甘油對不同部位烤煙香味成分釋放行為的影響

郭春生 王軼群 陳晨 張賈寶 杜赫 許艷冉 梁淼 喬月梅 張峻松

摘? 要：為探究甘油對不同部位烤煙在低溫加熱狀態(tài)下（350 ℃）香味成分釋放行為的影響，利用自主設(shè)計的程序控溫耦聯(lián)煙氣捕集裝置，分別研究不同甘油含量（0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%）對上、中、下部烤煙煙葉香味成分釋放量的影響。結(jié)果表明，煙葉在加熱狀態(tài)下的香味成分釋放總量及煙堿釋放量隨甘油含量升高均呈現(xiàn)先升高后略有降低的趨勢；不同部位煙葉各類香味成分釋放總量隨甘油含量升高（0%～15%）分別表現(xiàn)出不同幅度的提升，下部葉中性香味成分釋放總量升高最為顯著，增幅達(dá)95.11%，上部葉堿性、酸性香味成分釋放總量升高最為顯著，分別增加36.82%、43.92%。多因素方差分析表明，甘油含量和部位對煙葉各類香味成分的釋放總量均有極顯著影響，且部位與甘油含量的交互效應(yīng)也呈極顯著水平。綜上，施加15%含量的甘油可在一定程度上促進(jìn)煙葉在低溫加熱狀態(tài)下香味成分的釋放。

關(guān)鍵詞：煙葉；甘油；部位；香味成分；低溫加熱；多因素方差分析

中圖分類號：TS41+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1007-5119（2023）02-0088-09

Abstract： In order to explore the effect of glycerin on the release of aroma components in different parts of flue-cured tobacco under low temperature heating （350 ℃）， a programmed temperature-controlling coupled flue gas capture device was used to study the effects of different glycerin contents （0%， 5%， 10%， 15%， 20%， 25%， 30%） on the release of aroma components in upper， middle and lower flue-cured tobacco leaves. The results showed that： With the increase of glycerin content， the total amount of aroma components and nicotine release of tobacco leaves under heating conditions increased first and then slightly decreased， indicating that the addition of glycerin had a certain promoting effect on the release of aroma components. The total amount of various aroma components released from leaves from different positions the tobacco plant showed different increases with increasing glycerin content （0% to 15%）： the total release of neutral aroma components in lower leaves increased most significantly by 95.11%， and the total release of alkaline and acidic aroma components in upper leaves increased most significantly， increasing 36.82% and 43.92%， respectively. The multivariate analysis of variance showed that glycerin content and leaf position had a very significant effect on the total release of various aroma components in tobacco leaves， and the interaction effect between leaf position and glycerin content was also extremely significant. Above all， the release of aroma components in tobacco leaves under low temperature heating could be promoted by applying 15% glycerin.

Keywords： tobacco leaf; glycerin; leaf position; aroma components; low temperature heating; multivariate analysis of variance

甘油作為加熱卷煙芯材中最常用的霧化劑[1-2]，能夠降低煙葉的燃燒性，提高煙氣和香味釋放量[3-6]。Dai等[7]利用Py-GC-FID/MS法研究了不同含量甘油（0%～25%）對煙葉原料在250 ℃條件下熱解產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)施加甘油能促進(jìn)酮類、醛類、羧酸類的釋放；趙龍等[8]利用GC/MS法分析了添加不同量甘油（0%～50%）的河南C3F烤煙煙葉在300 ℃加熱條件下的煙氣粒相物釋放，發(fā)現(xiàn)添加甘油有助于煙氣粒相物中揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分的釋放，但對不同成分的影響趨勢存在差異。

上述研究均從不同角度考察了甘油含量對煙草加熱狀態(tài)下煙氣香味成分釋放的影響，在研究過程中僅將香味成分按揮發(fā)性大小或官能團(tuán)種類進(jìn)行了討論分析。然而煙氣香味成分按其酸堿度可分為中性、堿性、酸性3類，這3類香味成分對煙草感官品質(zhì)所起的作用各不相同。其中，中性香味成分對煙氣感官香氣的貢獻(xiàn)最大，而堿性香味成分在吸味勁頭和賦予煙草生理強(qiáng)度方面起著重要作用，且二者均具有很濃的氣味和較低的閾值，是影響煙草和煙氣香氣風(fēng)格的重要香味物質(zhì)。酸性香味成分可在一定程度上醇和煙氣，減少刺激性。因此分析煙草原料受熱時釋放的不同種類的香味物質(zhì)，將為深入系統(tǒng)地了解香味組分與加熱卷煙感官質(zhì)量的關(guān)系提供參考依據(jù)[9-10]。另外，不同部位煙葉在加熱狀態(tài)下其香味成分的釋放規(guī)律也存在一定差異[11-12]，目前對于不同甘油含量、不同部位的煙葉原料在低溫加熱狀態(tài)下的香味成分釋放行為研究尚不夠系統(tǒng)全面。

