兩種加香方式下7種葡萄糖苷配基在煙氣中的裂解轉移規律

韓 路

楚文娟1

胡少東1

趙志偉1

楊 靖2

田海英1

(1. 河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000；2. 鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002)

卷煙紙作為卷煙的輔料，不僅是包裹煙絲，同時還參與了煙支燃燒，對煙支外觀[1]、卷煙燃燒性[2]、卷煙感官質量、煙氣化學成分[3]都起著十分重要的作用。目前，對卷煙紙的研究除了集中在其功能性添加劑，如燃燒調節劑、降害型助劑等方面外，更可以通過在卷煙紙中添加香料改進卷煙主流煙氣味道與品質，達到增香的目的。目前，卷煙紙加香方式主要有以下兩種：① 在生產過程中直接將香料涂布于卷煙紙上[4]，采用該種方法制備的卷煙紙嗅香明顯，適用于外香型卷煙，但因揮發性的影響，貯藏期間及抽吸時特征香氣成分會產生較大損失；② 采用包埋技術將香料微膠囊化，然后再涂布于卷煙紙上[5]，中國對微膠囊在卷煙紙中的應用已開展了相關研究。徐蘭蘭等[6-7]考察了微膠囊對卷煙紙陰燃速率和陰燃溫度的影響，證明了微膠囊在卷煙紙中的可用性。秦艷等[8-9]研究了沉香精油及紅棗精油微膠囊在卷煙紙中的應用，結果顯示其能有效掩蓋卷煙雜氣，降低刺激性，增加甜潤感，煙氣柔和細膩。沈靜軒等[10]研究表明苯乙醇微膠囊在卷煙紙上有較高的貯藏穩定性。黃富等[11]將分子囊化薄荷腦涂布于卷煙原紙上制成特色薄荷型卷煙紙，改善了薄荷型卷煙的品質，并解決了薄荷型卷煙生產中的環境污染和生產線串味問題。中國也有專利報道了香料微膠囊在卷煙紙中的應用[12-14]。

煙草中除揮發性香味成分外，還存在一些糖苷類化合物，此類物質揮發性弱，幾乎沒有香氣，但在燃吸過程中可裂解釋放出糖苷配基，進而影響煙草香氣品質和感官舒適性[15]。Chan等[16-17]合成了肉桂醛葡萄糖苷和香蘭素葡萄糖苷并將其添加到卷煙中，可以明顯增加香氣。曾世通等[18-19]將β-紫羅蘭醇葡糖苷和8種葡萄糖苷添加到卷煙中，研究其熱裂解產物及在卷煙主流煙氣中的釋放行為。李斌[20]將乙基香蘭素葡萄糖苷添加到低焦油卷煙中用于香味補償，同時提高了滿足感。段海波等[21-22]將玫瑰醇和香葉醇糖苷添加到卷煙中，發現卷煙香氣豐滿且前后一致性較好。研究[23-25]發現，具有相同官能團的醇類、醛類和酯類香料單體在卷煙煙氣中的轉移率大多隨著沸點和分子量的增加而變大，低沸點和高沸點香料的遷移率較中、高沸點香料遷移率小。這是因為低沸點香料在燃吸過程的焦油載體中有較高的透發性，從而損失嚴重，遷移率小；高沸點香料揮發性小，不易被焦油所攜帶，大多參加熱解，遷移率小，而中、高沸點的香料遷移率較高。目前，國內外有關糖苷類物質在卷煙加香中的應用已有較多研究，但該類物質在卷煙紙中的應用卻鮮見報道,徐若飛等[26]將乙基香蘭素糖苷添加到卷煙盤紙上，研究其作為盤紙添加劑增香的可能性，但未研究裂解產物乙基香蘭素在卷煙主流和測流煙氣中的轉移規律。文章擬將7種葡萄糖苷按照不同的添加量添加到卷煙紙中，對其主要裂解產物在卷煙主流煙氣和側流煙氣中的裂解轉移率進行研究，以期為該類物質在卷煙紙加香中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

葡萄糖苷標準品(β-D-吡喃葡萄糖5-甲基糠醇苷、β-D-吡喃葡萄糖苯乙醇苷、β-D-吡喃葡萄糖大茴香醇苷、β-D-吡喃葡萄糖香蘭素苷、β-D-吡喃葡萄糖乙基香蘭素苷、β-D-吡喃葡萄糖薄荷醇苷和β-D-吡喃葡萄糖葉醇苷)：產物結構經IR、NMR、HRMS表征，純度達99%以上，自制；

