卷煙煙氣中7種香韻特征賦予組群的篩查

劉俊輝，楊春強(qiáng)，范 武，席 輝，董愛君，王丁眾，柴國璧，毛 健，熊國璽*，宗永立*

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

2.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢市東西湖區(qū)金山大道1355號黃鶴樓科技園 430000

Green 等［1］認(rèn)為研究煙草和煙氣成分的動力在于：①哪些煙草和煙氣成分對煙草制品的香味至關(guān)重要；②哪些煙草和煙氣成分可能引起人體健康風(fēng)險。為了評估食品中香氣化合物的重要性，Patton 等［2］提出了氣味活性值（odor activity value，OAV），即在給定覺察閾值（T）和食品濃度（C）的情況下，氣味活性值（UO）可表示為UO= C/T。就食品化合物對香氣的貢獻(xiàn)而言，氣味活性值越大，其對食品香氣的貢獻(xiàn)越大。盡管香氣化合物之間還存在協(xié)同或抑制效應(yīng)，香氣化合物濃度和香氣強(qiáng)度也并非都是正比關(guān)系，但是利用氣味活性值評估香氣化合物對食品香氣的貢獻(xiàn)仍不失為有效的方法［3］。

迄今在食品中發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)物數(shù)量超過12 000種，對香氣起關(guān)鍵作用的卻只有230 種，某一具體食品中關(guān)鍵香氣物為3～40 種［4］。依據(jù)關(guān)鍵香氣物的濃度和閾值信息，再加上創(chuàng)造性思維，調(diào)香師就能再現(xiàn)天然食品的香氣［3］。人們目前從卷煙煙氣中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)成分?jǐn)?shù)量超過了6 000 種，其質(zhì)量之和超過卷煙煙氣總質(zhì)量的99%。因此，卷煙煙氣中即便存在其他化學(xué)成分，其對卷煙香味、感官體驗和消費(fèi)者滿意度的影響也是有限的［5］。在卷煙煙氣危害性研究取得顯著的進(jìn)展之后［6］，如何借鑒卷煙煙氣危害性研究的思路和食品香味研究的成果，評估卷煙煙氣香氣成分對卷煙香味、感官體驗和消費(fèi)者滿意度的貢獻(xiàn)，成為未來煙草香味化學(xué)研究的一個重要方向。

在前期研究中，本項目組基本明確了卷煙主流煙氣中產(chǎn)生焦甜香、酸香、果香、辛香、堅果香、花香、熏香等不同香韻的特征賦予組群，從分子水平上解釋了煙氣化學(xué)成分與感官品質(zhì)之間的關(guān)系，明確了多種卷煙感官指標(biāo)對應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)［7-8］。為進(jìn)一步了解不同香韻的特征賦予化合物，掌握卷煙煙氣成分的化學(xué)氣味編碼，本研究中對卷煙煙氣特征賦予組群的分布和香氣成分的貢獻(xiàn)度進(jìn)行考察，以期為建立特征賦予組群香氣模型和調(diào)配適于卷煙增香使用的香基單元提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1 香料單體數(shù)據(jù)的來源

根據(jù)雷諾煙草公司公開的資料［9］，在卷煙中評價的香料單體為1 079 種。其中包括97 種有機(jī)酸，23 種氨基酸，87 種醇，93 種醛和縮醛，12 種胺和酰胺，16 種酐，378 種酯，46 種醚和吡喃酮，11 種亞胺，136 種酮，46 種內(nèi)酯，18 種酚，26 種吡啶、喹啉和吲哚，54 種吡嗪和二氫吡嗪，7 種吡咯，8 種含硫化合物，21 種其他化合物。在Leffingwell & Associates 網(wǎng)站公開的香料單體信息［10］中，包含13種焦糖香料，30 種果香香料，18 種堅果香香料，13種花香香料。

1.1.2 煙草煙氣化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)的來源

文獻(xiàn)［5］中列出了6 010 種煙草煙氣成分，并提供了這些成分的化學(xué)名稱、美國化學(xué)文摘編號（CAS No.）和結(jié)構(gòu)式等信息，是迄今最為權(quán)威的卷煙煙氣化學(xué)成分信息的來源。