本文以不同部位云南烤煙煙葉為對象，利用自主研制的溫控平臺和煙氣捕集裝置研究不同甘油施加比例（0%～30%）對煙葉原料在加熱狀態(tài)下中性、堿性、酸性香味成分釋放量的影響，結(jié)合多因素方差分析考察甘油含量和部位2個因素對香味成分釋放量的影響，以期為加熱卷煙的芯材配方原料選用提供支撐。

1? 材料與方法

1.1? 材料、試劑與儀器

材料：云南上部B2F、中部C3F和下部X2F?煙葉（云煙87，均為醇化18個月的2018年樣品，由內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司提供）。

試劑：甘油、乙醇（AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；乙酸苯乙酯、反-2-己烯酸、正十七烷、1，4-丁二醇、堿性及酸性標(biāo)準(zhǔn)品（純度>98%，百靈威科技有限公司）；氫氧化鈉、氯化鈉、無水硫酸鈉（AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠）；鹽酸（37%，洛陽昊華試劑有限公司）；二氯甲烷、正己烷、甲醇（色譜純，迪科馬科技有限公司）；N，O-雙（三甲基硅）三氟乙酰胺（BSTFA）（純度98%，上海麥克林生化科技有限公司）。

儀器：ME104E電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；QS-5A實驗室小型切絲機(jī)（開封捷利美嘉機(jī)械設(shè)備有限公司）；8890/5977B氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀、8890A（FID）氣相色譜儀（美國Agilent公司）；自制程序控溫加熱耦聯(lián)煙氣捕集裝置，裝置示意圖如圖1所示。

1.2? 試驗方法和條件

1.2.1? 樣品制備? 將煙葉樣品切絲后置于溫度（22±1） ℃、相對濕度（60±2）%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中平衡48 h以上備用。取出部分煙絲施加甘油，首先將其置于140 ℃烘箱中加熱5 min，加熱完成后向煙絲上均勻噴灑經(jīng)乙醇稀釋的甘油并密封儲存72 h，甘油添加量分別為最終樣品質(zhì)量的5%、10%、15%、20%、25%、30%，之后再將煙絲置于上述標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中平衡48 h使甘油充分吸收，密封儲存?zhèn)溆?。參照YC/T 31—1996、YC/T 243—2008測定樣品實際含水率和甘油含量，具體樣品信息如表1所示。

1.2.2? 煙葉加熱釋放試驗? 稱取0.4 g粉碎后的煙末樣品置于程序控溫加熱耦聯(lián)煙氣捕集裝置的石英管內(nèi)，由混合氣體控制系統(tǒng)將20%氧氣、80%氮氣的混合氣體以0.2 L/min的流量通入石英管內(nèi)，通氣3 min后，使用溫控系統(tǒng)在20 s內(nèi)將石英管從室溫升至350 ℃，并保持5 min，用劍橋濾片捕集煙氣粒相物，加熱完成后，繼續(xù)通氣5 min后取下劍橋濾片。

1.2.3? 煙氣香味成分分析? 將完成捕集的劍橋濾片折起放入錐形瓶中，加入60 mL二氯甲烷，常溫超聲30 min，得到煙氣香味成分萃取液；參照文獻(xiàn)[9，13]的方法，對萃取液進(jìn)行酸洗、堿洗，分別得到煙氣中性、堿性、酸性香味成分萃取液；將萃取液干燥并加入內(nèi)標(biāo)濃縮后，經(jīng)0.45 μm有機(jī)膜過濾并轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，進(jìn)行GC/MS分析。

1.2.4? 煙堿測定分析? 參照YC/T 246—2008測定煙氣中的煙堿釋放量。

1.2.5? 數(shù)據(jù)處理? 各樣品平行測定3次，取平均值，采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 21軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2? 結(jié)? 果

2.1? 甘油對煙氣香味成分釋放量的影響

2.1.1? 中性香味成分釋放量? 根據(jù)樣品實測含水率與甘油含量，以煙草干物質(zhì)含量為基準(zhǔn)，計算了不同樣品加熱過程中的中性香味成分釋放量，結(jié)果如圖2所示，可見隨甘油含量從0%增至30%，不同部位煙葉的中性香味成分釋放總量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在甘油含量為15%時達(dá)到最高，各部位煙葉的中性香味成分釋放總量整體表現(xiàn)為中部葉>上部葉>下部葉。當(dāng)甘油含量從0%增至15%時，上部、中部、下部煙葉的中性香味成分釋放總量顯著增大，分別增大了46.28%、37.81%、95.11%。

