烤煙煙葉和造紙法再造煙葉主流煙氣成分對比分析

王小飛 祖萌萌 武超偉 常嶺 聶聰 樊新順 郭吉兆

摘要 對比分析烤煙煙葉、造紙法再造煙葉主流煙氣成分含量的差異，并剖析影響造紙法再造煙葉感官質量的關鍵成分，為造紙法再造煙葉品質的改善提供方向。結果表明，3種香型烤煙煙葉、再造煙葉主流煙氣成分含量有較顯著的差異，主要表現(xiàn)為造紙法再造煙葉主流煙氣中醛類、醇類含量高于煙葉，而有機酸、糖類、氮雜環(huán)類、氧雜環(huán)類含量低于煙葉;進一步對比國內外再造煙葉發(fā)現(xiàn)，國外造紙法再造煙葉產品感官質量得分和煙氣pH顯著高于國內產品。結合余弦相似的理論分析發(fā)現(xiàn)煙氣中吡啶類、呋喃酮類化合物與感官質量指標中木質氣、燒紙氣有一定的相關性。

關鍵詞 烤煙煙葉;造紙法再造煙葉;主流煙氣;成分含量;感官質量

中圖分類號 TS41+1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）15-0194-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.053

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract In order to improve the sensory quality of reconstituted tobacco sheet，the main stream smoke of tobacco and papermaking reconstituted tobacco leaves was researched.The results showed that the content of the mainstream smoke components in fluecured tobacco and reconstituted tobacco leaves varied significantly;the content of aldehydes and alcoholsin papermaking reconstituted tobacco leaves was higher than that of tobacco，while the content of organic acids，sugars，nitrogen heterocyclic compounds and oxygen heterocyclic compounds was lower;the sensory quality scores and the smoke pH of foreign product was significantly superior toother products;the pyridines and furanones in the smoke were negatively correlated with the odour of burning paper taste by the analysis of cosine similarity.

Key words Fluecured tobacco leaves;Papermaking reconstituted tobacco leaves;Mainstream smoke;Component content;Sensory quality

基金項目 河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司科技開發(fā)項目（20184100 10340016）。

作者簡介 王小飛（1981—），男，安徽合肥人，工程師，博士，從事再造煙葉產品技術研究。*通信作者，高級工程師，碩士，從事再造煙葉技術工藝研究。

收稿日期 2019-02-15

卷煙煙氣中化學成分種類接近4 000種[1]，煙氣成分的組成、含量、比例及相互作用決定著產品香氣品質。與天然煙葉相比，造紙法再造煙葉生產過程涉及提取、濃縮、抄造、涂布等工藝，加工過程中不可避免地損失了部分煙草成分[2-4]，同時為滿足成型工藝要求，使用了木纖維、碳酸鈣等非煙草物質，這些都會導致造紙法再造煙葉產品主流煙氣成分與天然煙葉有一定的差異，進而影響造紙法再造煙葉產品感官質量和在卷煙配方中的適用性[5-7]。

目前，關于造紙法再造煙葉的研究主要集中在產品成分對比分析、品質改善研究以及減害降焦等領域。在造紙法再造煙葉成分分析方面研究報道較多[8-11]，如吳麗君等[8]對比分析不同牌號、廠家造紙法再造煙葉產品化學成分的差異，研究發(fā)現(xiàn)不同廠家產品在無機氯、總糖、煙堿、還原糖、總氮上具有顯著差異。陳祖剛等[9]對比國內外造紙法再造煙葉產品發(fā)現(xiàn)，國產造紙法再造煙葉吸味和主要香味成分的含量較國外同類產品有一定差距。在品質改善方面的研究報道也較多[12-19]，如Sakuma等[12]提出在產品中加入煙葉水提物能降低刺激;Stevenson等[13]報道Philip Morris在再造煙葉產品中使用銨以提升產品香氣;Cox等[14]采用糖胺反應物提高產品香氣。在減害降焦方面，Gao等[20]、Ge等[21]研究發(fā)現(xiàn)再造煙葉產品中添加檸檬酸鹽、磷酸尿素能一定程度上降低煙氣中CO釋放量;孫德平等[22]利用中性蛋白酶、果膠酶和糖化酶去除產生巴豆醛的前體物質，并結合堿法預處理、助燃劑應用從而減少再造煙葉主流煙氣中巴豆醛的釋放量。

