六種添加劑對(duì)煙絲揮發(fā)性與半揮發(fā)性成分含量的影響

蔣歷輝，張 敏，孫凱健

（1.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，上海200082； 2.上海市煙草學(xué)會(huì)，上海200082；3.中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙410083）

煙葉品質(zhì)與煙葉成分密不可分，煙絲中的揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分是決定卷煙的感官質(zhì)量的關(guān)鍵因素.通過在煙草中加入添加劑可以改變煙草或煙絲的香味成分，進(jìn)而提升卷煙品質(zhì)，國內(nèi)外煙草科研工作者對(duì)此進(jìn)行了不少的研究［1－6］.宮長榮等［7］對(duì)酶在煙草行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了較深入的研究，并對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的科研成果進(jìn)行了綜述，但由于酶極易失活，大大地限制了其在卷煙生產(chǎn)上的應(yīng)用［8－9］.除了早期的酶添加劑，近年來科研工作者把目光轉(zhuǎn)向了頗具中國特色的中草藥提取物，將中草藥提取物添加到卷煙中，研究其對(duì)卷煙品質(zhì)改善的效果.盡管這方面的研究報(bào)道較多，但是關(guān)于中草藥的選擇及配伍、中草藥有效成分及其作用機(jī)理仍然沒有得到科學(xué)合理的闡述［10－13］.

在卷煙添加劑的研究中，多數(shù)集中在降焦減害領(lǐng)域，而對(duì)添加劑協(xié)同烘絲工序改變煙葉中的揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分含量的研究比較少，探討添加劑與煙葉作用后，煙葉化學(xué)成分的改變與煙葉品質(zhì)的關(guān)系更是缺少深入系統(tǒng)的研究.本文作者研究了蘋果酸、檸檬酸、乳酸、（NH4）2HPO4、K2CO3和檸檬酸鉀加入到煙絲中與煙絲自身的酸或堿反應(yīng)并改變煙草中揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分含量的情況.

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 材料與儀器

單料煙（2009年山東中部煙葉），乙酸苯乙酯、叔丁基甲醚、甲苯（色譜純，ACROS），K2CO3、（NH4）2HPO4、檸檬酸鉀、乳酸、蘋果酸、檸檬酸（AR）均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.安捷倫7890GC－5975MS氣質(zhì)聯(lián)用儀；瑞士梅特勒－托利多XS204天平；上海優(yōu)芯試驗(yàn)設(shè)備制造廠FB 0.16電熱鼓風(fēng)裝盤烘箱（根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求改造）；德國KBF240恒溫恒濕箱.

1.2 添加劑溶液的配制

稱取K2CO3、（NH4）2HPO4、檸檬酸鉀各5.000g于燒杯中，溶解后轉(zhuǎn)移到100mL的容量瓶中，定容即得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水溶液.乳酸、蘋果酸、檸檬酸稱取1.000g，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液.

1.3 煙絲平衡

稱取7份100.0g經(jīng)過平衡的煙絲，6份采用噴霧器分別噴灑10.0mL上述配制好的添加劑水溶液，另一份噴灑水作為參比，裝入自封袋充分平衡48h.

1.4 煙絲干燥

卷煙制絲工藝流程中，干燥后煙絲的含水率為12%～13%.為確保本文添加了不同添加劑水溶液的各煙絲在烘后其含水率基本符合要求，考察了烘后煙絲含水率與烘絲時(shí)間的關(guān)系.設(shè)定滾筒烘絲箱參數(shù)為：烘絲溫度110℃，烘箱風(fēng)速1.57m／s，滾筒轉(zhuǎn)速12r／min.平行稱取6份100.0g的煙絲，各噴灑10.0mL的水并平衡48h后在不同的烘絲時(shí)間下烘絲，測烘絲前后各煙絲的含水率，所測數(shù)據(jù)列于表1.

表1 烘絲工作曲線測試Table 1 The data of drying working curve

分析烘絲工作曲線，180s應(yīng)該是合理的烘絲時(shí)間.將添加水并平衡的煙絲于相同條件下進(jìn)行烘絲，烘絲時(shí)間為180s，測得煙絲烘后的含水率為13.01%.參考這個(gè)烘絲時(shí)間，將添加了K2CO3、（NH4）2HPO4、檸檬酸鉀各5%的水溶液及乳酸、蘋果酸、檸檬酸各1%的水溶液和作為參比添加水的煙絲進(jìn)行了烘絲，烘絲時(shí)間為180～182s.