糖苷配基(5-甲基糠醇、苯乙醇、香蘭素、大茴香醇、乙基香蘭素、薄荷醇、葉醇、乙酸苯乙酯)：純度均在98%以上，美國Sigma公司；

二氯甲烷、95%乙醇：分析純，天津市凱通化學試劑有限公司；

“黃金葉”品牌空白卷煙樣品：河南中煙工業有限責任公司；

吸煙機：LM5+型，德國Borgwaldt-KC公司；

吸煙機：RM20H型，德國Borgwaldt-KC公司；

GC/MS聯用儀：8890-5977型，美國Agilent公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國Binder公司；

旋轉蒸發儀：RE-52A型，上海亞萊生化儀器廠；

電子天平：AB265-S型，感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司；

香精香料注射機：Cijector型，德國BURGHART公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 稱取7種葡萄糖苷樣品各0.07 g，加入10 mL 70%乙醇，超聲波輔助溶解，按照煙支煙絲重量的0.01%分別采用涂布和注射的方式添加到卷煙紙表面和煙支中制備成待測樣品；再分別按照煙絲重量的0.001%，0.010%，0.050%將7種葡萄糖苷涂抹到卷煙紙表面制備成待測樣品，將制備好的樣品置于恒溫恒濕箱中[相對濕度(60±2)%、溫度(22±2) ℃]平衡48 h待測。空白對照樣品用70%乙醇采用相同方式加香。

1.2.2 轉移率測定 用吸煙機在國標條件下抽吸20支卷煙，采用劍橋濾片捕集主流煙氣和側流煙氣粒相物，抽吸結束后再吸5口，取出劍橋濾片，脫脂棉擦拭捕集器后同劍橋濾片一同放入100 mL二氯甲烷溶液中。將100 μL內標溶液分別加入到上述溶液中，搖床振蕩1 h，超聲萃取30 min(3次)，減壓濃縮至1 mL，有機相微孔濾膜過濾，待GC-MS分析。并按式(1)計算7種糖苷配基在主流和側流煙氣中的轉移率。

(1)

式中：

a——糖苷配基在煙氣中的轉移率，%；

b——加標樣中糖苷配基的量，μg；

c——空白樣中糖苷配基的量，μg；

d——加入的葡萄糖苷量，μg。

1.2.3 標準曲線繪制 分別稱取一定量的5-甲基糠醇、苯乙醇、香蘭素、大茴香醇、乙基香蘭素、薄荷醇、葉醇，用二氯甲烷定容至100 mL，配制成混合標準樣品貯備液，采用乙酸苯乙酯作為內標，用二氯甲烷定容至100 mL，配成內標標準溶液。分別移取4.000 0，2.000 0，1.000 0，0.500 0，0.250 0，0.125 0，0.062 5 mL混合標樣貯備液于容量瓶中，加入0.5 mL內標(乙酸苯乙酯)貯備液，用二氯甲烷定容，配制成7個不同濃度梯度的混合標樣溶液。分別移取1.0 μL進行GC-MS分析，并計算各標樣的標準曲線的線性方程和相關系數。

1.2.4 檢出限、定量限、精密度和回收率測定 選取40支未加香的空白成品卷煙，按照標準的抽吸條件，收集煙氣粒相物，加入0.2 mL混合標樣貯備液，按1.2.3的處理方法進行萃取并濃縮至1.0 mL，分別取1.0 μL進行GC-MS分析，平行處理7次，計算相對標準偏差(RSD)，同時計算7種糖苷配基的回收率。取系列標準溶液中最低濃度的標準溶液，連續進樣10次，分別以3倍和10倍標準偏差計算檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。

1.2.5 GC-MS分析條件

(1) GC條件：HP-INNOWax 色譜柱(60 m×250 μm×0.25 μm)，程序升溫：初溫50 ℃，保持2 min，溶劑延遲6 min，以4 ℃/min升至220 ℃，保持20 min。進樣口溫度250 ℃；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進樣量1.0 μL，分流比10∶1。

(2) GC-MS條件：電離方式為電子轟擊，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，電子倍增器電壓2.42 kV；掃描范圍40～350 amu，定性分析采用全掃描模式，定量分析采用SIM 模式。

2 結果與討論

2.1 標準曲線繪制

由表1可知，在試驗濃度范圍內，標準工作曲線的相關系數均在0.99以上，表明7種香味成分標準工作曲線相關性良好，且其線性范圍較寬，說明標準工作曲線適用于定量分析。

表1 工作曲線和相關系數Table 1 Standard curve linear regression equation and correlation coefficient

2.2 方法的檢出限、定量限、精密度和回收率

由表2可知，7種香味成分的檢出限為0.44～21.70 ng/mL，定量限為1.50～72.39 ng/mL，均遠低于煙氣中各香味成分含量；相對標準偏差RSD為4.5%～9.0%，加標回收率為76.1%～91.6%，說明該方法適合香味成分的定量測定。

表2 檢出限、定量限、精密度和回收率Table 2 Limits of detection, limits of quantitation,recoveries and precision

