煙絲含水率對成品煙絲致香成分影響的研究

李達(dá) 李曉科 許仁杰 袁鵬 李娥賢

摘要：為研究薄板干燥工序中不同含水率對同一規(guī)格不同批次卷煙試樣煙絲樣品中致香物質(zhì)的組成及含量的影響，建立靜態(tài)頂空一氣相色譜質(zhì)譜（HS-GC/MS）聯(lián)用法，以乙酸-2-苯乙酯為內(nèi)標(biāo)，MES自動(dòng)控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，結(jié)合KIST和WILEY譜庫檢索定性、內(nèi)標(biāo)定量，對國內(nèi)市售卷煙品牌R的兩個(gè)不同批次（E、F）樣品中致香成分進(jìn)行測定。兩個(gè)批次的成品煙絲共檢測出41種核心致香成分，其中批次E含39種，批次F含37種;6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、六氫金合歡基丙酮為E中未檢出的成分，2-（2-戊烯基_煌喃、氧化異佛爾酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯和苯乙烯為F中未檢出的成分;E中的致香物質(zhì)相對總含量小于樣品F中的致香物質(zhì)相對總含量，將薄板干燥工序煙絲含水率控制在14%有利于保留煙絲中的致香成分。靜態(tài)頂空結(jié)合MES系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確對樣品進(jìn)行分析測定，條件溫和，操作簡單，數(shù)據(jù)獲取自動(dòng)化、智能化，有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量，在煙草行業(yè)的生產(chǎn)制造方面具有積極影響。

關(guān)鍵詞：卷煙煙絲;薄板干燥;致香成分;自動(dòng)化

中圖分類號：TS41.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-5124（2019）07-0074-06

收稿日期：2019-02-06;收到修改稿日期：2019-03-25

基金項(xiàng)目：紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目（HYHH2016GY04）

作者簡介：李達(dá)（1980-），男，云南紅河州人，工程師，碩士，主要從事煙草化學(xué)、信息化研究。

通信作者：李娥賢（1985-），女，云南昆明市人，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)。

0 引言

煙草是一種非常重要的經(jīng)濟(jì)作物，人們曾對其進(jìn)行過各種研究，而煙草中的致香物質(zhì)直接影響卷煙的品質(zhì)也是衡量煙草質(zhì)量的重要指標(biāo)，煙草中的致香成分可以豐富卷煙的香氣，降低卷煙的刺激性，改善卷煙的余味[1]，因此研究煙草中的致香物質(zhì)對于提高煙草品質(zhì)、監(jiān)控卷煙質(zhì)量具有重要的意義。在煙草行業(yè)競爭激烈的現(xiàn)階段，我國面臨著世界各大煙草公司的挑戰(zhàn)，因此，我國要在世界煙草市場上占據(jù)一席之地，就必須要提高煙草產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。煙草品質(zhì)的優(yōu)劣，很大程度上取決于煙草中的致香成分，但對煙絲中致香物質(zhì)的定性定量測及指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)定仍是一個(gè)難點(diǎn)。

煙草的化學(xué)成分非常復(fù)雜，煙絲含水率不同也會影響煙氣中揮發(fā)性成分的釋放量[3]。煙草中的致香物質(zhì)大多具有揮發(fā)性，有些致香物質(zhì)雖然含量很低，但對煙草香氣卻起著很大的作用[4-5]。煙草的香氣成分組成復(fù)雜，種類繁多，早在20世紀(jì)50年代，人們就開始對煙草的致香成分進(jìn)行研究，按致香基團(tuán)的不同，一般可以把煙草香氣分為酸類、醇類、酮類、醛類、酉旨類、內(nèi)酯類、酚類、氮雜環(huán)類、呋喃類、酞胺類、醚類以及烴類[6]。李鵬等研究人員對白肋煙中的致香成分進(jìn)行研究，共得到46種致香成分;劉江生等人采用固相微萃取、氣象色譜、質(zhì)譜（SPME GC MS）法分析煙葉和成品煙的揮發(fā)性成分，共鑒定煙葉中29種揮發(fā)性成分和成品煙中20種揮發(fā)性成分;謝家敏等人用溶劑提取和水蒸氣蒸餾方法同時(shí)聯(lián)用GC-MS分析，從云南楚雄低煙葉中分離出25種揮發(fā)性成分階[7-8]。目前對煙草致香物質(zhì)的分析方法有氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS），水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法、固相微萃取和超臨界萃取等方法[9]，其中以蒸餾萃取與GC-MS相結(jié)合的方法為主，這些分析方法雖然也能對煙葉中的致香成分進(jìn)行檢測分析，但操作步驟繁瑣，提取效率較低，而且溶劑的純度在痕量分析中也是不可忽視的問題，蒸餾萃取中，也會存在溶劑污染的問題，但是高純度的氣體是很容易得到，就可以避免不必要的干擾，頂空分析法就可以彌補(bǔ)溶劑污染的缺點(diǎn)[10]。另外通過致香成分?jǐn)?shù)據(jù)來指導(dǎo)工業(yè)的在線制絲生產(chǎn)，并提升其質(zhì)量的研究也鮮見報(bào)道。

