口感導(dǎo)向的煙氣甜香味成分的剖析

熊駿威 張瑋 曹曉衛(wèi) 岳寶華 梁德民 鮑辰卿 費(fèi)婷

摘 ?要： 對(duì)云南紅河煙葉單料煙的煙氣甜香味成分進(jìn)行了分析，利用凝膠滲透色譜（GPC）分離其煙氣粒相物的水溶性組分，并對(duì)所得流分進(jìn)行感官味覺(jué)評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合電子舌評(píng)價(jià)結(jié)果定位出甜香味特征流分，采用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC/MS）定性甜香味流分中的化學(xué)成分.結(jié)果表明：特征流分中具有甜香味的成分主要為吡喃酮類、呋喃類、呋喃酮類和環(huán)戊烯酮類化合物.該研究方法可為剖析煙氣中關(guān)鍵的甜香味成分和提高卷煙的感官舒適性提供一定的參考價(jià)值.

關(guān)鍵詞： 煙氣; 甜香味; 凝膠滲透色譜（GPC）; 電子舌; 感官評(píng)價(jià)

Abstract： In this work， the sweet aroma components in cigarette smoke from Yunnan Honghe region were analyzed. The water-soluble components were separated from the particulate matter of cigarette smoke by gel permeation chromatography （GPC）.The sweet aroma characteristic components were identified by the sensory taste and electronic tongue evaluations and were analyzed by gas chromatography mass spectrometry （GC/MS）. The results showed that pyranones， furans， furanones and cyclopentenones were directly contributed to sweet aroma.This method is helpful to identify the key sweet aroma ingredients of cigarette smoke and this work can provide some reference for improving the sensory comfort of cigarette.

Key words： cigarette smoke; sweet aroma scent; gel permeation chromatography（GPC）; electronic tongue; sensory evaluation

0 ?引 言

卷煙煙氣成分十分復(fù)雜，已知化學(xué)成分的數(shù)量超過(guò)6 000種.在卷煙煙氣直接分析難以準(zhǔn)確聚焦產(chǎn)品具體感官品質(zhì)特征的物質(zhì)基礎(chǔ)情況下，感官導(dǎo)向分離成為關(guān)聯(lián)卷煙煙氣分析與感官品質(zhì)的重要技術(shù)手段，是煙草感官組學(xué)分析領(lǐng)域的重要技術(shù)環(huán)節(jié).在食品感官組學(xué)分析領(lǐng)域，研究者以感官導(dǎo)向的分離技術(shù)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品感官品質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)剖析層面取得了一系列重大進(jìn)展[1].針對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，研究者獲得了帶來(lái)清涼感的化學(xué)特征組分，鑒定出3-甲基-2-（1-吡咯烷基）-2-環(huán)戊烯-1-酮、5-甲基-2-（1-吡咯烷基）-2-環(huán)戊烯-1-酮，以及2，5-二甲基-4-（1-吡咯烷基）-3（2H）-呋喃酮這3種清涼感關(guān)鍵成分[2].在對(duì)胡蘿卜苦味特征的研究中，研究者定位了胡蘿卜提取物的苦味特征組分，鑒定出3種關(guān)鍵苦味成分[3].研究者在對(duì)魚(yú)子醬的感官導(dǎo)向分析中，精確定位了魚(yú)子醬中咸味特征組分，并鑒定出一種咸味增強(qiáng)劑[4-6].國(guó)內(nèi)研究者利用相似的方法從巴馬火腿酶解物和白腐乳中分離出多種味覺(jué)特征組分，并最終得到一系列呈味活性肽[7-8].在相關(guān)研究的推動(dòng)下，有越來(lái)越多對(duì)食品感官特征有重要貢獻(xiàn)的成分被發(fā)現(xiàn)[9-11].

近幾年煙草行業(yè)研究人員在感官導(dǎo)向下的凝膠滲透色譜（GPC）分離基礎(chǔ)上，成功獲取了卷煙煙氣、煙葉原料及天然香料等不同研究對(duì)象的多種香味特征組分，并明確了各組分香味特征的物質(zhì)基礎(chǔ)[12-18].本文作者利用GPC分離主流煙氣粒相物的水溶性組分，再通過(guò)味覺(jué)感官評(píng)價(jià)和電子舌評(píng)價(jià)定位甜香特征流分，用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC/MS）定性甜香流分的組成，更加快速、準(zhǔn)確地找到了甜香味中的化學(xué)成分類別.

1 ?材料與方法

1.1 材料和儀器

實(shí)驗(yàn)煙樣：選取云南紅河煙葉為原料卷制的單料煙.

