烙鐵溫度對成品煙絲致香成分的影響

李 超 袁湘云 李 達(dá) 葛 文 王家壽

(1. 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650024；2. 紅云紅河煙草〔集團(tuán)〕有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231)

煙草致香成分是卷煙感官風(fēng)格特征形成的關(guān)鍵因素，也是評價卷煙質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-2]。卷煙作為特殊嗜好品，吸食品質(zhì)的優(yōu)劣，很大程度上取決于煙絲中的致香成分[3-4]。煙絲中的致香物質(zhì)是使煙絲產(chǎn)生香味的重要物質(zhì)，不同種類、含量的致香物質(zhì)決定了煙草燃燒時的醇和度和感官感受。煙絲中的致香成分含量和種類在卷煙制絲過程中會發(fā)生變化，只有當(dāng)煙絲中的化學(xué)成分達(dá)到某種平衡后，煙草才具有較高的品質(zhì)，因此，對煙草中致香成分的分析一直是煙草科學(xué)研究的重點(diǎn)，通過對致香成分進(jìn)行含量和種類的分析研究，可以對卷煙質(zhì)量進(jìn)行比較客觀、準(zhǔn)確的評價[5]。國內(nèi)外許多研究人員對煙草中的致香成分進(jìn)行過研究。堯珍玉等[6]對近年來卷煙調(diào)香以及致香產(chǎn)物本身的香氣特征進(jìn)行綜述，為改進(jìn)煙葉的初烤、復(fù)烤及陳化等工藝提供參考；王玉真等[7]針對薄板烘絲機(jī)的不同調(diào)控模式對煙絲香味成分的影響進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)不同的調(diào)控模式下煙草中揮發(fā)性有機(jī)酸和致香成分的含量存在顯著差異；邵慧芳等[8]研究松散回潮工序關(guān)于回風(fēng)溫度對煙葉致香成分的影響，結(jié)果顯示，57 ℃為回風(fēng)溫度的臨界點(diǎn)，高于57 ℃時煙葉中的致香成分可能會轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)；丁美宙等[9]對葉絲滾筒干燥對卷煙香氣進(jìn)行研究，結(jié)果顯示采用125～132 ℃ 的烘絲筒壁溫度更有利于突出卷煙烤香甜；Gopalam等[10]分析了印度烤煙成熟期間色素含量的變化，發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素含量逐漸下降，其他色素只在煙葉過熟后才下降。但關(guān)于卷煙過程中烙鐵溫度對煙絲致香成分的影響卻未見報道，烙鐵溫度過高或過低都會影響煙絲產(chǎn)品質(zhì)量，溫度過低會造成卷煙爆裂，溫度過高又會使煙絲變質(zhì)，影響卷煙質(zhì)量[11]。

試驗(yàn)擬采用頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V質(zhì)譜聯(lián)用法[12-13]，對同一生產(chǎn)線不同批次煙絲中的致香成分進(jìn)行檢測分析，并對卷煙過程中烙鐵溫度對煙絲致香成分的影響進(jìn)行分析探究，以期為卷煙生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料及試劑

煙絲樣品：取自云南紅云紅河集團(tuán)M卷煙廠同一生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的不同批次卷煙，試驗(yàn)選取兩批次煙絲樣品進(jìn)行檢驗(yàn)(批次X、批次Y)，兩個不同批次的工藝參數(shù)設(shè)置除烙鐵溫度參數(shù)變化外，其余參數(shù)一致，卷煙機(jī)主要工藝參數(shù)設(shè)置見表1；

表1 卷煙機(jī)工藝參數(shù)設(shè)置Table 1 Process parameters setting of the cigarette making machine

乙酸-2-苯乙酯內(nèi)標(biāo)：純度為99%，美國Sigma公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：5975C-7890A型，日本島津公司；

色譜柱：HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)型，美國Aglient公司；

自動進(jìn)樣器：CTC Analytics CombiPAL型，日本GL Sciences公司；

固相微萃取頭：50/30 μm DVB/CAR/PDMS型，美國Supelco公司；

分析天平：FA 2004型，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 頂空固相微萃取 室溫下，準(zhǔn)確稱取煙絲樣品0.8 g，置于20 mL頂空瓶中，加入內(nèi)標(biāo)乙酸-2-苯乙酯0.1 μL，密封瓶口。將其置于70 ℃水浴鍋中預(yù)熱10 min，將老化的萃取頭插入樣品瓶頂空部分，熱吸附40 min抽回，萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，240 ℃下解析250 s。

1.2.2 氣相色譜—質(zhì)譜檢測條件

(1) 氣相色譜檢測條件：柱溫采用升溫程序，初始溫度50 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min升至150 ℃，保持1 min，然后以7 ℃/min升至250 ℃，保持5 min；分流比10∶1；載氣：99.999%高純氦氣，流速10 mL/min。

(2) 質(zhì)譜條件：EI+離子源；電壓70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃；掃描方式：全掃描；質(zhì)量掃描范圍：29～450 amu。

