兩種加香方式下7種葡萄糖苷配基在煙氣中的裂解轉(zhuǎn)移規(guī)律

韓 路

楚文娟1

胡少東1

趙志偉1

楊 靖2

田海英1

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000；2. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

卷煙紙作為卷煙的輔料，不僅是包裹煙絲，同時(shí)還參與了煙支燃燒，對(duì)煙支外觀[1]、卷煙燃燒性[2]、卷煙感官質(zhì)量、煙氣化學(xué)成分[3]都起著十分重要的作用。目前，對(duì)卷煙紙的研究除了集中在其功能性添加劑，如燃燒調(diào)節(jié)劑、降害型助劑等方面外，更可以通過(guò)在卷煙紙中添加香料改進(jìn)卷煙主流煙氣味道與品質(zhì)，達(dá)到增香的目的。目前，卷煙紙加香方式主要有以下兩種：① 在生產(chǎn)過(guò)程中直接將香料涂布于卷煙紙上[4]，采用該種方法制備的卷煙紙嗅香明顯，適用于外香型卷煙，但因揮發(fā)性的影響，貯藏期間及抽吸時(shí)特征香氣成分會(huì)產(chǎn)生較大損失；② 采用包埋技術(shù)將香料微膠囊化，然后再涂布于卷煙紙上[5]，中國(guó)對(duì)微膠囊在卷煙紙中的應(yīng)用已開(kāi)展了相關(guān)研究。徐蘭蘭等[6-7]考察了微膠囊對(duì)卷煙紙陰燃速率和陰燃溫度的影響，證明了微膠囊在卷煙紙中的可用性。秦艷等[8-9]研究了沉香精油及紅棗精油微膠囊在卷煙紙中的應(yīng)用，結(jié)果顯示其能有效掩蓋卷煙雜氣，降低刺激性，增加甜潤(rùn)感，煙氣柔和細(xì)膩。沈靜軒等[10]研究表明苯乙醇微膠囊在卷煙紙上有較高的貯藏穩(wěn)定性。黃富等[11]將分子囊化薄荷腦涂布于卷煙原紙上制成特色薄荷型卷煙紙，改善了薄荷型卷煙的品質(zhì)，并解決了薄荷型卷煙生產(chǎn)中的環(huán)境污染和生產(chǎn)線串味問(wèn)題。中國(guó)也有專利報(bào)道了香料微膠囊在卷煙紙中的應(yīng)用[12-14]。

煙草中除揮發(fā)性香味成分外，還存在一些糖苷類化合物，此類物質(zhì)揮發(fā)性弱，幾乎沒(méi)有香氣，但在燃吸過(guò)程中可裂解釋放出糖苷配基，進(jìn)而影響煙草香氣品質(zhì)和感官舒適性[15]。Chan等[16-17]合成了肉桂醛葡萄糖苷和香蘭素葡萄糖苷并將其添加到卷煙中，可以明顯增加香氣。曾世通等[18-19]將β-紫羅蘭醇葡糖苷和8種葡萄糖苷添加到卷煙中，研究其熱裂解產(chǎn)物及在卷煙主流煙氣中的釋放行為。李斌[20]將乙基香蘭素葡萄糖苷添加到低焦油卷煙中用于香味補(bǔ)償，同時(shí)提高了滿足感。段海波等[21-22]將玫瑰醇和香葉醇糖苷添加到卷煙中，發(fā)現(xiàn)卷煙香氣豐滿且前后一致性較好。研究[23-25]發(fā)現(xiàn)，具有相同官能團(tuán)的醇類、醛類和酯類香料單體在卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率大多隨著沸點(diǎn)和分子量的增加而變大，低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)香料的遷移率較中、高沸點(diǎn)香料遷移率小。這是因?yàn)榈头悬c(diǎn)香料在燃吸過(guò)程的焦油載體中有較高的透發(fā)性，從而損失嚴(yán)重，遷移率?。桓叻悬c(diǎn)香料揮發(fā)性小，不易被焦油所攜帶，大多參加熱解，遷移率小，而中、高沸點(diǎn)的香料遷移率較高。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)糖苷類物質(zhì)在卷煙加香中的應(yīng)用已有較多研究，但該類物質(zhì)在卷煙紙中的應(yīng)用卻鮮見(jiàn)報(bào)道,徐若飛等[26]將乙基香蘭素糖苷添加到卷煙盤(pán)紙上，研究其作為盤(pán)紙?zhí)砑觿┰鱿愕目赡苄?，但未研究裂解產(chǎn)物乙基香蘭素在卷煙主流和測(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移規(guī)律。文章擬將7種葡萄糖苷按照不同的添加量添加到卷煙紙中，對(duì)其主要裂解產(chǎn)物在卷煙主流煙氣和側(cè)流煙氣中的裂解轉(zhuǎn)移率進(jìn)行研究，以期為該類物質(zhì)在卷煙紙加香中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品(β-D-吡喃葡萄糖5-甲基糠醇苷、β-D-吡喃葡萄糖苯乙醇苷、β-D-吡喃葡萄糖大茴香醇苷、β-D-吡喃葡萄糖香蘭素苷、β-D-吡喃葡萄糖乙基香蘭素苷、β-D-吡喃葡萄糖薄荷醇苷和β-D-吡喃葡萄糖葉醇苷)：產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR、NMR、HRMS表征，純度達(dá)99%以上，自制；

