基于味覺活力值的通風卷煙酸味變化分析

朱先約，謝玉龍，崔 遲，蔡君蘭，張曉兵，聶 聰，譚 濤，何東香，王洪波*，翟玉俊*

1. 甘肅煙草工業有限責任公司技術中心，蘭州市南濱河中路1111 號 730050

2. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2 號 450001

濾嘴通風技術是卷煙降焦減害的重要技術之一，采用濾嘴通風技術不僅可以改變煙絲的燃燒狀態，而且能夠稀釋卷煙主流煙氣，從而降低卷煙煙氣焦油、煙堿和主流煙氣中有害成分的釋放量。然而，應用濾嘴通風技術后會產生煙味變淡、滿足感降低、香氣量降低、干燥感增加等卷煙感官質量的變化，因此濾嘴通風對卷煙感官質量的影響已成為煙草行業的重要研究方向之一。為克服濾嘴通風增加導致的感官質量缺陷，煙草科技工作者對卷煙香氣和吸味的影響因素進行了大量的探索研究[1-10]，并且在香氣風格特征等研究領域取得了較大進展[11-14]。目前，關于煙氣物質基礎及其調控技術的研究已有較多報道，但針對煙氣味覺指標的評價及其模型研究較少。冒德壽等[2-3]基于味覺活力值分析技術，鑒定出煙氣中關鍵酸味物質、苦味物質，建立了煙氣酸味、苦味指數模型，所建模型與感官評價分值取得了較為理想的擬合效果。鑒于濾嘴通風對煙氣味覺特征尤其是酸味影響規律的研究較少，本研究中以不同濾嘴通風卷煙為研究對象，考察濾嘴通風對卷煙煙氣酸味的影響變化，以期為卷煙煙氣味覺特征剖析和調控技術提供支持，并為煙草行業降焦減害和增香保潤研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選取甘肅煙草工業有限責任公司某一規格卷煙空白配方葉組（葉絲92%，再造煙葉絲8%）為測試樣，另一規格卷煙空白配方葉組（葉絲72%，再造煙葉絲8% ，梗絲20%）為驗證樣，按GB 5606.3—2005[15]的方法卷制濾嘴通風度分別為0.4%、13.0%、21.4%、27.4%和42.0%的煙支樣品，并置于溫度（22±2）℃、相對濕度（60±5）%環境中平衡48 h，篩選后用于煙氣測試。

酸性成分標樣甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、乳酸、羥基乙酸、壬酸、癸酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸、蘋果酸、富馬酸、檸檬酸、十四酸、亞油酸、油酸以及內標肉桂酸、反-2-己烯酸，二氯甲烷（色譜純，北京百靈威科技有限公司）；N,O-雙（三甲基硅烷基）三氯乙酰胺（BSTFA，色譜純，瑞士Fluka 公司）；超純水（18.2 MΩ·cm）。

6890/5975 型氣相色譜-質譜聯用儀（GC/MS，美國Agilent 公司）；SM450 直線型吸煙機（英國Cerulean 公司）；KQ-700DB 超聲波振蕩器（昆山超聲儀器公司）；HH-2 型數顯恒溫水浴鍋（常州恒睿儀器設備制造有限公司）；CP2245 型電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；T70 型全自動電位滴定儀（瑞士Mettler-Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙主流煙氣中有機酸的測定

采用文獻[4]的方法測定卷煙主流煙氣中有機酸釋放量。 將卷煙樣品在GB/T 19609—2004[16]中規定的環境條件下平衡，按照（質量±200）mg、（吸阻±50）Pa 挑選樣品。按照GB/T 16450—2004[17]中規定的標準條件下用直線型吸煙機抽吸5 支卷煙；用直徑44 mm 的劍橋濾片捕集卷煙主流煙氣總粒相物（TPM）。將收集5 支卷煙主流煙氣TPM 的劍橋濾片置于三角瓶中，并依次加入10.0 mL 二氯甲烷、30 μL 反-2-己烯酸（內標，2.0 mg/mL）和肉桂酸（內標，7.0 mg/mL）的二氯甲烷溶液，搖勻，室溫下超聲萃取20 min；靜置5.0 min，取1.0 mL 上清液，用0.45 μm 有機相微孔濾膜過濾；將濾液轉入色譜瓶中，加入60 μL 衍生化試劑BSTFA，密封，在60 ℃水浴條件下反應50 min；反應完畢后冷卻至室溫，采用GC/MS 在選擇離子監測（SIM）模式下定量分析酸性成分。GC/MS 分析條件為：

