煙草中香氣成分分析研究綜述

王 穎，薛 磊，郭志剛，郭 斌，朱 浩，牟含軍，李 軒

(陜西中煙工業(yè)有限責任公司，陜西 西安 710065)

煙草作為一種重要的經(jīng)濟作物，在評價煙草質量和商業(yè)價值時，揮發(fā)性成分尤為重要[1]。煙草中的揮發(fā)性成分是香煙風味的主要貢獻者。煙草中的揮發(fā)性成分非常復雜，且一些重要成分的濃度非常低[2]。因此，選擇適宜的樣品制備和成分檢測方法來研究煙草中的香氣成分十分重要。筆者對近年來煙草揮發(fā)性成分研究中常用的方法進行綜述，介紹煙草重要香氣的鑒定方法，為煙草中香氣成分分析提供參考。

1 煙草揮發(fā)性成分分析方法

1.1 前處理方法

1.1.1 同時蒸餾萃取(simultaneous distillation extraction，SDE) 同時蒸餾萃取是從煙草中提取揮發(fā)性化合物的傳統(tǒng)方法之一，操作相對簡單、重現(xiàn)性好、效率高、提取物不含任何非揮發(fā)物[3]，缺點是玻璃器皿較貴、易碎、耗時長且長時間加熱萃取容易造成提取物難以真實反映煙草本香。常采用該技術分析煙草中的中性香氣成分[4～6]。許春平等[7]將煙草花蕾進行酶解和美拉德反應處理，用SDE提取香味成分，結合氣相色譜-質譜聯(lián)用技術(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)分析發(fā)現(xiàn)提取了65種主要揮發(fā)性物質，包括醇、酯、醛、酮、酸、酚、烯、呋喃、吡啶、酰胺等。

1.1.2 頂空-固相微萃取(Headspace solid-phase microextraction，HS-SPME) 固相微萃取(SPME)與SDE等其它技術相比具有操作簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性好、快速、無溶劑、成本低、提取時間短等優(yōu)點[8～9]，已被廣泛應用于煙草揮發(fā)性物質的分析。楊繼等[10]利用HS-SPME-GC/MS方法，從5種電子煙煙液揮發(fā)性成分中分別分離鑒定出53、31、30、17和29種化合物。然而，SPME是一種動態(tài)平衡技術，萃取纖維頭不能實現(xiàn)將煙草中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物完全吸收，所以SPME不適用于煙草香氣成分的絕對定量測定。隨著使用次數(shù)的增加，纖維頭的吸附性能會逐漸降低，從而使得回收率不高，難以實現(xiàn)復雜樣品的準確定量[11]。

1.1.3 吹掃捕集法(Purge and trap，P&T) 吹掃捕集法通過用惰性氣體進行吹掃來提供頂空樣品，可用于固體和液體基質[12]，如食物、土壤和水。作為一種動態(tài)頂空技術，P&T的靈敏度比靜態(tài)頂空方法高。閻瑾等[13]改造了吹掃捕集裝置，優(yōu)化試驗條件，建立了測定卷煙揮發(fā)性成分的P&T-GC/MS方法，研究發(fā)現(xiàn)該方法精密度較高。另外，與固相微萃取相比，吹掃捕集技術更適合于低分子量化合物的測定[14]。

1.1.4 超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction，SFE) 超臨界流體萃取是一種快速、非選擇性的樣品制備方法，常用于分析天然產(chǎn)物基質中的化合物。易聰華等[15]采用超臨界CO2萃取煙梗中的香味成分，從而制得有煙草本香的浸膏，用GC/MS法從該浸膏中共檢測出27種成分。利用該方法制備煙草浸膏的工藝可行、穩(wěn)定、重現(xiàn)性良好。SFE的優(yōu)點是無毒、易操作、不易燃[16]，但這種方法需要高壓設備，價格貴，耗能高。

1.1.5 溶劑萃取法(solvent extraction，SE) 溶劑萃取法是一種比較常見的提取技術，該方法利用待提取成分在兩相溶劑中的分配系數(shù)的差異，使得成分在兩相中進行分配，從一種溶劑轉移到另一溶劑中，從而達到分離提出的目的[17]。姬小明等[18]對比SDE、SPME、乙醚溶劑萃取對香料煙葉片中的香味物質的提取效率，研究發(fā)現(xiàn)乙醚溶劑萃取法可有效提取香氣物質，能更準確地評價香料煙的質量。楊文武等[19]采用加速溶劑萃取法(accelerated solvent extraction，ASE)對烤煙煙葉中香氣成分進行提取，經(jīng)GC/MS法共鑒定出45種含量較高的香氣成分。

1.1.6 其它方法 除上述前處理方法外，無溶劑微波萃取、水蒸氣蒸餾、分子蒸餾等技術也被用于提取和分離煙草中的揮發(fā)性成分。李艷等[20]利用無溶劑微波萃取方法從紅花大金元干煙葉中提取精油，該技術高效、綠色、無污染和殘留，且制備所得精油在提高香氣質、增加香氣量、降低刺激等方面優(yōu)于市售精油。鄔帥帆等[21]利用水蒸氣蒸餾技術制備煙草揮發(fā)物，并利用GC-MS對其中所含香氣成分進行分析。結果表明與水上蒸餾方式相比，水中蒸餾方式煙草揮發(fā)物的得率更高，香氣量、豐富程度和香氣品質更優(yōu)。鄒鵬等[22]利用分子蒸餾方法將云南煙葉提取物(浸膏)分為五個組分，包括四級輕組分和重組分。研究發(fā)現(xiàn)，前兩級輕組分包含更多的揮發(fā)性成分，三級輕組分包含較多的半揮發(fā)性成分，而四級輕組分和重組分則主要是非揮發(fā)性成分。李峰[11]為了實現(xiàn)煙草和煙用香精中致香成分的分析，采用和對比了多種前處理方法，包括：P&T、SDE、超聲輔助-液固萃取法、液液萃取法、微量液液萃取法、直接進樣等。結果表明：P&T比較適用于致香成分的快速定性分析，超聲輔助-液固萃取法和SDE都適用于較為精確的定性定量分析，而液液萃取法比較適合應用于煙用香精的日常檢測。

