回潮溫度對(duì)中試試樣煙絲中致香物質(zhì)的影響

李 達(dá) 李曉科 - 許仁杰 - 袁 鵬 李娥賢 -

(1. 紅云紅河煙草〔集團(tuán)〕有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231；2. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，云南 昆明 650223)

煙草中的致香物質(zhì)是一類(lèi)具有揮發(fā)性并且能夠刺激人的嗅覺(jué)器官的化學(xué)物質(zhì)，可以豐富卷煙的香氣，降低卷煙的刺激性，改善卷煙的余味，其主體致香成分是煙堿[1-3]。煙草中的致香成分和含量與煙草產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)煙草質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是衡量其可用性的重要因素，煙草品質(zhì)的優(yōu)劣，很大程度上取決于煙草中的致香成分，但對(duì)煙絲中致香物質(zhì)的定性定量測(cè)定及指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)仍是一個(gè)難點(diǎn)，此外，關(guān)于回潮溫度參數(shù)的設(shè)置對(duì)煙絲致香成分的影響研究還未見(jiàn)報(bào)道[4]。

中國(guó)煙草資源十分豐富，但與國(guó)外相比，香氣不足仍是影響中國(guó)煙草質(zhì)量的突出問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外煙草科技人員對(duì)煙草香味以及香味物質(zhì)進(jìn)行大量研究。Schumacher等[5]從土耳其煙葉中鑒定出118種致香物質(zhì)；黃學(xué)躍等[6]利用蒸餾萃取聯(lián)合氣相—質(zhì)譜分析方法對(duì)兩個(gè)曬煙品種的致香成分進(jìn)行分析研究，共檢測(cè)出56種核心致香成分；謝劍平等[7]采用蒸餾與氣質(zhì)聯(lián)用的方法對(duì)白肋煙中的致香成分進(jìn)行過(guò)研究，共得到200種香味物質(zhì)。目前對(duì)煙草致香物質(zhì)的分析方法有氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)、水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法、固相微萃取和超臨界萃取等方法[8-9]，其中以蒸餾萃取與GC-MS相結(jié)合的方法為主，這些分析方法雖然也能對(duì)煙葉中的致香成分進(jìn)行檢測(cè)分析，但操作步驟繁瑣，提取效率較低，而且溶劑的純度在痕量分析中也是不可忽視的問(wèn)題，蒸餾萃取中，也會(huì)存在溶劑污染的問(wèn)題，但是高純度的氣體是很容易得到，可以避免不必要的干擾，頂空氣分析法就可以彌補(bǔ)溶劑污染的缺點(diǎn)[9]。頂空氣分析法是一種定性、定量的方法，常用于植物、化工等方面的分析研究[10-13]，但對(duì)回潮溫度參數(shù)的不同設(shè)置來(lái)研究其對(duì)煙絲致香成分的影響方面的研究還尚未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)擬采用靜態(tài)頂空—?dú)庀嗌V質(zhì)譜聯(lián)用法結(jié)合MES系統(tǒng)(制造執(zhí)行系統(tǒng))對(duì)中國(guó)市售同規(guī)格卷煙不同批次煙絲中的致香成分進(jìn)行檢測(cè)分析，并對(duì)回潮溫度的控制選擇對(duì)煙絲致香物質(zhì)的影響進(jìn)行探究，以期為卷煙生產(chǎn)加工過(guò)程中回潮溫度的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 材料及試劑

材料：同一主力品牌規(guī)格M的兩個(gè)不同批次的國(guó)內(nèi)市售卷煙成品煙絲樣品(批次A、批次B)，紅云紅河集團(tuán)工藝質(zhì)量部；

乙酸-2-苯乙酯內(nèi)標(biāo)：純度為99%，美國(guó)Sigma公司；

DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)：美國(guó)Aglient公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

頂空自動(dòng)進(jìn)樣器：TurboMatrix 40 Trap型，美國(guó)PerkinElmer公司；

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：Clarus 600-Clarus 600T型，美國(guó)PerkinElmer公司；

