加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料香氣成分的差異及綜合評價

郭成金，蔣麗紅，唐石云，彭世鴻，劉志華，蔣 薇，劉春波

(1 昆明理工大學 化學工程學院，云南 昆明650500；2 云南中煙工業有限責任公司技術中心 云南省煙草化學重點實驗室，云南 昆明 650231)

加熱卷煙專用稠漿法薄片作為加熱卷煙芯基材的重要來源之一，對其揮發性香氣成分的分析有助于提升加熱卷煙的感官品質。近年來對再造煙葉工藝過程中香味成分的轉移與釋放以及煙葉原料中揮發性成分的分析研究已有報道[1-3]。李華雨等[4]研究再造煙葉生產中濃縮液香味成分的變化，結果發現提取液在濃縮過程中香味成分揮發損失一部分，同時向蒸發冷凝水中轉移了一部分香味成分。沈進等[5]研究發現，茶香再造煙葉制備工藝中存儲時間、松絲回潮、增溫增濕和烘絲過程會降低香味成分含量。Dusautoir等[6]研究表明，加熱卷煙的煙堿、羰基化合物即醛酮類成分釋放含量低于傳統卷煙。然而對煙葉原料與加熱卷煙專用稠漿法薄片之間特征香氣成分釋放的比較研究尚未見報道。

由于再造煙葉揮發性香氣成分具有種類多和基質復雜的特征，采用GC/MS分析需要經過一定前處理后才能進樣。常用前處理方法包括液液萃取[5]、同時蒸餾萃取[4]、靜態頂空[7]等。但液液萃取操作繁瑣、萃取效率低；同時蒸餾萃取由于長時間加熱提取造成小分子類易揮發香氣成分流失較大；靜態頂空分析無富集介質，其靈敏性較差，僅適用于濃度較高的揮發性香氣成分。而頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術(HS-SPME-GC/MS)具有用量少、重現性好、靈敏度高、操作簡便等優勢，被廣泛應用于食品、水體、飲料等揮發性成分的分析與檢測[8-10]。香氣活力值(OAV)是根據香氣成分含量與閾值闡述香氣成分對食品中主體風味的貢獻度[11]。OAV應用于加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中香氣成分對比分析的研究還鮮有報道。

本研究以加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料為試驗對象，通過對萃取纖維頭、萃取溫度、萃取時間、解吸時間、樣品量進行優化，建立一種適用于加熱卷煙專用再造煙葉HS-SPME-GC/MS的分析方法；采用優化HS-SPME-GC/MS方法對加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料之間香氣成分的含量進行分析，并以OAV值表征加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中關鍵香氣成分的釋放差異，旨在為加熱卷煙專用稠漿法薄片在后期增添煙草本源香氣成分和豐富外源香味成分提供分析技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2個批次的煙葉原料粉末(YL-1、YL-2)、加熱卷煙專用稠漿法薄片(BP-1、BP-2)，均由云南中煙工業有限責任公司提供。

所用試劑有乙酸苯乙酯(上海安譜科技股份有限公司，純度≥99.5%)和乙醇(美國Sigma-Aldrich公司，色譜級)。

1.2 儀器與設備

8890C/5977B氣相色譜-串聯質譜聯用儀(美國Agilent 公司)；7種SPME萃取纖維頭(美國Supelco公司)；CTC多功能進樣器(瑞士Combi-PAL)；E12140型電子分析天平(精度0.000 1 g，瑞士OHAUS公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 HS-SPME條件優化 對影響頂空固相微萃取效果的試驗因素(SPME纖維頭類型、萃取溫度、萃取時間、樣品量和解吸時間)進行單因素考察，以加熱卷煙專用稠漿法薄片為試驗對象，香氣成分的總峰面積為考察指標。

SPME纖維頭類型：稱取0.20 g加熱卷煙專用稠漿法薄片于頂空瓶中，加入20 μL 22.422 μg/mL乙酸苯乙酯溶液(內標)，迅速使用帶有聚四氟乙烯墊片蓋子封口，保持加熱器搖晃轉速250 r/min，萃取溫度80 ℃，萃取時間15 min，解吸時間1 min，考察7種不同極性SPME纖維頭對煙草中香氣成分吸附效果的影響，各萃取頭性能參數見表1。每個樣品平行做3次。

表1 7種SPME萃取纖維頭的性能參數

萃取溫度：在上述優化最佳萃取頭試驗下，保持萃取時間15 min，樣品量0.20 g和解吸時間1 min，考察萃取溫度(50，60，70，80，90，100 ℃)對香氣成分萃取效果的影響。

萃取時間：使用優化萃取頭和萃取溫度條件下，保持樣品量0.20 g，解吸時間1 min，研究萃取時間(15，25，35，45，55 min)對香氣成分萃取效果的影響。