1.1.3 香氣化合物覺察閾值數(shù)據(jù)的來源

數(shù)據(jù)主要來源于文獻(xiàn)［11］，以及Leffingwell & Associates 網(wǎng)站［10］。

1.2 方法

1.2.1 香料單體的篩查

從雷諾煙草公司在卷煙中評價的1 079 種香料單體中篩查具有焦甜香、酸香、果香、辛香、堅果香、花香和甜香等香韻的香料單體；從Leffingwell & Associates 網(wǎng)站公開的香料單體中篩查具有焦甜香、果香、堅果香和花香的74 種香料單體。

1.2.2 卷煙煙氣中7 種香韻特征賦予組群的確定

據(jù)1.2.1 中篩查的具有焦甜香、酸香、果香、辛香、堅果香、花香和甜香的香料單體名單，對照Rodgman 等［5］列出的 6 010 種煙草煙氣成分名單，逐一核查確定具有某一香韻特征同時又在煙草煙氣成分名單中的香料單體，確定卷煙煙氣中7 種香韻的特征賦予組群。

1.2.3 卷煙煙氣香氣成分覺察閾值的確定

傳統(tǒng)上，人們使用嗅覺測量儀得到香氣化合物的覺察閾值數(shù)據(jù)。然而，對食品而言，在計算氣味活性值時，使用香氣化合物在水中的覺察閾值數(shù)據(jù)更符合實際。鑒于Leffingwell 具有煙草香料研究背景，優(yōu)先使用 Leffingwell & Associates 網(wǎng)站［10］提供的閾值和文獻(xiàn)［12］中的閾值；查找不到相關(guān)閾值數(shù)據(jù)的，使用煙草行業(yè)科研人員獲得的閾值。如果通過兩者都沒有得到閾值數(shù)據(jù)，則通過檢索 Odour Thresholds［11］獲得，并優(yōu)先使用最新日期的閾值數(shù)據(jù)。

1.2.4 卷煙煙氣香氣成分單支釋放量的確定

以“煙氣成分”和“定量分析”為關(guān)鍵詞，對SciFinder 和中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，獲得圖書、期刊等原始文獻(xiàn)。然后，以7 種香韻的特征賦予組群和單支卷煙釋放量μg/支為篩查標(biāo)準(zhǔn)，從原始文獻(xiàn)中獲得卷煙煙氣香氣成分釋放量的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙煙氣中焦甜香香韻的特征賦予組群

食品香料領(lǐng)域科研人員評估一種食品香氣成分的重要性時，通常需要測定該成分在食品中的特定含量并測定該成分在水中的覺察閾值，也即通過計算氣味活性值來評估一種食品香氣成分的重要性［3］。對卷煙而言，由于卷煙煙氣為非均相體系而且煙氣成分極為復(fù)雜，同時沒有一種溶劑體系能夠像替代食品體系那樣替代復(fù)雜的卷煙煙氣，因此采用該方法不可避免會存在一定的偏差，但在沒有找到替代卷煙煙氣的極性介質(zhì)之前，采用氣味活性值來評估煙氣香氣成分的重要性仍不失為有效的方法。

焦甜香為烤煙型卷煙煙氣的重要特征香韻［7］，從中篩查出13 種具有焦甜香的煙草煙氣成分，如表1所示。除面包酮外，其他成分均有水中的閾值數(shù)據(jù)，同時也是研究較多的感官成分。對焦甜香貢獻(xiàn)最大的兩種成分是甲基環(huán)戊烯醇酮和草莓酮。乙基環(huán)戊烯醇酮的氣味活性值高于麥芽酚，3，4-二甲基-1，2-環(huán)已二酮的覺察閾值則低于草莓酮。此外，3-羥基-4，5-二甲基-2（5H）呋喃酮，即葫蘆巴內(nèi)酯（soloton），是烤煙型卷煙煙葉的重要焦甜香成分，因其不在煙氣成分名單，故未列入焦甜香香韻特征賦予組群。

