低焦油卷煙的煙氣成分及吸食品質(zhì)的關(guān)系研究

趙賽月，張峻松，董振山，何 山，張 博

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)，河南鄭州 450002）

隨著卷煙行業(yè)改革和轉(zhuǎn)型的需要，低焦油卷煙產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)銷售成為我國煙草行業(yè)發(fā)展的趨勢。對于我國烤煙型卷煙占95%以上的煙草行業(yè)來說，烤煙型卷煙較高的糖堿比，使得煙氣的酸性較大，游離鹽堿的比例較低，煙氣生理感受較低，煙氣柔和，勁頭和滿足感比相同焦油的混合型卷煙小，所以中式烤煙型卷煙的降焦難度更大。當(dāng)前眾多的卷煙企業(yè)采用減害降焦技術(shù)和新型材料，已經(jīng)明顯降低了卷煙焦油和有害成分的含量，但同時也在不同程度上降低了卷煙的抽吸品質(zhì)。因此，進(jìn)行烤煙型低焦油卷煙香味補(bǔ)償?shù)难芯亢苁瞧惹校彝ㄟ^香精香料進(jìn)行香味補(bǔ)償占有重要地位[1]。香精香料技術(shù)也已成為煙草行業(yè)必須掌握的核心技術(shù)之一[2]。

1 材料與方法

1.1 材料

以市場上銷售具有代表性的10種低焦油卷煙為對照卷煙，分別編號為1～10。

10種代表性低焦油卷煙見表1。

表1 10種代表性低焦油卷煙

1.2 方法

1.2.1 設(shè)備儀器

電子天平、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱、20孔道轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)等。

1.2.2 樣品處理

（1） 低焦油卷煙煙氣成分檢測。表1中10種低焦油卷煙樣品各20支，按照GB/T 16447—2004平衡后，采用標(biāo)準(zhǔn)抽吸條件GB/T 19609—2004的要求用劍橋?yàn)V片對卷煙主流煙氣粒相物進(jìn)行收集[3]。抽吸完成后，將劍橋?yàn)V片置于100 mL錐形瓶中，加入50 mL丙酮，超聲萃取30 min。之后取20 mL萃取液于50 mL濃縮瓶，在溫度50℃，轉(zhuǎn)速350 r/min條件下濃縮至0.5 mL，加入50μL內(nèi)標(biāo)定容至1 mL，用針頭過濾器過濾后再進(jìn)行GC/MS分析。

（2）低焦油卷煙感官品質(zhì)評吸。采用GB 5606.4—2005中的方法進(jìn)行卷煙感官評吸，檢測項(xiàng)目包括光澤、香氣、諧調(diào)、雜氣、刺激性和余味，各檢驗(yàn)項(xiàng)目均以0.5分為計(jì)分單位，采用暗評計(jì)分方法，各單項(xiàng)得分和總分為10位評委打分的平均值[4]。

（3）低焦油卷煙煙氣成分與感官品質(zhì)相關(guān)性分析。典型相關(guān)分析采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行分析。

1.2.3 儀器條件

儀器分析檢測條件：進(jìn)樣口溫度260℃，載氣He，流速1 mL/min，GC/MS接口溫度280℃，離子源EI源，電子能量70 eV，掃描范圍35～455 AMU，離子源溫度230℃，升溫梯度50℃（2 min） -3℃/min-160 ℃ （1 min） -4℃/min-280℃ （20 min），圖譜庫NIST98，WILEY275標(biāo)準(zhǔn)譜庫[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 代表性低焦油卷煙產(chǎn)品煙氣成分分析

2.1.1 主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分含量分析

對10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發(fā)成分總離子流圖進(jìn)行庫檢索分析，發(fā)現(xiàn)這10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分絕大部分都含有132種物質(zhì)，主要有乙酸、苯、豆甾醇、煙堿+三甘酯、甲基-4-吡喃-4-酮、巨豆三烯酮D、羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮、棕櫚酸、5-（羥甲基）-2-呋喃甲醛、莨菪葶、新植二烯、維E、5-（羥甲基）-2-呋喃甲醛、麥斯明、硬脂酸、1,6-脫水-β-D-吡喃型葡萄糖等。

