影響卷煙煙氣柔和性的主要化學成分分析及柔和性功能香精的開發(fā)

楊蕾，楊清，馮洪濤，徐廣晉

紅云紅河煙草(集團)有限責任公司技術中心，云南省昆明市北郊上莊650202

卷煙品質很大程度上取決于煙葉的品質。而煙葉的化學成分是煙葉質量的物質基礎，煙葉感官質量是煙葉質量的最終判定[1]。長期以來，為了提升卷煙感官品質，煙草科研工作者作了大量的研究尋求化學成分與煙葉感官質量之間的關系。如高家合等[2]研究了煙葉化學成分與評吸質量的關系，提出評吸質量與煙堿、總氮、氯離子含量、揮發(fā)酸呈極顯著正相關，與總糖呈極顯著負相關;王允白等[3]的研究表明，評吸質量好的樣品還原糖含量較高，總氮含量較低，煙堿含量適中，氧化鉀含量較高，兩糖(總糖與還原糖)差值小，蛋白質含量較低，糖堿比、鉀氯比、氮堿比均較高?？梢?，化學成分是煙葉質量的內涵，只有化學成分協(xié)調時，煙葉的香氣、吃味才會好[2]。目前，煙葉化學成分與卷煙感官質量的相關關系方面研究較多，但針對卷煙煙氣柔和性的研究相對較少。隨著人們生活水平的提高，消費者對卷煙品質要求也越來越高，不再單純追求生理的滿足感，而更重視卷煙吸食時的舒適程度和口感，卷煙柔和性正逐漸成為消費者衡量卷煙感官質量的又一項重要指標。卷煙吸食時舒適性、勁頭減小程度、刺激降低程度很大部分與煙氣的柔和性成正相關。卷煙燃燒時，盡管煙草中直接轉移到煙氣中的化合物的量僅為其含量的1/3左右[4]，但煙氣中的這些化合物都是卷煙感官性質的潛在貢獻者，對卷煙柔和性同樣存在著影響。有研究[5-8]認為，水溶性總糖是決定煙氣甜度和醇和度的主要因素，而總氮和煙堿則反映了煙葉的生理強度和煙氣濃度。此外，煙草中化學成分物質新植二烯也是煙葉中重要的致香物質[9-11]，它在煙草燃燒時能夠捕集煙氣氣溶膠內香氣物質，從而攜帶煙葉中揮發(fā)性香氣物質和致香成分進入煙氣[12]，具有減少刺激性、醇和煙氣，柔和煙氣的作用[13]。其次，煙草中的飽和脂肪酸可賦予煙氣一種臘味、脂味和柔和的吸味[14]。此外，卷煙含水率及其煙氣粒相水分對抽吸感受亦有影響。研究表明[15-20]，干燥卷煙其粒相含水率較低，煙氣比正常卷煙(煙絲含水率12%～13%)更加刺激;反之，含水率較高的煙絲，煙氣濕潤感較好，刺激較低，喉部舒適性較好，煙氣相對柔和[17-22]。糖堿比、氮堿比是評價煙氣酸堿平衡的主要指標，對卷煙柔和性有一定影響，同時，新植二烯、飽和脂肪酸、煙氣粒相水分等也是影響煙氣柔和性的因素。因此，研究了上述指標與卷煙感官品質的關系，旨在通過對影響卷煙柔和性的化學成分因素的分析，從而指導提高卷煙柔和性功能香精的研發(fā)，并應用于卷煙產品，從而改善卷煙抽吸品質。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設備

紅河品牌卷煙乙級、甲級、66、88、99、V8成品煙支，產品絲組及成品煙絲;紅河模塊A，B，C，D，E煙葉及煙絲。磷酸鈉、正十七烷、異丙醇(AR，天津市化學試劑三廠);二氯甲烷(AR，汕頭市西隴化工有限公司);Na2SO4(汕頭市達濠精細化學品公司)。