儀器：Agilent 7890BGC/MS聯(lián)用儀，配備Agilent 7693自動(dòng)進(jìn)樣器、Agilent 5977A質(zhì)譜檢測(cè)器（美國(guó)Aglient科技有限公司）;Waters e2695 高效液相色譜儀，配備Waters 2414示差折光檢測(cè)器、流分收集器（美國(guó)Waters公司）;RM200A轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)（德國(guó)Borgwaldt KC公司）;PB 303-S電子天平（瑞士METTLER TOLEDO公司）;R-215型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士Buchi公司）;FreeZone 6 L凍干機(jī)（美國(guó)Labconco公司）;TS-5000Z味覺(jué)分析系統(tǒng)（日本INSENT公司）;凝膠色譜柱OHpak SB-2002.5（20 mm×300 mm，日本Shodex公司）.

1.2 方 ?法

1.2.1 煙氣粒相物水溶性組分的制備

參照文獻(xiàn)[13]，將卷煙樣品在溫度（22±1）℃和相對(duì)濕度（60±2）%的環(huán)境下平衡48 h[19].按《ISO 3308：2000 Routine analytical cigarette-smoking machine-Definitions and standard conditions》和《GB/T 19609—2004卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》規(guī)定的方法抽吸煙支，利用劍橋?yàn)V片收集20支卷煙的煙氣粒相物.濾片置于錐形瓶中，加入無(wú)水乙醇萃取，合并萃取液;旋蒸除去乙醇，加入蒸餾水?dāng)嚢杌旌?，過(guò)濾，將水溶液冷凍干燥除去水分，得紅棕色黏稠固體即為煙氣粒相物的水溶性組分.

1.2.2 煙氣粒相物水溶性組分的分離

將上述煙氣粒相物水溶性組分溶于水中，通過(guò)凝膠色譜分離.

凝膠色譜柱OHpak SB-2002.5，內(nèi)徑20.0 mm，長(zhǎng)300 mm;塔板數(shù)≥12 000，粒徑10 μm;流動(dòng)相為水，流速1 mL·min-1，每隔10 min收集1個(gè)流分，共收集30個(gè)流分.

1.2.3 甜香味流分的確定

由味覺(jué)評(píng)價(jià)人員通過(guò)舌尖品嘗的方式同時(shí)結(jié)合電子舌對(duì)各流分的味覺(jué)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定含有甜香味的流分;合并篩選的流分，冷凍干燥后，得到甜香味特征組分.

1.2.4 甜香味流分中成分的定性分析

將分離評(píng)價(jià)后得到的各烤甜香特征流分分別溶于乙醇，GC/MS分析定性.GC/MS分析條件：色譜柱DB-wax（30 m×250 μm×0.25 m）;載氣He;柱流量1.5 L·min-1;進(jìn)樣量1 μL;進(jìn)樣口溫度250 ℃;程序升溫40 ℃（2 min）3 ℃·min-1 230 ℃ 20流模式，不分流;傳輸線溫度240 ℃;離子源EI;電離能量70 eV;離子源溫度230 ℃ ;四級(jí)桿溫度150 ℃;掃描模式為全掃描;質(zhì)量掃描范圍20～40 amu.

2 ?結(jié)果和討論

2.1 煙氣粒相物水溶性組分味覺(jué)評(píng)價(jià)結(jié)果

將制備所得的煙氣粒相物水溶性組分溶于水，加入到凝膠色譜柱中，用水作為流動(dòng)相進(jìn)行分離后，收集了30個(gè)流分，依次編號(hào)為F1～F30. 30個(gè)流分的味覺(jué)評(píng)價(jià)結(jié)果列于表1.其中，F(xiàn)1～F5和F22～F30為淺黃色的液體，沒(méi)有明顯的味覺(jué)特征;F6～F21顏色相對(duì)較深，其味覺(jué)依次表現(xiàn)為酸、甜和苦，其中的F8～F16流分，能明顯感受到其中的甜味.

最先流出的F1～F5流分幾乎沒(méi)有甜香味覺(jué)特征，可能是由于大分子物質(zhì)最先被洗脫出，其結(jié)構(gòu)和體積不滿足與味覺(jué)嗅覺(jué)受體發(fā)生相互作用的條件;而最后流出的F22～F30流分也無(wú)味覺(jué)特征，可能是其濃度很低所致.挑選其中具有甜香味的味覺(jué)流分F8～F16，通過(guò)電子舌評(píng)價(jià)進(jìn)行味覺(jué)驗(yàn)證.

