香氣活性值用于許昌、郴州和濰坊烤煙香氣差異分析

馬宇平，席高磊，趙志偉，張俊嶺，蔡莉莉，郝 輝，鄭峰洋，陳芝飛

河南中煙工業有限責任公司技術中心，鄭州經濟技術開發區第三大街8 號 450016

濃香型煙葉是中式卷煙主體原料之一，主產于河南省和湖南省，具有烘焙香和烤甜香突出的香氣特征［1-3］。受氣候、土壤、遺傳特性等因素影響［4-10］，不同地區濃香型煙葉之間亦存在差異。目前，煙葉香型的判定主要采用感官評吸的方法［11-16］。由于感官評吸方法受環境、經驗等多因素影響，結果的重現性不理想。因此，尋求更加有效的判別濃香型煙葉差異的檢測方法尤為重要。

香氣活性值（活性閾值）是指香氣成分在主流煙氣中的釋放量與其作用閾值的比值［17］。采用香氣活性值可度量煙氣基質下香氣成分對體系的貢獻度；通過比較香氣活性值，可確定影響煙葉香氣特征的關鍵成分［17］；將煙氣中同一香韻的香氣活性值進行加和，獲得該香韻活性值，根據其對體系的貢獻大小，可區分不同濃香型煙葉風格特征的差異。

本研究中以許昌、郴州和濰坊3 個典型產地濃香型煙葉為對象，采用煙用香料作用閾值評價方法［17］，評定了96 種重要香氣成分的作用閾值，并以GC-MS 法測定其在3 種濃香型煙葉煙氣中的釋放量，獲得香氣活性值并進行對比分析，揭示不同濃香型煙葉的香韻特點，旨在為濃香型烤煙差異判別提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

“黃金葉”品牌參比卷煙（未加香加料）、3 個典型產地濃香型煙葉（2015 年湖南郴州C3F、2015 年山東濰坊C3F、2015 年河南許昌C3F，以下總稱為3 種濃香型煙葉）。

無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、二氯甲烷（AR，國藥集團化學試劑有限公司）；標準品：硝基苯（內標）、2,6-二氯甲苯（內標）、反式-2-己烯酸（內標）、麥芽酚、乙基麥芽酚、5-甲基糠醛、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈創木酚、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、2-乙基吡啶、3-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2,3-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3,5-三甲基吡啶、3,5-二甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2-乙?；拎?、4-乙?；拎?、4-甲基-2-乙?；拎ぁ?-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、異佛爾酮、香葉基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、4-氧代異佛爾酮、2-乙基己醇、3-丁基吡啶、癸醛、乙酸糠酯、枯茗醛、3-乙?；拎ぁ⒁宜?-乙基己酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、糠酸甲酯、4-甲基苯乙酮、苯甲醛、二氫獼猴桃內酯、橙花醇、乙酸芐酯、苯甲醇、苯乙醛、β-二氫紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮、香葉醇、苯乙醇、丁酸、異丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、異戊酸、己酸、3-甲基戊酸、異己酸、2-戊烯酸、庚酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸甲酯、苯甲酸、苯乙酸乙酯、苯乙酮、香茅醇、金合歡基丙酮、乙酸對甲酚酯、3-苯基丙酸、辛酸、壬酸、癸酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸、壬醛、乙酸、丙酸、丁二酸（＞99%，美國Sigma 公司）。

RM20H 吸煙機（德國Borgwaldt KC 公司）；6890/5973N 型氣相色譜/質譜聯用儀（美國Agilent公司）；CIJECTOR 香精注射機（德國Burghart 公司）；BS-224S 精密電子天平（感量0.000 1 g，上海賽多利斯天平儀器廠）；同時蒸餾萃取裝置（上海化科實驗器材有限公司）；Waters 600 半制備型高效液相色譜儀（Waters 科技上海公司）。

1.2 方法

1.2.1 作用閾值評定

依據3 種濃香型煙葉初步定性分析結果，篩選煙氣中96 種重要香氣成分作為研究對象。作者前期已報道了其中61 種香氣成分的作用閾值［17-19］，其他35 種香氣成分（麥芽酚、乙基麥芽酚、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈創木酚、2-甲基-5-乙基吡啶、4-甲基-2-乙?；拎?、3-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、2-乙基己醇、乳酸乙酯、苯甲醛、二氫獼猴桃內酯、異己酸、2-戊烯酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸甲酯、苯甲酸、香茅醇、金合歡基丙酮、3-苯基丙酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸和丁二酸）的作用閾值，按照參考文獻［20］的方法，以“黃金葉”品牌參比卷煙為載體進行評定。

