不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分差異化研究

紀(jì)旭東，何 山，趙賽月，田 數(shù)，陳 晨，李力群，郭春生，張峻松*

(1. 內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

【研究意義】卷煙風(fēng)格特征是卷煙特有的風(fēng)味，不同品類卷煙的風(fēng)格特征各有差異，而消費(fèi)者往往會(huì)對某一品類卷煙有很高的忠誠度[1-2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】黃善松[3]等研究表明，不同風(fēng)格卷煙非揮發(fā)性有機(jī)酸含量有規(guī)律性差異；王亮[4]等對氨基酸的含量進(jìn)行主成分分析，得到的結(jié)果能夠很好的區(qū)分中式卷煙與其他風(fēng)格的卷煙?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于堿性香味成分的研究已有相關(guān)報(bào)道，但大多圍繞堿性香味成分的檢測進(jìn)行研究[5-8]，不同風(fēng)格特征卷煙堿性香味成分差異性研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文選取我國市場占有率較高的13個(gè)不同風(fēng)格類型卷煙樣品，采用同時(shí)蒸餾萃取法并結(jié)合氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，對12種堿性香味成分進(jìn)行測定，利用方差分析、主成分分析和聚類分析比較不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的差異，為通過堿性香味成分區(qū)分不同風(fēng)格卷煙提供一種方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 市場購置的13種不同風(fēng)格類型卷煙，編號為A～M，風(fēng)格類型分別為焦甜香、自然本香、烤甜香、清甜香、酒香、樹苔香、清香、烤香、綿柔香、復(fù)合香、淡雅香、本草香和奶香。

1.1.2 試劑 標(biāo)準(zhǔn)試劑：3-乙基吡啶、2-甲基喹啉、3-苯基吡啶、2-甲基吡嗪，購于Acros公司；3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3-二甲基吡嗪、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、吡啶，購于Sigma公司；內(nèi)標(biāo)：乙酸苯乙酯，購于北京百靈威科技有限公司，以上試劑均用于堿性香味成分的定量分析。二氯甲烷，購于Dikma公司；無水硫酸鈉、氯化鈉，購于天津市德恩化學(xué)試劑有限公司，以上試劑用于堿性香味成分的萃取。以上試劑純度均大于98 %。

1.1.3 儀器 7890B/5977A型氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國Agilent公司)；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市科析儀器有限公司)；KPGD5/20低溫冷卻液循環(huán)泵(鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；KDM-1000可調(diào)式電熱套(北京科偉永興儀器有限公司)；ST-07B 400克多功能磨粉機(jī)(上海樹立儀器儀表有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 堿性香味成分的萃取 稱取40 g(精確至0.0001 g)煙末于1000 mL燒瓶中,并加入350 mL蒸餾水和30 g氯化鈉，加入60 mL二氯甲烷到濃縮瓶，進(jìn)行同時(shí)蒸餾萃取，水浴溫度60 ℃，反應(yīng)時(shí)間2.5 h。

將萃取液倒入分液漏斗，用20 mL 5 %鹽酸洗滌3次，合并上層酸液，在冰水浴條件下逐滴滴入20 %氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至14，用20 mL二氯甲烷萃取3次，合并下層液，轉(zhuǎn)移至三角瓶中，加入1 mL 0.4237 mg/mL乙酸苯乙酯/二氯甲烷內(nèi)標(biāo)溶液，干燥過夜后60 ℃水浴濃縮至0.5 mL，進(jìn)樣分析。

1.2.2 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀條件 色譜柱：HP-5MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；載氣：氦氣，恒流模式流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣量1 μl，分流比1∶1。

程序升溫：初始溫度：50 ℃；初始時(shí)間：2 min；以3 ℃/min速率由50 ℃升至220 ℃，保持20 min，240 ℃后運(yùn)行5 min。離子源：EI；電離電壓：70 ev；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250 ℃；溶劑延遲：5 min；掃描離子范圍：33～400 amu；掃描方式：選擇離子監(jiān)測(SIM)，堿性香味成分保留時(shí)間和特征離子如表1所示。

表1 堿性香味成分保留時(shí)間及特征離子Table 1 Retention time and quantitation ion detected by mass spectrometer

表2 不同風(fēng)格卷煙堿性香味成分的多重比較Table 2 Multiple comparisons of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

注：同一指標(biāo)不同品牌間標(biāo)注字母無相同者表示在α=0.05水平下存在顯著差異

Note: There is no significant difference between the different brands in the same indicator. There is a significant difference at the level of α=0.05.