色譜柱：DB-5MS 毛細管柱（60 m × 0.25 mm i.d.× 0.25 μm d.f.）；進樣口溫度：270 ℃；程序升溫：40 ℃（3 min）210 ℃230 ℃280 ℃（50 min）；進樣量：1.0 μL；分流比：10 ∶1；載氣：氦氣（99.999%）；載氣流速：1.0 mL/min；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；電離方式：EI；電離能量：70 eV；四極桿溫度：150 ℃；掃描方式：全掃描（Scan）和選擇離子監測（SIM）同時掃描。

1.2.2 卷煙主流煙氣粒相物pH 的測定

參照文獻[18]的方法測定卷煙主流煙氣粒相物pH。用劍橋濾片捕集4 支卷煙煙氣粒相物；用20 mL 蒸餾水（脫除二氧化碳，pH=7.0）振蕩萃取劍橋濾片30 min；靜置60 min，用電位滴定儀測定pH。

1.2.3 卷煙煙氣酸味指數的計算

參照文獻[2]中的卷煙煙氣酸味指數計算模型：煙氣酸味指數=異戊酸/0.74+乙酸/50+戊酸/0.50+甲酸/160+丁酸/3.19+琥珀酸/50+異丁酸/5.0+乳酸/133.2，并結合本研究中有機酸的釋放情況，挑選味覺活力值TAV≥0.1 的物質代入指數模型，計算卷煙煙氣酸味指數。需要注意的是，本計算方法中存在一些不足，例如，閾值數據中介質為水或空氣而非卷煙煙氣[2]，并且所分析樣品的煙氣介質不同、閾值不一，但是在未找到替代卷煙煙氣的極性介質前，采用氣味活性值或味覺活力值來評估卷煙煙氣香氣成分的重要性仍不失為一種有效的方法[19]。

2 結果與討論

2.1 濾嘴通風度對卷煙主流煙氣中有機酸釋放量的影響

不同卷煙樣品主流煙氣中有機酸的釋放量測定結果見表1。可以看出：甲酸、乙酸、乳酸、十六酸、羥基乙酸、2-呋喃甲酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸10 種有機酸的釋放量較高；其余15 種有機酸的釋放量較低，且其釋放量受卷煙煙絲配方結構的影響較大。考察了濾嘴通風對卷煙煙氣中酸性成分總釋放量的影響，結果（圖1）表明，濾嘴通風與卷煙主流煙氣中酸性成分的總釋放量線性負相關，R2大于0.9。盡管兩組樣品葉組配方存在較大差異，但兩組樣品煙氣中酸性成分的總釋放量隨濾嘴通風增加而顯著降低的趨勢較一致，這與文獻[4]中報道的研究結果一致。

表1 卷煙主流煙氣中酸性成分釋放量、酸味指數和pHTab.1 Release of acidic components, sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke （μg·支-1）

圖1 濾嘴通風度對卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量的影響Fig.1 Effects of filter ventilation rate on total release of acidic components in mainstream cigarette smoke