1.2.2 煙氣中香氣成分釋放量的測定

1.2.2.1 標準曲線的繪制

堿性成分混標溶液：按照參考文獻［17］的方法，以硝基苯為內標，分別將2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、2-乙基吡啶、3-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2,3-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3,5-三甲基吡啶、3,5-二甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2-乙酰基吡啶、4-乙酰基吡啶、4-甲基-2-乙?；拎ぁ?-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、3-丁基吡啶和3-乙?；拎さ?9 個堿性香氣成分配制成8 種不同濃度的混標溶液。

中性成分混標溶液：按照參考文獻［18］的方法，以2,6-二氯甲苯為內標，分別將5-甲基糠醛、異佛爾酮、香葉基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、4-氧代異佛爾酮、2-乙基己醇、癸醛、乙酸糠酯、枯茗醛、乙酸2-乙基己酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、糠酸甲酯、4-甲基苯乙酮、苯甲醛、二氫獼猴桃內酯、橙花醇、乙酸芐酯、苯甲醇、苯乙醛、β-二氫紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮、香葉醇、苯乙醇、苯甲酸甲酯、苯乙酸乙酯、苯乙酮、香茅醇、金合歡基丙酮、乙酸對甲酚酯、壬醛等32 個中性香氣成分配制成5 種不同濃度的混標溶液。

酸性成分混標溶液：按照參考文獻［19］的方法，以反式-2-己烯酸為內標，分別將麥芽酚、乙基麥芽酚、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈創木酚、丁酸、異丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、異戊酸、己酸、3-甲基戊酸、異己酸、2-戊烯酸、庚酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸、3-苯基丙酸、辛酸、壬酸、癸酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸、乙酸、丙酸和丁二酸等35 個酸性香氣成分配制成7 種不同濃度的混標溶液。

依次取1 mL 不同濃度的混標溶液，采用SIM掃描模式，設定定量離子和定性離子進行分析。以目標成分與內標的濃度比為橫坐標，峰面積比為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.2.2 煙氣中香氣成分樣品的制備

將3 種濃香型煙葉卷制成煙支后，按GB/T 5606.1—2004［21］的方法挑選煙支，并于溫度（22±2）℃和相對濕度（60±5）%條件下平衡48 h。分別按照參考文獻［17-19］的方法，制備得到含內標的堿性成分、中性成分和酸性成分樣品。其中，中性成分樣品按照參考文獻［22］的方法，采用半制備型高效液相色譜分離，并在各流份中加入50 μL 內標溶液（0.85 mg/mL 的2,6-二氯甲苯/二氯甲烷溶液），濃縮至1.0 mL。

1.2.2.3 GC-MS 分析條件

（3）酸性香氣成分分析。色譜柱：DB-5MS 石英毛細管柱（60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.）；載氣：氦氣；流量：1.0 mL/min；進樣量：1 μL；進樣口溫度：280 ℃；分流比：1∶3；溶劑延遲：8 min。升溫程序：離子源溫度：250 ℃；電離方式：EI；電子能量：70 eV；掃描模式：全掃描（Scan）和選擇離子監測（SIM）；掃描范圍：35～550 amu。

1.2.3 煙氣中香氣成分的香氣活性值計算

以按照參考文獻［20］的方法獲得的96 種目標成分作用閾值范圍的上限作為作用閾值（μg/g），結合目標成分在卷煙主流煙氣中的釋放量（μg/g），按公式（1）計算煙氣中香氣成分的香氣活性值。