1.5 煙絲萃取

為剔除煙絲含水率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，將烘后煙絲置于恒溫恒濕箱（60%的相對(duì)濕度，22℃）平衡24h.然后按實(shí)驗(yàn)編號(hào)每份煙絲稱取4.00g于樣品管中，各加入20.0mL的叔丁基甲醚和50.0μL內(nèi)標(biāo)乙酸苯乙酯（0.02g／100.0mL），甲苯溶解，超聲波萃取1.0h并靜置8.0h，上層清液轉(zhuǎn)移至洗凈的樣品瓶中保存并進(jìn)行GC－MS檢測.

1.6 GC－MS操作條件

色譜柱：DB－5MS毛細(xì)管柱，載氣：He，進(jìn)樣量：2.0μL，不分流，進(jìn)樣口溫度：260℃，程序升溫：40℃保持5min，4℃·min－1升溫至240℃，保持20.0min；質(zhì)譜儀采用全離子檢測模式，掃描范圍為：33～400amu，離子源溫度：230℃，四級(jí)桿溫度：150℃.

煙絲中各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)庫（wiely7n.l）進(jìn)行檢索，對(duì)擬合指數(shù)和質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步加以確認(rèn).GC－MS定性后，根據(jù)內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析，配制2，3－丁二醇、苯甲醇、苯乙醇、4－羥基苯乙醇、2－甲基丁酸、苯乙酸、香草酸、十四酸、對(duì)甲基苯甲醛、香蘭素、5－羥甲基糠醛、茄酮、β－大馬烯酮、氧化茄酮、3－羥基－β－大馬烯酮、2－乙酰吡咯、麥芽酚、吲哚、尼古丁、二氫獼猴桃內(nèi)酯、新植二烯的標(biāo)準(zhǔn)溶液；其他組分以目標(biāo)物峰面積和內(nèi)標(biāo)峰面積比進(jìn)行相對(duì)定量，物質(zhì)的相對(duì)校正因子（F）取為1.00.

1.7 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

稱取7份100g的煙絲，按編號(hào)分別均勻噴灑K2CO3、（NH4）2HPO4、檸檬酸鉀各5%的水溶液，乳酸、蘋果酸、檸檬酸各1%的水溶液以及參比水，密閉平衡48h后，相同條件下烘絲，恒溫恒濕箱平衡后分別取樣進(jìn)行GC－MS測試.按照完全相同的實(shí)驗(yàn)方法完成3輪實(shí)驗(yàn)，共計(jì)21個(gè)煙絲樣品.將每個(gè)樣品的GC－MS測試數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量分析，將3輪實(shí)驗(yàn)的平均結(jié)果列于表2.

表2 不同添加劑處理煙絲的揮發(fā)性、半揮發(fā)性香味成分含量（μg／g）Table 2 The volatile and semi－volatile components content in tobacco treated with different additives（μg／g）

續(xù)表2

2 結(jié)果討論

2.1 實(shí)驗(yàn)重復(fù)性考察

為了考察實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，選取部分香味成分進(jìn)行了分析，不同添加劑各組分的RSD值列在表3中.從表3可以看出，只有少數(shù)組分的RSD值超過了10%，其余基本上在4% ～8% 之間，方法重現(xiàn)性良好.

表3 部分香味成分的RSD值Table 3 The RSDvalues of some aroma components

續(xù)表3

2.2 數(shù)據(jù)分析

從表2中的數(shù)據(jù)可以明顯看出尼古丁的含量變化最為顯著，當(dāng)煙絲加入K2CO3后，尼古丁含量增加了45.5%，而（NH4）2HPO4和檸檬酸鉀略微提高了煙絲中游離態(tài)尼古丁的含量.當(dāng)檸檬酸、蘋果酸和乳酸加入煙絲后，尼古丁含量呈降低趨勢，以檸檬酸降幅最大，降幅最小的為乳酸，這可能與三種酸添加劑的酸性強(qiáng)弱有關(guān)，檸檬酸是三元有機(jī)羧酸，酸性較強(qiáng)，加入煙絲后與自由尼古丁結(jié)合成鹽，反應(yīng)較徹底，而乳酸只是一元羧酸，與尼古丁的反應(yīng)程度沒有檸檬酸強(qiáng).

