不同風格類型卷煙堿性香味成分差異化研究

紀旭東，何 山，趙賽月，田 數，陳 晨，李力群，郭春生，張峻松*

(1. 內蒙古昆明卷煙有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020；2. 鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001)

【研究意義】卷煙風格特征是卷煙特有的風味，不同品類卷煙的風格特征各有差異，而消費者往往會對某一品類卷煙有很高的忠誠度[1-2]。【前人研究進展】黃善松[3]等研究表明，不同風格卷煙非揮發性有機酸含量有規律性差異；王亮[4]等對氨基酸的含量進行主成分分析，得到的結果能夠很好的區分中式卷煙與其他風格的卷煙。【本研究切入點】目前關于堿性香味成分的研究已有相關報道，但大多圍繞堿性香味成分的檢測進行研究[5-8]，不同風格特征卷煙堿性香味成分差異性研究較少。【擬解決的關鍵問題】本文選取我國市場占有率較高的13個不同風格類型卷煙樣品，采用同時蒸餾萃取法并結合氣相色譜/質譜聯用儀，對12種堿性香味成分進行測定，利用方差分析、主成分分析和聚類分析比較不同風格類型卷煙堿性香味成分的差異，為通過堿性香味成分區分不同風格卷煙提供一種方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 市場購置的13種不同風格類型卷煙，編號為A～M，風格類型分別為焦甜香、自然本香、烤甜香、清甜香、酒香、樹苔香、清香、烤香、綿柔香、復合香、淡雅香、本草香和奶香。

1.1.2 試劑 標準試劑：3-乙基吡啶、2-甲基喹啉、3-苯基吡啶、2-甲基吡嗪，購于Acros公司；3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3-二甲基吡嗪、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、吡啶，購于Sigma公司；內標：乙酸苯乙酯，購于北京百靈威科技有限公司，以上試劑均用于堿性香味成分的定量分析。二氯甲烷，購于Dikma公司；無水硫酸鈉、氯化鈉，購于天津市德恩化學試劑有限公司，以上試劑用于堿性香味成分的萃取。以上試劑純度均大于98 %。

1.1.3 儀器 7890B/5977A型氣質聯用儀(美國Agilent公司)；HH-4數顯恒溫水浴鍋(金壇市科析儀器有限公司)；KPGD5/20低溫冷卻液循環泵(鄭州凱鵬實驗儀器有限公司)；KDM-1000可調式電熱套(北京科偉永興儀器有限公司)；ST-07B 400克多功能磨粉機(上海樹立儀器儀表有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 堿性香味成分的萃取 稱取40 g(精確至0.0001 g)煙末于1000 mL燒瓶中,并加入350 mL蒸餾水和30 g氯化鈉，加入60 mL二氯甲烷到濃縮瓶，進行同時蒸餾萃取，水浴溫度60 ℃，反應時間2.5 h。

將萃取液倒入分液漏斗，用20 mL 5 %鹽酸洗滌3次，合并上層酸液，在冰水浴條件下逐滴滴入20 %氫氧化鈉溶液調節pH至14，用20 mL二氯甲烷萃取3次，合并下層液，轉移至三角瓶中，加入1 mL 0.4237 mg/mL乙酸苯乙酯/二氯甲烷內標溶液，干燥過夜后60 ℃水浴濃縮至0.5 mL，進樣分析。

1.2.2 氣相色譜/質譜聯用儀條件 色譜柱：HP-5MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度：250 ℃；載氣：氦氣，恒流模式流速：1.0 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；進樣量1 μl，分流比1∶1。

程序升溫：初始溫度：50 ℃；初始時間：2 min；以3 ℃/min速率由50 ℃升至220 ℃，保持20 min，240 ℃后運行5 min。離子源：EI；電離電壓：70 ev；離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250 ℃；溶劑延遲：5 min；掃描離子范圍：33～400 amu；掃描方式：選擇離子監測(SIM)，堿性香味成分保留時間和特征離子如表1所示。

表1 堿性香味成分保留時間及特征離子Table 1 Retention time and quantitation ion detected by mass spectrometer

表2 不同風格卷煙堿性香味成分的多重比較Table 2 Multiple comparisons of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

注：同一指標不同品牌間標注字母無相同者表示在α=0.05水平下存在顯著差異

Note: There is no significant difference between the different brands in the same indicator. There is a significant difference at the level of α=0.05.

1.2.3 定性定量方法 定性方法：利用NTST14標準譜庫確定標準品中堿性香味成分的保留時間，通過保留時間對樣品中堿性香味成分定性。

定量方法：利用內標標準曲線法對樣品中堿性香味成分定量分析。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel整理數據，利用SPSS19.0進行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同風格類型卷煙堿性香味成分的方差分析

對不同風格類型卷煙堿性香味成分結果進行單因素方差分析(采用Duncan法進行多重比較)，結果見表2。由表2可知，針對吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和堿性香味成分總量在M品類卷煙間無顯著性差異；針對2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品類卷煙與大多數其他品類卷煙間存在顯著性差異。

表3 不同風格類型卷煙主成分分析的總方差Table 3 Total variance of principal component analysis of cigarettes of different styles