糖苷配基(5-甲基糠醇、苯乙醇、香蘭素、大茴香醇、乙基香蘭素、薄荷醇、葉醇、乙酸苯乙酯)：純度均在98%以上，美國(guó)Sigma公司；

二氯甲烷、95%乙醇：分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；

“黃金葉”品牌空白卷煙樣品：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

吸煙機(jī)：LM5+型，德國(guó)Borgwaldt-KC公司；

吸煙機(jī)：RM20H型，德國(guó)Borgwaldt-KC公司；

GC/MS聯(lián)用儀：8890-5977型，美國(guó)Agilent公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國(guó)Binder公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-52A型，上海亞萊生化儀器廠；

電子天平：AB265-S型，感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司；

香精香料注射機(jī)：Cijector型，德國(guó)BURGHART公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 稱取7種葡萄糖苷樣品各0.07 g，加入10 mL 70%乙醇，超聲波輔助溶解，按照煙支煙絲重量的0.01%分別采用涂布和注射的方式添加到卷煙紙表面和煙支中制備成待測(cè)樣品；再分別按照煙絲重量的0.001%，0.010%，0.050%將7種葡萄糖苷涂抹到卷煙紙表面制備成待測(cè)樣品，將制備好的樣品置于恒溫恒濕箱中[相對(duì)濕度(60±2)%、溫度(22±2) ℃]平衡48 h待測(cè)。空白對(duì)照樣品用70%乙醇采用相同方式加香。

1.2.2 轉(zhuǎn)移率測(cè)定 用吸煙機(jī)在國(guó)標(biāo)條件下抽吸20支卷煙，采用劍橋?yàn)V片捕集主流煙氣和側(cè)流煙氣粒相物，抽吸結(jié)束后再吸5口，取出劍橋?yàn)V片，脫脂棉擦拭捕集器后同劍橋?yàn)V片一同放入100 mL二氯甲烷溶液中。將100 μL內(nèi)標(biāo)溶液分別加入到上述溶液中，搖床振蕩1 h，超聲萃取30 min(3次)，減壓濃縮至1 mL，有機(jī)相微孔濾膜過(guò)濾，待GC-MS分析。并按式(1)計(jì)算7種糖苷配基在主流和側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率。

(1)

式中：

a——糖苷配基在煙氣中的轉(zhuǎn)移率，%；

b——加標(biāo)樣中糖苷配基的量，μg；

c——空白樣中糖苷配基的量，μg；

d——加入的葡萄糖苷量，μg。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 分別稱取一定量的5-甲基糠醇、苯乙醇、香蘭素、大茴香醇、乙基香蘭素、薄荷醇、葉醇，用二氯甲烷定容至100 mL，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)樣品貯備液，采用乙酸苯乙酯作為內(nèi)標(biāo)，用二氯甲烷定容至100 mL，配成內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別移取4.000 0，2.000 0，1.000 0，0.500 0，0.250 0，0.125 0，0.062 5 mL混合標(biāo)樣貯備液于容量瓶中，加入0.5 mL內(nèi)標(biāo)(乙酸苯乙酯)貯備液，用二氯甲烷定容，配制成7個(gè)不同濃度梯度的混合標(biāo)樣溶液。分別移取1.0 μL進(jìn)行GC-MS分析，并計(jì)算各標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性方程和相關(guān)系數(shù)。