電子分析天平：CP225D型，德國(guó)Sartorius公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理 在室溫下，稱(chēng)取煙絲樣品0.8 g放入頂空瓶中，并加入0.1 μL的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液乙酸-2-苯乙酯，旋緊、密封，然后利用靜態(tài)頂空與氣相、質(zhì)譜相結(jié)合的方式對(duì)待檢煙絲樣品中的致香物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)。

1.2.2 頂空進(jìn)樣器條件 取樣針溫度120 ℃；加熱爐溫度100 ℃；載氣為高純度氦氣(99.99%)，壓力135.2 kPa；進(jìn)樣量2 mL；樣品加熱平衡時(shí)間50 min；加壓時(shí)間0.4 min；進(jìn)樣時(shí)間0.4 min；拔針時(shí)間0.7 min；操作模式：恒定。

1.2.3 氣相色譜—質(zhì)譜檢測(cè)條件

(1) 氣相色譜檢測(cè)條件：色譜柱RTX-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；柱溫，起始溫度50 ℃，保持3 min，以5 ℃/min的速率升溫至150 ℃，然后以6 ℃/min的速率升到250 ℃，保持3 min；進(jìn)樣口溫度為230 ℃；載氣為高純氦氣(99.99%)。

(2) 質(zhì)譜檢測(cè)條件：電離源為EI+離子源；電壓70 eV；離子源溫度200 ℃；四極桿溫度130 ℃；全掃描模式，質(zhì)量數(shù)掃描范圍45～450 amu。

1.2.4 內(nèi)標(biāo)物的選擇 煙草中的致香成分，大多數(shù)都具有揮發(fā)性，在前處理的過(guò)程中可能會(huì)使致香成分造成一定的損失，用外標(biāo)定量法會(huì)使所測(cè)結(jié)果存在很大的誤差，因此本試驗(yàn)采用內(nèi)標(biāo)法來(lái)進(jìn)行半定量分析，選擇乙酸-2-苯乙酯作為內(nèi)標(biāo)物[14]。

1.2.5 定性、定量分析

(1) 定性分析：利用GC-MS聯(lián)機(jī)，將作為檢測(cè)器的質(zhì)譜和氣相色譜聯(lián)用，通過(guò)NIST和WILEY譜庫(kù)檢索，進(jìn)行定性分析，使煙絲樣品中的致香成分在很短的時(shí)間內(nèi)可以得到分離、鑒定。

(2) 定量分析：利用內(nèi)標(biāo)法對(duì)煙絲樣品中致香成分進(jìn)行半定量分析。以純度為99%的乙酸-2-苯乙酯為內(nèi)標(biāo)物，根據(jù)煙絲樣品中致香物質(zhì)的峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值，按式(1)計(jì)算出煙絲樣品中的致香成分的含量。

(1)

式中：

X——各個(gè)化合物的含量，mg/kg；

As——各化合物的峰面積；

Ai——內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積；

mi——內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量，mg；

M——煙絲質(zhì)量，kg。

1.2.6 數(shù)據(jù)采集 為了研究卷煙生產(chǎn)過(guò)程中松散回潮工序的回潮溫度對(duì)成品煙絲致香成分影響，紅云紅河集團(tuán)工藝質(zhì)量部設(shè)計(jì)了3種回潮溫度工藝參數(shù)的中試放樣批次進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司研發(fā)的集團(tuán)工藝質(zhì)量云平臺(tái)對(duì)松散回潮工序各個(gè)參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。依據(jù)集團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制機(jī)制對(duì)生產(chǎn)過(guò)程底層原始數(shù)據(jù)(在線數(shù)據(jù))進(jìn)行采集，并將生產(chǎn)廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)至紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司的Historian數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用平臺(tái)對(duì)2個(gè)中試批次的卷煙加工過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 A、B兩批次煙絲中致香成分含量分析