葉絲干燥是卷煙制絲過程中的重要工序之一，對葉絲質(zhì)量的變化具有重要影響，煙絲含水率可以影響其物理性能、可燃性、煙氣成分及感官特性等[11-12]。孫雯等人研究了煙絲含水率對卷煙燃吸品質(zhì)、煙氣水分及粒相物揮發(fā)性成分的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著煙絲含水率由8.28%到18.79%，卷煙燃吸品質(zhì)發(fā)生差、好、差的變化，煙絲含水率在12.25%和14.34%時(shí)燃吸品質(zhì)較好，同時(shí)，總粒相物和煙堿含量隨著煙絲含水率的升高而少量減少，CO則明顯增加[13]，云雪等人發(fā)現(xiàn)，卷煙含水率的升高，卷煙落錐數(shù)量減少，而且不同含水率條件對卷煙落錐的影響更大[14]。雖然目前在煙絲含水率方面有部分研究，但尚無薄板干燥工序，煙絲含水率的不同對煙絲致香成分的影響報(bào)道。因此，為研究煙絲含水率對煙絲致香成分的影響，為卷煙制絲選擇合適的調(diào)控參數(shù)提供理論依據(jù)，采用靜態(tài)頂空一氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法結(jié)合MES系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）管理控制煙絲生產(chǎn)，研究結(jié)果對指導(dǎo)煙絲生產(chǎn)，選擇合適的工藝參數(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，提高了卷煙生產(chǎn)的在線工藝品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、試劑及儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料及試劑

材料：同一品牌規(guī)格R的2個(gè)不同批次的國內(nèi)市售卷煙成品煙絲樣品（批次E、批次F），由紅云紅河集團(tuán)工藝質(zhì)量部提供。試劑：內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液：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

TurboMatrix 40 Trap頂空自動(dòng)進(jìn)樣器（美國，PerkmEhner公司）;Clarus 600氣相色譜-Clarus600T質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國，PerkinElmer公司）;20mL頂空進(jìn)樣瓶（Supelco，American）;感量為0.0001g的電子分析天平（德國，Sartorius公司）。

1.1.3 數(shù)據(jù)采集

為了研究卷煙生產(chǎn)過程中薄板干燥工序的煙絲含水率對成品煙絲致香成分影響，紅云紅河集團(tuán)工藝質(zhì)量部設(shè)計(jì)了三種含水率工藝參數(shù)的中試放樣批次進(jìn)行試驗(yàn)。通過《紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目（HYHH2016GY04）》研發(fā)的集團(tuán)工藝質(zhì)量云平臺對薄板干燥工序各個(gè)參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。依據(jù)集團(tuán)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制機(jī)制對生產(chǎn)過程底層原始數(shù)據(jù)（在線數(shù)據(jù)）進(jìn)行采集，并將生產(chǎn)廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)至集團(tuán)Historian數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用平臺對兩個(gè)中試批次的卷煙加工過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)存儲模式如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