樣品量：在上述優化試驗條件下，保持解吸時間1 min，研究不同樣品量(0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 g)對香氣成分萃取效果的影響。

解吸時間：在上述優化試驗條件下，研究不同解吸時間(1，2，3，4，5 min)對香氣成分萃取效果的影響。

1.3.3 揮發性成分的定性與定量分析 采用NIST 17.L譜庫自動檢索進行定性分析，選擇匹配度≥80%；各化合物相對含量以化合物峰面積與內標物峰面積的比值進行半定量計算。 假定各香氣成分相對內標物校正因子為1，按下式計算：

式中：ci為i組分的相對含量，μg/g；w與wt分別為樣品質量和內標物t的質量，g；At與Ai為內標物t和i組分的峰面積。

1.4 香氣活力值的計算

參考文獻[12]，采用香氣活力值(OAV)評價加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的香氣成分對總體香氣的貢獻。OAV按下式計算：

式中：Ci表示第i種揮發性香氣成分的絕對含量，μg/g；Ti表示第i種香氣成分在水中的覺察閾值，μg/g。

OAV≥1表示加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的香氣成分為特征香氣組分；0.1

1.5 數據處理

利用SPSS 21.0軟件對樣品所得數據進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，所得數據結果用Origin 2021作圖和聚類熱圖分析，采用平方歐氏距離對煙葉原料與加熱卷煙專用稠漿法薄片部分香氣成分進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 煙葉香氣成分前處理條件優化

2.1.1 萃取頭類型 根據“相似相溶原理”不同類型SPME纖維頭對香氣成分的富集效果有較大差異，并且煙葉中絕大部分的香氣成分由弱極性和小部分非極性成分組成，因此需要對萃取頭進行優化[13]?？疾觳煌瑯O性涂層纖維萃取頭捕集到香氣成分總峰面積，結果如圖1所示。

C1～C7所指萃取纖維頭類型與表1相同。圖柱上標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同

圖1表明，除C2(85 μm Carboxen/PDMS)外，

C4(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)萃取頭萃取到香氣成分的總峰面積顯著高于其他類型萃取頭(P<0.05)。因此，選用50/30 μm DVB/CAR/PDMS中等極性纖維萃取頭進行后續試驗。

2.1.2 萃取溫度 萃取溫度是影響氣-固相傳質中傳質系數的關鍵參數。由圖2可知，隨著萃取溫度的升高，萃取到的香氣成分總峰面積呈現先顯著增加后趨于平穩。溫度升高對頂空瓶中樣本香氣成分的快速揮發有促進作用，同時涂層纖維與香氣成分的吸附呈負相關[14]，但溫度過高也會影響纖維頭的使用壽命。因此，選擇萃取溫度為90 ℃。

圖2 萃取溫度對香氣成分萃取效果的影響

2.1.3 萃取時間 纖維萃取頭對香氣成分的吸附是氣固相傳質過程，香氣成分在纖維涂層上吸附與解吸附需要一定的時間[15]。由圖3可以看出，隨著萃取時間的延長，香氣成分的總峰面積呈先增加后降低的趨勢。當萃取時間為45 min時總峰面積最大，之后隨著時間推移，總峰面積略有下降。這可能是由于萃取時間增加，一些低沸點的小分子化合物從萃取頭上脫附造成的[16]。因此萃取時間確定為45 min。

2.1.4 樣品量 由圖4可以看出，當樣品量從0.10 g增至0.20 g時，香氣成分的萃取效果呈逐漸變好的趨勢，當樣品用量為0.20 g時萃取效果最佳，當樣品用量大于0.20 g后，香氣成分的萃取效果又開始逐漸變差。這可能是由于樣品量的增加，導致樣品間傳熱不均勻，影響香氣成分在氣-固相間吸附平衡[17]。此外當樣品量逐漸增加時，香氣成分在萃取頭纖維涂層上競爭吸附，導致部分香氣成分從纖維涂層脫附[18]。故而選擇樣品用量為0.20 g。

圖4 樣品量對香氣成分萃取效果的影響

2.1.5 解吸時間 由圖5可知，隨著解吸時間的延長，香氣成分總峰面積逐步增加，3 min時達到最大，之后香氣成分的總峰面積有減小趨勢?？赡艿脑蚴墙馕鼤r間過長，高溫導致部分香氣成分分解[19]。故確定解吸時間為3 min。

