煙梗主要化學成分特征及其與巴豆醛釋放量的關系

程向紅，王培鋒，彭玉富，陳孟起，田海英*

以煙梗為原料生產的梗絲具有較高的填充性、燃燒性，其應用對降低卷煙成本、控制焦油量具有非常重要的意義[1]。然而，梗絲感官吸食香氣較少、刺激較大，從而影響了其在卷煙配方中的使用。

巴豆醛是卷煙煙氣中的一種呼吸道纖毛毒素成分，是揮發性羰基化合物中的重要組成，我國將巴豆醛列為卷煙主流煙氣7種危害性指標之一[2]。梗絲燃吸后巴豆醛釋放量遠高于葉絲[3-5]，這也是制約煙梗可用性的一個重要因素。

目前很多文獻分析了煙葉化學成分[6-8]，研究了煙葉化學成分與煙氣有害成分釋放量的關系[9-11]。但是，煙梗與煙葉化學成分差異較大，這些研究并不能指導梗絲在卷煙中的使用。關于煙梗化學成分的研究[12-13]雖有一定報道，但這些研究時間過早、樣本量較少、代表性不強。有關煙梗化學成分與巴豆醛釋放量之間關系的研究還未見報道。

為探明煙梗化學成分特征以及影響梗絲燃吸后巴豆醛釋放量的化學成分因素，本研究將煙梗制作成膨脹梗絲，以梗絲為樣本，分產區和部位分析了我國烤煙主產區煙梗主要化學成分特征，研究煙梗化學成分與巴豆醛釋放量之間的關系，從煙梗化學成分的角度來認識影響梗絲質量的因素，以期為卷煙工業對煙梗原料的分類、加工、選擇以及梗絲在卷煙配方中的使用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取 2015年度國內烤煙主產區云南（大理、曲靖、文山、昭通、保山）、貴州（畢節、興義）、四川（涼山、攀枝花）、湖南（郴州、永州）、福建（南平、三明）、河南（平頂山、許昌、三門峽）打葉復烤后上部14個、中部16個、下部7個，共37個煙梗樣本，具體見表1。上部為上橘二、上橘三煙梗混合，中部為中橘二、中橘三煙梗混合，下部為下橘二、下橘三煙梗混合。

1.2 試驗方法

1.2.1 梗絲的制作 梗絲由河南中煙安陽卷煙廠制梗絲線氣流干燥法生產，生產時間2016年10月。

1.2.2 化學成分檢測 總糖[14]、淀粉[15]、蛋白質[16]、總植物堿[17]、鉀[18]、纖維素[19]、半纖維素[19]、木質素[19]和果膠[20]含量根據現行相關的煙草行業標準進行檢測。

1.2.3 巴豆醛釋放量檢測 由于梗絲樣本煙支燃燒較快，采用傳統吸煙機燃吸抽吸口數較小，誤差較大，因此，試驗采用自行設計的卷煙模擬燃吸裝置[21]，模擬卷煙實際燃吸條件對梗絲樣本進行裂解。模擬裝置如圖1所示。

按照國家標準[22]對梗絲樣本進行前處理。分別稱取2份20 mg石英棉和1份100 mg梗絲樣本，裝填至石英管中（樣本置于石英棉中間，控制樣本長度約為1 cm）。將裝填好樣本的石英管接入裂解裝置中，并將盛有50 mL DNPH溶液的吸收瓶（上海CNW公司）與裂解裝置連接。參考卷煙燃吸條件，設定裂解條件為：

表1 煙梗樣本的產區及部位分布Table 1 Growing areas and stalk positions of tobacco stem

圖1 卷煙燃吸模擬裝置示意圖Fig. 1 Diagrammatic sketch of smoking analog device

按照煙草行業標準[23]對濾片、吸收液進行處理和液相色譜分析。

1.2.4 數據統計分析 采用SPSS 22統計軟件進行顯著性分析和相關分析，采用Excel 2007軟件制作表格。

2 結 果

2.1 煙梗主要化學成分及巴豆醛釋放量

由表2可以看出，與煙葉相比[6-8]，煙梗常規化學成分中總糖含量為17.41%～21.40%，稍低于煙葉，淀粉與總植物堿含量分別為 0.89%～1.12%和0.48%～0.59%，遠遠低于煙葉；鉀含量為4.61%～5.74%，明顯高于煙葉；蛋白質含量與煙葉相差不大。煙梗細胞壁物質中纖維素含量為 21.87%～23.94%，遠高于煙葉，果膠含量為10.60%～11.24%，也明顯高于煙葉，半纖維素與木質素含量與煙葉差異不太明顯。

2.2 不同產區間主要化學成分及巴豆醛釋放量

由表3可以看出，不同產區煙梗常規化學成分中總糖、淀粉和鉀含量差異性達到極顯著水平，蛋白質和總植物堿含量差異性達到顯著水平。總糖含量云南遠高于其他產區，而福建遠低于其他產區；淀粉含量以四川、貴州最高，河南、福建最低。蛋白質含量福建稍低，其余各產區差異不大；總植物堿含量福建遠遠高于其他產區；鉀含量以福建、湖南較高，河南最低。

不同產區煙梗細胞壁物質成分中纖維素和半纖維素含量差異性達到極顯著水平，木質素和果膠含量差異性則不顯著。纖維素含量福建遠高于其他產區，貴州、云南相比較低；半纖維素含量云南、貴州和四川遠高于其他產區，福建和湖南遠低于其他產區。不同產區梗絲巴豆醛釋放量差異性達到顯著水平，以河南和云南較高，湖南和四川較低。