在室溫下，精確稱取煙絲樣品0.6g（精確到0.0001g），置于20mL的棕色頂空瓶中，并加入0.1μL的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液乙酸-2-苯乙酯，然后立即用壓蓋器迅速將鋁蓋和頂空瓶蓋緊，密封，采用HS-GC/MS分析方法檢測待檢煙絲樣品中的致香物質(zhì)。

1.2.2 頂空進(jìn)樣器條件

取樣針溫度為140℃;加熱爐溫度為110℃;載氣為氦氣（He），高純度為99.99%，壓力為137.9kPa;進(jìn)樣量為1mL;樣品加熱平衡時(shí)間為40min;加壓時(shí)間為0.2min;進(jìn)樣時(shí)間為0.2min;拔針時(shí)間為0.5s;進(jìn)樣模式：時(shí)間;操作模式：恒定。

1.2.3 氣相色譜—質(zhì)譜檢測條件

氣相色譜檢測條件：色譜柱DB-WAX毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm，美國Aglient公司）;進(jìn)樣的口溫度為250℃;載氣為氦氣（He），高純度為99.99%恒流，流量為1.0mL/min，并且恒壓;柱溫箱的升溫條件為：起始溫度40℃，保持1min，然后以5℃/min的速率升到220℃并保持3min;進(jìn)樣的方式為不分流進(jìn)樣。

質(zhì)譜檢測條件：電離源為EI⁺離子源;電壓為70eV;離子源溫度為200℃;四極桿溫度為150℃;溶劑延遲為3.5min;掃描的方式為全掃描，質(zhì)量數(shù)掃描的范圍33～400amu;傳輸線溫度240℃。

采用NIST和WILEY標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索進(jìn)行定性、定量分析兩個(gè)不同批次的市售卷煙中的致香物質(zhì)。

1.2.4 內(nèi)標(biāo)物的選擇

煙草中的致香成分，大多數(shù)都具有揮發(fā)性，在前處理的過程中可能會使致香成分造成一定的損失，用外標(biāo)定量法會使所測結(jié)果存在很大的誤差，因此本試驗(yàn)采用內(nèi)標(biāo)法來進(jìn)行半定量分析[15]。對內(nèi)標(biāo)法來說，內(nèi)標(biāo)物的選擇很重要，結(jié)合相關(guān)資料，本試驗(yàn)選擇乙酸-2-苯乙酯作為內(nèi)標(biāo)物。

2 結(jié)果與討論

2.1 E、F中煙絲致香成分的研究

在煙絲樣品添加量為0.6g、頂空平衡溫度為120℃、平衡時(shí)間為50min條件下分別對兩個(gè)批次（E、F）中煙絲的致香物質(zhì)進(jìn)行分析測定，檢測結(jié)果如表I所示。兩個(gè)批次的煙絲中共檢測出41種致香成分，批次E含其中39種，批次F含其中37種。E、F中主體香氣成分是煙堿、新植二烯、乙酸、2-戊-酮和羥基丙酮。在所有檢測出的致香成分中，樣品E中沒有檢測出6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、六氫金合歡基丙酮;樣品F中未檢測出2-（2-戊烯基_呋喃、氧化異佛爾酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯和苯乙烯，由此可見，兩個(gè)樣品中所含致香成分存在顯著差異。在所檢測出的致香成分中，氧化異佛爾酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、β-大馬酮、香葉基丙酮等成分是煙草中的類胡蘿卜素因酶解或氧化發(fā)生降解產(chǎn)生的一些重要產(chǎn)物，這些物質(zhì)大多具有香氣，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;茄酮本身具有烤煙味，其降解產(chǎn)物如茄醇、茄呢呋喃和降茄二酮等產(chǎn)物也是煙草中重要的致香物質(zhì);煙堿的含量在E，F(xiàn)中都是最高的，說明煙堿對這兩個(gè)煙絲樣品的香味起著關(guān)鍵作用，煙堿提供卷煙抽吸時(shí)的煙味、勁頭、和生理滿足感，同時(shí)也會帶來抽吸時(shí)的刺激性，煙堿裂解產(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;新植二烯在這兩個(gè)樣品中含量也比較高，是葉綠素降解產(chǎn)物，本身具有清香香氣，煙草燃燒可直接進(jìn)入煙氣，減輕刺激性、醇和煙氣，新植二烯和類胡蘿卜素降解物各組分之間含量的協(xié)調(diào)性可能是煙草表現(xiàn)出獨(dú)特的清香型和香氣質(zhì)醇和的原因所在。其他檢測出的致香物質(zhì)如乙酸、糠醇、檸檬烯、苯酚等，對調(diào)節(jié)煙草酸堿度，豐富、調(diào)和煙草香味等也具有十分重要的作用。