2.3 兩種加香方式下的轉移率

由表3可知, 兩種加香方式下，7種糖苷配基在側流煙氣中的轉移率高于主流煙氣中的，主要原因是卷煙靜燃時間比抽吸時間長, 葡萄糖苷在靜燃時裂解釋放出的糖苷配基的量比抽吸時大。在主流煙氣中，7種糖苷配基在煙絲中的轉移率高于添加到卷煙紙上的，而在側流煙氣中正好相反。這可能是添加到煙絲中的葡萄糖苷裂解產生的配糖體被煙絲和卷煙紙包裹，更易進入主流煙氣，而卷煙紙在煙支的最外層，抽吸時裂解產生的糖苷配基容易擴散到空氣中。

表3 兩種加香方式下7種糖苷配基在煙氣中的轉移率測定結果

2.4 卷煙紙中7種糖苷配基在煙氣中的轉移規律

不同添加量下，卷煙紙中7種糖苷配基在主流煙氣中的轉移率如圖1所示，在側流煙氣中的轉移率如圖2所示。

由圖1和圖2可知, 3種添加濃度梯度下，7種葡萄糖苷裂解產生的糖苷配體在側流煙氣中的轉移率均高于其在主流煙氣中的。

圖1 7種糖苷配基在主流煙氣中的轉移率Figure 1 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofmainstream cigarette smoke

圖2 7種糖苷配基在側流煙氣中的轉移率Figure 2 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofsidestream cigarette smoke

在0.001%添加量下，主流煙氣中的5-甲基糠醇的轉移率最高(1.24%)，薄荷醇的最低(0.27%)；在0.010%添加量下，主流煙氣中轉移率最高的為5-甲基糠醇(1.87%)，最低的為薄荷醇(0.38%)；在0.050%添加量下，主流煙氣中轉移率最高的為5-甲基糠醇(1.56%)，最低的為薄荷醇(0.31%)。7種糖苷配基在煙氣中的轉移率差別較大的主要原因可能是這些糖苷配基的結構和性質不同，5個醇類化合物中薄荷醇的沸點最低，屬于低沸點化合物，5-甲基糠醇和葉醇屬于中高沸點化合物，但5-甲基糠醇的沸點高于葉醇，大茴香醇和苯乙醇的沸點超過200 ℃，屬于高沸點化合物，因此5-甲基糠醇的轉移率最高，薄荷醇的轉移率最低，其他依次為葉醇、大茴香醇和苯乙醇；2個醛類化合物中乙基香蘭素的沸點和分子量略大于香蘭素，所以在煙氣中的轉移率高于香蘭素。7種糖苷配基在主流煙氣粒相物中的轉移率表現出隨著添加量的增加先增加后降低，在0.001%添加量下，7種糖苷配基在主流煙氣中的轉移率為0.27%～1.24%，0.010%添加量下為0.38%～1.87%，0.05%添加量下略有下降，為0.31%～1.56%，可能是添加量越高，進入主流煙氣的糖苷配基越容易被煙絲吸附，從而減少其被劍橋濾片捕集的量。在側流煙氣中，7種糖苷配基的轉移率也表現出相同的規律，可能是因為添加量較小時,香料本身的損耗加上有濾嘴的截留,使得遷移率較小。當添加量逐漸增大時,遷移率也逐漸增大,當添加比例增大到一定程度時,遷移率呈減小趨勢,可能與氣溶膠運載能力有關。當添加量較少時,氣溶膠有足夠的能力將其運載進入煙氣,所以遷移率隨添加量而增大,當添加量超過氣溶膠運載能力時,香料單體遷移的量不再增大,遷移率減小。

3 結論

將7種糖苷類香味前體物分別采用注射機加香和卷煙紙涂布加香方式添加到卷煙紙上，其燃燒后均能釋放出相應的糖苷配基。在主流煙氣中，注射到卷煙中的7種糖苷配基的轉移率高于涂布于卷煙紙表面的，而在側流煙氣中正好相反；將7種糖苷類香味前體物按3種不同的添加量涂布到卷煙紙表面，其在側流煙氣中的轉移率高于主流煙氣中的；糖苷配基在主流煙氣和側流煙氣中轉移率最高的為5-甲基糠醇，最低的為薄荷醇，其他依次為葉醇、大茴香醇、苯乙醇、乙基香蘭素和香蘭素。糖苷配基在主流、側流煙氣中的轉移率隨著添加量的增加先增加后降低。煙草中的葡萄糖苷類物質較多，文章僅對部分該類物質在卷煙紙中的轉移規律進行了探討，此外，還有一些對卷煙感官有明顯作用的葡萄糖苷由于在自然界中含量低，結構復雜、化學合成難度大而沒有涉及，后續可以嘗試采用生物合成技術來制備，探索該類物質在卷煙加香中的作用效果，為拓展其應用范圍打下基礎。