煙絲中的致香成分具有不同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，因而對(duì)人的嗅覺(jué)可以產(chǎn)生不同的刺激作用，形成不同的嗅覺(jué)反應(yīng)。A、B兩批次煙絲樣品中致香成分的種類(lèi)大致相同，但含量差異明顯(表1)。兩批次煙絲共檢測(cè)出40種致香成分，A含其中34種，B含37種，A中未檢測(cè)出3-甲基-1-丁醇、2,6-二甲基吡嗪、正十六烷、2-乙酰基呋喃、2-己烯-1-醇、順式-4-庚烯醛；樣品B中未檢測(cè)出2-甲基吡嗪、異戊烯醇、2-乙?；量、B兩批次煙絲樣品中共同的主體致香成分有7種，分別是糠醛、苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、煙堿、新植二烯和乙酸，其相對(duì)含量均在3.00 mg/kg以上，其中相對(duì)含量最高的是煙堿，分別為117.987 mg/kg(A)和98.012 mg/kg(B)，其次是新植二烯和乙酸。A、B樣品中的致香成分在含量上存在一定差異：A中乙酸、煙堿、水合麥芽酚、泛解酸內(nèi)酯、糠醇和面包酮的相對(duì)含量明顯高于B，B中糠醛、苯甲醇、苯乙醇、香葉基丙酮、新植二烯、苯甲醛、苯乙醛、三乙酸甘油酯的相對(duì)含量則明顯大于A，A中致香物質(zhì)相對(duì)總含量為205.791 mg/kg，略高于B(195.129 mg/kg)，由此可知，同一規(guī)格不同批次煙絲樣品中致香成分含量存在不同。

圖1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式

2.2 主要致香物質(zhì)的分析

煙堿的含量在A、B中是最高的，說(shuō)明煙堿在調(diào)節(jié)煙絲香氣方面起著關(guān)鍵作用，煙堿是生物堿類(lèi)化合物，提供卷煙抽吸時(shí)的煙味、勁頭和生理滿足感，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)抽吸時(shí)的刺激性，煙堿裂解產(chǎn)生的吡啶類(lèi)化合物也會(huì)產(chǎn)生油樹(shù)脂的香氣，共同豐富煙草香味[15]；新植二烯為煙草中重要的萜烯類(lèi)化合物，是葉綠素降解產(chǎn)物，其本身具有清香香氣，煙草燃燒時(shí)可直接進(jìn)入煙氣，減輕刺激性、醇和煙氣，還可以分解轉(zhuǎn)化為低分子香味成分，在調(diào)和煙草香味方面起著重要作用，新植二烯在A、B中含量也比較高，僅次于煙堿含量，且B中新植二烯的含量高于A；乙酸在兩批次中含量也比較高，乙酸可以調(diào)節(jié)煙草酸堿度，調(diào)和煙草香味；兩批次煙絲樣品中均檢測(cè)出芳香族氨基酸類(lèi)裂解產(chǎn)物，其裂解產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生多種致香成分，本試驗(yàn)結(jié)果表明，A、B樣品中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛和苯乙醛的含量都相對(duì)較高，但總體來(lái)看B中芳香族氨基酸類(lèi)裂解產(chǎn)物相對(duì)含量高于A中；氨基酸與糖類(lèi)作用的棕色化反應(yīng)不僅具有香氣，還有顏色，香氣的優(yōu)劣與棕色化反應(yīng)產(chǎn)物有很大關(guān)系，糠醛的含量在B中是最高的，糠醇、5-甲基呋喃醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮的相對(duì)較低，且A中這些物質(zhì)的含量略大于B。其他致香成分如：胡蘿卜素降解產(chǎn)物香葉基丙酮、面包酮、水和麥芽粉、泛解酸內(nèi)酯等，雖然其含量較低，但對(duì)豐富煙草香味，調(diào)和香氣也有很重要的作用。

2.3 A、B兩批次煙絲中致香成分種類(lèi)和相對(duì)含量占比分析

兩個(gè)樣品中致香成分有13類(lèi)，不同種類(lèi)的化合物在A、B中的數(shù)目統(tǒng)計(jì)如圖1所示，兩個(gè)批次中的化合物成分在種類(lèi)上相差不大，但烷烴類(lèi)和呋喃類(lèi)化合物在A中未檢測(cè)到，B中未檢測(cè)出吡咯類(lèi)成分，由圖2可知，A、B樣品中醇類(lèi)化合物最多，其次是醛類(lèi)和酮類(lèi)。不同種類(lèi)化合物的相對(duì)含量在這兩個(gè)批次的煙絲樣品中也存在一定的差異，從圖3中可以看出，兩個(gè)樣品相對(duì)含量占比最高的是生物堿類(lèi)化合物(煙堿)，占總含量的50%～60%，其次是醛類(lèi)、羧酸類(lèi)和烯烴類(lèi)化合物，醛類(lèi)和烯烴類(lèi)成分在B中含量更高，而羧酸類(lèi)和生物堿類(lèi)成分在A中含量更高，其他種類(lèi)的化合物含量雖然在這兩個(gè)煙絲樣品中相差不大，但對(duì)調(diào)節(jié)煙草香味是不可或缺的，A、B樣品中致香成分含量和數(shù)目的差異是煙絲產(chǎn)生不同香味的原因所在。