兩個(gè)樣品中致香成分有13類，不同種類的化合物在E、F中的數(shù)目統(tǒng)計(jì)如圖2所示，兩個(gè)批次中的化合物成分在種類上相差不大，但吠喃類化合物在E中檢測到而在F中并未檢測到。這兩個(gè)樣品中所含的化合物種類最多的是酮類，其次是醇類、醛類、內(nèi)酯類以及烯烴類化合物，不同種類化合物的相對含量在這兩個(gè)批次的煙絲樣品中也存在一定的差異。E中的致香物質(zhì)相對總含量為179.367mg/kg略小于F中致香物質(zhì)的相對總含量為187.645mg/kg。不同種類的化合物在E、F煙絲樣品中的含量占比如圖3所示，兩個(gè)樣品相對含量占比最高的是生物堿類化合物（煙堿）占總含量的50%～60%，其次是酮類、羧酸類和烯烴類，由圖可知，E、F樣品中含量相差較大的是羧酸類和烯烴類，F(xiàn)煙絲中竣酸類含量明顯高于E中，E中的烯烴類化合物含量則明顯高于F，其他種類的化合物含量雖然在這兩個(gè)煙絲樣品中相差不大，但對調(diào)節(jié)煙草香味是不可或缺。E、F樣品中的致香成分在含量上存在一定差異：E中癸烷、吡啶、γ-壬內(nèi)酯、3，5-二甲基苯酚、羥基丙酮、β-大馬酮、新植二烯、巨豆三烯酮1、香葉基丙酮、3-甲基-1-丁醇、正十六烷、γ-丁內(nèi)酯、泛解酸內(nèi)酷、水合麥芽酚的相對含量高于樣品F;F中的2-戊-酮、2-戊烯醛、煙堿、1，2-丙二醇、乙酸、己醛、2-己烯-1-醇、糠醇相對含量則高于樣品E，致香成分含量的差異也就造成這兩個(gè)樣品香味的不同。

2.2 薄板干燥工序煙絲含水率對成品煙絲致香成分的影響

實(shí)驗(yàn)探究薄板干燥工序中煙絲含水率對這兩個(gè)批次成品煙絲的致香成分的影響，薄板干燥工序的工藝參數(shù)設(shè)定見表2，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的設(shè)定和記錄由集團(tuán)工藝質(zhì)量云平臺系統(tǒng)完成，然后分別對不同含水率（13%、14%、15%）下的兩種成品煙絲樣品進(jìn)行致香成分的分析測定。含水率為14%的煙絲樣品中致香成分的數(shù)量和含量大多數(shù)較含水率為13%和15%時(shí)高，某些致香成分在不同含水率控制下致香成分有所變化。E中巨豆三烯酮2在含水率為15%時(shí)未檢測到;2-（2-戊烯基）呋喃、順-2-戊烯醇、6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮和六氫金合歡基丙酮這4種成分在3種含水率條件下未檢測到。F中的致香成分含量變化與E類似，檸檬烯、水合麥芽酚在含水率為13%和14%都能檢測到，但在含水率為15%時(shí)未檢測出;巨豆三烯酮2在這3種含水率的樣品中都沒有檢測出。此外，研究發(fā)現(xiàn)吡啶、苯酚、己醛等化學(xué)成分在含水率較低時(shí)其含量較高，這些物質(zhì)大多有毒或?qū)頍煶晕恫焕?檸檬烯、1，2-丙二醇、甘油等成分在含水率為14%時(shí)含量明顯偏高，這些物質(zhì)對增加卷煙香味，減少刺激性和干燥感有積極作用。E、F樣品中主體香氣成分在不同含水率下的相對含量變化如表3所示，2-戊-酮、羥基丙酮、煙堿、新植二烯、乙酸這5種致香成分在煙絲含水率為14%時(shí)總含量最高，由于以上物質(zhì)是構(gòu)成煙絲香味的重要成分，所占比例也是最高，對平衡煙氣酸堿、調(diào)和煙氣香味、豐富煙草香味和降低刺激性具有重要作用，因此，綜合來看，設(shè)定薄板干燥工序煙絲含水率為14%更有利于保留煙絲中的致香成分。

