不同香型卷煙中有機(jī)酸的差異性

高復(fù)高，王劉東，王仰勛，鄭美玲，郜明，白國強(qiáng)

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠（徐州 221005）；2.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠（南京 210012）；3.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（鄭州 450001）

煙葉中有機(jī)酸含量占煙葉干物質(zhì)總含量的12%~16%，但多以絡(luò)合態(tài)或酯類形式存在，能夠直接檢測到的有機(jī)酸含量甚微，即便如此，它們也能對卷煙品質(zhì)產(chǎn)生十分重要的影響[1-3]。煙草中有機(jī)酸種類繁多，研究時常分為揮發(fā)性酸、半揮發(fā)性酸和非揮發(fā)性酸[4]。揮發(fā)性酸在卷煙抽吸時可以直接進(jìn)入煙氣，對卷煙吃味有明顯作用[5-6]。半揮發(fā)性酸能增加煙氣的脂肪味或臘味、醇和煙氣[7]。非揮發(fā)性酸雖然不能直接作用于煙氣，但其可通過調(diào)節(jié)煙氣pH，影響煙氣的酸堿平衡，間接影響煙氣[8-10]。

煙草中有機(jī)酸含量差異較大，目前，關(guān)于煙葉中有機(jī)酸種類和含量差異已有較多報道[11-12]。彭艷[13]發(fā)現(xiàn)湖南和云南不同產(chǎn)區(qū)烤煙煙葉中揮發(fā)性酸含量差異較大，半揮發(fā)酸含量差異較?。粍泿浀萚14]發(fā)現(xiàn)南平煙區(qū)86份烤煙煙樣中非揮發(fā)酸含量變化較大；程亮[15]的研究表明烤煙有機(jī)酸含量在不同煙區(qū)、不同部位、不同緯度間存在顯著差異。但對于成品卷煙中有機(jī)酸的研究較少，盧樂華[8]明確清香型卷煙中特征酸性成分為草酸、蘋果酸、檸檬酸、十五酸等，首次提出以煙絲中的有機(jī)酸定位成品卷煙的風(fēng)格特征，但該研究卷煙香型較少，且未提供一種以有機(jī)酸區(qū)分不同香型卷煙的方法。

基于此，此次試驗(yàn)以10種不同香型的成品卷煙為研究對象，利用氣相色譜儀（GC）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對其有機(jī)酸進(jìn)行測定分析，采用主成分分析法和聚類分析法比較不同香型成品卷煙中有機(jī)酸種類和含量的差異性，以期為卷煙感官風(fēng)格特征的區(qū)分提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

以從市場購得的15種國產(chǎn)卷煙為試驗(yàn)樣品，卷煙風(fēng)格類型分別為A本草香、B酒香、C綿柔香、D烤甜香、E樹苔香、F清香、G焦甜香、H清甜香、I淡雅香、J-1奶香-1、J-2奶香-2、J-3奶香-3。

揮發(fā)性酸：乙酸、甲酸、丙酸、反-2-己烯酸（內(nèi)標(biāo)），ACROS；異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸，東京化成工業(yè)株式會社；半/非揮發(fā)性酸：亞麻酸、丙二酸、十五酸、月桂酸、檸檬酸、硬脂酸、亞油酸、油酸、丁二酸、蘋果酸、十三碳酸、棕櫚酸、草酸，F(xiàn)LUKA。BSTFA、二氯甲烷、無水硫酸鈉、氯化鈉，Dikma。

EL204型電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市科析儀器有限公司）；KPGD5/20型低溫冷卻液循環(huán)泵（鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；KDM-1000可調(diào)式電熱套（北京科偉永興儀器有限公司）；7890B/5977A型氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

準(zhǔn)確稱取上述有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品，配制成以下質(zhì)量濃度：甲酸、乙酸5 mg/mL，丙酸、丁酸、異戊酸1 mg/mL，異丁酸0.5 mg/mL，戊酸1.5 mg/mL，3-甲基戊酸、4-甲基戊酸0.3 mg/mL，己酸0.5 mg/mL，庚酸0.4 mg/mL，辛酸、壬酸0.8 mg/mL，癸酸0.9 mg/mL；草酸10 mg/mL，丙二酸2 mg/mL，丁二酸、月桂酸、十三碳酸、棕櫚酸3 mg/mL，蘋果酸30 mg/mL，十五酸0.2 mg/mL，檸檬酸8 mg/mL，硬脂酸1.1 mg/mL，油酸0.9 mg/mL，亞油酸、亞麻酸2 mg/mL。