2.3 不同部位間主要化學成分及巴豆醛釋放量

由表4可以看出，不同部位煙梗常規化學成分中蛋白質和總植物堿含量差異性均達到顯著水平以上，蛋白質含量表現為上部＞下部＞中部；總植物堿含量隨部位的升高而增加，表現為上部＞中部＞下部；總糖、淀粉和鉀含量則無明顯差異。不同部位煙梗細胞壁物質中木質素和果膠含量差異性均達到極顯著水平，木質素含量隨部位的升高而增加，表現為上部＞中部＞下部；而果膠含量隨部位的升高而降低，表現為上部＜中部＜下部；纖維素、半纖維素含量則無明顯差異。

表2 煙梗主要化學成分及巴豆醛釋放量Table 2 Main chemical components and release of crotonaldehyde

表3 不同產區煙梗主要化學成分及巴豆醛釋放量分析Table 3 Main chemical components and release of crotonaldehyde of different growing areas

從對煙梗產區和部位的研究發現，煙梗細胞壁物質中，纖維素、半纖維素含量與產區密切相關，而木質素和果膠含量與部位密切相關。不同部位梗絲巴豆醛釋放量差異性達極顯著水平，隨部位的升高巴豆醛釋放量增加，表現為上部＞中部＞下部。

2.4 煙梗主要化學成分與巴豆醛釋放量的相關性

由表5可以看出，梗絲巴豆醛釋放量與煙梗總糖含量極顯著正相關，與蛋白質含量顯著正相關，與鉀和纖維素含量顯著負相關。

表4 不同部位煙梗主要化學成分及巴豆醛釋放量分析Table 4 Main chemical components and release of crotonaldehyde of different stalk positions

表5 煙梗主要化學成分與巴豆醛釋放量的相關關系Table 5 Correlation between main chemical components of stems and release of crotonaldehyde

3 討 論

煙梗化學成分是影響梗絲燃吸質量的重要因素[13]。本研究將煙梗分產區、部位進行分析，明確了煙梗主要化學成分在產區、部位間的差異。產區間，常規化學成分含量的差異均達到顯著或極顯著水平，細胞壁物質中纖維素和半纖維素含量差異也達到極顯著水平。部位間，常規化學成分中碳水化合物（總糖、淀粉）和礦物質（鉀）含量沒有明顯差異，而含氮化合物（蛋白質、總植物堿）含量差異較大，細胞壁物質中木質素和果膠含量差異也較大。這說明產區是影響煙梗化學成分的主要因素，部位也是影響煙梗化學成分的重要因素，這與相關研究[5,13]結果相對應。不同部位間化學成分差異，受煙草體內頂端優勢和物質再分配影響較大。本研究發現，產區和部位也是影響梗絲巴豆醛釋放量的重要因素，河南、云南釋放量較高，湖南、四川釋放量較低，而其釋放量又隨著煙梗部位的升高而升高。云南煙梗燃燒后巴豆醛釋放量高可能與該產區煙梗中總糖含量高有關，河南煙梗燃燒后巴豆醛釋放量高可能與該產區煙梗中鉀含量低有關。隨著煙梗著生部位的升高，蛋白質和木質素含量增加，這些可能是造成巴豆醛釋放量隨著煙梗部位的升高而升高的主要因素。因此，工業企業在煙梗原料使用時，選擇合適產區和部位的煙梗是十分必要的。

已經證實，細胞壁物質熱解時會產生較多的揮發性羰基化合物，這些化合物產生刺激性的嗆咳、引起口腔收斂[24]。煙葉中細胞壁物質含量越高,煙葉的品質越差[25]。本研究發現，煙梗細胞壁物質中纖維素和果膠含量遠高于煙葉，這可能是造成梗絲吸食香氣量較少、刺激性較大、余味澀口的主要原因。因此，可以從降低纖維素和果膠含量的角度來改善梗絲吸食品質。

以煙葉為樣本的相關研究表明，煙氣中的揮發性羰基化合物主要來源于煙草自身成分（纖維素、果膠、糖、蛋白質、氨基酸、蠟質）以及添加劑（甘油三酯）等成分的熱裂解[26]。本研究表明，梗絲裂解后巴豆醛釋放量與梗絲中總糖和蛋白質含量顯著正相關，這與以煙葉為樣本的研究報道相一致；與鉀含量顯著負相關，這是因為鉀有助于梗絲的裂解燃燒；而與纖維素含量顯著負相關，這與以煙葉為樣本的研究報道不相一致，其中的原因及機理還待進一步的深入研究。

梗絲燃吸后煙氣7種危害成分中一氧化碳和巴豆醛釋放量遠高于煙葉葉絲，而其他5種成分卻明顯低于葉絲[3]，找出影響梗絲巴豆醛釋放量的因素之后，可以針對性地采取相應措施降低梗絲煙氣的危害性，大大提高煙梗可用性。

4 結 論

試驗結果表明，煙梗化學成分與煙葉化學成分差異較大，產區和部位是影響煙梗化學成分及梗絲巴豆醛釋放量的重要因素，梗絲巴豆醛釋放量與煙梗總糖含量極顯著正相關，與蛋白質含量顯著正相關，與鉀和纖維素含量顯著負相關。梗絲巴豆醛釋放量在不同產區間差異性顯著，以河南和云南較高，湖南和四川較低；在不同部位間差異性極顯著，隨部位的升高而增加。在制梗絲過程中，可以根據卷煙對梗絲質量的需求選擇合適產區、部位以及化學成分含量的煙梗原料。有關如何降低梗絲巴豆醛釋放量還有待做進一步研究。

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