卷煙主流煙氣辛香特征成分組群的分布特征及感官貢獻

范 武，何 峰，姬凌波，王劉勝，柴國璧，趙 暉，張啟東，劉 偉，史清照*，馮文寧*

1. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

2. 河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，石家莊市橋西區(qū)維明大街1 號 050051

卷煙的消費形式?jīng)Q定了其風(fēng)格特征是由煙氣的香氣、味覺和化學(xué)感覺等不同類型風(fēng)味效應(yīng)同時發(fā)生作用而形成，其中香氣風(fēng)格（香型）對于卷煙風(fēng)味的意義是決定性的。無論煙葉類型的劃分，還是產(chǎn)品品類的構(gòu)建，香氣風(fēng)格均被作為最重要的依據(jù)之一［1-2］。卷煙的香氣風(fēng)格主要是由煙氣不同特征香韻的共同作用形成，而每種特征香韻的背后均存在由一組共性香氣特征成分構(gòu)成的物質(zhì)基礎(chǔ)。明確煙氣各特征香韻成分組群對綜合考察不同卷煙產(chǎn)品香氣結(jié)構(gòu)的差異，認(rèn)識卷煙風(fēng)格特征的形成機制具有重要意義。近年來，通過化學(xué)分離分析與感官評價技術(shù)的有機結(jié)合，研究者們發(fā)現(xiàn)了卷煙煙氣中的焦甜香［3］、煙熏香［4］和酸香［5］等香韻特征成分組群的成分構(gòu)成及其分布特征，并利用香氣活性值（Odor activity value，OAV）技術(shù)闡明了各特征香韻成分組群中不同成分的感官貢獻。辛香是桂皮、八角、丁香、肉豆蔻、芫荽等辛香料所具有的香氣韻調(diào)，是《中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》中香氣風(fēng)格評價的15 個重要香韻指標(biāo)之一［6］。鑒于此，本研究中系統(tǒng)篩選出卷煙煙氣中可作為煙用香料使用的辛香特征成分，測定其在不同卷煙主流煙氣粒相物中的分布，結(jié)合香氣活性值確定各成分對煙氣辛香香韻的貢獻，以期為傳統(tǒng)卷煙、新型煙草制品的調(diào)香實踐提供基礎(chǔ)支撐，并為進一步了解卷煙煙氣的風(fēng)味結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

實驗用卷煙樣品為15 個市售品牌成品卷煙，卷煙類型和盒標(biāo)焦油量見表1。

表1 15 個卷煙樣品的類型和盒標(biāo)焦油量①Tab.1 Types and labeled tar levels of 15 cigarette samples（mg·支-1）

苯甲醚（＞99.0%）、4-異丙基苯甲醛（98.0%）、丁香酚甲醚（＞98.0%）、香芹酚（＞95.0%）、2-甲基苯甲醚（＞98.0%）、6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮（98.0%）、反式-茴香腦（98%）、4-烯丙基苯甲醚（98.0%）、6-甲氧基丁香酚（98.0%）、肉桂醇（98.0%）、丁香醛（＞98.0%）、丁香酚（＞98%）（美國Alfa Aesar 公司）；2-甲基苯并呋喃（99.0%，上海韶遠(yuǎn)試劑有限公司）；4-甲氧基苯甲醛（99.0%，北京百靈威科技有限公司）；二氫丁香酚（＞99.0%）、反式-異丁香酚甲醚（99.0%）、α-松油醇（98%）、4-（2-呋喃基）-3-丁烯-2-酮（95%）、肉桂醛（＞95%）、反式-異丁香酚（99.0%）、對苯二甲醚（99.0%）（美國Sigma-Aldrich 公司）；百里香酚（99.0%）、4-羥基苯甲酸丙酯（99.0%）（上海薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司）；香芹酮（95.0%，上海騰瑞制藥有限公司）；4-烯丙基苯酚（95%）、丙酸蘇合香酯（98%，內(nèi)標(biāo)）（美國Acros 公司）。

