基于香韻活性值的不同產(chǎn)地中間香型烤煙風(fēng)格特征差異分析

陳芝飛，蔡莉莉，陳小龍，張玉霞，馬勝濤，席高磊，王清福，張俊嶺

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，河南 鄭州 450016

0 引言

烤煙香型是煙葉經(jīng)燃吸產(chǎn)生的煙氣整體香氣特征的綜合概況，是煙葉化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)在煙氣特征上的體現(xiàn)。根據(jù)香氣特征，烤煙香型可分為清香型、濃香型和中間香型[1]。其中，中間香型界于清香型與濃香型之間，是清香和濃香的混合香氣。貴州、重慶、東北等地區(qū)的烤煙屬中間香型。受生態(tài)條件、煙葉品種、栽培技術(shù)等因素的影響，不同產(chǎn)地的中間香型烤煙風(fēng)格特征存在不同程度差異[2]。目前，主要采用感官評吸的方法區(qū)分烤煙風(fēng)格特征差異[3]，但其結(jié)果容易受評價環(huán)境、個人經(jīng)驗等因素影響。為了更加客觀、準(zhǔn)確地表征烤煙風(fēng)格特征差異，煙草科技工作者長期以來圍繞化學(xué)成分與風(fēng)格特征之間的關(guān)系開展了大量研究[4-7]。這些研究主要依據(jù)各化學(xué)成分在體系中的含量去探尋烤煙香型風(fēng)格差異的形成原因。然而，化學(xué)成分對烤煙香型風(fēng)格的貢獻不僅僅取決于其含量，更與其自身在卷煙中的作用閾值密切相關(guān)，因此須從含量和作用閾值兩個維度綜合判定其差異性。

香氣活性值(活性閾值)是指香氣成分在主流煙氣中的釋放量與其作用閾值的比值，可用于衡量香氣成分對卷煙主流煙氣的貢獻度[8-11]。將煙氣中具有同一香韻香氣成分的香氣活性值進行加和，獲得香韻活性值并進行比對分析，可區(qū)分同一香型煙葉風(fēng)格特征差異[11]。文獻[8-10]已利用活性值分別研究了酸性、堿性和中性香氣成分在卷煙煙氣中的作用，文獻[11]分析了濃香型煙葉香氣特征差異，但不同產(chǎn)地中間香型烤煙的風(fēng)格特征差異迄今未見文獻報道。基于此，本文擬以重慶、遵義和牡丹江3種產(chǎn)地C3F中間香型烤煙煙葉為研究對象，利用香韻活性值表征不同產(chǎn)地中間香型烤煙之間風(fēng)格特征差異，旨在為細化中間香型烤煙應(yīng)用功能、提升卷煙葉組配方設(shè)計高效性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

主要材料：黃金葉品牌參比卷煙(未加香料)、2015年重慶、遵義、牡丹江3種不同產(chǎn)地C3F中間香型烤煙煙葉(以下稱為3種中間香型煙葉)，按照黃金葉品牌參比卷煙時使用的輔材和加工工藝、煙支參數(shù)卷制成卷煙。

主要試劑：氫氧化鈉、鹽酸、無水硫酸鈉、二氯甲烷、無水乙醇，均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)。

標(biāo)樣：按照文獻[11]中的方法配制酸性香氣成分標(biāo)樣(35種香氣成分，反-2-己烯酸為內(nèi)標(biāo))、堿性香氣成分標(biāo)樣(29種香氣成分，硝基苯為內(nèi)標(biāo))、中性香氣成分標(biāo)樣(32種香氣成分，2,6-二氯甲苯為內(nèi)標(biāo))，以上96種香氣成分和內(nèi)標(biāo)的純度均大于99%，美國Sigma公司產(chǎn)。