1.2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 由于卷煙小包的密封性受烙鐵溫度影響較大，試驗(yàn)主要探究烙鐵溫度對煙絲致香成分的影響，選取烙鐵溫度梯度為265，270，275 ℃(正常生產(chǎn)工藝的烙鐵溫度范圍為250～300 ℃)，在卷煙機(jī)速度(6 745支/min)、搓板溫度(170 ℃)和水松紙溫度(50 ℃)參數(shù)不變的操作條件下，運(yùn)用頂空固相微萃取和氣相色譜—質(zhì)譜的研究方法分別對不同烙鐵溫度下X、Y兩批次煙絲樣品的致香成分含量進(jìn)行分析檢測，獲得各成分的含量，并研究含量與烙鐵溫度間的相互影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 X、Y煙絲中致香物質(zhì)組分的差別

采用頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V/質(zhì)譜技術(shù)，富集同一生產(chǎn)線X、Y兩個批次樣品中香氣成分，分析結(jié)果見表2。結(jié)果顯示：X、Y兩個批次煙絲中共有11類香氣成分，主要是酮類、醇類和醛類。兩批次煙絲樣品共檢測出35種致香成分，其中批次Y中檢測出的香氣成分較多，為34種，批次X中致香成分相對較少，共檢測出30種致香成分，兩批次樣品中共有的香氣成分為29種。批次X中未檢測出3-甲基-3-丁烯-2-酮、2-己烯-1-醇、2-(丁氧基乙氧基)乙醇、棕櫚酸甲酯、3,5-二甲基苯酚；批次Y中未檢測出3-甲基-1,2-環(huán)戊二酮。

2.2 X、Y煙絲中致香物質(zhì)含量的差別

由表2可以看出，羥基丙酮、1,2-丙二醇、糠醛、5-甲基糠醛、新植二烯、乙酸和煙堿是調(diào)節(jié)煙絲香味的重要物質(zhì)，其相對含量均在10 mg/kg以上，其中1,2-丙二醇的含量最高，其在X、Y兩個批次樣品中相對含量分別為252.47，415.74 mg/kg，其次為乙酸，相對含量分別為188.35，120.33 mg/kg。批次X中致香物質(zhì)的相對總含量為662.26 mg/kg，批次Y中致香物質(zhì)的相對總含量為671.80 mg/kg，兩者差距不大。研究還發(fā)現(xiàn)一些香氣成分在X、Y兩個批次樣品中含量存在顯著差異，批次X中羥基丙酮、5-甲基糠醛、新植二烯、乙酸、煙堿的相對含量明顯高于批次Y的；而批次X中1,2-丙二醇、糠醇、糠醛的相對含量明顯低于批次Y的，尤以1,2-丙二醇在兩批次樣品中含量差異最為明顯，差值為163.27 mg/kg。新植二烯是構(gòu)成煙絲香氣的重要物質(zhì)，為葉綠素降解物，具有清香香氣，能夠降低煙絲燃燒時產(chǎn)生的刺激性，使香氣更加醇和；新植二烯在X、Y兩個批次樣品中相對含量分別為58.43，42.41 mg/kg，因含量存在差異其產(chǎn)生的調(diào)節(jié)強(qiáng)度亦有差異。煙堿提供卷煙抽吸時的煙味、勁頭和生理滿足感，同時也會帶來抽吸時的刺激性，其裂解產(chǎn)生的吡啶類化合物也會產(chǎn)生油樹脂的香氣，共同豐富煙草香味；煙堿也是調(diào)節(jié)煙絲香味的關(guān)鍵成分，其在X、Y兩個批次樣品中相對含量分別為64.26，36.45 mg/kg。可以看出，煙堿在兩批次樣品中存在明顯差異，新植二烯能夠緩和煙堿的刺激性，兩者在煙絲中含量的差異會使不同批次的煙絲產(chǎn)生不同的香味。

表2 X、Y兩個批次中致香成分、保留時間及相對含量比較?Table 2 Comparison of aroma components, retention time and relative content in two batches of X and Y

? *為試驗(yàn)中加入的內(nèi)標(biāo)物。

2.3 卷煙機(jī)烙鐵溫度對煙絲致香成分含量的影響

按照煙絲中致香前體物質(zhì)進(jìn)行分類，可以將致香成分分為類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、芳香族氨基酸裂解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯5種類型。致香成分的含量與溫度有密切的關(guān)系，每種致香物質(zhì)的含量不同，對溫度的敏感度也不同。試驗(yàn)探究了卷煙機(jī)卷煙過程中烙鐵溫度(265，270，275 ℃)對X、Y兩個批次樣品中致香成分的影響，結(jié)果見表3。