由于煙氣組成與產品感官質量直接相關，明確國內外造紙法再造煙葉產品、煙葉在煙氣組成方面的差異，對改善造紙法再造煙葉感官品質有重要意義。筆者系統(tǒng)分析烤煙煙葉、國內外造紙法再造煙葉產品煙氣成分的區(qū)別，并探索影響產品感官質量的關鍵成分，為造紙法再造煙葉產品設計以及在卷煙中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材。河南許昌煙葉、云南曲靖煙葉、貴州遵義煙葉、國內外造紙法再造煙葉產品1#～5#，均由鄭州煙草研究院提供。

1.1.2 試劑。乙酸苯乙酯（98%，英國Alfa Aesar 公司）;氘代苯（99.5%，美國CIL公司）;二氯甲烷（色譜純，美國JT Baker公司）;甲醇（色譜純，美國Dikma公司）;異丙醇（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司）。

1.1.3 儀器與設備。

SM450-PC107直線型吸煙機，英國Cerulean 公司;Agilent 7890B-5977A氣相色譜質譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司;Metrohm720 電位滴定儀，瑞士萬通公司;101-3AB型干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制作與煙氣捕集。

按照GB 5606.3—2005規(guī)定要求，將3種烤煙煙葉、5種造紙法再造煙葉產品分別卷制成卷煙樣品，并在（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h。

1.2.2 分析與檢測。

依據(jù)GB 5606.4—2005《卷煙第4部分感官技術要求》、YC/T 498—2014 《再造煙葉（造紙法）感官評價方法》評價再造煙葉產品感官質量;

依據(jù)李孟華等[23]方法測定卷煙煙氣pH;按照 ISO 3308—2012規(guī)定檢測產品主流煙氣成分。

2 結果與分析

2.1 烤煙煙葉主流煙氣成分對比分析 從3種不同香型烤煙煙葉主流煙氣成分分析結果（表1～2）可看出，不同香型烤煙煙葉主流煙氣成分含量有較大的差異。許昌煙葉主流煙氣中醇類、有機酸、氮雜環(huán)類化合物占比較高，如乙二醇、1，3-丙二醇、乳酸、2-異丙基-3-羰基-丁酸、3-甲基呋喃、2-乙烯基呋喃等成分釋放量顯著高于其他2種香型煙葉;遵義煙葉主流煙氣中醛類（如甲醛、丙烯醛等）、酮類（如丙酮、2-丁酮、2，3-丁二酮、1-羥基-2-丙酮）、酚類（如對苯二酚）含量較高;曲靖煙葉主流煙氣中氧雜環(huán)類化合物含量分別是許昌煙葉、遵義煙葉的1.02倍、1.33倍。

2.2 國內外造紙法再造煙葉主流煙氣成分分析 從國內外造紙法再造煙葉主流煙氣成分及含量（表3）可看出， 1#國外造紙法再造煙葉產品主流煙氣中醛類含量與國內產品接近，醇類含量最高，是國內產品均值的3.08倍，其他成分如有機酸、酚類、氮雜環(huán)類含量顯著低于國內產品，分別僅為國內產品均值的47.6%、79.2%、56.9%。

進一步對比烤煙煙葉、造紙法再造煙葉主流煙氣成分發(fā)現(xiàn)，造紙法再造煙葉醛類、醇類含量顯著高于天然烤煙煙葉，而有機酸、糖類、氮雜環(huán)類、氧雜環(huán)類等含量低于天然烤煙煙葉。造紙法再造煙葉在生產過程中，使用了丙二醇、甘油等保潤劑，在抽吸過程中，丙二醇、甘油部分轉移到煙氣中，從而導致造紙法再造煙葉煙氣醇類化合物含量高于天然烤煙煙葉。根據(jù)Tarora等[24]研究報道，煙氣中醛類、酮類等羰基化合物主要來源于煙葉中的碳水化合物（如纖維素等）熱裂解產生，造紙法再造煙葉生產過程中使用一定量的木纖維，這可能是導致再造煙葉產品中醛類含量較高的重要原因;同時外源性木纖維燃燒、裂解產物一定程度上會稀釋煙氣中的有機酸、糖類、氮雜環(huán)類、氧雜環(huán)類化合物，從而使這類化合物含量整體上低于天然烤煙煙葉。