Agilent GC6890N/MS 5975氣/質聯(lián)用儀(美國安捷倫公司);Mettler Toledo X3603SX電子分析天平(感量0.001 g，瑞士梅特勒-托利多公司)。

1.2 方法

1.2.1 煙氣柔和性評價

選取細膩、圓潤和刺激3個指標作為評價卷煙柔和性的量化指標，評分標準為每項0～5分，品質越好，得分越高，柔和性綜合得分為3項之和。評吸小組由從事卷煙產品研究工作多年，且具備國評資格的專業(yè)評吸技術人員(8人)構成。

1.2.2 樣品的制備

粉碎煙葉過60目篩，在溫度22℃、相對濕度60%的環(huán)境下平衡24 h。稱取10.0 g煙樣，置于500 mL燒瓶中，加入0.1 mol/L pH5.59的磷酸鹽緩沖溶液250 mL，正十七烷內標溶液100 μL(2 μL n-C17烷/1 mL異丙醇);在另一25 mL燒瓶中加入30 mL二氯甲烷作萃取劑，進行同時蒸餾萃取(SDE)2.5 h。SDE結束后，二氯甲烷溶液加無水Na2SO4干燥，濃縮至1.0 mL備用。

1.2.3 樣品的分析

定量分析:提取物添加內標后，采用氣/質聯(lián)用儀進行分析，結果采用內標法計算(表格中致香成分含量為內標校正峰面積相對含量，在不考慮儀器信號響應差異的情況下，即相對校正因子為1時，數值的單位為μg/g)。

色譜質譜條件:毛細管柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度:260℃;載氣:He;流速:1 mL/min;程序升溫:(15 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。

定性分析:按GC/MS條件檢測后，采用NISTl07質譜數據庫檢索進行定性分析。

卷煙煙氣粒相水分、煙氣煙堿的測定:卷煙的抽吸和主流煙氣的收集按GB/T19609進行，參照GB/T23203《卷煙總粒相物中水分的測定》、GB/T23355-2009《卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法》分別進行卷煙煙氣粒相水分、煙氣煙堿的測定。

2 結果與討論

2.1 卷煙煙氣柔和性結果

對紅河模塊煙葉A，B，C，D，E[23]和產品煙絲進行評吸，結果見表1。由表1可知，5個模塊煙葉柔和性排序為:D＞C＞E＞A＞B;產品柔和性排序為:V8=99＞88＞甲級＞乙級。

2.2 煙草主要化學成分對煙氣柔和性的影響

2.2.1 糖類和糖氮比對煙氣柔和性影響

對紅河模塊煙葉和產品煙絲中總糖，總氮和糖氮比進行檢測，結果見表2。由表2可以看出，上部模塊煙葉(A，B)的總糖、還原糖較低，特別是B模塊，比C煙葉模塊低3.36%;而總氮含量比其他模塊煙葉高，A煙葉模塊總氮含量比E煙葉模塊高1.24%;糖氮比的數值則是E板塊最高。紅河系列產品中，V8，99，88 3個產品煙絲總糖含量、糖氮比值較一致，均較高，而甲級、乙級產品這兩項指標檢測值相對偏低。結合柔和性評吸評價結果(表1)可以看出，糖氮比值高的，刺激較小，且煙氣柔和性較好。將糖氮比和刺激性分值進行回歸分析(圖1)，可知二者存在顯著正相關。這是因為糖含量高的煙葉產生酸性致香成分較多，從而可以有效平衡酸堿性，使刺激降低，柔和性增加。因此，柔和性香精的開發(fā)，可以從添加富含酸性成分和糖分的天然植物提取物方面進行研究。