10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發(fā)成分總離子流圖見圖1。

2.1.2 主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分含量差異分析

根據(jù)卷煙煙氣成分分析，各品牌卷煙的主要揮發(fā)性成分為3-戊烯-2-酮、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-異丙基環(huán)戊烯、芳樟醇、2-羥基-3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、2,3-二氫-1H-茚酮、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等，其中芳樟醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素均為卷煙常用外加香。芳樟醇感官特征具有花香、木香、蠟香、醛香、清香、柑橘香、漿果香、玫瑰香；β-大馬酮感官特征為具有甜的果香、木香、藥草香、薄荷香；β-二氫大馬酮感官特征為具有果香、木香，并有漿果、薄荷、藥草香韻；香蘭素感官特征為具有甜香、香夾蘭、奶油香，并有十分甜的味道。

圖1 10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發(fā)成分總離子流圖

10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分中重要致香物質(zhì)含量平均值見表3。

通過對10種代表性低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分中3-戊烯-2-酮、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-異丙基環(huán)戊烯、芳樟醇、2-羥基-3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、2,3-二氫-1H-茚酮、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質(zhì)進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明，10種代表性低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分中的β-二氫大馬酮和二氫獼猴桃內(nèi)酯含量存在極顯著差異，而苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、香蘭素、α-鳶尾酮和金合歡醇存在顯著差異。而10號卷煙主流煙氣中未檢測出苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要香氣物質(zhì)。

2.2 代表性低焦油卷煙產(chǎn)品感官品質(zhì)分析

2.2.1 感官品質(zhì)評價結(jié)果

結(jié)合上述10種卷煙的煙氣揮發(fā)性成分檢測結(jié)果，分別對10種卷煙進(jìn)行感官品質(zhì)評價，分別對10位評委評吸結(jié)果計(jì)算平均值。

10種低焦油卷煙感官評吸結(jié)果（n=10） 見表4，10種卷煙抽吸品質(zhì)評價結(jié)果見表5。

2.2.2 感官品質(zhì)差異分析

由表4、表5可知，1～9號卷煙基本上在香氣量、香氣濃度和煙氣柔潤性方面有較好的表現(xiàn)，而10號卷煙在香氣量、香氣濃度、透發(fā)性和口腔余味方面還需進(jìn)一步完善。

2.3 低焦油卷煙產(chǎn)品煙氣成分和感官品質(zhì)相關(guān)性分析

表3 10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發(fā)性成分中重要致香物質(zhì)含量平均值

表4 10種低焦油卷煙感官評吸結(jié)果（n=10）/分

表5 10種卷煙抽吸品質(zhì)評價結(jié)果

為探索進(jìn)一步完善自產(chǎn)卷煙在香氣、余味、雜氣、協(xié)調(diào)和刺激方面的方法，擬開展這5項(xiàng)感官品質(zhì)與卷煙煙氣重要致香成分的相關(guān)性分析，以期能從化學(xué)成分的添加影響和改進(jìn)自產(chǎn)卷煙產(chǎn)品的感官品質(zhì)。

2.3.1 典型相關(guān)分析

結(jié)合感官品質(zhì)分析（表4，表5），根據(jù)10種低焦油卷煙樣品揮發(fā)性成分，按照糖類、酸酯類、醛酮類、萜烯類、雜環(huán)類、生物堿類、烷醇類和其他類進(jìn)行分類合并和數(shù)據(jù)分析處理。結(jié)果表明：①增香功能。萜烯類化合物的增加，香氣強(qiáng)度也明顯增大，萜烯類化合物對香氣有明顯影響。而糖和酸酯類增加，強(qiáng)度隨之減弱，這類化合物對增香有一定的抑制作用。②降刺功能。酸酯類、萜烯類含量較大，而醛酮類較小。③保潤功能。醛酮類和烷醇類含量較大，這類化合物含量大的香原料對保潤有較好的效果。④除雜功能。糖類、酸酯類、酮醛類和萜烯類含量較大，能夠掩蓋煙氣中的雜氣。