1.2 鑒定和定量方法

結合不同的前處理方法，GC-MS成為了煙草揮發(fā)性成分鑒定和定量分析最常用的方法。黃蘭芳等[23]采用ASE萃取煙葉揮發(fā)性成分并進行GC-MS檢測，經(jīng)質譜數(shù)據(jù)庫檢索定性分析和用相對含量方法進行定量，共鑒定成分44種，占揮發(fā)油總含量的88.87%。Zhu等[24]對三種不同的提取技術—SDE、SPME、液液萃取進行了評價，經(jīng)比較，將SDE與GC-MS聯(lián)用，建立了簡便、可靠、重現(xiàn)性好的煙草香精色譜指紋圖譜。吳若昕等[25]等使用GC-MS/MS同時分析煙草中5種羧酸苯乙酯的含量，該方法高效快速、定量準確，實際應用效果好。

盡管一維氣相色譜(1D-GC)是分離和分析煙草樣品揮發(fā)性成分的強度工具，但峰容量和靈敏度較差，只能鑒定小范圍的目標分析物。二維氣相色譜(GC×GC)由于分辨率和靈敏度更高在煙草領域也有應用。Xiang等[1]開發(fā)了一種測定烤煙中揮發(fā)性風味成分的HS-SPME-GC×GC-TOFMS方法，該方法簡單、快速、精確和環(huán)保。Ding等[26]采用SE方法提取煙草中性香氣成分后進行GC×GC-TOFMS檢測，共鑒定出83種中性香氣成分。該方法簡化了工藝過程，節(jié)省時間和溶劑，選擇性和靈敏度高。

2 煙草重要香氣鑒定

盡管食物中含有成百上千種揮發(fā)性成分，但其中只有很少成分對整體香味感知有貢獻。因此揮發(fā)性成分檢測的主要目的是識別氣味/香氣活性化合物，并將它們與人類的感知聯(lián)系起來。盡管GC-MS是煙草揮發(fā)性成分鑒定和定量中最廣泛應用的技術，它卻無法確定化合物的氣味性質及其對樣品的貢獻。因此，它不能識別影響煙草風味的重要揮發(fā)性化合物，即香氣活性或氣味活性化合物。

2.1 OAV

香氣分子對產(chǎn)品整體感官特征的貢獻可以用其氣味活性值(odor activity value，OAV)來大致推斷，OAV表示為分子的濃度與其氣味閾值的比值。在食品的香氣研究中，一般認為OAV超過1的化合物對產(chǎn)品的整體香氣有貢獻，且OAV越大，該化合物的貢獻也越高。楊靖等[27]基于GC-MS分析結果，對11種清(青)香成分的OAV進行計算。研究發(fā)現(xiàn)β-大馬酮和二氫大馬酮的OAV均較大，在彰顯煙氣清香香韻方面起主要作用。范武等[28]通過計算酸香成分OAV發(fā)現(xiàn)，異戊酸、乙酸、丁酸、戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸等6種有機酸是卷煙煙氣中的關鍵酸香成分，其中異戊酸和乙酸對烤煙型卷煙酸香香韻貢獻最大，而異戊酸、3-甲基戊酸和乙酸對混合型卷煙酸香香韻貢獻最大。

2.2 GC-O

氣相色譜-聞香法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)將傳統(tǒng)的氣相色譜分析與嗅覺檢測相結合，可用于復雜基質中揮發(fā)性氣味活性化合物的研究。高建宏[29]將GC-O強度法與香味提取稀釋分析法相結合，對三種煙葉中性香味成分區(qū)域的關鍵香味成分進行分析和對比后發(fā)現(xiàn)，烤煙中的關鍵香味成分為β-大馬酮和β-二氫大馬酮，白肋煙中為β-大馬酮、β-二氫大馬酮和巨豆三烯酮，香料煙中為β-大馬酮、β-二氫大馬酮和甲基丁香酚。GC-O技術常與OAV相結合，用于樣品重要香氣成分的識別。倪偉等[30]采用GC-MS結合GC-O鑒定了皖南煙葉中主要致香組分，結合OAV得到了16個主要呈香物質，最終推測2-戊基呋喃、甲基環(huán)戊烯醇酮和2-糠醛可能是皖南煙葉焦甜香的主要貢獻者。

3 小結與展望

概述了國內(nèi)外近年來關于煙草揮發(fā)性成分提取和檢測及重要香氣成分鑒定的方法。揮發(fā)性成分提取時，SDE方法使用較多，HS-SPME、SE、SFE、P&T等方法使用較少；揮發(fā)性成分鑒定和定量分析以GC-MS為主，串聯(lián)質譜和二維氣相色譜等技術使用較少；GC-O和OAV是重要香氣成分鑒定的重要手段，未來可多借助或發(fā)展此類技術、手段，結合香氣重組及添加/缺失等方法，實現(xiàn)煙草香氣的表征及為品質的提高提供依據(jù)和奠定基礎。