氣相色譜-質譜法分析卷煙煙絲和“九曲紅梅”紅茶樣品在加熱不燃燒條件下釋放出的揮發物及用摻入紅茶的煙絲制卷煙的初步探討

張麗娜，李萍萍，胡安福，黃忠平

(1.浙江大學 生物系統工程與食品科學學院，杭州310058; 2.浙江中煙工業有限責任公司 技術中心，杭州310008;3.浙江工業大學 化學工程學院，杭州310014)

加熱不燃燒卷煙是利用特殊熱源(一般溫度不高于500 ℃)加熱煙絲或煙草提取物，“不產生側流煙氣且幾乎不產生環境煙草煙氣”的一類新型煙草制品[1-2]。加熱不燃燒卷煙的加熱模式主要有碳加熱、電加熱和理化加熱等[3]。為了滿足消費者抽吸時對煙草的特征感受，在加熱不燃燒卷煙配方及添加劑方面的研究是熱點方向之一。

研究表明，茶葉中含有茶多酚、自由基、咖啡因和茶堿等多種有效成分和致香成分，添加至卷煙中可絡合煙堿、“吸附”煙氣中的有害成分從而降低吸煙危害，同時還可以改善吸食口感[4-5]。早已有將茶葉應用于卷煙中的報道[6-11]，但在新型煙草制品中的應用報道還較少。張建勛等[12]開發了一款含茶組分的口含煙;蘇和生等[13]開發了一款包括煙絲及煙絲重量為1.5～9 倍茶葉的茶葉保健煙;屈展等[14]開發了一種以茶葉、煙草及其他添加劑為原料的無煙氣制品。但將茶葉加入加熱不燃燒卷煙中并對其加熱釋放成分及感官功效的研究應用還鮮有報道。

“九曲紅梅”是浙江特有的紅茶品種，香氣馥郁、濃厚、甜潤，發酵紅茶較綠茶有更高含量的茶黃素和茶紅素[15]，其裂解產物含有大量的咖啡因[16]，可彌補加熱不燃燒卷煙因煙堿含量降低導致的生理滿足感下降的不足。本工作以浙江出產的“九曲紅梅”紅茶樣品為研究對象，以下簡稱為紅茶樣品，利用氣相色譜-質譜法對紅茶樣品的揮發物進行分析，并將紅茶茶葉加入加熱不燃燒卷煙中進行感官評價，為茶葉替代部分煙絲加入加熱不燃燒卷煙的研究提供理論參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

PY-3030D 型多重擊式縱型微型爐裂解器;QP2010SE型氣相色譜-質譜聯用儀;XY-208D 型中藥粉碎機;BP211D 型電子天平。

“九曲紅梅”紅茶茶葉購于杭州茶葉市場，煙絲由某公司提供。

1.2 儀器工作條件

1)裂解器 裂解爐溫度為200 ℃，接口溫度為250 ℃。

2)色譜條件 Rtx-5MS 毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25μm);氣化室溫度為200℃;氦氣流量為1 m L·min－1;分流進樣，分流比為30∶1。柱升溫程序:初始溫度為50 ℃，以5 ℃·min－1的速率升溫至300 ℃，保持10 min。

3)質譜條件 傳輸線溫度為250 ℃;電子轟擊離子源(EI);電離能量為70 eV;離子源溫度為220 ℃;質譜掃描范圍為40～650 amu。采用NIST譜庫進行鑒定分析。

1.3 試驗方法

分別將紅茶與煙絲用中藥粉碎機研磨成粉后經過0.178 mm 網篩過濾，所制得的紅茶與煙絲粉末樣品供試驗使用。稱取0.2 mg粉末樣品于樣品杯中，將樣品杯固定于進樣桿后，裝入氣相色譜儀進樣口上方的裂解器。待儀器溫度達到設定溫度并穩定后，按下進樣按鈕，樣品杯通過自由落體迅速掉入裂解爐爐心。在氦氣(He)氛圍中，揮發性成分瞬間氣化，由載氣帶入氣相色譜柱中進行分離，最后通過質譜鑒定，從而得到總離子流色譜圖。試驗裝置圖見圖1。