通過10種低焦油卷煙產(chǎn)品中香葉醇（X1）、香茅醇 （X2）、β -大馬酮 （X3）、β -二氫大馬酮 （X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X6）、α-鳶尾酮（X7）和金合歡醇（X8）等重要致香物質(zhì)指標(biāo)與感官品質(zhì)香氣 （Y1）、雜氣 （Y2）、諧調(diào) （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5個特征指標(biāo)之間的典型相關(guān)分析，探討重要致香物質(zhì)和感官品質(zhì)之間的關(guān)系。

10種低焦油卷煙產(chǎn)品中各類致香成分與感官品質(zhì)的典型相關(guān)系數(shù)及特征值見表6。

由表6可知，第1，2對典型相關(guān)變量的相關(guān)系數(shù)分別為0.772 366和0.702 181，且相關(guān)性檢驗(yàn)達(dá)極顯著水平，從第3對典型相關(guān)變量開始，其相關(guān)性檢驗(yàn)均不顯著，故選取第1，2對典型變量進(jìn)行分析，其方差貢獻(xiàn)率分別為0.516和0.339 4，累積方差貢獻(xiàn)率為0.855 4。

進(jìn)一步由典型相關(guān)得分系數(shù)，可得下述典型相關(guān)模型：

表6 10種低焦油卷煙產(chǎn)品中各類致香成分與感官品質(zhì)的典型相關(guān)系數(shù)及特征值

由模型可知，u1和v1表征重要致香物質(zhì)指標(biāo)與感官品質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系，其中v1主要體現(xiàn)了刺激（Y4）對協(xié)調(diào)（Y3）的削弱效應(yīng)，典型相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得分系數(shù)分別為-0.647 4和0.59；u1主要體現(xiàn)了β-大馬酮和-二氫大馬酮等重要香氣物質(zhì)的作用，其典型相關(guān)得分系數(shù)為0.791 3。v2主要體現(xiàn)了香氣（Y1）和協(xié)調(diào)（Y3）的協(xié)同作用，其典型相關(guān)得分系數(shù)分別為0.853 1和0.665 4；u2主要體現(xiàn)了二氫獼猴桃內(nèi)酯（X1）和香蘭素（X3）的效應(yīng)，其典型相關(guān)得分系數(shù)分別為1.571 2和0.528 3。

綜上可知，香氣和協(xié)調(diào)與β-大馬酮和β-二氫大馬酮呈正相關(guān)，雜氣和刺激與二氫獼猴桃內(nèi)酯呈負(fù)相關(guān)。

2.3.2 逐步回歸分析

通過10種低焦油卷煙產(chǎn)品中香葉醇（X1）、香茅醇（X2）、β-大馬酮（X3）、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X6）、α-鳶尾酮（X7）和金合歡醇（X8）等重要致香物質(zhì)指標(biāo)與感官品質(zhì)香氣 （Y1）、雜氣 （Y2）、諧調(diào) （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5個特征指標(biāo)之間的逐步回歸分析，來探討重要致香物質(zhì)對感官品質(zhì)的影響。

回歸模型方差分析見表7。

由表7回歸模型方差分析表可知，5個感官指標(biāo)（香氣、雜氣、協(xié)調(diào)、刺激和余味）p值分別為0.418 7，0.228 0，0.000 2，0.000 2，0.007 0，后面3個模型均達(dá)顯著水平（α=0.05）。

由表7可知變量引入模型的顯著水平準(zhǔn)則（默認(rèn)） 為0.5，大于0.5則停止引入。5個感官指標(biāo)逐步依次進(jìn)入模型的變量即對感官指標(biāo)影響較為顯著的各類重要致香成分分別為雜氣（香蘭素）、協(xié)調(diào)（二氫獼猴桃內(nèi)酯、β-大馬酮、香蘭素和香茅醇）、刺激（β-二氫大馬酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇）和余味（金合歡醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香蘭素、β-二氫大馬酮和β-大馬酮）。