主要儀器：Agilent 6890/5973N氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用儀，美國Agilent公司產(chǎn)；Waters 600半制備型高效液相色譜儀，沃特世科技上海有限公司產(chǎn)；RM20H轉(zhuǎn)盤式吸煙機，德國Borgwaldt KC公司產(chǎn)；BS-224S電子天平(感量0.000 1 g)，上海賽多利斯天平儀器廠產(chǎn)；同時蒸餾萃取裝置，上海化科實驗器材有限公司產(chǎn)；CIJECTOR香精注射機，德國Burghart公司產(chǎn)。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理按照文獻[12]的方法，獲得含有主流煙氣粒相物的劍橋濾片。參照文獻[8-10]的前處理方法，對劍橋濾片進行樣品前處理(流程如圖1所示)，以獲得酸性、堿性和中性香氣成分。其中，堿性香氣成分直接利用GC-MS進行分析；酸性香氣成分在用GC-MS分析前需進行衍生化，衍生化的條件為在1.0 mL酸性香氣成分中加入100 μL衍生化試劑N,O-雙(三甲基硅基)三氟乙酰胺，在60 ℃條件下反應(yīng)50 min；中性香氣成分按照文獻[13]利用半制備高效液相色譜進行再次分離、濃縮后用GC-MS進行分析。

圖1 樣品前處理流程圖Fig.1 Flow chart of sample preparation

1.2.2GC-MS分析條件1)酸性香氣成分分析條件。GC分析條件：DB-5MS石英毛細管色譜柱(60 m×250 μm×0.25 μm)；進樣口溫度為230 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，流量為1.0 mL/min；進樣量為1 μL，分流比為3∶1；升溫程序為初始溫度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min升至100 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至150 ℃，保持8 min，以4 ℃/min升至230 ℃。

MS分析條件：傳輸線溫度為230 ℃；離子源溫度為230 ℃；四極桿溫度為150 ℃；電離方式為電子轟擊(EI)；電離能量為70 eV；溶劑延遲時間為8 min；掃描模式采用全掃描檢測，掃描范圍為35～500 amu，定量時采用選擇離子監(jiān)測(SIM)。

2)堿性香氣成分分析條件。GC分析條件：DB-FFAP石英毛細管色譜柱(60 m×250 μm×0.25 μm)；進樣口溫度為200 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，流量為1.0 mL/min；進樣量1 μL，分流比為2∶1；升溫程序為初始溫度50 ℃，保持2 min，以3 ℃/min升至75 ℃，保持10 min，以1 ℃/min升至105 ℃，保持15 min，以2 ℃/min升至 170 ℃，保持10 min，以2 ℃/min升至200 ℃，保持10 min。

MS分析條件：傳輸線溫度為200 ℃，溶劑延遲時間為10 min，其余條件同酸性成分MS分析條件。

3)中性香氣成分分析條件。GC分析條件：HP-5MS石英毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)；進樣口溫度為240 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，流量為1.0 mL/min；進樣量1 μL，分流比為2∶1；升溫程序為初始溫度50 ℃，保持4 min，以3 ℃/min升至 70 ℃，保持5 min，以 2 ℃/min升至100 ℃，保持10 min，以2 ℃/min 升至140 ℃，以3 ℃/min升至 170 ℃，以2 ℃/min 升至240 ℃。

MS分析條件：傳輸線溫度為240 ℃，其余條件同酸性成分MS分析條件。

1.2.3 定性分析方法利用NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫進行檢索。采用標(biāo)樣保留時間、目標(biāo)物質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖匹配度相結(jié)合進行定性分析。

1.2.4 定量分析方法將96種香氣成分分成酸性、堿性、中性三組，分別用二氯甲烷將其配制成7個不同質(zhì)量濃度的混標(biāo)，再以反-2-己烯酸、硝基苯和2,6-二氯甲苯作為內(nèi)標(biāo)進行GC-MS 分析，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。96種香氣成分的保留時間和特征離子見表1，采用內(nèi)標(biāo)法對香氣成分進行定量分析。

表1 96種香氣成分的保留時間和特征離子Table 1 Retention times and characteristic ions of 96 aroma components