圖1 試驗裝置圖Fig.1 Diagram of testing device

1.4 感官質量評價

將紅茶樣品粉末按照5%，10%，30%的質量百分比直接加入加熱不燃燒卷煙(器具加熱溫度200 ℃左右)煙絲粉末中，添加一定比例的丙三醇，然后從發燙、煙氣量、香氣質、香氣量、混濁、雜氣、刺激、純凈度、舒適度和水漬味等10個指標對加熱不燃燒卷煙的感官質量進行評價，采用10分制評分，總分100 分，加熱不燃燒卷煙感官質量評價標準見表1。

表1 加熱不燃燒卷煙感官質量評價標準Tab.1 Evaluation criteria for sensory quality of non-burning heating cigarettes

2 結果與討論

2.1 紅茶樣品與煙絲樣品的氣相色譜-質譜法比對

按照試驗方法對紅茶樣品與煙絲樣品進行測定，紅茶樣品與煙絲樣品在200 ℃下的總離子流色譜圖見圖2。

由圖2可知:紅茶樣品與煙絲樣品在200 ℃條件下釋放的產物種類、含量存在較大的差異。可通過對紅茶與煙絲進行不同質量比的混合實現改善加熱不燃燒卷煙感官品質的目的。

通過Nist 20 標準質譜圖庫檢索結合人工解析，對圖2中的部分色譜峰進行鑒定，峰面積歸一化法確定各揮發成分的相對含量，并將各揮發成分分為烴類、酸類、雜環類和醛/酮類及醇/酯類，結果見表2。

圖2 紅茶與煙絲的總離子流色譜圖Fig.2 TIC chromatograms of black tea and tobacco

表2 紅茶與煙絲在200 ℃下的峰定性結果Tab.2 Peak qualitative results of black tea and tobacco at 200 ℃

表2(續)

由表2可知:煙絲樣品中共檢測出21種物質，按其種類可分為烴類4種、酸類1種、雜環類2種、醛/酮類4種和醇/酯類10種。其中，以醇/酯類、雜環類和醛/酮類的釋放產物為主，占釋放產物總含量的98%左右;醇/酯類相對含量為72.43%，其中丙三醇相對含量最高，是人為添加的發煙劑，含量占59.34%，其次3-丁炔-1-醇的含量較高，為4.32%;雜環類相對含量為20.63%，其中主要為煙堿，其相對含量為20.34%;醛/酮類相對含量為5.82%，主要包括5-羥甲基糠醛(3.23%)和2，3-二氫-3，5二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮(2.12%)等4種組分。

與煙絲樣品不同，紅茶樣品中主要成分為雜環類物質咖啡因，其相對含量為86.23%;其次醇/酯類物質相對含量為11.07%，包括3-丁炔-1-醇(5.82%)、(Z)-十 八-9-烯 醇(1.65%)和 豆 固 醇(1.55%)等10種組分;紅茶樣品中含有8種少量的醛/酮類物質(1.44%)，其中庚醛的相對含量為0.70%，(Z)-9-十六碳烯醛的相對含量為0.36%;紅茶樣品中還含有相對含量較低的烴類2 種和酸類2種，分別為0.65%，0.61%。值得注意的是紅茶樣品中檢測到的6種醇/酯類、8種醛/酮類以及2種酸類等低含量物質為紅茶樣品的特征組分，在煙絲樣品中并未檢出。

煙絲樣品的閃蒸裂解產物與紅茶樣品的閃蒸裂解產物引起的感官質量見表3。除煙堿、咖啡因外，可以明顯發現紅茶樣品的裂解產物中香味物質較煙絲中的多。例如庚醛、十一醛、壬醛、癸醛、十二醛、植物醇、(E)-2-癸烯醇和(E)-2-十一烯醇是紅茶特有的甜香、果香、花香等香氣成分。

