HS/GC-MS法分析膠基型嚼煙中的揮發性香味物質

韓敬美，湯建國，袁大林，王慶華，張　濤，雷　萍，鄭緒東，吳億勤，張鳳梅，陳永寬

(云南中煙工業有限責任公司　技術中心，云南　昆明　650231)

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HS/GC-MS法分析膠基型嚼煙中的揮發性香味物質

韓敬美，湯建國，袁大林，王慶華，張濤，雷萍，鄭緒東，吳億勤，張鳳梅，陳永寬*

(云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南昆明650231)

運用靜態頂空氣相色譜-質譜法對22個膠基型嚼煙樣品中的揮發性香味物質進行分析，并采用質譜數據庫對揮發性香味物質進行定性分析。對頂空分析條件以及GC-MS條件進行了優化，提高了揮發性香味物質的測定靈敏度；對峰面積歸一化結果大于0.1%的化合物進行定性分析，通過匹配度限定(≥85%)確認了65種揮發性香味物質；最后對樣品進行了相似性分析和聚類分析。結果表明：22個膠基型嚼煙樣品中的香味物質主要有酯類(18個化合物)、烯烴類(16個化合物)、醇類(9個化合物)、醛類(8個化合物)、酮類(7個化合物)、酚類(1個化合物)、酸類(1個化合物)、呋喃類(2個化合物)、烷烴類(2個化合物)、硫醚類(1個化合物)，共10類化合物；不同膠基型嚼煙樣品的品牌識別度高，同時口味對品牌識別有一定的影響作用。方法為進一步開發膠基型嚼煙制品提供了理論基礎和技術支持。

靜態頂空氣相色譜-質譜(HS/GC-MS)；膠基型嚼煙；揮發性香味物質

無煙氣煙草制品是指未經燃燒過程，而直接通過口腔或鼻腔吸食消費的煙草制品[1]。膠基型嚼煙作為一種重要的無煙氣煙草制品，由瑞典火柴公司于2003年首先研發成功并投放市場[2]。該類產品又稱煙草口香糖，其外層可被糖衣包裹，產品主體主要含有4類成分，即可咀嚼的天然樹膠和熱塑性樹脂等膠基、煙草(煙草提取物)和煙堿、香精香料以及添加劑。國內外針對膠基型嚼煙制品也開展了一定的研究，大多針對各類膠基型嚼煙制品中的煙堿和亞硝胺含量以及釋放行為進行研究[3-8]。香精香料作為膠基型嚼煙制品的重要組成部分，其種類多種多樣，但目前尚無其組成和含量方面的報道。

頂空分析方法因具有無需溶劑提取以及前處理簡單等特點而日漸成為香精分析的重要手段[9-13]。本文采用靜態頂空氣相色譜-質譜(HS/GC-MS)分析了22種膠基型嚼煙制品中的揮發性香味物質，以探明膠基型嚼煙中香味物質的特殊性，為進一步開發膠基型嚼煙制品提供了理論基礎和技術支持。

1　實驗部分

1.1材料與儀器

22種不同品牌膠基型嚼煙制品(市場采購國外暢銷產品)。 6890N/5973型氣相色譜-質譜儀配7694頂空儀(HP/GC-MS，美國安捷倫公司)；20 mL專用頂空瓶。

1.2實驗方法

1.2.1樣品制備取外觀完好的膠基型嚼煙樣品2粒，放入20 mL頂空瓶中，密封。將頂空瓶置于頂空裝置中恒溫振蕩后進行GC-MS分析。

1.2.2儀器分析條件靜態頂空條件(HS)：樣品環體積為3.0 mL，樣品瓶平衡溫度為80 ℃，樣品環溫度為160 ℃，傳輸線溫度為180 ℃，樣品平衡時間為45 min，加壓時間為0.20 min，充氣時間為0.20 min，樣品環平衡時間為0.05 min，進樣時間為1.0 min。

氣相色譜條件(GC)：VOC專用毛細管色譜柱(VOCOL柱，60 m×0.32 mm×1.8 μm)；載氣為氦氣；進樣口溫度為180 ℃；恒流模式；柱流量為2.0 mL/min；分流比為20∶1；程序升溫：起始溫度為40 ℃，以4 ℃/min升溫至200 ℃，并保持10 min。