7895A/5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent 公司）；SM450 型20 孔道直線型吸煙機（英國Cerulean 公司）；○╱44 mm 劍橋濾片（英國Whatman 公司）；CP224S 型電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；HY-5 型振蕩器（江蘇金壇中大儀器廠）；0.45 μm 尼龍濾膜（中國天津津騰公司）；一次性使用無菌注射器（1 mL，河南曙光健士醫(yī)療器械集團股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 主流煙氣辛香特征成分組群的確定

按照以下3 個原則［7］：①成分對煙氣香氣能否產(chǎn)生直接貢獻，②成分是否安全，③成分是否符合加 香 使 用 規(guī) 范，對Rodgman 和Perfetti［8］的《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》一書中所列出的6 010 種煙氣成分進行篩選，獲得煙氣香氣候選成分名單。

挑選12 名對香料單體感官評價具有豐富經(jīng)驗的人員組成感官評價小組。小組成員使用聞香紙對煙氣香氣候選成分進行嗅聞，并參考各成分在《食 用 香 料 手 冊》［9］和《Fenaroli’s handbook of flavor ingredients》［10］中報道的香氣描述，對其嗅香特征進行討論，最終從中確定卷煙煙氣辛香特征成分組群。

1.2.2 主流煙氣粒相物辛香成分定量分析

按ISO 3308：2012［11］和GB/T 19609—2004［12］規(guī)定的方法抽吸卷煙，使用劍橋濾片收集主流煙氣粒相物，每張濾片收集5 支卷煙；將兩張劍橋濾片置于50 mL 具塞錐形瓶中，加入20 mL 含內(nèi)標(biāo)的乙醇溶液，室溫振蕩30 min，上清液經(jīng)尼龍濾膜過濾后進行GC/MS 分析，每個樣品測定2 次，取平均值。分析條件：

色譜柱：DB-WAXetr 毛細(xì)管柱（60 m×250μm×0.25 μm）；載氣：He；柱流量：1 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；程序升溫：250 ℃（20 min）；不分流模式；傳輸線溫度：250 ℃；電離方式：EI；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離能量：70 eV；掃描模式：選擇離子掃描，根據(jù)保留時間劃分時間段。篩選的25 種待測化合物及內(nèi)標(biāo)保留時間、定性及定量離子參數(shù)見表2。

表2 25 種待測化合物及內(nèi)標(biāo)的保留時間和選擇離子Tab.2 Retention times, quantitative ions and qualitative ions of 25 analytes

1.2.3 辛香成分閾值測定和OAV 計算

采用三點選配法（3-AFC）［13］測定辛香成分在乙醇中的嗅覺閾值。根據(jù)各辛香成分的嗅覺閾值及其在主流煙氣粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算該成分的OAV。

式中：C1表示辛香成分在主流煙氣粒相物中的實測質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為該成分在單支卷煙中的釋放量與實測總粒相物質(zhì)量的比值，μg/g；C2表示該辛香成分的嗅覺閾值，μg/g。

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙煙氣辛香特征成分組群的確定

對于煙草制品尤其是傳統(tǒng)卷煙而言，產(chǎn)品成分的分析研究已經(jīng)持續(xù)性地開展了半個多世紀(jì)，在針對卷煙的研究過程中累積了大量的煙草和煙氣化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。按照煙氣香氣直接貢獻的可能性、成分自身的安全性和加香使用規(guī)范性3 個原則［7］，對《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》［8］一書中的6 010 種煙氣成分進行篩選，獲得了包含300 余種香氣成分的候選名單。在充分參考文獻［9］和［10］中關(guān)于香原料香氣特征描述的基礎(chǔ)上，感官評價小組對候選成分逐一進行嗅香評價，最終確定了包含25 種辛香特征化合物的卷煙煙氣辛香特征成分組群（表3）。

由表3 可知，25 種香氣成分雖然均歸屬于辛香特征成分組群，但其辛香香韻又可分為不同類別，如丁香酚甲醚、二氫丁香酚、丁香酚、反式-異丁香酚甲醚和反式-異丁香酚等呈丁香樣辛香；苯甲醚、4-烯丙基苯甲醚、4-甲氧基苯甲醛和反式-茴香腦呈茴香樣辛香；6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、肉桂醛和丁香醛等呈肉桂樣辛香。此外，25 種香氣成分并非均是單純的辛香，如百里香酚和香芹酚兼具藥草香；二氫丁香酚、丁香酚、4-烯丙基苯酚和丁香醛等兼具煙熏香。這些均反映了卷煙煙氣辛香香韻的多樣性和復(fù)雜性。