1.2.4 檢出限、定量限、精密度和回收率測(cè)定 選取40支未加香的空白成品卷煙，按照標(biāo)準(zhǔn)的抽吸條件，收集煙氣粒相物，加入0.2 mL混合標(biāo)樣貯備液，按1.2.3的處理方法進(jìn)行萃取并濃縮至1.0 mL，分別取1.0 μL進(jìn)行GC-MS分析，平行處理7次，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，同時(shí)計(jì)算7種糖苷配基的回收率。取系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣10次，分別以3倍和10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。

1.2.5 GC-MS分析條件

(1) GC條件：HP-INNOWax 色譜柱(60 m×250 μm×0.25 μm)，程序升溫：初溫50 ℃，保持2 min，溶劑延遲6 min，以4 ℃/min升至220 ℃，保持20 min。進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進(jìn)樣量1.0 μL，分流比10∶1。

(2) GC-MS條件：電離方式為電子轟擊，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，電子倍增器電壓2.42 kV；掃描范圍40～350 amu，定性分析采用全掃描模式，定量分析采用SIM 模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

由表1可知，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，表明7種香味成分標(biāo)準(zhǔn)工作曲線相關(guān)性良好，且其線性范圍較寬，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)工作曲線適用于定量分析。

表1 工作曲線和相關(guān)系數(shù)Table 1 Standard curve linear regression equation and correlation coefficient

2.2 方法的檢出限、定量限、精密度和回收率

由表2可知，7種香味成分的檢出限為0.44～21.70 ng/mL，定量限為1.50～72.39 ng/mL，均遠(yuǎn)低于煙氣中各香味成分含量；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為4.5%～9.0%，加標(biāo)回收率為76.1%～91.6%，說(shuō)明該方法適合香味成分的定量測(cè)定。

表2 檢出限、定量限、精密度和回收率Table 2 Limits of detection, limits of quantitation,recoveries and precision

2.3 兩種加香方式下的轉(zhuǎn)移率

由表3可知, 兩種加香方式下，7種糖苷配基在側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率高于主流煙氣中的，主要原因是卷煙靜燃時(shí)間比抽吸時(shí)間長(zhǎng), 葡萄糖苷在靜燃時(shí)裂解釋放出的糖苷配基的量比抽吸時(shí)大。在主流煙氣中，7種糖苷配基在煙絲中的轉(zhuǎn)移率高于添加到卷煙紙上的，而在側(cè)流煙氣中正好相反。這可能是添加到煙絲中的葡萄糖苷裂解產(chǎn)生的配糖體被煙絲和卷煙紙包裹，更易進(jìn)入主流煙氣，而卷煙紙?jiān)跓熤У淖钔鈱?，抽吸時(shí)裂解產(chǎn)生的糖苷配基容易擴(kuò)散到空氣中。

表3 兩種加香方式下7種糖苷配基在煙氣中的轉(zhuǎn)移率測(cè)定結(jié)果

2.4 卷煙紙中7種糖苷配基在煙氣中的轉(zhuǎn)移規(guī)律

不同添加量下，卷煙紙中7種糖苷配基在主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率如圖1所示，在側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率如圖2所示。

由圖1和圖2可知, 3種添加濃度梯度下，7種葡萄糖苷裂解產(chǎn)生的糖苷配體在側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率均高于其在主流煙氣中的。

圖1 7種糖苷配基在主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率Figure 1 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofmainstream cigarette smoke

圖2 7種糖苷配基在側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率Figure 2 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofsidestream cigarette smoke