1.2.3 定性定量方法 定性方法：利用NTST14標(biāo)準(zhǔn)譜庫確定標(biāo)準(zhǔn)品中堿性香味成分的保留時(shí)間，通過保留時(shí)間對樣品中堿性香味成分定性。

定量方法：利用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法對樣品中堿性香味成分定量分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel整理數(shù)據(jù)，利用SPSS19.0進(jìn)行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的方差分析

對不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析(采用Duncan法進(jìn)行多重比較)，結(jié)果見表2。由表2可知，針對吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和堿性香味成分總量在M品類卷煙間無顯著性差異；針對2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品類卷煙與大多數(shù)其他品類卷煙間存在顯著性差異。

表3 不同風(fēng)格類型卷煙主成分分析的總方差Table 3 Total variance of principal component analysis of cigarettes of different styles

2.2 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的主成分分析

由于樣品數(shù)量較多，堿性香味成分?jǐn)?shù)據(jù)較復(fù)雜，方差分析無法直觀的反映不同風(fēng)格類型卷煙間堿性香味成分差異性，故對其進(jìn)行主成分分析。利用SPSS軟件對13種不同風(fēng)格卷煙堿性香味成分的含量進(jìn)行主成分分析，主成分的特征值和特征向量見表3。由表3可知，第1成分方差貢獻(xiàn)率為37.307 %，第2成分方差貢獻(xiàn)率為16.018 %，第3成分方差貢獻(xiàn)率為15.119 %，第4成分方差貢獻(xiàn)率為14.024 %，4個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為82.468 %，它們代表了卷煙堿性香味成分82.468 %的信息。

根據(jù)表4中4個(gè)成分的載荷值，將主成分上有較高載荷數(shù)的歸為該成分的指標(biāo)，各成分的方差貢獻(xiàn)率為該成分總權(quán)重，單個(gè)指標(biāo)的載荷數(shù)與該主成分各指標(biāo)載荷數(shù)之和的比值乘以該成分的總權(quán)重為各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，得到堿性香味成分權(quán)重，見表5。

由表5可知，各個(gè)主成分的總權(quán)重分別為0.373、0.160、0.151、0.140。各個(gè)指標(biāo)中吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶權(quán)重值較高。說明這些物質(zhì)對卷煙堿性香味成分的貢獻(xiàn)率較高，不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的差異主要是由這些物質(zhì)含量的變化造成的。

選取前2個(gè)主成分進(jìn)行分析，得到不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分得分圖見圖1。根據(jù)表4中各指標(biāo)的載荷可以看出，第1主成分綜合了吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的信息，并且都是正向分布，即在PC1的值越大，其含量越高。第2主成分綜合了2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪的信息，其中2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉為正向分布，即在PC2的值越大，其含量越高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪為負(fù)向分布，即在PC2的值越大，其含量越低。

表4 不同風(fēng)格類型卷煙旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 4 Different styles of cigarettes rotating composition matrix

表5 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分權(quán)重Table 5 Different styles of cigarette alkaline flavor component weight

圖1 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的得分Fig.1 Score of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

由圖1可知，M品類卷煙在第2主成分正半軸的值較大，說明其2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較低；F在第1主成分正半軸的值較大，說明其表明其吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的含量較高；H、I、J、K、L在第2主成分負(fù)半軸的值較大，說明2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較低，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較高。