質譜條件(MS)：輔助接口溫度為220 ℃；電離方式為電子轟擊源(EI)；離子源溫度為230 ℃；電離能：70 eV；四極桿溫度為150 ℃；全掃描監測模式，掃描范圍為29～350 amu。

1.3數據處理

采用峰面積歸一化法，以各化合物色譜峰面積的相對百分比表示其相對含量，相對含量大于0.1%的組分經NIST 08.L標準數據庫進行檢索，根據質譜匹配度進行核對(匹配度限定≥85%)，然后綜合比較特征離子、相對豐度、實際成分等，確定其化學成分。采用SPSS18.0統計軟件進行相似性和聚類分析。聚類方法采用同一品牌為一組進行運算。

2　結果與討論

2.1頂空進樣平衡溫度的選擇

溫度對頂空兩相平衡體系的影響極其顯著。實驗選取一種膠基型嚼煙樣品為研究對象，分別采用不同加熱溫度(50，60，70，80，90 ℃)平衡30 min后進行測定，每組實驗做2組平行。結果表明，隨著溫度的升高，峰面積逐漸增大，分析靈敏度隨之提高，這是因為香味物質組分的飽和蒸氣壓隨平衡溫度升高而增大。當溫度達到80 ℃時，各組分的響應值逐漸趨于平緩。考慮到溫度過高易造成樣品熱解、雜質成分增多及頂空瓶破裂等因素，實驗選取80 ℃為頂空平衡溫度。

2.2頂空進樣平衡時間的選擇

被測組分分子從試樣基質擴散到氣相的速率快則平衡時間短，反之平衡時間長。實驗選取一種膠基型嚼煙制品為研究對象，在80 ℃時分別平衡15，25，35，45，60 min后，測定其香味物質的量，以峰面積為判斷指標，每組實驗做2組平行。結果表明：隨著平衡時間的延長，香味物質的靈敏度逐漸增大，45 min時趨于平緩，因此選取平衡時間為45 min。優化條件下，典型樣品的色譜圖見圖1。

2.3樣品中揮發性香味物質的測定結果分析

應用本方法測定了5個品牌12個口味共22個膠基型嚼煙樣品(樣品信息見表1)，GC-MS分析結果見表2。從表2可以看出，22個樣品中共檢出65種揮發性香味物質，即酯類(18個化合物)、烯烴類(16個化合物)、醇類(9個化合物)、醛類(8個化合物)、酮類(7個化合物)、酚類(1個化合物)、酸類(1個化合物)、呋喃類(2個化合物)、烷烴類(2個化合物)、硫醚類(1個化合物)；不同樣品含有的香味物質種類和數量有差異，其中種類最少的是2號樣品，種類最多的是11號和15號樣品；水果味樣品的香味物質以酯類化合物為主，主要是乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯、2-甲基丙酸乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯、乙酸異丁酯、丁酸乙酯等；薄荷、鮮薄荷和冰白薄荷口味的樣品香味物質以薄荷類香精為主，主要含有異丙基甲苯、桉油精、異薄荷酮、薄荷呋喃、L-薄荷醇、L-薄荷酮、羅勒烯、對薄荷烯、胡薄荷酮、D-香芹酮、胡椒酮、β-波旁烯、β-石竹烯等；不同品牌間存在明顯差異，C品牌含有的香味物質種類最多，A品牌含有的香味物質種類最少。

表2　樣品分析結果Table 2　The result of sample analysis

(續表2)

* no detected

2.4不同膠基型嚼煙制品香味物質的相似性及聚類分析

為了驗證不同品牌相同口味膠基型嚼煙制品中香味物質之間的相似性，采用SPSS18.0軟件進行JACCARD相似性分析，得到相似性矩陣。結果顯示，A品牌不同口味的產品之間均具有相似性，相似系數均在0.389以上；B品牌相同口味的兩個產品之間具有高度的相似性，相似系數達0.643；C品牌不同口味的產品之間相似性最大，半數以上的產品相似系數達0.4以上，部分產品之間的相似系數達0.7以上，少量產品的相似系數達0.9以上，說明C品牌產品具有一致性；D品牌的2種產品相似性最高，相似系數達0.944；4種品牌的產品之間相似性不明顯，說明這4個品牌的產品識別度較高，不易混淆；同時，不同品牌相同口味的樣品之間也存在一定程度的相似性，如C品牌的mint口味2 mg樣品與B品牌mint口味2 mg和4 mg樣品的相似度分別達0.615和0.667。