2.3 烤煙煙葉、造紙法再造煙葉煙氣pH分析

經(jīng)分析，曲靖煙葉、遵義煙葉、許昌煙葉煙氣pH分別為5.50、5.73、586，國內外造紙法再造煙葉產品1#～5#煙氣pH分別為607、5.47、5.53、5.28、5.63;1#國外產品煙氣pH顯著高于烤煙煙葉、國內產品，這可能是由于1#國外產品煙氣中有機酸含量較低所導致的。煙氣pH的增加，一定程度上能提升產品的勁頭和滿足感，改善產品抽吸品質[25-26]。

2.4 再造煙葉感官質量評價

對比評價不同產品的感官質量（表4）可見，1#國外產品的感官質量最好，其香氣、煙味得分最高，而感官質量缺陷（如木質氣、燒紙氣，殘留等）較輕。國內產品感官質量得分有一定的差異，主要存在木質氣、燒紙氣、灼燒干燥等方面的不足。

2.5 造紙法再造煙葉煙氣成分與感官缺陷相關性分析

基于造紙法再造煙葉煙氣成分數(shù)據(jù)和感官質量評價得分，根據(jù)余弦相似性原理[27]，分析煙氣成分和感官缺陷相關性，并結合煙葉煙氣成分驗證，初步獲得對感官木質氣、燒紙氣產生負影響的成分分別為2-甲基四氫呋喃-3-酮、2，4-二羥基-2，5-二甲基-3-二氫-呋喃-3-酮、3-乙基吡啶、2，6-二甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡啶，對木質氣、燒紙氣息負面影響最大的主要是呋喃酮類、吡啶類化合物。這與文獻報道基本一致[28-29]。

3 結論

該研究對比分析了3種香型烤煙煙葉、造紙法再造煙葉主流煙氣成分的差異，并在感官質量評價的基礎上，采用余弦相似性分析煙氣成分和感官質量相關性，研究結果表明：

（1）3種香型烤煙煙葉主流煙氣成分有較為顯著的差異，其中許昌煙葉主流煙氣中醇類、有機酸、氮雜環(huán)類化合物含量較高;遵義煙葉主流煙氣中醛類、酮類、酚類含量較高;曲靖煙葉主流煙氣中氧雜環(huán)類化合物含量分別是許昌煙葉、遵義煙葉的1.02倍、1.33倍。

（2）國外造紙法再造煙葉產品主流煙氣中醛類含量與國內產品接近，醇類含量最高，是國內產品均值的3.08倍，其他成分如有機酸、酚類、氮雜環(huán)類含量顯著低于國內產品，分別僅為國內產品均值的47.6%、79.2%、56.9%。國外產品煙氣中有機酸、糖類含量較低，這可能是其煙氣pH較高的主要原因。

（3）造紙法再造煙葉在生產過程中，使用了多元醇保潤劑、木纖維，導致造紙法再造煙葉產品煙氣中醇類、醛類含量顯著高于天然烤煙煙葉，同時也降低了煙氣中有機酸、糖類、氮雜環(huán)類、氧雜環(huán)類等含量。

（4）采用余弦相似性原理分析煙氣化學成分與感官質量的相關性，初步發(fā)現(xiàn)煙氣中吡啶類、呋喃酮類化合物與感官質量指標中木質氣、燒紙氣有較明顯的負相關性。

參考文獻

[1]謝劍平.煙草與煙氣化學成分[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[2]王茜茜，王浩雅，黃彪，等.造紙法再造煙葉品質智能調控-烘潤干燥系統(tǒng)工藝研究[J].紙和造紙，2017，36（5）：25-31.

[3]李華雨，常嶺，王相凡，等.再造煙葉生產中濃縮溫度對提取液中中性香味成分的影響[J].煙草科技，2016，49（7）：60-69.

[4]李長昱.干燥過程對再造煙葉關鍵致香成分的影響[J].云南化工，2016，43（4）：5-7.

[5]曾健，饒國華，徐峻，等.外加紙漿纖維特性對再造煙葉紙基感官評吸質量的影響[J].造紙科學與技術，2015，34（4）：42-46.