2.3 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的聚類分析

由于只選取了前2個(gè)主成分，主成分得分圖只代表了堿性香味成分53.325 %的信息，為更全面的反映不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分的差異，將4個(gè)主成分得分結(jié)果代替原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析。采用組間連接法，使用歐式距離來分析，得到了不同風(fēng)格類型卷煙的樹狀聚類圖，如圖2所示。

由圖2可知，在歐氏距離為5處，可將13種風(fēng)格類型卷煙品牌分為8類，第1類為A、C、D，風(fēng)格特征為焦甜香、烤甜香和清甜香，這一類分組均具有甜香；第2類包括B、E，風(fēng)格特征為自然本香和酒香，這一類分組風(fēng)格差異較大；第3類包括M(1～4)，都為奶香型卷煙，這一類分組風(fēng)格一致；第4類包括I、J、K，風(fēng)格特征為綿柔香、復(fù)合香和淡雅香，這一類分組風(fēng)格特征較為接近；第5類包括L，風(fēng)格特征為本草香；第6類包括H，風(fēng)格特征為烤煙香；第7類包括G，風(fēng)格特征為清香；第8類包括F，風(fēng)格特征為樹苔香。

從聚類分析的結(jié)果來看，同一品類卷煙能夠很好地聚為一類；除第2類分組外，風(fēng)格特征相近的卷煙被劃分為一類。對于第2類分組，可能是由于酒香類物質(zhì)多為酯類，依據(jù)堿性香味成分無法很好的對其進(jìn)行區(qū)分[9-10]。綜合來看，不同風(fēng)格卷煙分類效果良好，聚類分析的結(jié)果與圖1的主成分分析結(jié)果基本吻合，表明堿性香味成分能夠用來區(qū)分不同風(fēng)格的卷煙。

3 討 論

堿性香味成分是煙草化學(xué)成分的重要組成部分[11-13]，主要包括吡嗪、吡啶、吡咯、喹啉等雜環(huán)類物質(zhì)，大部分具有堅(jiān)果香、烘焙香以及爆米花香[14-15]。堿性香味成分能與煙香協(xié)調(diào)，增強(qiáng)煙氣豐滿度，凸顯卷煙本香并掩蓋雜氣，由于其活性閾值較大，對卷煙感官質(zhì)量具有重要的作用[16]。崔韜[17]等對不同類型煙葉中堿性香味成分進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口煙堿性香味成分含量高于國產(chǎn)煙；吳鳴[18]等研究表明國外卷煙的堿性成分總含量是國內(nèi)卷煙的2.2倍。通過對堿性香味成分的測定能夠區(qū)分國內(nèi)外的卷煙，而進(jìn)一步區(qū)分不同風(fēng)格卷煙則是今后的研究方向。

圖2 不同風(fēng)格類型卷煙堿性香味成分聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

4 結(jié) 論

本文通過對我國13個(gè)風(fēng)格類型卷煙中12種堿性香味成分進(jìn)行測定，并對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到以下結(jié)論。

(1)由方差分析結(jié)果可知，針對吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和堿性香味成分總量在M品類卷煙間無顯著性差異；針對2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品類卷煙與大多數(shù)其他品類卷煙間存在顯著性差異。

(2)由主成分分析可知，12種堿性香味成分簡化為4個(gè)主成分，通過計(jì)算堿性香味成分在4個(gè)主成分上的權(quán)重，得出不同風(fēng)格類型卷煙之間差異主要體現(xiàn)在吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶的含量變化。M品類卷煙的堿性香味成分表現(xiàn)為2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較低。

(3)由聚類分析可知，可將不同風(fēng)格卷煙分為8類，同品類卷煙能夠被分為一類，不同風(fēng)格卷煙分類效果良好，聚類分析的結(jié)果與圖1的主成分分析結(jié)果基本吻合，表明堿性香味成分能夠用來區(qū)分不同風(fēng)格的卷煙。

本研究可為探究不同風(fēng)格類型卷煙的差異性，為中式卷煙品類構(gòu)建以及風(fēng)格特征剖析提供依據(jù)。