為進一步驗證相同品牌膠基型嚼煙制品中香味物質之間存在的整體相似性，進行了聚類分析(圖2)。由圖2可見，在閾值為17.5時，品牌A，C，D均可聚為一類，但由于薄荷口味和水果口味的影響程度高，具有Mint口味不同品牌的產品單獨聚為一類，具有Fruit口味不同品牌的產品單獨聚為一類。

綜上所述，膠基型嚼煙制品的品牌效應明顯，其品牌識別度較高，同時膠基型嚼煙制品的口味對品牌識別有一定程度的影響，其中Mint和Fruit口味的影響效應最大，導致22個產品中3個Mint口味的產品聚為一類，2個Fruit口味的產品自成一類。

3　結　論

本文建立了一種快速、簡單測定膠基型嚼煙中香味物質的方法，無需溶劑提取。分析了22個膠基型嚼煙樣品，確定了10類65種揮發性香味物質。最后探討了22個不同膠基型嚼煙制品香味物質的相似性和差異，并對樣品進行了聚類分析。結果表明品牌效應大于口味的影響效應，同時口味對膠基型煙草制品也有一定的影響，其中Mint和Fruit 2種口味的影響最大。

[1]Conference of the Parties to the WHO Framework Convention on Tobacco Control Punta del Este,Uruguay,15-20 November 2010，Control and Prevention of Smokeless Tobacco Products and Electronic Cigarettes.2010:1-7.

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[3]Lauterbach J H,Bao M,Joza P J,Rickert W S.Regul.Toxicol.Pharm.,2011，59:8-18.

[4]Rickert W S,Joza P J,Trivedi A H,Momin R A,Wagstaff W G,Lauterbach J H.Regul.Toxicol.Pharm.,2009，53:121-133.

[5]Borgerding M F,Bodnar J A,Curtin G M,Swauger J E.Regul.Toxicol.Pharm.,2012，64 :367-387.

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[8]Zhang J,Wang Z Y,Li P,Wang S,Zong Y L，Xie J P.Chin.TobaccoSci.(張杰，王兆宇，李鵬，王昇，宗永立，謝劍平.中國煙草學報)，2012，18(5):1-8.

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Analysis of Volatile Flavor Components in Tobacco Chewing Gum by Headspace/GC-MS

HAN Jing-mei,TANG Jian-guo,YUAN Da-lin,WANG Qing-hua,ZHANG Tao，LEI Ping,ZHENG Xu-dong,WU Yi-qin,ZHANG Feng-mei,CHEN Yong-kuan*

(R&D Center of China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.，Kunming650231，China)

The volatile flavor compounds in 22 tobacco chewing gums were identified by static headspace/GC-MS with mass spectrum library.The analytical sensitivity was increased significantly by optimizing instrumental conditions of the headspace unit and GC-MS.Sixty-five volatile flavor compounds were identified on the basis of normalized peak areas(>0.1%) and matching degree(>85%).It was found that the main volatile flavor compounds in tobacco chewing gums were esters(18 compounds),alkenes(16 compounds),alcohols(9 compounds),aldehydes(8 compounds),ketones(7 compounds),phenols(1 compound),acids(1 compound),furans(2 compounds),alkanes(2 compounds) and sulfoether (1 compound).The results indicated that satisfactory identification and classification were realized among the experimental samples,and the sample taste would affect the brand recognition.It could be applied in the future development of tobacco chewing gum products by using theoretical and technical outcomes of the established method.

HS/GC-MS;tobacco chewing gum;volatile flavor compounds

2015-12-04；

2016-02-16

云南中煙工業公司科技重點項目(2015CP07)；“不同煙草制品吸食者唾液中關鍵化學成分的分析研究”自立項目(JSZX2014JC10)

陳永寬，博士，研究員，研究方向：煙草化學和新型煙草制品技術，Tel：0871-65869616，E-mail:cyk1966@163.com

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.08.013

O657.63;O741.6

A

1004-4957(2016)08-1005-05