表3 卷煙煙氣辛香成分的嗅香特征及安全信息Tab.3 Olfactory characteristics and FEMA information of spicy aroma components in cigarette smoke

2.2 辛香特征成分定量分析的方法驗證結(jié)果

卷煙主流煙氣辛香特征成分定量分析的方法學(xué)驗證結(jié)果見表4。可知，各辛香成分均有較好的線性關(guān)系（r2＞0.998），檢測限為0.034 ～54.338 ng/mL，定量限為0.112 ～181.125 ng/ml，平均回收率范圍為80.16%～113.79%，RSD 為2.53%～8.25%。說明本方法能夠滿足分析檢測要求。

2.3 主流煙氣辛香特征成分組群的分布

采用上述方法對15 個市售品牌成品卷煙主流煙氣中辛香特征成分組群進行了檢測，共計檢出13 種辛香成分，各辛香成分在單支卷煙中釋放量分布見表5。結(jié)果表明，15 種卷煙主流煙氣中辛香成分總釋放量普遍較低，在2.946 ～11.864 μg/支之間。單支釋放量較高的辛香成分主要為丁香醛和反式-異丁香酚，其次為丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，其中丁香醛和反式-異丁香酚在大多數(shù)卷煙樣品中釋放量之和占辛香成分釋放總量的70%～80%，其單支卷煙釋放量均大于1 μg/支；單支釋放量較低的辛香成分主要是2-甲基苯甲醚、反式-異丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。

對比不同類型卷煙主流煙氣中辛香成分的釋放量可以看出，低焦油烤煙型卷煙各辛香成分釋放量并未因焦油減少而出現(xiàn)明顯下降，其中9#、10#和12#卷煙樣品中丁香醛、6-甲氧基丁香酚等成分釋放量甚至高于部分常規(guī)焦油烤煙型卷煙；常規(guī)焦油混合型卷煙主流煙氣中辛香成分釋放總量普遍高于大多數(shù)烤煙型卷煙，這些差異可能是卷煙葉組配方和加香加料等不同因素造成的。此外，1#常規(guī)焦油烤煙型卷煙主流煙氣中丁香酚的釋放量達(dá)5.205 μg/支，是其他卷煙樣品的7.5 ～40倍。Rodgman 等［14］研究發(fā)現(xiàn)煙草在燃燒過程中會產(chǎn)生微量的丁香酚，其主要是煙葉中木質(zhì)素的熱裂解產(chǎn)物。據(jù)文獻［15］報道，未加香加料的單料煙主流煙氣中丁香酚的釋放量在0.245 ～0.298 μg/支范圍內(nèi)。表明1#卷煙主流煙氣中高釋放量的丁香酚很可能是由加香加料造成的。

表4 25 種待測化合物的工作曲線、相關(guān)系數(shù)、檢測限、定量限、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率（n=6）Tab.4 Linear equations, correlation coefficients, limits of detection, limits of quantification, relative standard deviations（RSDs）and recoveries of 25 aroma analytes（n=6）

表5 15 種卷煙樣品主流煙氣中辛香特征成分組群的釋放量Tab.5 Levels of spicy characteristic components in mainstream smoke of 15 cigarette samples （μg·支-1）

2.4 辛香特征成分組群對卷煙煙氣辛香的貢獻度

測定了所檢出的13 種辛香成分在乙醇中的嗅覺閾值，結(jié)合各成分在15 種卷煙主流煙氣粒相物中的實際質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算了相應(yīng)的OAV，結(jié)果見表6。根據(jù)OAV 的高低評估13 種辛香成分對卷煙煙氣辛香香韻的貢獻度大小。

