基于味覺活力值的通風(fēng)卷煙酸味變化分析

朱先約，謝玉龍，崔 遲，蔡君蘭，張曉兵，聶 聰，譚 濤，何東香，王洪波*，翟玉俊*

1. 甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，蘭州市南濱河中路1111 號(hào) 730050

2. 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(hào) 450001

濾嘴通風(fēng)技術(shù)是卷煙降焦減害的重要技術(shù)之一，采用濾嘴通風(fēng)技術(shù)不僅可以改變煙絲的燃燒狀態(tài)，而且能夠稀釋卷煙主流煙氣，從而降低卷煙煙氣焦油、煙堿和主流煙氣中有害成分的釋放量。然而，應(yīng)用濾嘴通風(fēng)技術(shù)后會(huì)產(chǎn)生煙味變淡、滿足感降低、香氣量降低、干燥感增加等卷煙感官質(zhì)量的變化，因此濾嘴通風(fēng)對卷煙感官質(zhì)量的影響已成為煙草行業(yè)的重要研究方向之一。為克服濾嘴通風(fēng)增加導(dǎo)致的感官質(zhì)量缺陷，煙草科技工作者對卷煙香氣和吸味的影響因素進(jìn)行了大量的探索研究[1-10]，并且在香氣風(fēng)格特征等研究領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展[11-14]。目前，關(guān)于煙氣物質(zhì)基礎(chǔ)及其調(diào)控技術(shù)的研究已有較多報(bào)道，但針對煙氣味覺指標(biāo)的評(píng)價(jià)及其模型研究較少。冒德壽等[2-3]基于味覺活力值分析技術(shù)，鑒定出煙氣中關(guān)鍵酸味物質(zhì)、苦味物質(zhì)，建立了煙氣酸味、苦味指數(shù)模型，所建模型與感官評(píng)價(jià)分值取得了較為理想的擬合效果。鑒于濾嘴通風(fēng)對煙氣味覺特征尤其是酸味影響規(guī)律的研究較少，本研究中以不同濾嘴通風(fēng)卷煙為研究對象，考察濾嘴通風(fēng)對卷煙煙氣酸味的影響變化，以期為卷煙煙氣味覺特征剖析和調(diào)控技術(shù)提供支持，并為煙草行業(yè)降焦減害和增香保潤研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選取甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司某一規(guī)格卷煙空白配方葉組（葉絲92%，再造煙葉絲8%）為測試樣，另一規(guī)格卷煙空白配方葉組（葉絲72%，再造煙葉絲8% ，梗絲20%）為驗(yàn)證樣，按GB 5606.3—2005[15]的方法卷制濾嘴通風(fēng)度分別為0.4%、13.0%、21.4%、27.4%和42.0%的煙支樣品，并置于溫度（22±2）℃、相對濕度（60±5）%環(huán)境中平衡48 h，篩選后用于煙氣測試。

酸性成分標(biāo)樣甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、乳酸、羥基乙酸、壬酸、癸酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸、蘋果酸、富馬酸、檸檬酸、十四酸、亞油酸、油酸以及內(nèi)標(biāo)肉桂酸、反-2-己烯酸，二氯甲烷（色譜純，北京百靈威科技有限公司）；N,O-雙（三甲基硅烷基）三氯乙酰胺（BSTFA，色譜純，瑞士Fluka 公司）；超純水（18.2 MΩ·cm）。

6890/5975 型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS，美國Agilent 公司）；SM450 直線型吸煙機(jī)（英國Cerulean 公司）；KQ-700DB 超聲波振蕩器（昆山超聲儀器公司）；HH-2 型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州恒睿儀器設(shè)備制造有限公司）；CP2245 型電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；T70 型全自動(dòng)電位滴定儀（瑞士Mettler-Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙主流煙氣中有機(jī)酸的測定

采用文獻(xiàn)[4]的方法測定卷煙主流煙氣中有機(jī)酸釋放量。 將卷煙樣品在GB/T 19609—2004[16]中規(guī)定的環(huán)境條件下平衡，按照（質(zhì)量±200）mg、（吸阻±50）Pa 挑選樣品。按照GB/T 16450—2004[17]中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下用直線型吸煙機(jī)抽吸5 支卷煙；用直徑44 mm 的劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣總粒相物（TPM）。將收集5 支卷煙主流煙氣TPM 的劍橋?yàn)V片置于三角瓶中，并依次加入10.0 mL 二氯甲烷、30 μL 反-2-己烯酸（內(nèi)標(biāo)，2.0 mg/mL）和肉桂酸（內(nèi)標(biāo)，7.0 mg/mL）的二氯甲烷溶液，搖勻，室溫下超聲萃取20 min；靜置5.0 min，取1.0 mL 上清液，用0.45 μm 有機(jī)相微孔濾膜過濾；將濾液轉(zhuǎn)入色譜瓶中，加入60 μL 衍生化試劑BSTFA，密封，在60 ℃水浴條件下反應(yīng)50 min；反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，采用GC/MS 在選擇離子監(jiān)測（SIM）模式下定量分析酸性成分。GC/MS 分析條件為：