2.2 加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料揮發性成分的GC/MS定性分析

在HS-SPME-GC/MS優化條件下，對2個批次的加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料進行檢測分析，結果見圖6和表2。由表2可以看出，2個批次的加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料共檢出76種香氣成分，其中醇類9種、醛酮類26種、酚類3種、有機酸類5種、酯類16種、烴類7種以及雜環化合物類10種。2個批次的加熱卷煙專用稠漿法薄片(BP-1、BP-2)與煙葉原料(YL-1、YL-2)中分別檢出47，50和59，57種香氣成分，其中含量較高的成分為煙堿(397.99～990.57 μg/g)、新植二烯(116.50～450.22 μg/g)、2，3-二氫-3，5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮(2.07～23.60 μg/g)、β-欖香烯(10.18～14.63 μg/g)和棕櫚酸甲酯(4.28～12.68 μg/g)。除β-欖香烯僅在BP-1和YL-1中檢出外，其他4種香氣成分在2個批次樣品均有檢出。煙堿、棕櫚酸甲酯、2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮的含量在2個批次加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中有較大差異(P<0.05)，表現為煙葉原料中含量均顯著高于加熱卷煙專用稠漿法薄片，這與Dusautoir等[6]的結果一致。新植二烯在BP-1和YL-1中差異不大，但在BP-2和YL-2中差異較大，這可能是煙葉原料產地差異造成的。從2個樣本各香氣成分的含量來看，含氮與含氧類化合物在加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中占比較高，但醇類、醛類、酮類等香氣成分的含量在加熱卷煙專用稠漿法薄片中低于煙葉原料。

圖6 加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料香氣成分的GC/MS總離子流圖

表2 加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料的揮發性成分及含量

表2(續) Continued table 2

由表2可見，加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料除了26種共有的香氣成分外， YL-1特有香氣成分為2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、亞甲基環辛烷、壬醛、苯乙醛、苯乙酸甲酯；僅在YL-2中檢出的香氣成分有苯甲醇、2,3-二氫苯并呋喃； BP-2中檢出特有香氣成分有1,2-丙二醇-1-醋酸酯、1,2-丙二醇-2-醋酸酯。BP-1與BP-2共有的涼味劑成分薄荷醇，是煙草香料添加劑，能使卷煙煙氣有清涼感。

2.3 加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的香氣活力值

為了有效地評價加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中香氣成分對主體香氣的貢獻，利用查詢到的加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中部分香氣成分的香氣閾值[20]，計算香氣活力值(OAV)，結果見表3。由表3可以看出，醇類香氣成分中苯乙醇具有玫瑰花香，能提升卷煙香氣，是YL-1和YL-2的關鍵香氣成分；苯甲醇僅在YL-2中檢出，也是關鍵香味成分，具有微弱且甜的花香味[21]?？反季哂刑鹎蚁衩姘南阄?，對YL-1和YL-2的主體香氣有修飾作用。

酮類化合物中大馬酮、香葉基丙酮的含量在加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中都普遍偏低，但其香氣閾值較低，因此是2個煙草樣本的關鍵香氣組分。它們有青草香味，且可增加香氣濃度，能顯著豐富卷煙抽吸時的香氣[22]。β-紫羅酮僅在YL-2和BP-2中檢出，表現出花香、木香韻，能改善煙氣順口感，是BP-2和YL-2中的關鍵香氣組分。甲基庚烯酮帶有典型的清香滋味，是BP-1、YL-1和YL-2中的關鍵香氣組分，但在BP-2中未檢出。

煙草中醛類香氣成分如苯丙氨酸降解產生的苯甲醛、苯乙醛等具有清甜香、花香等香味[23]。其中苯甲醛除是YL-1的關鍵香氣成分外，對BP-1、BP-2和YL-2的香氣質均有一定的修飾效果。苯乙醛對YL-1的主體香氣具有關鍵貢獻?？啡┍憩F出甜、花香、焦甜香型，在2個批次加熱卷煙專用稠漿薄片和煙葉原料中均檢出，其對BP-1和YL-1總體香氣質感有修飾作用，而對BP-2和YL-2的香氣貢獻度較小。壬醛僅在YL-1中檢出，其可提升卷煙清香和脂肪味特征，是構成YL-1的關鍵香氣成分。

煙草中雜環化合物類香氣成分中含量較高的成分是煙堿，它會影響消費者在抽吸卷煙時的吸味，同時使抽吸者獲得一定的生理滿足感[24]。煙堿也對加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料中主體香氣質有關鍵貢獻。此外在YL-1與BP-1中檢出的香氣成分2，6-二甲基吡嗪表現出草本甜味，對YL-1和BP-1的香氣貢獻了修飾效果。2-乙?；量┍憩F出花香、清香的香味，是YL-1和YL-2中的關鍵香氣成分，但在2個批次加熱卷煙專用稠漿法薄片均未檢出。