類胡蘿卜素是煙草中重要的前體致香物質(zhì)，其降解產(chǎn)物多具有香味，且刺激性較小，是形成煙絲高雅、清新香氣的主要成分，對煙草香味的調(diào)節(jié)具有重要作用。由表3可知，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物總含量是最少的，受溫度影響也比較明顯，溫度過高或過低都會影響類胡蘿卜素的成分含量，270 ℃時其成分含量相對較高；芳香族氨基酸裂解產(chǎn)物可以增加煙絲花香香味，烙鐵溫度對批次X芳香族氨基酸裂解產(chǎn)物的影響順序?yàn)?70 ℃>265 ℃>275 ℃，對批次Y芳香族氨基酸裂解產(chǎn)物的影響順序?yàn)?70 ℃>275 ℃>265 ℃，說明烙鐵溫度越高，煙絲中致香成分含量也會升高，但當(dāng)烙鐵溫度高于270 ℃時，煙絲中的致香成分可能會發(fā)生變質(zhì)從而含量降低；研究中檢測出的類西柏烷類降解產(chǎn)物是茄酮，茄酮本身具有烤煙味，可以使煙絲香氣更加醇和，X、Y兩個批次樣品中茄酮含量隨溫度變化為先增加后下降，且批次Y中茄酮的相對含量高于批次X的；棕色化反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯是相對較高的兩類型香氣成分，兩批次樣品中溫度對致香成分的影響均是270 ℃>265 ℃>275 ℃，且高溫對香氣成分的影響更大，X、Y兩個批次樣品中致香成分的相對總含量在270 ℃下最高，說明在270 ℃時樣品中的致香成分最豐富。為了探究兩批次樣品致香成分差異的來源，對X、Y兩個批次樣品進(jìn)行不同烙鐵溫度檢測的重復(fù)性試驗(yàn)，共計(jì)10次，并對不同溫度下的致香成分進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果見表4、5，通過對各指標(biāo)物質(zhì)含量的F檢驗(yàn)可知，上述5種類型的致香成分在不同烙鐵溫度下存在顯著性差異，說明X、Y兩個批次樣品中致香成分含量的差異是來自于烙鐵溫度。

表3 烙鐵溫度對X、Y兩個批次樣品致香成分的影響Table 3 Effect of different heater temperature on the aroma components of two batches of X and Y mg/kg

表4 烙鐵溫度對批次X樣品致香成分影響的F檢驗(yàn)?Table 4 F-test on different heater temperature on the aroma components of X

? 當(dāng)P≤0.05時，存在顯著性差異。

表5 烙鐵溫度對批次Y樣品致香成分影響的F檢驗(yàn)?Table 5 F-test on different heater temperature on the aroma components of Y

? 當(dāng)P≤0.05時，存在顯著性差異。

2.4 卷煙機(jī)烙鐵溫度對煙絲致香成分峰面積的研究

不同烙鐵溫度下X、Y兩個批次樣品中致香成分的總峰面積存在顯著差異，結(jié)果見圖2。由圖2可知，溫度對致香物質(zhì)總峰面積的影響顯著，隨著溫度升高，致香物質(zhì)的總峰面積明顯增大，烙鐵溫度為270 ℃時兩批次樣品中的香氣成分總峰面積均達(dá)最大，批次X樣品中香氣成分的總峰面積270 ℃較265 ℃高出1.3×108，較275 ℃高出5×107；批次Y樣品中致香物質(zhì)總峰面積270 ℃較265 ℃高出1.1×108，較275 ℃高出7×107。說明溫度對批次X樣品的影響相對于批次Y的更明顯，變化更大。由圖2還可知，批次Y樣品致香物質(zhì)總峰面積顯著高于同溫度下批次X的，也反映了批次Y樣品中致香物質(zhì)可能更加豐富。此外，各類致香物質(zhì)的總峰面積基本都是先升高后降低，高于270 ℃時各類致香物質(zhì)的總峰面積出現(xiàn)下降，可能是在較高溫度下，分子熱運(yùn)動加劇，會有更多香氣成分被檢測到，但溫度超過某一溫度臨界點(diǎn)時，高溫會使香氣成分異構(gòu)化或發(fā)生裂解變質(zhì)等，造成煙絲致香成分的改變或轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。因此，卷煙機(jī)烙鐵溫度選擇270 ℃更有利于提高煙絲的香氣含量和質(zhì)量，有利于香氣的保留。

圖1 烙鐵溫度對致香成分峰面積的影響Figure 1 Effect of temperature on the peak area of aroma components

3 結(jié)論

試驗(yàn)研究了烙鐵溫度對煙絲致香成分的影響，結(jié)果顯示隨著烙鐵溫度的升高，致香成分的峰面積呈先增加后下降趨勢，烙鐵溫度為270 ℃更有利于保留煙絲中的致香成分。研究結(jié)果補(bǔ)充了國內(nèi)外學(xué)者在烙鐵溫度對煙絲致香成分影響分析方面的研究空白，為提高卷煙的整體質(zhì)量，后續(xù)還可對其他工序的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控研究，以完善卷煙制絲工藝，提高卷煙品質(zhì)。