[6]孫德平，王亮，王鳳蘭，等.重質碳酸鈣在造紙法煙草薄片基片生產中的應用[J].中華紙業(yè)，2010，31（24）：54-58.

[7]黃明.殼聚糖凈化處理造紙法再造煙葉提取液的研究[J].食品工業(yè)，2014，35（11）：1-4.

[8]吳麗君，段如敏，殷艷飛，等.再造煙葉質量差異性分析與研究[J].食品工業(yè)，2016，37（4）：192-196.

[9]陳祖剛，蔡冰，王建新，等.國內外造紙法薄片工藝與品質比較[J].煙草科技，2002，35（2）：4-10.

[10]王鵬，朱立軍，尚軍，等.國內外不同卷煙糖堿比、糖氮比、氮堿比的差異分析[J].河南農業(yè)科學，2010（10）：43-45，50.

[11]劉維絹，衛(wèi)青，師建全，等.國內外部分造紙法煙草薄片有機酸及香味物質的分析比較[C]//云南省煙草學會2003年學術年會優(yōu)秀論文集.昆明：中國煙草學會，2003.

[12]SAKUMA H，SUGAWARA S.Composition of the watersoluble portion of cellulose cigarette smoke condensate[J].Agricultural and biological chemistry，1979，43（7）：1585-1589.

[13]STEVENSON T，PROCTOR R N.The secret and soul of Marlboro：Phillip Morris and the origins，spread，and denial of nicotine freebasing[J].American journal of public health，2008，98（7）：1184-1194.

[14]COX R H，GRUBBS H J，HAUT S A.Smoking compositions containing a glycosylamine flavorant additive：US4638816[P].1987-01-27.

[15]YOUNG H J，BERNASEK E.Tobacco reconstitution process：US498706[P].1991-01-29.

[16]曾健，陳克復，謝劍平，等.木漿添加量對造紙法再造煙葉片基的影響[J].煙草科技，2013，46（9）：5-9.

[17]鄭建宇，張文軍，熊珍，等.碳酸鈣對造紙法再造煙葉質量的影響[J].紙和造紙，2018，37（3）：27-29.

[18]毛耀，劉志昌，姚元軍，等.利用白腐菌酶液提高再造煙葉柔軟度和感官質量的方法：CN102823938 A[P].2012-12-19.

[19]British American Tobacco Records.Reconstituted Tobaccos[DB/OL].（1973-03-29）[2018-12-20].https：//www.industrydocumentslibrary.ucsf.edu/tobacco/docs/lxgb019.

[20]GAO W H，CHEN K F，YANG R D，et al.Process for coating of? reconstitu-ted tobacco sheet with citrates[J].Journal of analytical and applied pyrolysis，2015，114：138-142.

[21]GE S L，XU Y B，TIAN Z F，et al.Effect of urea phosphate on thermal decomposition of reconstituted tobacco and CO evolution[J].Journal of analytical and applied pyrolysis，2013，99：178-183.

[22]孫德平，劉志昌，姚元軍，等.一種低巴豆醛釋放量的再造煙葉制備方法：CN104983057 A[P].2015-10-21.

[23]李孟華，盧麗娟，徐玉瓊，等.卷煙主流煙氣pH值的測定研究[J].安徽農業(yè)科學，2009，37（29）：13991-13992.

[24]TARORA W，TORIKAI K，TAKAHASHI H.煙氣中羰基化合物生成研究[C]//第 57 屆煙草科學研究會議論文集（摘要）.北京：中國煙草學會，2004：57.

[25]李青青，楊靖，李文偉，等.卷煙主流煙氣pH和粒相物pH的測定及與感官質量的關系[J].煙草科技，2015，48（10）：62-66.

[26]徐峻，蔡兵.煙草pH值對煙氣煙堿的影響[J].廣州化工，2010，38（11）：119-120.

[27]武永亮，趙書良，李長鏡，等.基于TF-IDF和余弦相似度的文本分類方法[J].中文信息學報，2017，31（5）：138-145.

[28]SAKUMA H.Chemical studies on the role of cellulose in the aroma and taste of tobacco smoke[D].Tokyo： Tokyo University，1981.

[29]SILBERMAN H C，MERRITT T T.The burning properties of cellulose[EB/OL].（1965-08-02）[2018-12-20].http：//industrydocuments.library.ucsf.edu/tobacco/docs/jfdc0131.