2.2 不同風格類型卷煙堿性香味成分的主成分分析

由于樣品數量較多，堿性香味成分數據較復雜，方差分析無法直觀的反映不同風格類型卷煙間堿性香味成分差異性，故對其進行主成分分析。利用SPSS軟件對13種不同風格卷煙堿性香味成分的含量進行主成分分析，主成分的特征值和特征向量見表3。由表3可知，第1成分方差貢獻率為37.307 %，第2成分方差貢獻率為16.018 %，第3成分方差貢獻率為15.119 %，第4成分方差貢獻率為14.024 %，4個主成分累積貢獻率為82.468 %，它們代表了卷煙堿性香味成分82.468 %的信息。

根據表4中4個成分的載荷值，將主成分上有較高載荷數的歸為該成分的指標，各成分的方差貢獻率為該成分總權重，單個指標的載荷數與該主成分各指標載荷數之和的比值乘以該成分的總權重為各個指標的權重，得到堿性香味成分權重，見表5。

由表5可知，各個主成分的總權重分別為0.373、0.160、0.151、0.140。各個指標中吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶權重值較高。說明這些物質對卷煙堿性香味成分的貢獻率較高，不同風格類型卷煙堿性香味成分的差異主要是由這些物質含量的變化造成的。

選取前2個主成分進行分析，得到不同風格類型卷煙堿性香味成分得分圖見圖1。根據表4中各指標的載荷可以看出，第1主成分綜合了吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的信息，并且都是正向分布，即在PC1的值越大，其含量越高。第2主成分綜合了2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪的信息，其中2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉為正向分布，即在PC2的值越大，其含量越高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪為負向分布，即在PC2的值越大，其含量越低。

表4 不同風格類型卷煙旋轉成分矩陣Table 4 Different styles of cigarettes rotating composition matrix

表5 不同風格類型卷煙堿性香味成分權重Table 5 Different styles of cigarette alkaline flavor component weight

圖1 不同風格類型卷煙堿性香味成分的得分Fig.1 Score of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

由圖1可知，M品類卷煙在第2主成分正半軸的值較大，說明其2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較低；F在第1主成分正半軸的值較大，說明其表明其吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的含量較高；H、I、J、K、L在第2主成分負半軸的值較大，說明2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較低，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較高。

2.3 不同風格類型卷煙堿性香味成分的聚類分析

由于只選取了前2個主成分，主成分得分圖只代表了堿性香味成分53.325 %的信息，為更全面的反映不同風格類型卷煙堿性香味成分的差異，將4個主成分得分結果代替原始數據進行聚類分析。采用組間連接法，使用歐式距離來分析，得到了不同風格類型卷煙的樹狀聚類圖，如圖2所示。

由圖2可知，在歐氏距離為5處，可將13種風格類型卷煙品牌分為8類，第1類為A、C、D，風格特征為焦甜香、烤甜香和清甜香，這一類分組均具有甜香；第2類包括B、E，風格特征為自然本香和酒香，這一類分組風格差異較大；第3類包括M(1～4)，都為奶香型卷煙，這一類分組風格一致；第4類包括I、J、K，風格特征為綿柔香、復合香和淡雅香，這一類分組風格特征較為接近；第5類包括L，風格特征為本草香；第6類包括H，風格特征為烤煙香；第7類包括G，風格特征為清香；第8類包括F，風格特征為樹苔香。

從聚類分析的結果來看，同一品類卷煙能夠很好地聚為一類；除第2類分組外，風格特征相近的卷煙被劃分為一類。對于第2類分組，可能是由于酒香類物質多為酯類，依據堿性香味成分無法很好的對其進行區分[9-10]。綜合來看，不同風格卷煙分類效果良好，聚類分析的結果與圖1的主成分分析結果基本吻合，表明堿性香味成分能夠用來區分不同風格的卷煙。

3 討 論

堿性香味成分是煙草化學成分的重要組成部分[11-13]，主要包括吡嗪、吡啶、吡咯、喹啉等雜環類物質，大部分具有堅果香、烘焙香以及爆米花香[14-15]。堿性香味成分能與煙香協調，增強煙氣豐滿度，凸顯卷煙本香并掩蓋雜氣，由于其活性閾值較大，對卷煙感官質量具有重要的作用[16]。崔韜[17]等對不同類型煙葉中堿性香味成分進行測定，發現進口煙堿性香味成分含量高于國產煙；吳鳴[18]等研究表明國外卷煙的堿性成分總含量是國內卷煙的2.2倍。通過對堿性香味成分的測定能夠區分國內外的卷煙，而進一步區分不同風格卷煙則是今后的研究方向。

圖2 不同風格類型卷煙堿性香味成分聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

4 結 論

本文通過對我國13個風格類型卷煙中12種堿性香味成分進行測定，并對結果進行統計分析，得到以下結論。

(1)由方差分析結果可知，針對吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和堿性香味成分總量在M品類卷煙間無顯著性差異；針對2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品類卷煙與大多數其他品類卷煙間存在顯著性差異。

(2)由主成分分析可知，12種堿性香味成分簡化為4個主成分，通過計算堿性香味成分在4個主成分上的權重，得出不同風格類型卷煙之間差異主要體現在吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶的含量變化。M品類卷煙的堿性香味成分表現為2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相對較高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量較低。

(3)由聚類分析可知，可將不同風格卷煙分為8類，同品類卷煙能夠被分為一類，不同風格卷煙分類效果良好，聚類分析的結果與圖1的主成分分析結果基本吻合，表明堿性香味成分能夠用來區分不同風格的卷煙。

本研究可為探究不同風格類型卷煙的差異性，為中式卷煙品類構建以及風格特征剖析提供依據。