在0.001%添加量下，主流煙氣中的5-甲基糠醇的轉(zhuǎn)移率最高(1.24%)，薄荷醇的最低(0.27%)；在0.010%添加量下，主流煙氣中轉(zhuǎn)移率最高的為5-甲基糠醇(1.87%)，最低的為薄荷醇(0.38%)；在0.050%添加量下，主流煙氣中轉(zhuǎn)移率最高的為5-甲基糠醇(1.56%)，最低的為薄荷醇(0.31%)。7種糖苷配基在煙氣中的轉(zhuǎn)移率差別較大的主要原因可能是這些糖苷配基的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，5個(gè)醇類化合物中薄荷醇的沸點(diǎn)最低，屬于低沸點(diǎn)化合物，5-甲基糠醇和葉醇屬于中高沸點(diǎn)化合物，但5-甲基糠醇的沸點(diǎn)高于葉醇，大茴香醇和苯乙醇的沸點(diǎn)超過(guò)200 ℃，屬于高沸點(diǎn)化合物，因此5-甲基糠醇的轉(zhuǎn)移率最高，薄荷醇的轉(zhuǎn)移率最低，其他依次為葉醇、大茴香醇和苯乙醇；2個(gè)醛類化合物中乙基香蘭素的沸點(diǎn)和分子量略大于香蘭素，所以在煙氣中的轉(zhuǎn)移率高于香蘭素。7種糖苷配基在主流煙氣粒相物中的轉(zhuǎn)移率表現(xiàn)出隨著添加量的增加先增加后降低，在0.001%添加量下，7種糖苷配基在主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率為0.27%～1.24%，0.010%添加量下為0.38%～1.87%，0.05%添加量下略有下降，為0.31%～1.56%，可能是添加量越高，進(jìn)入主流煙氣的糖苷配基越容易被煙絲吸附，從而減少其被劍橋?yàn)V片捕集的量。在側(cè)流煙氣中，7種糖苷配基的轉(zhuǎn)移率也表現(xiàn)出相同的規(guī)律，可能是因?yàn)樘砑恿枯^小時(shí),香料本身的損耗加上有濾嘴的截留,使得遷移率較小。當(dāng)添加量逐漸增大時(shí),遷移率也逐漸增大,當(dāng)添加比例增大到一定程度時(shí),遷移率呈減小趨勢(shì),可能與氣溶膠運(yùn)載能力有關(guān)。當(dāng)添加量較少時(shí),氣溶膠有足夠的能力將其運(yùn)載進(jìn)入煙氣,所以遷移率隨添加量而增大,當(dāng)添加量超過(guò)氣溶膠運(yùn)載能力時(shí),香料單體遷移的量不再增大,遷移率減小。

3 結(jié)論

將7種糖苷類香味前體物分別采用注射機(jī)加香和卷煙紙涂布加香方式添加到卷煙紙上，其燃燒后均能釋放出相應(yīng)的糖苷配基。在主流煙氣中，注射到卷煙中的7種糖苷配基的轉(zhuǎn)移率高于涂布于卷煙紙表面的，而在側(cè)流煙氣中正好相反；將7種糖苷類香味前體物按3種不同的添加量涂布到卷煙紙表面，其在側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率高于主流煙氣中的；糖苷配基在主流煙氣和側(cè)流煙氣中轉(zhuǎn)移率最高的為5-甲基糠醇，最低的為薄荷醇，其他依次為葉醇、大茴香醇、苯乙醇、乙基香蘭素和香蘭素。糖苷配基在主流、側(cè)流煙氣中的轉(zhuǎn)移率隨著添加量的增加先增加后降低。煙草中的葡萄糖苷類物質(zhì)較多，文章僅對(duì)部分該類物質(zhì)在卷煙紙中的轉(zhuǎn)移規(guī)律進(jìn)行了探討，此外，還有一些對(duì)卷煙感官有明顯作用的葡萄糖苷由于在自然界中含量低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)合成難度大而沒(méi)有涉及，后續(xù)可以嘗試采用生物合成技術(shù)來(lái)制備，探索該類物質(zhì)在卷煙加香中的作用效果，為拓展其應(yīng)用范圍打下基礎(chǔ)。