigarette tobacco materials［J］. Food & Machinery，2020，36（2）：62⁃68.

［17］刘法球，周少基，向敏，等.滤泥的热解特性及动力学分析［J］.南方农业学报，2019，50（11）：2552⁃2558.

LIU F Q，ZHOU S J，XIANG M，et al.Pyrolysis characteristics and kinetic analysis of filter mud［J］.Journal of Southern Agriculture，2019，50（11）：2552⁃2558.

［18］高淼，蔡继宝，徐振宇，等.烟草木质素结构的二维核磁共振波谱表征［J］.中国烟草学报，2022，28（2）：1⁃13.

GAO M，CAI J B，XU Z Y，et al.Structure characterization of tobacco lignin by two⁃dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy［J］.Acta Tabacaria Sinica，2022，28（2）：1⁃13.

［19］罗昌荣，张乾，印黔黔，等.多步逐级裂解技术研究卷烟燃时香味成分形成与温度之间的关系［J］.食品与生物技术学报，2022，41（12）：96⁃104.

LUO C R，ZHANG Q，YIN Q Q，et al.Relationship between volatiles formation and temperature during cigarette smoking investigated by multi⁃step pyrolysis technology［J］.Journal of Food Science and Biotechnology，2022，41（12）：96⁃104.

［20］杨晓云，胡志刚，赵云川，等.烟草植醇热裂解产物研究［J］.云南化工，2016，43（4）：68⁃72.

YANG X Y，HU Z G，ZHAO Y C，et al.Researches on phytol pyrolysates in tobacco［J］.Yunnan Chemical Technology，2016，43（4）：68⁃72.

［21］何红梅，尤晓娟，王鸣，等.基于单料烟的加热卷烟与传统卷烟香气成分释放差异分析［J］.轻工学报，2024，39（3）：99⁃108.

HE H M，YOU X J，WANG M，et al.Differential analysis in aroma component release between heated cigarettes and traditional cigarettes based on unblended leaf tobacco［J］.Journal of Light Industry，2024，39（3）：99⁃108.

［22］赵璐，王丙武，高玉龙，等.基于非烤烟型烟草的加热卷烟化学成分与感官品质关系研究［J］.轻工学报，2024，39（3）：90⁃98.

ZHAO L，WANG B W，GAO Y L，et al.Study on the relationship between chemical composition and sensory quality of heated cigarettes based on non⁃flue⁃cured tobacco［J］.Journal of Light Industry，2024，39（3）：90⁃98.
［23］周慧明，华青，陶立奇，等.加热非燃烧状态下再造烟叶颗粒香味成分的释放行为［J］.烟草科技，2019，52（5）：67⁃76.
ZHOU H M，HUA Q，TAO L Q，et al.Release behaviors of aroma components from reconstituted tobacco particles under heat⁃not⁃burn condition［J］.Tobacco Science & Technology，2019，52（5）：67⁃76.
［24］张晓宇，宁敏，朱青林，等.白肋烟和香料烟的热失重过程及其产物的比较研究［J］.河南农业大学学报，2015，49（6）：756⁃763.
ZHANG X Y，NING M，ZHU Q L，et al.Comparitive study on thermal weight loss process and products between burley and oriental tobacco［J］.Journal of Henan Agricultural University，2015，49（6）：756⁃763.
［25］蒋薇，熊文，蔡炳彪，等.两种产地的红大烟叶热解产物及感官差异性研究［J］.材料导报，2022，36（S2）：550⁃554.
JIANG W，XIONG W，CAI B B，et al.Study on pyrolysis products and sensory of Hongda tobacco from two producing areas［J］.Materials Reports，2022，36（S2）：550⁃554.

[1]	罗海涛, 王硕赢, 齐雅婷, 李瑞丽, 陈栋, 饶超奇, 张峻松, 邹恩凯. 不同酶处理对低次烟叶提取物提质效果的影响[J]. 河南农业科学, 2025, 54(3): 170-180.
[2]	单嘉烨, 王秋领, 李春光, 李全胜, 邹声浩, 孙觅, 罗东升, 席飞虎, 景延秋. 烘烤过程中烟叶不同区段色度信号值与质体色素关系研究[J]. 河南农业科学, 2025, 54(2): 163-173.
[3]	李林林, 王荣浩, 吴昭, 赵泽玉, 杜甫, 刘佳琪, 田丽君, 宋皓, 单玉静, 彭建. 外加蔗糖发酵对印尼BESUKI 雪茄烟叶品质的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(9): 171-180.
[4]	司洪阳, 阳苇丽, 崔冰, 来苗, 赵铭钦. 不同产地雪茄烟叶叶际可培养微生物分离、鉴定及功能研究[J]. 河南农业科学, 2024, 53(9): 37-45.
[5]	丁静怡, 余君, 杨春雷, 陈雄, 姚兰. 酵母发酵烟草花蕾提取物对雪茄烟叶发酵的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(7): 168-180.
[6]	陈卓, 陈家鼎, 毛岚, 白涛, 李生栋, 王涛, 宋朝鹏, 张豹林. 初烤烟叶主脉与叶片的吸附等温线及其热力学性质研究[J]. 河南农业科学, 2024, 53(4): 143-151.
[7]	宋绍森, 杨杰, 段旺军, 陈思昂, 王卫民, 张力, 许嘉阳, 韩丹, 许自成, 贾玮. 海拔高度对烟叶生长代谢及烤后品质的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(3): 53-67.
[8]	李亚玲, 马戎, 丁为, 冯文宁, 徐波, 梁淼, 刘玉斌, 刘伟, 王兵, 乔学义. 基于TG-FTIR-MS 技术的烟叶角质层热解行为研究[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 171-180.
[9]	李粉粉, 王爱霞, 赵晨, 白涛, 毛岚, 张豹林, 李生栋, 宋朝鹏, 王涛. 基于高光谱成像技术的鲜烟叶叶位识别方法[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 144-151.
[10]	李晶晶, 荣仕宾, 秦艳青, 周骏, 曾代龙, 钟秋, 赵园园, 刘德水, 张瑞娜, 史宏志. 雪茄茄芯和茄衣烟叶不同区段化学成分和品质差异性分析[J]. 河南农业科学, 2024, 53(1): 62-69.
[11]	潘勇, 吴巧茵, 李林林, 施友志, 谭再钰, 张娟, 王剑. 产多酚氧化酶菌株在改善雪茄烟叶品质中的应用研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(9): 173-180.
[12]	陈家鼎, 何蓉, 肖庆礼, 袁明, 谭奇忠, 彭奎, 魏硕, 李生春. 温度和含水率对烟叶热物理特性的影响及其预测模型建立[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 172-180.
[13]	张晶云, 荣仕宾, 秦艳青, 吴疆, 王俊, 李晶晶, 冯雨晴, 赵园园, 钟秋, 史宏志. 采收方式对调制后烟叶叶片和主脉TSNAs 及前体物含量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 57-65.
[14]	杨金初, 童治军, 李萌, 赵旭, 徐永明, 冯颖杰, 杨宗灿, 曲鹏, 李悦, 孙九喆, 张轲. 基于SNP 标记的4 个品种复烤烟叶鉴别研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 174-180.
[15]	张卫正, 陈赛越扬, 王艳玲, 帖金鑫, 丁佳, 李萌, 李灿林, 苏晓珂, 甘勇. 基于YOLOv3 改进算法的烟叶原料烟草甲识别方法研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(11): 157-166.