1.2.5 活性值計算方法香氣活性值：按照香氣活性值定義，根據(jù)香氣成分的作用閾值及其在卷煙主流煙氣粒相物中的釋放量，按公式①計算香氣成分的香氣活性值。

①

香韻活性值：將屬于同一香韻的香氣成分的香氣活性值進行加和，計算獲得該香韻的活性值。

2 結(jié)果與討論

2.1 香韻活性值計算結(jié)果

根據(jù)香氣成分在卷煙抽吸過程中呈現(xiàn)的主要香韻[15]，將96種香氣成分進行香韻歸類為10種香韻，根據(jù)各香氣成分的釋放量和作用閾值計算其香氣活性值，結(jié)果如表2所示。由表2可知，3種中間香型煙葉的主流煙氣粒相物中96種香氣成分的總釋放量分別為1 255.251 μg/g、856.274 μg/g和967.670 μg/g，其中乙酸釋放量最高，十六酸和油酸次之。10種香韻中，酸香和脂蠟香的香氣成分釋放量最高，果香的香氣成分釋放量最低。計算10種香韻的活性值，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出,對于3種中間香型烤煙，堅果香和甜香均為其主體香韻，其次為清香和烤甜香香韻。

表2 96種香氣成分在主流煙氣粒相物中釋放量、作用閾值及香氣活性值Table 2 Release amounts,functional thresholds and activity values of 96 aroma components

表3 10種香韻的活性值Table 3 Activity thresholds of 10 aroma notes

2.2 烤煙風(fēng)格特征差異分析

基于3種中間香型烤煙的10種香韻活性值，即可對其風(fēng)格特征差異進行分析。對10種香韻活性值取常用對數(shù)并作雷達圖進行分析，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，相對而言，重慶C3F的膏香最為突出，遵義C3F的清香和果香最為突出，牡丹江C3F的甜香、堅果香最為突出。3種中間香型烤煙中，重慶C3F與遵義C3F的整體風(fēng)格特征較為接近，而牡丹江C3F與上述兩者之間的堅果香、甜香和花香香韻的活性閾值均存在較大差異。這可能是因為氣候、土壤、地形地貌等生態(tài)條件會對烤煙香型風(fēng)格產(chǎn)生影響[16]，重慶與遵義的生態(tài)條件接近，但與牡丹江存在顯著差別。此外，烤煙品種和種植栽培技術(shù)對烤煙香型也有重要影響。以上結(jié)果表明，通過比較香韻活性值，可明顯區(qū)分中間香型煙葉風(fēng)格特征差異。

表2(續(xù))

表2(續(xù))

圖2 10種香韻的活性值雷達圖Fig.2 Radar chart of 10 aroma notes activity threshold

3 結(jié)論

本文以重慶、遵義和牡丹江3種產(chǎn)地C3F中間香型烤煙煙葉為研究對象，采用GC-MS法測定了主流煙氣中96種重要香氣成分釋放量，由釋放量及其作用閾值計算香氣活性值，根據(jù)香韻歸屬獲得了10種香韻的活性值，對比分析了3種中間香型烤煙的香韻特點，得到如下結(jié)論。1)96種香氣成分在3種中間香型煙葉主流煙氣中的總釋放量分別為1 255.251 μg/g、856.274 μg/g和967.670 μg/g，其中乙酸、十六酸和油酸釋放量較高。10種香韻中，酸香和脂蠟香的香氣成分釋放量最高，果香的香氣成分釋放量最低。對于3種中間香型烤煙，堅果香和甜香為其主體香韻，其次為清香和烤甜香香韻。2)相對而言，重慶C3F的膏香最為突出，遵義C3F的清香和果香最為突出，牡丹江C3F的甜香和堅果香最為突出。重慶C3F和遵義C3F的整體風(fēng)格特征較為接近，而牡丹江C3F與上述兩者之間的堅果香、甜香和花香香韻的活性閾值均存在較大差異。本文進一步細化了3種中間香型烤煙應(yīng)用功能，可為卷煙葉組配方設(shè)計提供參考。