1.2.1.1 揮發(fā)性酸

分別取0.5，1，2，4，6，8和10 mL揮發(fā)性酸混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液于100 mL容量瓶中，定容后得1~7級標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0.5 mL于對應(yīng)的7個色譜瓶中，加入50 μL BSTFA衍生劑，在60 ℃水浴鍋中衍生50 min后，取適量萃取液過膜待GC-MS分析。

1.2.1.2 半/非揮發(fā)性酸

分別取0.2，0.5，1.0，2.0，3.0和4.0 mL質(zhì)量濃度為6.0 mg/mL的己二酸（內(nèi)標(biāo)）-甲醇溶液和40 mL 10% H2SO4-CH3OH溶液，水浴80 ℃回流2 h。取10 mL回流液體于100 mL分液漏斗中，加入20 mL飽和食鹽水混勻，每次用10 mL二氯甲烷萃取，萃取3次合并萃取液，加入3.5 g無水硫酸鈉干燥過夜。取適量萃取液過膜待GC分析。

1.2.2 前處理方法

1.2.2.1 揮發(fā)性酸

將煙絲從卷煙中剝出，打末。準(zhǔn)確稱取2.000 0 g粉末于50 mL錐形瓶，加入6.0 mL 質(zhì)量濃度為0.100 0 mg/mL的反-2-己烯酸（內(nèi)標(biāo)）-二氯甲烷溶液，在25℃、120 r/min條件下振蕩萃取60 min，按1.2.1.1小節(jié)中方法進(jìn)行衍生化。

1.2.2.2 半/非揮發(fā)性酸

準(zhǔn)確稱取1.000 0 g粉末于100 mL平底燒瓶中，按照1.2.1.2小節(jié)中方法進(jìn)行衍生化。

1.2.3 分析條件

1.2.3.1 GC-MS分析條件

色譜柱：HP-5MS毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣，載氣流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣量1 μL，分流進(jìn)樣，分流比1∶1。程序升溫：初始溫度：40 ℃；初始時間：3 min；以4 ℃/min速率升至210 ℃，再以2 ℃/min升至230 ℃，再以4 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。300 ℃后運(yùn)行5 min。

檢測器：質(zhì)譜檢測器；溶劑延遲：5.0 min；電離電壓：70 eV；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250℃；掃描離子范圍：33~400 amu；掃描方式：離子監(jiān)測模式SIM。各揮發(fā)性酸性香味成分的保留時間、定量及定性離子如表1所示。

表1 質(zhì)譜檢測器檢測揮發(fā)性酸性香味成分的保留時間及定量離子

1.2.3.2 GC分析條件

色譜柱：HP-INNOWAX（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣；柱流速：1.2 mL/min（恒流模式）；平均線速度：29.134 cm/s；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；分流比：5∶1；程序升溫：色譜柱初始溫度50 ℃（保持2 min）以4 ℃/min升溫至220 ℃（保持20 min）；進(jìn)樣量：1.0 μL 。

檢測器：FID；檢測器溫度：280 ℃；氫氣：40mL/min；空氣：450 mL/min；尾吹：20 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)酸定量分析

從表2的結(jié)果可以看出：不同香型的卷煙樣品中揮發(fā)性酸種類豐富，揮發(fā)性酸總量差異較大（130.12~240.62 μg/g），各卷煙揮發(fā)性酸總量由高到低依次為I＞B＞H＞J-3＞A＞J-1＞C＞F＞E＞J-2＞D＞G；其中乙酸在所有的樣品中含量最高，其次是甲酸，這兩種酸的含量占揮發(fā)性酸總量的85%以上，是卷煙煙絲中主要的揮發(fā)性酸，與煙葉中檢測結(jié)果一致[15]。甲酸、乙酸具有一定的刺激性。此次試驗(yàn)所選用的卷煙樣品均為烤煙型卷煙，各風(fēng)格卷煙中異戊酸和3-甲基戊酸含量差異不明顯，這兩種酸可賦予卷煙煙氣甜味、水果味，具有顯著的香料煙香味。除此之外，異丁酸和己酸能平和煙氣、并賦予卷煙煙氣水果的吃味；辛酸、壬酸和癸酸也能在一定程度上改善吃味。一般來講，揮發(fā)性酸越多，煙葉的香味越好，在燃吸時可直接進(jìn)入煙氣，對卷煙的香吃味有顯著影響。