由表2可知，大部分中性香味成分釋放量在施加甘油后顯著提高，糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、茄酮、巨豆三烯酮A、新植二烯、亞麻酸乙酯等物質(zhì)的釋放量相對較高，中部樣品YC-0、YC-15的釋放量高于上部和下部樣品。由圖3可知，施加15%含量甘油后，各部位煙葉的典型中性香味成分釋放量升高程度不同，其中中部葉糠醛、糠醇、新植二烯的增加比例高于其他部位煙葉，其增加比例分別為50.68%、81.48%、55.64%；而5-甲基糠醛、巨豆三烯酮A則在下部葉中的增幅較大，分別增加66.85%、86.77%；茄酮在上部葉中增幅較大，增幅達(dá)56.03%。

2.1.2? 堿性香味成分釋放量? 由圖4可知，隨甘油含量升高，不同部位煙葉的堿性香味成分釋放總量逐漸升高，在甘油含量為15%時達(dá)到最高，之后略有下降，各部位煙葉的堿性香味成分釋放總量整體表現(xiàn)為上部葉≈中部葉>下部葉。當(dāng)甘油含量從0%增至15%時，上部、中部、下部煙葉的堿性香味成分釋放總量顯著增大，分別增大了36.82%、35.46%、31.40%，其增幅相較于中性香味成分較小。

由表3可見，堿性香味成分中3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、3-乙烯基吡啶等物質(zhì)的釋放量相對較高，且香味成分釋放量在施加甘油后顯著提高；上部煙葉中吡啶釋放量在施加甘油后顯著增加至9.66 μg/g。從種類上看，上部葉YB-0與YB-15樣品所釋放的堿性成分種類較中部葉和下部葉多。由圖5看出，相較于中性香味成分，甘油對堿性香味成分釋放量的影響相對較弱（增加比例介于24.17%～45.26%）；就部位而言，甘油對中部葉3-乙烯基吡啶和喹啉釋放促進(jìn)作用更為顯著，且明顯增大了中下部煙葉3-甲基吡啶和3-乙基吡啶的釋放量?？傮w而言，甘油對中下部葉的堿性香味成分釋放影響較大。

2.1.3? 酸性香味成分釋放量? 由圖6可知，隨甘油含量升高，不同部位煙葉的酸性香味成分釋放總量逐漸升高，在甘油含量為15%時達(dá)到最高，之后略有下降，各部位煙葉的酸性香味成分釋放總量整體表現(xiàn)為中部葉>下部葉>上部葉。當(dāng)甘油含量從0%增至15%時，上部、中部、下部煙葉的酸性香味成分釋放總量顯著增大，分別增大了43.92%、31.83%、40.85%。另外結(jié)合圖2、圖4可知，甘油對煙氣中性、堿性、酸性香味成分釋放總量的影響較為一致。

由表4可知，乙酸的釋放量遠(yuǎn)高于其他酸性香味成分，丁酸、3-甲基丁酸、苯甲酸的釋放量相對較高，且大部分香味成分釋放量在施加甘油后顯著提高。由圖7可知，甘油對各樣品典型酸性香味成分釋放量的影響相對較強(qiáng)（增加比例介于25.27%～ 119.30%）。其中，上部葉3-甲基丁酸釋放量顯著升高，增幅達(dá)93.15%，而中部葉和下部葉變化不明顯；下部葉苯甲酸釋放量變化最為顯著，增幅為119.30%。

2.1.4? 煙堿釋放量? 如圖8所示，隨甘油含量升高，各部位煙葉的煙堿釋放量呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢，在甘油含量為15%時煙堿釋放量最大，各部位煙葉煙堿釋放量整體表現(xiàn)為上部葉>中部葉>下部葉。當(dāng)甘油含量從0%增至15%時，上部、中部、下部煙葉的煙堿釋放量顯著增大，分別增大了27.20%、27.27%、26.44%。

2.2? 甘油含量與部位對煙氣香味成分釋放量影響的多因素方差分析

為研究甘油含量與部位對煙氣香味成分釋放量的影響，以甘油含量、部位因素為控制變量，采用一般線性模型對煙氣中性、堿性、酸性香味成分釋放總量進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果如表5所示。由表5可知，甘油含量和部位對中性、堿性、酸性香味成分的釋放總量均存在極顯著影響（p<0.01），且部位與甘油含量的交互效應(yīng)也呈極顯著水平（p<0.01）。結(jié)果表明，煙葉原料的甘油含量與部位對其在加熱狀態(tài)下煙氣香味成分釋放量影響顯著。