色譜柱：DB-5MS 毛細(xì)管柱（60 m × 0.25 mm i.d.× 0.25 μm d.f.）；進(jìn)樣口溫度：270 ℃；程序升溫：40 ℃（3 min）210 ℃230 ℃280 ℃（50 min）；進(jìn)樣量：1.0 μL；分流比：10 ∶1；載氣：氦氣（99.999%）；載氣流速：1.0 mL/min；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；電離方式：EI；電離能量：70 eV；四極桿溫度：150 ℃；掃描方式：全掃描（Scan）和選擇離子監(jiān)測（SIM）同時(shí)掃描。

1.2.2 卷煙主流煙氣粒相物pH 的測定

參照文獻(xiàn)[18]的方法測定卷煙主流煙氣粒相物pH。用劍橋?yàn)V片捕集4 支卷煙煙氣粒相物；用20 mL 蒸餾水（脫除二氧化碳，pH=7.0）振蕩萃取劍橋?yàn)V片30 min；靜置60 min，用電位滴定儀測定pH。

1.2.3 卷煙煙氣酸味指數(shù)的計(jì)算

參照文獻(xiàn)[2]中的卷煙煙氣酸味指數(shù)計(jì)算模型：煙氣酸味指數(shù)=異戊酸/0.74+乙酸/50+戊酸/0.50+甲酸/160+丁酸/3.19+琥珀酸/50+異丁酸/5.0+乳酸/133.2，并結(jié)合本研究中有機(jī)酸的釋放情況，挑選味覺活力值TAV≥0.1 的物質(zhì)代入指數(shù)模型，計(jì)算卷煙煙氣酸味指數(shù)。需要注意的是，本計(jì)算方法中存在一些不足，例如，閾值數(shù)據(jù)中介質(zhì)為水或空氣而非卷煙煙氣[2]，并且所分析樣品的煙氣介質(zhì)不同、閾值不一，但是在未找到替代卷煙煙氣的極性介質(zhì)前，采用氣味活性值或味覺活力值來評(píng)估卷煙煙氣香氣成分的重要性仍不失為一種有效的方法[19]。

2 結(jié)果與討論

2.1 濾嘴通風(fēng)度對卷煙主流煙氣中有機(jī)酸釋放量的影響

不同卷煙樣品主流煙氣中有機(jī)酸的釋放量測定結(jié)果見表1?？梢钥闯觯杭姿帷⒁宜?、乳酸、十六酸、羥基乙酸、2-呋喃甲酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸10 種有機(jī)酸的釋放量較高；其余15 種有機(jī)酸的釋放量較低，且其釋放量受卷煙煙絲配方結(jié)構(gòu)的影響較大?？疾炝藶V嘴通風(fēng)對卷煙煙氣中酸性成分總釋放量的影響，結(jié)果（圖1）表明，濾嘴通風(fēng)與卷煙主流煙氣中酸性成分的總釋放量線性負(fù)相關(guān)，R2大于0.9。盡管兩組樣品葉組配方存在較大差異，但兩組樣品煙氣中酸性成分的總釋放量隨濾嘴通風(fēng)增加而顯著降低的趨勢較一致，這與文獻(xiàn)[4]中報(bào)道的研究結(jié)果一致。

表1 卷煙主流煙氣中酸性成分釋放量、酸味指數(shù)和pHTab.1 Release of acidic components, sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke （μg·支-1）

圖1 濾嘴通風(fēng)度對卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量的影響Fig.1 Effects of filter ventilation rate on total release of acidic components in mainstream cigarette smoke

2.2 濾嘴通風(fēng)度對卷煙煙氣pH 及酸味指數(shù)的影響

考察了濾嘴通風(fēng)度對卷煙煙氣pH 的影響，結(jié)果（圖2）表明：在樣品葉組配方存在較大差異的情況下，隨著卷煙濾嘴通風(fēng)度的增加，兩組樣品的煙氣pH 均呈遞增趨勢；濾嘴通風(fēng)度每增加10%，煙氣pH 增加0.11～0.13；pH 變化趨勢與酸性成分總釋放量變化趨勢結(jié)果一致。可見，隨著濾嘴通風(fēng)度的增加，卷煙煙氣中酸性成分的總釋放量逐漸降低，煙氣pH 由偏酸性變?yōu)榻行?。測試樣卷煙煙氣中酸性成分總釋放量較驗(yàn)證樣明顯偏低，理論上，酸性成分總釋放量越低，煙氣pH 越高，但測試樣的煙氣pH 較驗(yàn)證樣明顯偏低，兩者之間相互矛盾。這可能是因?yàn)椋孩贌熃z配方結(jié)構(gòu)存在較大差異，驗(yàn)證樣梗絲比例較高，造成兩組樣品煙氣中堿性成分存在差異，即測試樣煙氣中堿性成分的釋放量較低，而驗(yàn)證樣煙氣中堿性成分的釋放量較高，酸性成分、堿性成分的綜合作用導(dǎo)致測試樣的煙氣pH 低于驗(yàn)證樣。②雖然驗(yàn)證樣煙氣中十六酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸5 種有機(jī)酸的釋放量顯著高于測試樣，但直鏈羧酸的電離常數(shù)pKa隨碳鏈的增長而降低，其對煙氣pH 的貢獻(xiàn)度逐漸降低，進(jìn)而造成測試樣的煙氣pH 低于驗(yàn)證樣。