根據(jù)國內(nèi)外煙草研究者的報(bào)道，目前基本確定了煙葉和煙氣中的致香成分，尤其是揮發(fā)性的香味物質(zhì)，主要分為七大類，即酸類、醇類、羰基類、酯類和內(nèi)酯、酚類、氮雜環(huán)類和酞胺及亞胺類.將表2中的所有數(shù)據(jù)也進(jìn)行歸類處理，為了清晰看出施加不同添加劑平衡并烘絲后煙絲中揮發(fā)性、半揮發(fā)性香味成分含量的變化，本文作者以添加水的煙絲組分含量為參比，其他煙絲組分含量除以這個(gè)參比，再用這個(gè)相對(duì)比值作圖得到酯類組分含量變化的折線圖（圖1）.

圖1 不同添加劑與水處理煙絲酯類組分含量相對(duì)比值折線圖Fig.1 The relative ratio line graph of esters content in tobacco treated with different additive

從酯類組分含量變化圖可以看出，檸檬酸和乳酸使酯類組分的含量增加，3－羥基二氫獼猴桃內(nèi)酯、亞麻酸甲酯添加了乳酸后，含量增加12%左右.而經(jīng)過K2CO3和檸檬酸鉀處理過的煙絲中酯類組分含量減少，以K2CO3較為明顯，莨菪亭和7，10，13－十六碳三烯酸甲酯分別減少了7.26和1.58μg／g.

在醛類組分含量變化圖（圖2）中，（NH4）2HPO4效果則是最顯著的，原煙中香蘭素的含量為0.93μg／g，但煙絲經(jīng)過（NH4）2HPO4處理后，其含量為1.29μg／g.此外，5－（羥甲基）－1H－吡咯－2－甲醛的含量有較大的增長，含量增加的幅度約為33%；但5－羥甲基糠醛的含量減少，這個(gè)組分含量在添加了酸性添加劑后均有增加，尤其是添加檸檬酸和乳酸的煙絲樣品.

圖2 經(jīng)不同添加劑與水處理的煙絲中醛類組分含量相對(duì)比值折線圖Fig.2 The relative ratio line graph of aldehydes content in tobacco treated with different additive

巨豆三烯酮是煙絲中重要的香味成分，其含量在煙絲中并不高，卻對(duì)煙絲品質(zhì)有較重要的影響，添加劑的加入基本上都能使巨豆三烯酮的含量增加，增幅最大的為檸檬酸，其巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3和巨豆三烯酮4分別增加了0.08、0.31、0.19和0.45μg／g，增幅最小的是檸檬酸鉀（圖3）.

圖3 經(jīng)不同添加劑與水處理的煙絲中巨豆三烯酮組分含量相對(duì)比值折線圖Fig.3 The relative ratio line graph of megastigmatrienones content in tobacco treated with different additive

從醇的變化趨勢來看（圖4），（NH4）2HPO4的加入使低沸點(diǎn)的醇如2，3－丁二醇、苯甲醇、2－苯基乙醇和4－羥基苯乙醇的含量略有增加；而高沸點(diǎn)的醇如3－氧代－－紫羅蘭醇等則略有下降.檸檬酸和K2CO3的加入使所有醇的含量都升高，這表明不論是偏酸性的檸檬酸還是偏堿性的K2CO3加入到煙絲都有利于其醇類組分含量的提高.

圖4 經(jīng)不同添加劑與水處理的煙絲中醇類組分含量相對(duì)比值折線圖Fig.4 The relative ratio line graph of alcohols content in tobacco treated with different additive

煙絲在加入堿性添加劑并烘絲后，其酸類組分含量呈下降趨勢，以K2CO3最為明顯，各酸的含量下降在10%左右，但棕櫚酸的含量不但沒有下降，反而略有增加.與之相對(duì)應(yīng)，煙絲加入酸性添加劑，各酸類組分含量成增加的趨勢，其中檸檬酸和乳酸的效果較為顯著（圖5）.

圖5 經(jīng)不同添加劑與水處理的煙絲中酸類組分含量相對(duì)比值折線圖Fig.5 The relative ratio line graph of acids content in tobacco treated with different additive

3 結(jié)論

煙絲經(jīng)過噴灑添加劑水溶液平衡、烘絲并萃取后，巨豆三烯酮的含量均有增加.添加K2CO3到煙絲后，游離態(tài)的尼古丁含量大幅增加，醇類組分含量有所升高，而酸類組分和酯類組分含量略有降低.用檸檬酸處理的煙絲，酸類組分、醇類組分和酯類組分含量都是增加的，而尼古丁含量有下降的趨勢.（NH4）2HPO4均勻噴灑加入煙絲，醇類組分、醛類組分含量均有所升高.其他添加劑處理煙絲后，煙絲化學(xué)成分并未表現(xiàn)出很明顯的規(guī)律變化.

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