2.2.2 非質子化煙堿(游離煙堿)與卷煙柔和性關系

將模塊煙葉和產品煙絲經過吸煙機標準檢測，測得每口游離煙堿釋放量見表3。結合紅河各模塊煙葉及系列產品柔和性評價結果(表1)可知，紅河模塊煙葉中A，B的每口游離煙堿釋放量最高，勁頭最大，對喉部的沖擊感過于強烈，柔和性較差;而E每口游離煙堿釋放量過低，抽吸后生理滿足感較差;紅河模塊煙葉和卷煙產品的每口游離煙堿釋放量處于0.036～0.042 mg范圍時，勁頭適中，喉部舒適性好。

表1 紅河模塊煙葉及紅河系列產品柔和性評價結果(分)

表2 紅河模塊煙葉及紅河系列產品煙絲化學成分檢測結果

圖1 糖氮比與刺激性相關性

表3 紅河模塊煙葉和產品煙絲每口游離煙堿量(mg/口)

2.2.3 新植二烯、高級脂肪酸和煙氣粒相水分與卷煙柔和性關系

對紅河模塊煙葉和產品煙絲中煙葉致香成分中新植二烯和高級脂肪酸酯含量及主流煙氣粒相水分進行測定，結果見表4。對表4中新植二烯、高級脂肪酸酯含量及煙氣粒相水分含量與卷煙柔和性分值進行回歸分析，結果如圖2～圖4所示。由圖2～圖4可知，新植二烯、高級脂肪酸酯含量及煙氣粒相水分含量與卷煙柔和性分值存在正相關，其回歸擬合方程分別為:y=2.707x+6.244(R2=0.739)、y=3.087x+6.712(R2=0.756)、y=1.199x+9.353(R2=0.739)。結合評吸結果可以發(fā)現，新植二烯、高級脂肪酸酯含量及粒相水分含量較高的模塊煙葉C，D及卷煙產品V8，99細膩圓潤性較好，柔和性分值最高;而上述成分含量低的模塊煙葉及卷煙產品的刺激偏大，且干燥感明顯，柔和性分值也相對偏低。

表4 新植二烯和高級脂肪酸酯含量及主流煙氣粒相水分含量

2.3 柔和性功能性香精的研制與效果評價

2.3.1 柔和性功能香精產品的研制

圖2 新植二烯與柔和性相關性

圖3 高級脂肪酸脂與柔和性相關性

圖4 煙氣粒相水分與柔和性相關性

綜上所述，煙葉中糖類、煙氣中的游離煙堿、總氮、新植二烯和脂肪酸以及煙氣粒相水分等與卷煙煙氣柔和性呈顯著相關。故在開發(fā)能有效提高卷煙柔和性的功能香精時，應針對性的篩選糖類、新植二烯和高級脂肪酸等含量較高的特色植物、中草藥以及煙草提取物作為原料。研究中選取的原料主要包括:富含糖類和高級脂肪酸的羅漢果、胖大海、葛根、川貝等十余種中草藥及新植二烯含量較高的津巴布韋煙葉。通過對原料采用現代萃取、分離純化等化學方法，得到富含高級脂肪酸及新植二烯的提取物。通過對提取物的調配實驗，開發(fā)出5個能明顯提高各個標準煙絲及產品柔和性的、具有特色香型風格的香精，其香型、實驗用量范圍、香氣描述具體見表5。

2.3.2 柔和性功能香精的功效評價

選擇產量較大的、能充分代表紅河產品風格特征、突出紅河卷煙抽吸特點的紅河(甲級)成品煙絲為實驗對象。通過添加不同比例的柔和性功效香精樣品，采用參考用量及其1/2用量濃度進行梯度實驗，并分別對實驗樣品與對照產品進行柔和性評價，結果見表6。由表6可以看出:①柔和性功能香精樣品對提高紅河(甲級)產品柔和性均有一定效果，且用量低者效果相對較好，高用量可能與紅河(甲級)產品原香精融合性稍差，導致協(xié)調性降低，整體感官品質下降。②從評吸數據上可以看出，R1#，R2#，R4#改善柔和性效果較好，從評吸描述上可以看出，R1#在改善煙氣細膩度、降低喉部刺激性、提高口腔甜潤感方面效果較好，且與原產品風格較協(xié)調;R2#柔和性、質感改善較明顯，但煙香透發(fā)性略下降，且風格微變化;R4#細膩性、圓潤性、生津感、刺激性略有改善，但明亮度略顯下降，用量應控制。③綜合考慮，R2#效果相對明顯，采用R1#，R2#，R4#進行下一步香精配方組合試驗。