圖2 濾嘴通風(fēng)度對卷煙主流煙氣pH 的影響Fig.2 Effects of filter ventilation rate on pH of mainstream cigarette smoke

參照文獻(xiàn)[2]中的卷煙煙氣酸味指數(shù)計(jì)算模型，結(jié)合本研究中各樣品煙氣中有機(jī)酸的釋放情況，挑選味覺活力值TAV≥0.1 的物質(zhì)代入指數(shù)模型，結(jié)果見表1。各樣品煙氣酸味指數(shù)分析結(jié)果（圖3）表明，測試樣煙氣中酸性成分總釋放量較驗(yàn)證樣明顯偏低，但測試樣煙氣酸味指數(shù)較驗(yàn)證樣高，與2.2 節(jié)pH 研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)椋候?yàn)證樣煙氣中十六酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸5 種有機(jī)酸的釋放量顯著高于測試樣，但這5 種有機(jī)酸的味覺閾值較高，其TAV 值小于0.1，對樣品煙氣酸味的貢獻(xiàn)可以忽略。雖然兩規(guī)格樣品的葉組在設(shè)計(jì)上存在顯著差異，但濾嘴通風(fēng)度與煙氣酸味指數(shù)均呈線性負(fù)相關(guān)，與2.1 節(jié)研究結(jié)果較一致，僅在不同葉組配方樣品煙氣酸味指數(shù)的降低程度上存在一定差異。濾嘴通風(fēng)度每增加10%，煙氣酸味指數(shù)可降低0.13～0.39。

圖3 濾嘴通風(fēng)度對卷煙煙氣酸味指數(shù)的影響Fig.3 Effects of filter ventilation rate on sour taste index of mainstream cigarette smoke

2.3 卷煙煙氣酸味指數(shù)模型法與pH 測定方法關(guān)聯(lián)性分析

考察了卷煙煙氣酸味指數(shù)模型法與pH 測定方法之間的關(guān)聯(lián)性，結(jié)果（圖4）表明，在葉組配方存在較大差異的情況下，兩組樣品煙氣酸味指數(shù)與pH 均呈線性負(fù)相關(guān)，R2大于0.9。可見，卷煙煙氣酸味指數(shù)與pH 的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系在不同配方葉組之間具有普適性，煙氣酸味指數(shù)或pH 可作為考察濾嘴通風(fēng)對煙氣酸堿平衡影響的關(guān)鍵指標(biāo)。煙氣pH 是反映煙氣化學(xué)成分酸堿平衡關(guān)系的重要指標(biāo)之一[18]，相較于煙氣中酸性成分的總釋放量和煙氣酸味指數(shù)分析方法，本研究中采用的卷煙煙氣pH 測定方法具有有機(jī)溶劑使用量少、檢測成本低、檢測效率高等優(yōu)勢，因此該方法更適用于濾嘴通風(fēng)對煙氣酸味的影響分析。

圖4 卷煙煙氣酸味指數(shù)與pH 的關(guān)系Fig.4 Relationship between sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke

3 結(jié) 論隨著卷煙濾嘴通風(fēng)度的增加，卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量及煙氣酸味指數(shù)顯著降低，卷煙主流煙氣pH 顯著升高，不同配方葉組卷煙表現(xiàn)出類似的變化趨勢，濾嘴通風(fēng)度每增加10%，卷煙主流煙氣粒相物酸味指數(shù)降低0.13～0.39，pH 升高0.11～0.13。對不同配方葉組卷煙煙氣酸味指數(shù)與pH 進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，煙氣酸味指數(shù)與pH 線性呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，決定系數(shù)R2大于0.9。卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量、煙氣酸味指數(shù)及pH均可作為考察濾嘴通風(fēng)對煙氣酸堿平衡影響的關(guān)鍵指標(biāo)。卷煙主流煙氣pH 測定方法簡單高效，是濾嘴通風(fēng)對煙氣酸味影響分析的較優(yōu)指標(biāo)。