3? 討? 論

本研究利用自主研制的程序控溫加熱偶聯(lián)煙氣捕集裝置，結(jié)合GC-MS法對不同甘油含量及部位的云南烤煙在低溫加熱狀態(tài)下所釋放的中性、堿性、酸性香味成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)隨甘油含量的升高，香味成分釋放量整體呈現(xiàn)先升高后略有降低的趨勢，在甘油含量為15%左右，香味成分釋放量最大，不同部位煙葉的香味成分釋放行為存在一定差異。

中性香味成分主要包含醛類、酮類、酯類和醇類等化合物，是煙氣化學(xué)成分的重要組成部分[14-15]；堿性香味成分作為煙草氣溶膠的重要化學(xué)組成部分，主要包括吡啶、吡嗪、喹啉等雜環(huán)類物質(zhì)，大部分具有烘焙香、堅果香等[15-16]；酸性香味成分大多屬于揮發(fā)性有機(jī)酸，雖然在煙葉中其含量相對非揮發(fā)性有機(jī)酸較低，但在加熱過程中可直接蒸發(fā)轉(zhuǎn)移進(jìn)入煙氣，對煙草制品（尤其是加熱卷煙）的吸食特性具有重要影響[17-18]。隨甘油含量的增加，各部位煙葉的中性、堿性、酸性香味成分釋放總量及煙堿釋放量均呈現(xiàn)先升高后略有降低的趨勢，這與周慧明等[1，8]的研究結(jié)果基本一致；但周慧明等發(fā)現(xiàn)隨甘油含量的升高，氮雜環(huán)類物質(zhì)等堿性香味成分的釋放量有所降低，與本研究有差異，原因可能是傳統(tǒng)煙葉與再造煙葉的組織結(jié)構(gòu)有所不同[19]。施加15%甘油后，煙氣中的典型中性香味成分釋放量顯著升高，這有助于改善加熱卷煙產(chǎn)品煙香不足的缺點[1，6]；同時，堿性香味成分如3-甲基吡啶、3-乙烯基吡啶等物質(zhì)釋放量的增加有助于彰顯卷煙烘焙香韻[20]；而酸性香味成分如3-甲基丁酸、苯甲酸等物質(zhì)釋放量的升高則有助于醇和煙香、降低刺激[14，18]。不同部位煙葉間中性、堿性香味成分釋放總量及煙堿釋放量的大小與不同部位烤煙煙葉中的含量分布規(guī)律基本一致[21-22]，但酸性香味成分釋放總量與烤煙煙葉的揮發(fā)性有機(jī)酸含量分布規(guī)律并不完全相同[23]，其原因是煙氣中的酸性香味成分不僅來自于煙草自身揮發(fā)性有機(jī)酸的遷移，還可能產(chǎn)自煙草中糖類等物質(zhì)的熱分解[1]。

甘油雖對各類香味成分釋放總量影響趨勢一致，但影響程度各不相同。其中，甘油對中性香味成分的促釋放效果最明顯，尤其是對于下部葉更為顯著；而對于堿性和酸性香味成分而言，這種促進(jìn)作用則更多體現(xiàn)在上部葉。甘油對不同種類香味成分促釋放效果的差異可能與煙葉自身對應(yīng)香味物質(zhì)的含量和熱穩(wěn)定性不同有關(guān)[24]。這為加熱卷煙芯材配方中不同部位煙葉的選用和煙氣感官質(zhì)量的針對性提升提供了參考，后續(xù)仍需評價不同部位煙葉的香味釋放量與感官質(zhì)量的關(guān)系，從而為加熱卷煙煙芯配方設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

4? 結(jié)? 論

結(jié)果表明：（1）隨著甘油含量的升高（0%～30%），煙葉各類香味成分釋放總量及煙堿釋放量整體呈現(xiàn)先升高后略有降低的趨勢，在15%甘油含量時達(dá)到最高；（2）甘油對不同部位煙葉各類香味成分釋放總量的影響程度存在差異，隨甘油含量升高（0%～15%），下部葉中性香味成分釋放總量升高最為顯著，上部葉堿性、酸性香味成分釋放總量升高最為顯著；（3）甘油對不同部位煙葉典型香味成分釋放量的影響程度不一，表現(xiàn)為對中部、下部煙葉的中性、堿性香味成分釋放影響較大，對上部、下部煙葉的酸性香味成分釋放影響較大；（4）甘油含量和部位對煙葉原料中性、堿性、酸性香味成分的釋放總量均有極顯著影響，且部位與甘油含量的交互效應(yīng)也呈極顯著水平。

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