3 結(jié)束語

采用靜態(tài)頂空一氣相色譜質(zhì)譜（HS-GC/MS）聯(lián)用法對E、F兩批次的煙絲樣品中致香成分進(jìn)行分析測定，該方法可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行分析測定，條件比較溫和，操作簡單。本實(shí)驗(yàn)研究表明E、F兩個(gè)批次的成品煙絲樣品致香成分及比例有差異，在所檢測出的41種致香成分中，批次E含其中的39種，批次F含其中的37種，E中的致香物質(zhì)相對總含量小于F中的致香物質(zhì)相對總含量。薄板干燥工序中將煙絲的含水率控制在 14%更有利于保留煙絲中的致香成分。卷煙產(chǎn)品加工過程中，含水率的控制選擇是很重要的，希望通過本試驗(yàn)研究結(jié)果能對卷煙生產(chǎn)加工過程中煙絲薄板干燥工序中含水率的設(shè)定提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]段勝智，李軍營，楊利云，等.煙葉致香成分及其環(huán)境影響因子的研究進(jìn)展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：45-52.

[2]葉賢文，謝學(xué)云，孟韋名，等.采收成熟度對烤煙致香物質(zhì)和感官質(zhì)量的影響[J].昆明學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，41（3）：15-19.

[3]黎洪利，文鵬，戴迎雪，等.煙支含水率對卷煙煙氣成分的影響[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2009，15（2）：10-14.

[4]王寶興，畢勇，李忠，等.云南烤煙中揮發(fā)性物質(zhì)的系統(tǒng)研究[A].CORESTA大會文集，1996.

[5]常愛霞，賈興華，郝廷亮，等.特香型烤煙揮發(fā)性致香物質(zhì)的測定與分析[J].中國煙草科學(xué)，2002（1）：1-5.

[6]景延秋，宮長榮，張?jiān)氯A，等.煙草香味物質(zhì)分析研究進(jìn)展[J].中國煙草科學(xué)，2005（2）：44-48.

[7]李鵬，吳鳴，謝劍平.白肋煙中一些重要堿性成分和碳基化合物的分析研究[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2002，8（1）：1-5.

[8]馬挺軍，曾會明.煙草香味物質(zhì)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（創(chuàng)新版），2010（6）：55-57.

[9]曹琳，秦利霞，康詩釗，等.香精香料的常見檢測方法綜述[J].上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，2017，45（21）：17-20.

[10]黃曼艷，陳森林，陶紅，等.煙葉中致香成分前處理與檢測方法研究進(jìn)展[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào)，2018，9（9）：2072-2079.

[11]高輝，邱昌桂，徐南山，等.不同干燥方式對煙絲加工質(zhì)量的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，31（1）：127-135.

[12]張宏宇.含水率對煙草燃燒性與煙氣化學(xué)成分的影響[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2015.

[13]孫雯，李雪梅，曾曉鷹，等.煙絲含水率對卷煙燃吸品質(zhì)、煙氣水分及粒相物揮發(fā)性成分的影響[J].煙草科技，2009（11）：33-39.

[14]云雪，訾瑩瑩，賴東輝，等.煙絲含水率對卷煙落錐及煙氣成分的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（22）：69-72.

[15]蔣舉興，夏啟東，段焰青，等.卷煙香精香料中23種加香物質(zhì)的氣相色譜質(zhì)譜法檢測[J].食品工業(yè)，2013，34（9）：221-223.

（編輯：徐柳）