表2 不同香型卷煙煙絲中揮發(fā)性有機(jī)酸檢測結(jié)果

從表3的結(jié)果中可以看出：半揮發(fā)性酸和非揮發(fā)性酸共有13種，總量差異較大（75.53~103.26 mg/g），各卷煙非揮發(fā)性酸總量由高到低依次為B＞H＞C＞I＞J-3＞J-2＞A＞F＞J-1＞G＞D＞E；其中蘋果酸在所有樣品中含量最高，占非揮發(fā)性酸總量的55%以上。草酸、檸檬酸和亞麻酸含量高于蘋果酸以外的其余7種非揮發(fā)性酸，這與劉帥帥等[14]檢測的烤煙煙葉中非揮發(fā)酸比例相一致。蘋果酸能增加煙氣的酸性，改進(jìn)煙氣特征，特別是對高生物堿含量的煙草有良好作用；棕櫚酸對感官評吸起正面作用，主要表現(xiàn)為調(diào)節(jié)煙氣pH、平和煙氣；肉豆蔻酸和亞油酸能夠降低煙氣刺激。

表3 不同香型卷煙煙絲中非揮發(fā)性有機(jī)酸檢測結(jié)果

2.2 有機(jī)酸主成分分析

主成分分析是將原有指標(biāo)重新組合，以盡可能少的幾個綜合指標(biāo)達(dá)到反映原來較多指標(biāo)信息的目的。將利用SPSS 25.0分析軟件對不同香型卷煙的27種酸類物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，得到特征值和方差貢獻(xiàn)率，見表4。由表4可知，前5個主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.489%（＞80%），故前5個主成分能代表12種卷煙中揮發(fā)性酸含量84.489%的信息。

表4 5個主成分的特征值和方差貢獻(xiàn)率

由表5可以看出：乙酸、丙酸、異丁酸、異戊酸、辛酸、丙二酸、丁二酸、月桂酸、蘋果酸、十五碳酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞油酸和亞麻酸這14種物質(zhì)在第1主成分上有較高的載荷，則說明主成分1上反映這14種指標(biāo)的信息；己酸、庚酸、癸酸、草酸、檸檬酸和油酸這6種物質(zhì)在第2主成分上有較高的載荷，則說明主成分2上反映這7種指標(biāo)的信息；甲酸、丁酸、戊酸、壬酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸這6種物質(zhì)在第3主成分上有較高的載荷，則說明主成分3上反映這6種指標(biāo)的信息；十三碳酸在第5主成分上有較高的載荷，則說明主成分5上反映該物質(zhì)的信息。

表5 主成分載荷矩陣

以表5中載荷數(shù)除以表1中特征值的平方根作為各指標(biāo)在不同主成分線性組合中的系數(shù)，將各成分的方差貢獻(xiàn)率作為該成分的總權(quán)重，進(jìn)行歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重，見表6。

表6 各有機(jī)酸權(quán)重

由表6可知，各個指標(biāo)中甲酸、丙酸、異丁酸、丁酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、辛酸、棕櫚酸、檸檬酸和硬脂酸權(quán)重值較高，說明這些物質(zhì)對卷煙酸性物質(zhì)的貢獻(xiàn)率較高，不同風(fēng)格卷煙酸性物質(zhì)的差異主要是由這10種物質(zhì)含量不同造成的。

2.3 聚類分析

將主成分的得分系數(shù)代替原始指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，以組間連接法，使用平方歐式距離進(jìn)行分析，得到不同風(fēng)格卷煙樣品的樹狀聚類圖，見圖1。

圖1 不同香型卷煙中有機(jī)酸聚類分析圖

由圖1可知，在平方歐氏距離為2.5處，可將15種卷煙分為10類，同一香型卷煙（J-1、J-2、J-3）被很好地聚為一類。在平方歐式距離為5處，F(xiàn)和H也可被聚為一類，分別是清香型和清甜香型，這兩種卷煙為云南代表性卷煙，在卷煙葉組配方中，云南清香型煙葉的使用比例高達(dá)60%以上，兩種香型卷煙原料的相似性可能是兩者被聚為一類的原因[9]。

3 結(jié)論

利用氣相色譜儀檢測了10種不同香型成品卷煙煙絲中的有機(jī)酸，并通過主成分分析和聚類分析對其有機(jī)酸進(jìn)行分析，結(jié)果表明：（1）不同香型成品卷煙煙絲中共檢測到27種有機(jī)酸，包括14種揮發(fā)性酸和13種非揮發(fā)性酸，其中甲酸、乙酸、蘋果酸和草酸等物質(zhì)含量較高，構(gòu)成各香型成品卷煙煙絲的主體酸；（2）主成分分析結(jié)果表明，27種有機(jī)酸可以簡化為5個主成分，不同香型卷煙之間有機(jī)酸差異主要體現(xiàn)在甲酸、丙酸、異丁酸、丁酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、辛酸、棕櫚酸、檸檬酸和硬脂酸的含量變化；（3）通過聚類分析可將同一香型的成品卷煙歸為一類，表明有機(jī)酸能夠用來區(qū)分不同香型的卷煙。