2.2 卷煙煙氣中酸香香韻的特征賦予組群

烤煙型卷煙煙氣呈弱酸性，揮發(fā)性酸類物質(zhì)對卷煙煙氣的香氣有重要的貢獻(xiàn)。從香料單體中共篩查出6 種具有酸香的煙草煙氣成分（表2）。這些有機(jī)酸幾乎都有水中的覺察閾值，也是定量測定較多的成分。根據(jù)文獻(xiàn)［12］可知，Leffingwell對香料煙香氣中乙酸和3-甲基戊酸的氣味活性值進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)3-甲基戊酸對香料煙香氣的重要性約為乙酸的152 倍。通過表2 的數(shù)據(jù)可以簡單比較上述兩種酸對煙氣酸香的貢獻(xiàn)大小。例如使用Sakuma 等［26］報道的煙氣釋放量，計算可得到乙酸的氣味活性值為871/22 = 40，丁酸的氣味活性值為26/0.24 = 108。因此，丁酸對酸香的重要性約為乙酸的3 倍。

表1 焦甜香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量①Tab.1 Burnt-sugar components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

表2 酸香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.2 Acidic components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

2.3 卷煙煙氣中果香香韻的特征賦予組群

共篩查出25 種具有果香香韻的煙草煙氣成分（表3）。其中，苯甲醛、覆盆子酮、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯和己酸乙酯較為常見。食品香料工業(yè)大量使用果香香韻的香料，因而它們大多有水中的覺察閾值。然而，具有特征果香香韻的乙酸異戊酯、乙酰乙酸乙酯和γ-內(nèi)酯為煙葉香氣成分，而非煙草煙氣成分。原因可能是這些酯類物質(zhì)并非煙葉本身固有成分，而是通過提取過程中的分子間反應(yīng)生成的。果香并不是卷煙煙氣的重要特征香韻，除苯甲醛外，文獻(xiàn)中很少有煙氣釋放量數(shù)據(jù)。只有獲得煙氣釋放量的數(shù)據(jù)，才能評估這些成分對煙氣香氣的貢獻(xiàn)。

表3 果香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.3 Fruity components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

2.4 卷煙煙氣中辛香香韻的特征賦予組群

辛香是月桂油、肉桂、肉豆蔻、丁香油等具有的辛暖香氣特征，是重要的外加香韻。篩查出12種具有辛香的煙草煙氣成分，如表4所示。丁香酚、異丁香酚、肉桂醛、肉桂醇、茴香腦、百里香酚等常用于卷煙調(diào)香中。其中，丁香酚的覺察閾值最低，但煙氣釋放量數(shù)據(jù)低于異丁香酚。從覺察閾值和煙氣釋放量的數(shù)據(jù)不難看出兩者對煙氣辛香均有重要的貢獻(xiàn)。

表4 辛香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.4 Spicy components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

2.5 卷煙煙氣中堅果香香韻的特征賦予組群

堅果香是混合型卷煙煙氣的重要特征香韻，具有堅果香香韻的化合物是極為重要的香原料。共篩查出14 種具有堅果香香韻的煙草煙氣成分（表5）。其中，2-甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪等較為常見，除2，5-二甲基吡嗪和2-乙基-3-甲基吡嗪外，有完整的覺察閾值和煙氣釋放量。從Coleman［15］提供的煙氣釋放量數(shù)據(jù)并結(jié)合覺察閾值數(shù)據(jù)，得到如下的結(jié)論：2-乙基-3，6-二甲基吡嗪和2-乙基-5-甲基吡嗪對煙氣堅果香香韻的貢獻(xiàn)最大，2-乙基-3，5-二甲基吡嗪的貢獻(xiàn)次之，2-乙基-3-甲基吡嗪的貢獻(xiàn)需要通過煙氣釋放量數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。