2 結果與討論

2.1 香氣成分作用閾值及香韻歸屬

96 種香氣成分作用閾值評定結果見表1，并以參考文獻［23］為主要依據，按香氣成分在煙氣中呈現的主要香韻進行歸屬（表1）。

由表1 可知：①總體上看，96 種香氣成分作用閾值介于8.68×10-14和12.3 μg/g 之間，不同成分的作用閾值差異較大，其中，香茅醇作用閾值最小，乙基麥芽酚最大，二者相差15 個數量級。②互為同分異構體的化合物的作用閾值不同，如2-甲基吡啶和3-甲基吡啶的作用閾值相差5 個數量級，2,6-二甲基吡啶和3,5-二甲基吡啶的作用閾值相差達6 個數量級。③互為同系物的化合物的作用閾

值相差較大，如麥芽酚和乙基麥芽酚的作用閾值相差6 個數量級，3-甲基喹啉和2,6-二甲基喹啉兩者的作用閾值相差6 個數量級。以上結果顯示，卷煙煙氣香氣成分的作用閾值與其所含官能團、分子量大小等不存在必然關聯性。

表1 96 種香氣成分的作用閾值和特征離子Tab.1 Functional thresholds and characteristic ions of 96 aroma components （μg·g-1）

2.2 香氣成分定量分析

卷煙主流煙氣中96種香氣成分釋放量的分析結果見表2。

表2 主流煙氣中96 種香氣成分的釋放量Tab.2 Releases of 96 aroma components in mainstream cigarette smoke （μg·g-1）

表2（續）

由表2 可知：①郴州C3F、濰坊C3F 和許昌C3F 濃香型煙葉的主流煙氣粒相物中，乙酸釋放量最高（分別為475.103、551.326 和455.425 μg/g），其次為十六酸和油酸。②3 種濃香型煙葉的堅果香、膏香、脂蠟香、烤甜香和甜香5 種香韻香氣成分總釋放量存在差異。其中，郴州C3F、濰坊C3F和許昌C3F 濃香型煙葉主流煙氣中堅果香成分總釋放量分別為41.724、41.988 和68.085 μg/支，許昌C3F 最高；膏香成分總釋放量分別為13.463、10.342 和13.704 μg/g，許昌C3F 最高；脂蠟香香氣成分總釋放量介于219.675～469.523 μg/g 間，濰坊C3F 最高；烤甜香成分總釋放量分別為21.032、33.557 和30.239 μg/g，濰坊C3F 最高；甜香成分總釋放量分別為6.812、5.472 和7.320 μg/g，許昌C3F最高。③3 種濃香型煙葉中其他香韻香氣成分總釋放量基本相同。

2.3 香氣活性值

根據96 種香氣成分的作用閾值及在主流煙氣中的釋放量，計算其香氣活性值，并將同一香韻香氣成分的香氣活性值加和，得到10 種香韻活性值，結果見表3。對香韻活性值取以10 為底的對數并做雷達圖進行分析，結果見圖1。

表3 10 種香韻活性值Tab.3 Activity thresholds of 10 aroma notes

圖1 10 種香韻活性值雷達圖Fig.1 Radar chart of activity thresholds of 10 aroma notes

由表3 和圖1 可以看出：盡管許昌C3F、郴州C3F 和濰坊C3F 均屬于濃香型煙葉，但三者在某些重要香韻上仍存在較大不同。其中，許昌C3F的堅果香、膏香和烤甜香香韻最為突出，郴州C3F的甜香香韻最為突出，而濰坊C3F 的脂蠟香香韻更為突出。以上研究表明，通過比較香韻活性值，可明顯區分濃香型煙葉風格特征差異。該研究結果可為增強卷煙葉組配方設計高效性、進一步彰顯卷煙風格特征提供參考。

3 結論

（1）96 種香氣成分的作用閾值介于8.68×10-14～12.3 μg/g；香氣成分作用閾值與其所含官能團、分子量大小不存在必然關聯性。

（2）郴州C3F、濰坊C3F 和許昌C3F 濃香型煙葉的主流煙氣中，乙酸的釋放量最高，其次為十六酸和油酸。堅果香、膏香、脂蠟香、烤甜香和甜香5種香韻香氣成分總釋放量存在差異，其他香韻香氣成分總釋放量基本相同。

（3）采用香氣活性值的方法，判別了3 種濃香型煙葉在某些重要香韻上存在的差異。其中，許昌C3F 的堅果香、膏香和烤甜香香韻最為突出，郴州C3F 的甜香香韻最為突出，濰坊C3F 的脂蠟香香韻更為突出。