圖2 不同香氣種類(lèi)化合物在A、B中數(shù)目統(tǒng)計(jì)

圖3 不同香氣種類(lèi)化合物在A、B中相對(duì)含量占比

2.4 回潮區(qū)溫度對(duì)成品煙絲致香成分的影響

松散回潮工序的工藝參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表2，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的設(shè)定和記錄由集團(tuán)工藝質(zhì)量云平臺(tái)系統(tǒng)完成，分別對(duì)不同回潮區(qū)溫度(50，60，70 ℃)下的兩種成品煙絲樣品進(jìn)行致香成分的分析測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3，兩批次煙絲中的致香成分在50～60 ℃變化比較穩(wěn)定，整體高于70 ℃下的成分含量。A中順-2-戊烯醇在70 ℃時(shí)未檢出，香葉基丙酮?jiǎng)t在這3個(gè)回潮區(qū)溫度下均未檢出；當(dāng)溫度為70 ℃時(shí)，B中苯乙烯、順-2-戊烯醇和苯酚3種成分未檢出，可能在70 ℃時(shí)，某些致香成分在較高溫度下會(huì)揮發(fā)或者致香成分發(fā)生分解。甘油、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯等成分含量明顯高于70 ℃條件下含量，這些成分能夠增加卷煙香味，減少抽吸時(shí)的刺激性和干燥感，對(duì)卷煙質(zhì)量有重要影響；苯酚、苯甲醛、苯乙醛、5-甲基呋喃醛在70 ℃時(shí)則偏高一點(diǎn)，這些物質(zhì)大多有毒或?qū)頍煶晕恫焕?/p>

表1 市售卷煙M的兩個(gè)批次中致香成分、保留時(shí)間及相對(duì)含量比較

表3 回潮區(qū)溫度對(duì)A、B兩批次成品煙絲樣品致香成分的影響

A、B樣品中主體香氣成分在不同回潮溫度下的相對(duì)含量變化如表4所示，糠醛、苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、煙堿、新植二烯和乙酸7種主體致香成分在回潮溫度為60 ℃時(shí)其相對(duì)總含量最高，同樣樣品中總致香成分在60 ℃時(shí)也達(dá)到最高，由于以上物質(zhì)是構(gòu)成煙絲香味的重要成分，所占比例也是最高，對(duì)平衡煙氣酸堿、調(diào)和煙氣香味、豐富煙草香味和降低刺激性具有重要作用。綜合來(lái)看，設(shè)定回潮溫度為60 ℃更有利于保留煙絲中的致香成分。

表4 A、B樣品中主要致香物質(zhì)在不同回潮溫度控制下的含量變化

3 結(jié)論

采用靜態(tài)頂空—?dú)庀嗌V質(zhì)譜(HS-GC/MS)聯(lián)用法對(duì)A、B兩批次的煙絲樣品中致香成分進(jìn)行分析測(cè)定，該方法可以快速準(zhǔn)確進(jìn)行分析測(cè)定，條件比較溫和，操作簡(jiǎn)單可行。本試驗(yàn)研究表明，A、B 兩個(gè)批次的成品煙絲樣品致香成分及比例有差異，在所檢測(cè)出的40種致香成分中，批次A含其中的34種，批次B含其中的37種，A中的致香物質(zhì)相對(duì)總含量大于B中的致香物質(zhì)相對(duì)總含量?；爻眳^(qū)溫度控制在60 ℃更有利于保留煙絲中的致香成分，這對(duì)卷煙生產(chǎn)過(guò)程關(guān)于回潮溫度參數(shù)的選擇具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。