表5 柔和性香精香型及用量范圍參照表

2.4 柔和性功能香精的配伍性實驗

2.4.1 柔和性功能香精在標準產品配方中的運用試驗

在進行2.3.2柔和性香精添加試驗時，發(fā)現柔和性香精用量較大，對原有產品風格會有較大影響，同時，單一的柔和性香精作為香基個體進入香精配方效果不太理想，因此，以紅河(甲級)、紅河(66)兩個產品為試驗對象，根據其產品風格特點，對R1#，R2#，R4#進行不同比例組配，配制適合該產品的柔和性功能復配香基，再與原香精進行配伍性實驗，從而得到改進的產品香精配方。最終確定的柔和性功能復配香基組成比例和改進產品香精配方比例如表7所示。

表6 柔和性香精評吸結果

表7 柔和性香精配方設計(g)

2.4.2 柔和性功能香精在產品中應用效果評價

按上表(表7)內容配制改進香精產品紅河(甲級)、紅河(66)煙絲，與原表香配方正常產品煙絲進行單項對比評吸，結果見表8。可以看出，改進配方后的產品紅河(甲級)及產品紅河(66)整體柔和細膩度均有不同程度提高，與正常樣相比，改進配方后樣品主要在柔和度、質感、口腔甜潤感、雜氣方面改善較明顯，其中產品紅河(66)在柔和細膩度、香氣質感、雜氣、余味回甜等方面改善更為明顯。

按照卷煙柔和性評價方法，對改進產品煙絲進行柔和性綜合打分，結果見表8。由表8可以看出，樣品整體柔和性得分均高出對照1.5～2分?？梢?，柔和性功能香精對提高紅河(甲級)、紅河(66)卷煙產品的柔和細膩性，改善香氣質感，提高圓潤性，改善口感均有一定的作用。

表8 柔和性香精添加實驗樣品感官指標對比評吸結果及柔和性分值

3 結論

(1)通過對影響“紅河”品牌卷煙柔和性相關因素的探索分析，得出煙絲的糖氮比、游離煙堿、煙氣粒相水分、致香成分新植二烯和高級脂肪酸酯兩類物質含量與卷煙柔和性存在一定的相關性。主要包括:糖含量高的煙葉產生酸性致香成分較多，從而可以有效平衡酸堿性，使刺激降低，柔和性增加;勁頭較大的卷煙，每口游離煙堿含量過高，對喉部沖擊感過于強烈，喉部舒適度降低，游離煙堿含量較低的卷煙，生理滿足感較差;新植二烯和高級脂肪酸酯含量較高的卷煙，其細膩柔和性較好，刺激較小，柔和性較好;煙氣粒相水分含量較高的卷煙，煙氣濕潤度較好，喉部干燥感減輕，刺激性較小，卷煙柔和性較好。

(2)紅河模塊煙葉和產品煙絲的每口游離煙堿含量處于0.036～0.042 mg范圍時，勁頭適中，喉部舒適性好，柔和性較好。

(3)柔和性香精的開發(fā)，可以通過添加富含酸性成分和糖分的天然植物、新植二烯和高級脂肪酸等含量較高的特色植物、中草藥以及煙草提取物作為原料的提取物來進行研究。

(4)開發(fā)了5個天然植物提取物和煙草提取物的柔和性功能香精，并與紅河特色香原料進行調配，開發(fā)出2個柔和性功能香基應用于紅河系列卷煙產品。評價結果表明，柔和性功能香精對提高紅河卷煙產品的柔和細膩性，改善香氣質，提高圓潤性，改善口感均有一定的作用。

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