試驗對色譜圖的重現性進行了考察，各峰面積百分含量的相對標準偏差(n＝5)為1.1%～6.9%，表明方法的重現性較好。

2.2 不同比例的紅茶與煙絲混合物中咖啡因和煙堿的相對含量變化

將紅茶樣品粉末按照質量比分別為5%，10%，30%的添加比例加入煙絲中，按試驗方法進行測定，咖啡因和煙堿的相對含量變化見圖3。

由圖3可知:咖啡因相對含量隨著紅茶茶葉添加比例的增加呈上升趨勢，增加的含量分別為0.71%，1.96%，7.23%;煙堿相對含量隨著紅茶添加比例的增加呈下降趨勢，下降的含量分別為21.75%，20.13%，17.39%。主要原因是紅茶樣品中不含煙堿，用紅茶代替部分煙絲使得每份相同質量煙絲中的固有煙堿絕對值下降;同時紅茶中存在的酸性物質可能與煙堿結合生成結合態的煙堿鹽，從而降低游離態煙堿的含量[23-24]，導致煙堿含量下降。

圖3 不同質量比紅茶與煙絲混合物中的咖啡因和煙堿含量變化Fig.3 Content changes of caffeine and nicotine in the mixtures of black tea and tobacco with different mass ratios

茶葉中還含有復雜氮環的多種生物堿，例如咖啡因、茶堿和可可堿等，其中咖啡因所占比例最高，在干茶中的含量約為2%～4%[25]。咖啡因是一種黃嘌呤生物堿化合物，是一種強抗氧化劑和中樞神經興奮劑，能有效抵抗身體中的自由基，預防心血管疾病，提高人體神經興奮度。科學家研究了尼古丁、可卡因、酒精、海洛因、咖啡因和大麻等6種常見毒品后，發現咖啡因在停服反應、強化性、耐受性、依賴性和中毒這5種成癮指標上都比煙堿低得多[26]。

綜上可知，當紅茶與煙絲以不同比例混合后，紅茶中的咖啡因具有預防心血管疾病，提高人體神經興奮度和強抗氧化，同時降低了煙絲中煙堿的使人上癮和患高血壓的風險，降低了煙絲對人體健康的潛在危害。紅茶中特有的醇/酯、醛/酮類物質，也提高了香氣量，使得煙絲的香氣更加濃郁。

2.3 感官質量評價分析

將紅茶茶葉粉末按照百分比例分別為5%，10%，30%加入煙絲中進行感官抽吸，對發燙、煙氣量、香氣(香氣質、香氣量、混濁)、雜氣、刺激性、吸味(純凈度、舒適度、水漬味)等10個指標進行評價，評價結果見表3。

將紅茶樣品添加進卷煙后有較好的紅茶抽吸風格，能整體提升卷煙煙氣優雅感，強化煙絲的果香、甜香、花香香韻，提升香氣量和香氣豐富性，細膩柔和煙氣、改善余味增強回甜感。當茶葉添加比例增大時，會增加口腔刺激和殘留，紅茶外香明顯，同時因茶堿含量增加會降低抽吸舒適度。當紅茶添加量為10%時，在余味和口感上有較好的表現，具有全面提升感官品質的功效，整體抽吸舒適性和協調性較好，香氣質和香氣量適中。因此在卷煙煙絲中直接添加適量的紅茶能較好的提升產品感官質量，具有較好的應用前景。

表3 不同比例紅茶與煙絲混合物感官質量評價表Tab.3 Sensory evaluation of the mixtures of black tea and tobacco with different ratios

本工作應用了氣相色譜-質譜法測定卷煙煙絲和紅茶在200℃下的釋放的化學成分的含量。結果表明，茶葉樣品中的咖啡因、6種醇/酯、8醛/酮以及2種酸等物質為紅茶的特征組分。該研究可為紅茶替代部分煙絲加入加熱不燃燒卷煙研究提供一定的參考依據。