2.6 卷煙煙氣中花香香韻的特征賦予組群

煙草本身含有大量具有花香香韻的化學(xué)物質(zhì)，例如苯乙醇、由萜類物質(zhì)降解生成的香茅醇和香葉醇，由類胡蘿卜素降解生成的紫羅蘭酮、大馬酮等［33］。共篩查出22 種帶有花香的煙草煙氣成分，見表6。其中，香茅醇、芳樟醇、香茅醛、苯乙醛、大馬烯酮、β-大馬酮、α-紫羅蘭酮、吲哚、3-甲基吲哚等是卷煙調(diào)香常見的香原料。鑒于日用調(diào)香和食品調(diào)香中大量使用具有花香的香原料，它們大部分具有覺察閾值數(shù)據(jù)。其中，大馬烯酮、β-大馬酮和3-甲基吲哚的覺察閾值極低。就煙草煙氣而言，人們較多關(guān)注的是苯乙醇、吲哚、3-甲基吲哚、苯乙醛和大馬烯酮。從表6 中的數(shù)據(jù)看出，苯乙醇雖具有玫瑰香特征，但因其覺察閾值較高，對煙氣花香的貢獻(xiàn)不大。相比之下，苯乙醛的煙氣釋放量低于苯乙醇，但覺察閾值比苯乙醇低兩個數(shù)量級，因此對煙氣花香的貢獻(xiàn)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于苯乙醇。吲哚和3-甲基吲哚在較高濃度時，呈現(xiàn)不愉悅的糞臭氣息；但在較低濃度時，卻帶有花香香韻。從覺察閾值數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，3-甲基吲哚的覺察閾值遠(yuǎn)低于吲哚，而兩者煙氣釋放量大致相當(dāng)，因此3-甲基吲哚對卷煙煙氣花香香韻的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吲哚。

表5 堅果香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.5 Nutty components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

表6 花香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.6 Floral components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

2.7 卷煙煙氣中甜香香韻的特征組群

本研究中共篩查出26 種有甜香香韻的卷煙煙氣成分（表7）。甜香是中式卷煙的重要風(fēng)格特征之一，其中以“中華”卷煙為代表，在中式卷煙風(fēng)格特征感官評價中，所賦甜香分值高達(dá)3.0。甜香又是感官評價中具有爭議性的話題。首先，甜香香韻進(jìn)一步細(xì)分為蜜甜、果甜、辛甜、膏甜、豆甜等；其次，在大腦感知層面，甜味與甜香香韻相互影響。將甘草、紫蘇葶等加入卷煙時，煙氣的甜香香韻會增強(qiáng)，而甘草、紫蘇葶本身并沒有明顯的甜香氣息；反之，甜香香料亦會增強(qiáng)口腔中甜味的感知。最后，卷煙煙氣中存在大量的含氮化合物，它們具有不同程度的苦味。卷煙中加入甜味劑時，會抑制含氮化合物的苦味，從而彰顯煙氣的甜香香韻特征。在表7 中，乙酸苯乙酯同時具有甜香和花香香韻，因甜香香韻強(qiáng)度更高，故被列為甜香香韻成分。L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸和L-丙氨酸本身不具有甜香香韻，但加入卷煙時能提高煙氣的甜香香韻。丁酸乙酯有非常低的覺察閾值，雖然文獻(xiàn)中沒有煙氣釋放量的數(shù)據(jù)，但卻是卷煙調(diào)香中大量使用的甜香香韻物質(zhì)。值得一提的是，中式卷煙風(fēng)格感官評價中使用的甜香參照樣品為環(huán)十五內(nèi)酯。該物質(zhì)為煙葉香氣成分，但不是煙草煙氣成分。比較而言，文獻(xiàn)中卷煙煙氣甜香成分的覺察閾值和煙氣釋放量數(shù)據(jù)較少。

表7 甜香成分及其覺察閾值和煙氣釋放量Tab.7 Sweet components, their detection thresholds and concentrations per cigarette

3 結(jié)論

以雷諾煙草公司在煙草制品中評價的1 079種香料單體和Leffingwell 等評價的74 種香料單體為樣本，依據(jù)2013年Rodgman 統(tǒng)計的煙草煙氣化學(xué)成分名單，篩查了卷煙煙氣中焦甜香、酸香、果香、辛香、堅果香、花香和甜香等7 種香韻的特征賦予組群。通過查閱文獻(xiàn)，得到了卷煙煙氣香氣成分的覺察閾值，并得到了部分成分在卷煙煙氣中的釋放量數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示：7 種特征賦予組群含有的香氣成分?jǐn)?shù)量分別為13、6、25、12、14、22、26種。具有焦甜香、酸香、堅果香和花香的香氣成分有較完備的覺察閾值，也是卷煙煙氣定量分析中測定較多的成分。這些香韻的特征賦予組群與覺察閾值、單支濃度等數(shù)據(jù)結(jié)合，將有助于深入了解卷煙煙氣的化學(xué)氣味編碼。