酚類成分在加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料中的含量很低，其對煙草外觀質量以及香吃味有重要影響[25]。4-乙基愈創木酚、丁香酚在2批次煙草樣本中都檢出，其表現出煙熏的香氣感，是加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的關鍵香氣組分。2，4-二叔丁基苯酚具有甜的香草味，能提升煙氣溫和感，是YL-1的關鍵香氣成分，對BP-1則只有一定的修飾作用。

有機酸類成分中的苯甲酸、苯乙酸、壬酸由于其較高的香氣閾值，除苯甲酸、壬酸對YL-1與YL-2的總體香氣有修飾作用外，它們對加熱卷煙專用稠漿法薄片的香氣度貢獻效果有限；苯乙酸對所有的煙草樣品香氣提升甚微。高級脂肪酸中棕櫚酸對BP-1和YL-1、YL-2的香氣有修飾作用。亞麻酸僅在BP-2和YL-2中檢出，是其關鍵香氣組分。但亞麻酸會破壞煙氣醇和感，提升煙氣的刺激感[26]。

煙草中酯類成分具有降低刺激性，提升煙草香味協調性的作用[27]。其中棕櫚酸甲酯具有脂肪味，是BP-1、BP-2、YL-1和YL-2的關鍵香氣組分。γ-十一內酯是BP-2和YL-2的關鍵香氣成分，賦予煙草強烈的桃子香味。

盡管未查詢到烴類成分中葉綠素降解產物新植二烯的香氣閾值，但其在2個煙草樣品中均有檢出，含量占比超過10%，其表現出清香氣，且能改善煙氣的醇和感。

綜上分析，醛類成分中苯甲醛、壬醛、苯乙醛以及酚類中的2，4-二叔丁基苯酚構成YL-1的關鍵香氣成分，苯甲醇是YL-2的關鍵香氣成分。有機雜環中2-乙?；量嫵蒠L-1和YL-2的共有關鍵香氣成分。大馬酮、香葉基丙酮、β-紫羅酮、甲基庚烯酮、煙堿、4-乙基愈創木酚、丁香酚、亞麻酸、棕櫚酸甲酯、γ-十一內酯等成分在加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料中的OAV均>1，因此構成加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料的特征香氣成分。

2.4 加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的聚類分析

對加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中的香氣成分(表3)進行聚類熱圖分析，結果如圖7所示。

圖上數字1～24與表3中的化合物一一對應；YL和BP中的“1-1～1-3”是3次平行測定結果

由圖7可以看出，2個批次的加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料被分成3個類別。其中2個批次加熱卷煙專用稠漿法薄片的香氣成分較為相似，如壬酸、4-乙基愈創木酚、煙堿等。棕櫚酸、煙堿、4-乙基愈創木酚、β-紫羅酮、苯乙醇等在YL-2中OAV值較高，對其主體香氣貢獻較大；2-乙?；量?、棕櫚酸甲酯、苯甲酸、壬醛、大馬酮和香葉基丙酮等香氣成分在YL-1中OAV值較大，對其主體香氣的構成有顯著貢獻。聚類熱圖的結果表明，加熱卷煙專用稠漿法薄片和煙葉原料在特征香氣釋放上具有較高的區分度。

3 討論與結論

本研究采用HS-SPME-GC/MS對加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料香氣成分的釋放差異進行研究，通過聚類熱圖分析確定加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的特征香氣成分差異性，結果表明煙堿在加熱卷煙專用稠漿法薄片中的釋放量低于煙葉原料，這與Dusautoir等[6]的研究結果基本一致。與煙葉原料相比，加熱卷煙專用稠漿法薄片中醛酮、酯類、酚類、烴類以及有機酸類等香味成分含量普遍低于煙葉原料，這可能是薄片生產階段(包括粉碎與干燥溫度等操作)導致部分含量低的揮發性酮類成分損失。這與劉鴻等[28]的研究結果“加熱卷煙氣溶膠致香成分釋放量較傳統卷煙煙氣低”一致。加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料之間的主體香氣釋放成分差異，可能是由于再造煙葉的原料組成、片基結構等因素對香氣成分的釋放產生影響。

本研究結果表明，從加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中共檢出76種揮發性成分，其中醇類9種、醛酮類26種、酚類3種、酯類16種、雜環化合物類10種、有機酸類5種以及烴類7種?；贠AV值確定了香氣成分對加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料中特征香氣成分，結果表明，大馬酮、香葉基丙酮、β-紫羅酮、甲基庚烯酮、煙堿、4-乙基愈創木酚、丁香酚、亞麻酸、棕櫚酸甲酯、γ-十一內酯等香氣成分構成加熱卷煙專用稠漿法薄片與煙葉原料的特征香氣成分。本研究結果可以為加熱卷煙專用稠漿法薄片豐富煙草本香設計提供技術參考。