表7 回歸模型方差分析

前向選擇逐步回歸過程見表8，回歸模型參數(shù)估計(jì)見表9。

表8 前向選擇逐步回歸過程

由表9可得到4種香型的回歸模型分別為：

香氣 （Y1=1.674 6-0.009 09X5）；

雜氣（Y2=1.740 85+0.013 48X2+0.090 11X3-0.014 72X5+0.439 09X6-0.003 45X9）；

協(xié)調(diào)（Y3=1.801 94+0.006 24X1+0.029 75X3->0.218 59X6）；

余味（Y4=1.816 32+0.035 15X3+0.006 5X4-0.008 07X5-0.187 18X6+0.001 26X8）。

由模型結(jié)合表2可知，對于香氣成分對感官品質(zhì)的影響，香氣以香蘭素（X5）較為顯著，且為正效應(yīng)；雜氣以香茅醇（X2）、β-大馬酮（X3）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X6）和金合歡醇（X8）較為顯著，均為負(fù)效應(yīng)；協(xié)調(diào)以香葉醇（X1）、β-大馬酮（X3）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X6）較為顯著，其均為正效應(yīng)；刺激以β-大馬酮（X3）、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X6）和金合歡醇（X8）較為顯著，均為負(fù)效應(yīng)。

表9 回歸模型參數(shù)估計(jì)

3 結(jié)論

（1） 通過10種低焦油卷煙產(chǎn)品中香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質(zhì)指標(biāo)與感官品質(zhì)香氣、雜氣、諧調(diào)、刺激、余味共5個特征指標(biāo)之間的典型相關(guān)分析，來探討重要致香物質(zhì)和感官品質(zhì)之間的關(guān)系。主要結(jié)果表明香氣和協(xié)調(diào)與β-大馬酮和β-二氫大馬酮呈正相關(guān)，雜氣和刺激與二氫獼猴桃內(nèi)酯呈負(fù)相關(guān)。

（2）通過10種低焦油卷煙產(chǎn)品中香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質(zhì)指標(biāo)與感官品質(zhì)香氣、雜氣、諧調(diào)、刺激、余味共5個特征指標(biāo)之間的逐步回歸分析，來探討重要致香物質(zhì)對感官品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，對于香氣成分對感官品質(zhì)的影響，香氣以香蘭素較為顯著，且為正效應(yīng)；雜氣以香茅醇、β-大馬酮、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內(nèi)酯和金合歡醇較為顯著，均為負(fù)效應(yīng)；協(xié)調(diào)以香葉醇、β-大馬酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯較為顯著，其均為正效應(yīng)；刺激以β-大馬酮、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯和金合歡醇較為顯著，均為負(fù)效應(yīng)。

（3）以市場上焦油含量為8 mg/支的具有代表性的9種低焦油卷煙為對照卷煙，以10號卷煙作為項(xiàng)目研究對象，對比剖析了10號卷煙在感官品質(zhì)和煙氣品質(zhì)特征上與其他9個對照卷煙的差異，發(fā)現(xiàn)10號卷煙在香氣、余味、雜氣、協(xié)調(diào)和刺激方面較其他9個對照卷煙產(chǎn)品稍有不足，還需進(jìn)一步完善。同時，10號卷煙主流煙氣中的苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要香氣物質(zhì)相對其他9個對照卷煙也有欠缺。而通過進(jìn)一步探討典型相關(guān)分析和逐步回歸分析的結(jié)果表明，以上重要的致香物質(zhì)指標(biāo)的存在和含量分別對香氣、雜氣、諧調(diào)、刺激、余味這5個重要的感官品質(zhì)同時存在有增強(qiáng)和減弱2個方面的作用。

因此，下一階段的研究應(yīng)該以這些重要致香物質(zhì)為立足點(diǎn)，探索能產(chǎn)生這些物質(zhì)的天然提取物，包括煙草類、果實(shí)類、蜂蜜類、鮮花類、茶葉類等，以達(dá)到最終彌補(bǔ)卷煙降焦之后產(chǎn)生的香氣損失、雜氣顯露和刺激性偏大等方面不足。