表2為流分F8～F16的電子舌實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均是以人工唾液（參比溶液）為標(biāo)準(zhǔn)的絕對(duì)輸出值，電子舌測(cè)試人工唾液的狀態(tài)模擬人口腔中只有唾液時(shí)的狀態(tài).其中無(wú)味點(diǎn)為參比溶液的輸出，參比溶液由氯化鉀和酒石酸組成味覺(jué)值，故酸味的無(wú)味點(diǎn)為-13，咸味的無(wú)味點(diǎn)為-6.以此為基準(zhǔn)，對(duì)于常規(guī)食品樣品來(lái)說(shuō)，其味覺(jué)值低于無(wú)味點(diǎn)時(shí)說(shuō)明樣品無(wú)該味道，反之則有.對(duì)于煙氣樣品來(lái)說(shuō)，由于其不是常規(guī)的食品樣品，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全按照食品樣品的方法去分析，呈現(xiàn)的數(shù)值可能反映了煙溶解于水中的物質(zhì)可引起傳感器的應(yīng)答，應(yīng)答值有大有小.

將流分F8～F16的電子舌數(shù)據(jù)做成味覺(jué)雷達(dá)圖，如圖1所示，可以很清楚地看出，這些流分的甜味值明顯高過(guò)甜味無(wú)味點(diǎn)，可以驗(yàn)證這9個(gè)流分均有甜味.

將9個(gè)流分樣品的甜味制成折線圖（圖2），從數(shù)值上看，9個(gè)樣品的甜味值在18.62～20.13之間，其中F11和F12的甜味值最小，另外幾個(gè)樣品的差異較大，流分留作下一步逐個(gè)進(jìn)行分析.

2.2 甜香味覺(jué)流分的分析

對(duì)上述甜香流分適當(dāng)合并，并進(jìn)行GC/MS分析，結(jié)果如表3～6所示.非甜香物質(zhì)或明顯無(wú)甜香味的成分不進(jìn)行味覺(jué)描述.

從表3～6中可以看出，流分中主要含有呋喃類、呋喃酮類、吡喃酮類和環(huán)戊烯酮類等結(jié)構(gòu).通過(guò)對(duì)甜香特征流分的成分分析和文獻(xiàn)對(duì)比，認(rèn)為吡喃酮類、呋喃酮類、呋喃類和環(huán)戊烯酮類化合物是流分甜香味的重要來(lái)源.還有極少的一些醇類如丙三醇、丙二醇，單糖阿洛糖等也對(duì)甜味有一定的貢獻(xiàn).卷煙燃燒的過(guò)程很復(fù)雜，很難確定它們的形成機(jī)理.呋喃類和吡喃類物質(zhì)主要與煙草總糖、還原糖及糖氮比有較強(qiáng)的正相關(guān)，糖類物質(zhì)可能是它們的主要前體物.反應(yīng)過(guò)程主要經(jīng)歷異構(gòu)化、雙鍵斷裂和脫水3個(gè)步驟，即己糖在特定條件下會(huì)生成烯醇互變異構(gòu)體中間產(chǎn)物，再進(jìn)一步脫水生成5-羥甲基糠醛[20];而5-羥甲基糠醛發(fā)生降解則有可能生成糠醛、5-甲基糠醛和其他呋喃類化合物.某些還原性單糖經(jīng)過(guò)自身降解可能產(chǎn)生酮類化合物.還有一些酮類化合物也可能通過(guò)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生;其自身進(jìn)一步降解，則有可能生成其他一系列呋喃酮類、吡喃酮類、環(huán)戊烯酮類和糠醛類化合物[21].

所定性的具有甜香味的成分，都可能對(duì)煙氣味覺(jué)產(chǎn)生直接貢獻(xiàn).這幾類化合物并不能代表煙氣甜香味的全部，要想全面深入地了解甜味組分的成分和各組分對(duì)于整體甜味的貢獻(xiàn)，應(yīng)結(jié)合它們的味覺(jué)閾值和在煙氣內(nèi)的含量?jī)蓚€(gè)方面，同時(shí)還需要盡可能得到定性化合物的標(biāo)準(zhǔn)品.

3 ?結(jié) 論

利用GPC，結(jié)合味覺(jué)感官評(píng)價(jià)和電子舌驗(yàn)證，對(duì)云南紅河煙葉單料煙主流煙氣粒相物的水溶性組分進(jìn)行了感官導(dǎo)向分析，完成了甜香味流分中部分化學(xué)成分的剖析.結(jié)果表明：煙氣粒相物水溶性組分中的甜香成分主要為吡喃酮類、呋喃酮類、呋喃類和環(huán)戊烯酮類化合物.該研究方法可為剖析煙氣中關(guān)鍵的甜香味成分，提高卷煙的感官舒適性提供一定的參考價(jià)值.

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（責(zé)任編輯：郁慧）