2.2 濾嘴通風度對卷煙煙氣pH 及酸味指數的影響

考察了濾嘴通風度對卷煙煙氣pH 的影響，結果（圖2）表明：在樣品葉組配方存在較大差異的情況下，隨著卷煙濾嘴通風度的增加，兩組樣品的煙氣pH 均呈遞增趨勢；濾嘴通風度每增加10%，煙氣pH 增加0.11～0.13；pH 變化趨勢與酸性成分總釋放量變化趨勢結果一致。可見，隨著濾嘴通風度的增加，卷煙煙氣中酸性成分的總釋放量逐漸降低，煙氣pH 由偏酸性變為近中性。測試樣卷煙煙氣中酸性成分總釋放量較驗證樣明顯偏低，理論上，酸性成分總釋放量越低，煙氣pH 越高，但測試樣的煙氣pH 較驗證樣明顯偏低，兩者之間相互矛盾。這可能是因為：①煙絲配方結構存在較大差異，驗證樣梗絲比例較高，造成兩組樣品煙氣中堿性成分存在差異，即測試樣煙氣中堿性成分的釋放量較低，而驗證樣煙氣中堿性成分的釋放量較高，酸性成分、堿性成分的綜合作用導致測試樣的煙氣pH 低于驗證樣。②雖然驗證樣煙氣中十六酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸5 種有機酸的釋放量顯著高于測試樣，但直鏈羧酸的電離常數pKa隨碳鏈的增長而降低，其對煙氣pH 的貢獻度逐漸降低，進而造成測試樣的煙氣pH 低于驗證樣。

圖2 濾嘴通風度對卷煙主流煙氣pH 的影響Fig.2 Effects of filter ventilation rate on pH of mainstream cigarette smoke

參照文獻[2]中的卷煙煙氣酸味指數計算模型，結合本研究中各樣品煙氣中有機酸的釋放情況，挑選味覺活力值TAV≥0.1 的物質代入指數模型，結果見表1。各樣品煙氣酸味指數分析結果（圖3）表明，測試樣煙氣中酸性成分總釋放量較驗證樣明顯偏低，但測試樣煙氣酸味指數較驗證樣高，與2.2 節pH 研究結果一致。這主要是因為：驗證樣煙氣中十六酸、亞油酸、亞麻酸、油酸和十八酸5 種有機酸的釋放量顯著高于測試樣，但這5 種有機酸的味覺閾值較高，其TAV 值小于0.1，對樣品煙氣酸味的貢獻可以忽略。雖然兩規格樣品的葉組在設計上存在顯著差異，但濾嘴通風度與煙氣酸味指數均呈線性負相關，與2.1 節研究結果較一致，僅在不同葉組配方樣品煙氣酸味指數的降低程度上存在一定差異。濾嘴通風度每增加10%，煙氣酸味指數可降低0.13～0.39。

圖3 濾嘴通風度對卷煙煙氣酸味指數的影響Fig.3 Effects of filter ventilation rate on sour taste index of mainstream cigarette smoke

2.3 卷煙煙氣酸味指數模型法與pH 測定方法關聯性分析

考察了卷煙煙氣酸味指數模型法與pH 測定方法之間的關聯性，結果（圖4）表明，在葉組配方存在較大差異的情況下，兩組樣品煙氣酸味指數與pH 均呈線性負相關，R2大于0.9。可見，卷煙煙氣酸味指數與pH 的線性負相關關系在不同配方葉組之間具有普適性，煙氣酸味指數或pH 可作為考察濾嘴通風對煙氣酸堿平衡影響的關鍵指標。煙氣pH 是反映煙氣化學成分酸堿平衡關系的重要指標之一[18]，相較于煙氣中酸性成分的總釋放量和煙氣酸味指數分析方法，本研究中采用的卷煙煙氣pH 測定方法具有有機溶劑使用量少、檢測成本低、檢測效率高等優勢，因此該方法更適用于濾嘴通風對煙氣酸味的影響分析。

圖4 卷煙煙氣酸味指數與pH 的關系Fig.4 Relationship between sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke

3 結 論隨著卷煙濾嘴通風度的增加，卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量及煙氣酸味指數顯著降低，卷煙主流煙氣pH 顯著升高，不同配方葉組卷煙表現出類似的變化趨勢，濾嘴通風度每增加10%，卷煙主流煙氣粒相物酸味指數降低0.13～0.39，pH 升高0.11～0.13。對不同配方葉組卷煙煙氣酸味指數與pH 進行擬合后發現，煙氣酸味指數與pH 線性呈線性負相關關系，決定系數R2大于0.9。卷煙主流煙氣中酸性成分總釋放量、煙氣酸味指數及pH均可作為考察濾嘴通風對煙氣酸堿平衡影響的關鍵指標。卷煙主流煙氣pH 測定方法簡單高效，是濾嘴通風對煙氣酸味影響分析的較優指標。