綜合來看，15 種卷煙樣品煙氣中有6 種辛香成分的OAV 均大于1，對卷煙煙氣辛香特征具有直接貢獻。其中，OAV 超過100 的均是二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚等，是煙氣中的關(guān)鍵辛香成分；OAV 為1～50 的均是4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，對卷煙煙氣辛香特征具有比較顯著的直接貢獻。OAV 小于1 的均是2-甲基苯甲醚、2-甲基苯并呋喃、反式-異丁香酚甲醚等，其對煙氣辛香特征的直接貢獻幾乎可以忽略。實驗結(jié)果中，丁香醛的單支卷煙釋放量較高且其嗅覺閾值也較高，而其OAV 不高，對煙氣辛香特征的直接貢獻并不突出；相反，二氫丁香酚的單支卷煙釋放量較低且其嗅覺閾值也較低，而其OAV較高，對煙氣辛香特征的直接貢獻十分明顯。

表6 辛香特征成分組群的嗅覺閾值及其在15 種卷煙主流煙中的香氣活性值Tab.6 Olfactory thresholds of spicy characteristic components and their OAVs in mainstream smoke of 15 cigarette samples

對比不同類型的卷煙可以發(fā)現(xiàn)，二氫丁香酚和肉桂醛在混合型卷煙煙氣中的OAV 明顯高于烤煙型卷煙，而4-甲氧基苯甲醛在烤煙型卷煙煙氣中的OAV 則明顯高于常規(guī)焦油混合型卷煙。除1#烤煙型卷煙由于丁香酚釋放量高且嗅覺閾值低導(dǎo)致OAV 最高外，混合型卷煙煙氣辛香成分的OAV加和明顯高于烤煙型卷煙，這在一定程度上表明混合型卷煙比烤煙型卷煙的辛香特征更加明顯。總體來看，除1#卷煙外，常規(guī)與低焦油兩類烤煙型卷煙煙氣辛香成分的OAV 加和相當(dāng)，分別介于2 299 ～3 789 和2 318 ～4 297 之間。

從辛香香韻類型來看，對卷煙煙氣辛香特征具有明顯直接貢獻的成分中，二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚等均表現(xiàn)為丁香型辛香，3 種成分在各卷煙樣品主流煙氣中OAV 的加和介于2 271 ～17 449 之間，幾乎等于辛香成分的總OAV；4-甲氧基苯甲醛和肉桂醛分別表現(xiàn)為茴香型和肉桂型辛香，二者在15 個卷煙樣品主流煙氣中的OAV 分別介于10.68 ～82.36 和7.34 ～32.70 之間。此外，肉桂型辛香成分6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮和丁香醛在部分牌號卷煙煙氣中的OAV大于1，二者對相應(yīng)卷煙的辛香香韻也具有一定貢獻。從以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，15 種卷煙煙氣辛香香韻主要由丁香、茴香和肉桂香3 類辛香香氣共同作用形成，且以丁香香氣貢獻最大，其在彰顯煙氣辛香香韻方面起主要作用。據(jù)文獻［16-17］報道，吸入丁香酚可以使口腔和喉部的疼痛受體麻木，從而降低卷煙煙氣的刺激性。這可能是以丁香酚為主成分的丁香類煙用香料在卷煙調(diào)香中廣泛使用的重要原因之一，例如，發(fā)源于印度尼西亞的丁香煙便是在煙絲中加入富含丁香油的丁香花蕾“梗絲”制成［18］。另一原因是，煙熏香是卷煙煙氣中一種十分強烈的香韻［4］，而煙氣中丁香型辛香成分如丁香酚和二氫丁香酚等兼具煙熏香氣息，根據(jù)“相似相容原理”［19］，即香氣類型接近的較易搭配，因此丁香香氣與煙熏香氣易和合。

3 結(jié)論

①依據(jù)2013 年Rodgman 和Perfetti 統(tǒng)計的煙草和煙氣化學(xué)成分名單，經(jīng)系統(tǒng)篩查及嗅香特征評價獲得了卷煙煙氣中辛香特征成分組群，共包含25 種辛香特征化合物。②15 種卷煙主流煙氣中共檢出13 種辛香成分，單支卷煙釋放量較大的成分主要為丁香醛和反式-異丁香酚，其次為丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚，單支卷煙釋放量較小的成分主要為2-甲基苯甲醚、反式-異丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。③通過OAV 反映出15種卷煙主流煙氣中對辛香香韻直接貢獻最大的為二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚，其次為4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚。④15種卷煙主流煙氣辛香香韻主要由丁香、茴香和肉桂香3 類辛香香氣共同作用形成，且以丁香香氣貢獻最大。