卷煙主流煙氣辛香特征成分組群的分布特征及感官貢獻

范 武，何 峰，姬凌波，王劉勝，柴國璧，趙 暉，張啟東，劉 偉，史清照*，馮文寧*

1. 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

2. 河北中煙工業有限責任公司技術中心，石家莊市橋西區維明大街1 號 050051

卷煙的消費形式決定了其風格特征是由煙氣的香氣、味覺和化學感覺等不同類型風味效應同時發生作用而形成，其中香氣風格（香型）對于卷煙風味的意義是決定性的。無論煙葉類型的劃分，還是產品品類的構建，香氣風格均被作為最重要的依據之一［1-2］。卷煙的香氣風格主要是由煙氣不同特征香韻的共同作用形成，而每種特征香韻的背后均存在由一組共性香氣特征成分構成的物質基礎。明確煙氣各特征香韻成分組群對綜合考察不同卷煙產品香氣結構的差異，認識卷煙風格特征的形成機制具有重要意義。近年來，通過化學分離分析與感官評價技術的有機結合，研究者們發現了卷煙煙氣中的焦甜香［3］、煙熏香［4］和酸香［5］等香韻特征成分組群的成分構成及其分布特征，并利用香氣活性值（Odor activity value，OAV）技術闡明了各特征香韻成分組群中不同成分的感官貢獻。辛香是桂皮、八角、丁香、肉豆蔻、芫荽等辛香料所具有的香氣韻調，是《中式卷煙風格感官評價方法》中香氣風格評價的15 個重要香韻指標之一［6］。鑒于此，本研究中系統篩選出卷煙煙氣中可作為煙用香料使用的辛香特征成分，測定其在不同卷煙主流煙氣粒相物中的分布，結合香氣活性值確定各成分對煙氣辛香香韻的貢獻，以期為傳統卷煙、新型煙草制品的調香實踐提供基礎支撐，并為進一步了解卷煙煙氣的風味結構奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

實驗用卷煙樣品為15 個市售品牌成品卷煙，卷煙類型和盒標焦油量見表1。

表1 15 個卷煙樣品的類型和盒標焦油量①Tab.1 Types and labeled tar levels of 15 cigarette samples（mg·支-1）

苯甲醚（＞99.0%）、4-異丙基苯甲醛（98.0%）、丁香酚甲醚（＞98.0%）、香芹酚（＞95.0%）、2-甲基苯甲醚（＞98.0%）、6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮（98.0%）、反式-茴香腦（98%）、4-烯丙基苯甲醚（98.0%）、6-甲氧基丁香酚（98.0%）、肉桂醇（98.0%）、丁香醛（＞98.0%）、丁香酚（＞98%）（美國Alfa Aesar 公司）；2-甲基苯并呋喃（99.0%，上海韶遠試劑有限公司）；4-甲氧基苯甲醛（99.0%，北京百靈威科技有限公司）；二氫丁香酚（＞99.0%）、反式-異丁香酚甲醚（99.0%）、α-松油醇（98%）、4-（2-呋喃基）-3-丁烯-2-酮（95%）、肉桂醛（＞95%）、反式-異丁香酚（99.0%）、對苯二甲醚（99.0%）（美國Sigma-Aldrich 公司）；百里香酚（99.0%）、4-羥基苯甲酸丙酯（99.0%）（上海薩恩化學技術有限公司）；香芹酮（95.0%，上海騰瑞制藥有限公司）；4-烯丙基苯酚（95%）、丙酸蘇合香酯（98%，內標）（美國Acros 公司）。

7895A/5975C 氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent 公司）；SM450 型20 孔道直線型吸煙機（英國Cerulean 公司）；○╱44 mm 劍橋濾片（英國Whatman 公司）；CP224S 型電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；HY-5 型振蕩器（江蘇金壇中大儀器廠）；0.45 μm 尼龍濾膜（中國天津津騰公司）；一次性使用無菌注射器（1 mL，河南曙光健士醫療器械集團股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 主流煙氣辛香特征成分組群的確定

按照以下3 個原則［7］：①成分對煙氣香氣能否產生直接貢獻，②成分是否安全，③成分是否符合加 香 使 用 規 范，對Rodgman 和Perfetti［8］的《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》一書中所列出的6 010 種煙氣成分進行篩選，獲得煙氣香氣候選成分名單。

挑選12 名對香料單體感官評價具有豐富經驗的人員組成感官評價小組。小組成員使用聞香紙對煙氣香氣候選成分進行嗅聞，并參考各成分在《食 用 香 料 手 冊》［9］和《Fenaroli’s handbook of flavor ingredients》［10］中報道的香氣描述，對其嗅香特征進行討論，最終從中確定卷煙煙氣辛香特征成分組群。

1.2.2 主流煙氣粒相物辛香成分定量分析

按ISO 3308：2012［11］和GB/T 19609—2004［12］規定的方法抽吸卷煙，使用劍橋濾片收集主流煙氣粒相物，每張濾片收集5 支卷煙；將兩張劍橋濾片置于50 mL 具塞錐形瓶中，加入20 mL 含內標的乙醇溶液，室溫振蕩30 min，上清液經尼龍濾膜過濾后進行GC/MS 分析，每個樣品測定2 次，取平均值。分析條件：

色譜柱：DB-WAXetr 毛細管柱（60 m×250μm×0.25 μm）；載氣：He；柱流量：1 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；程序升溫：250 ℃（20 min）；不分流模式；傳輸線溫度：250 ℃；電離方式：EI；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離能量：70 eV；掃描模式：選擇離子掃描，根據保留時間劃分時間段。篩選的25 種待測化合物及內標保留時間、定性及定量離子參數見表2。

表2 25 種待測化合物及內標的保留時間和選擇離子Tab.2 Retention times, quantitative ions and qualitative ions of 25 analytes

1.2.3 辛香成分閾值測定和OAV 計算

采用三點選配法（3-AFC）［13］測定辛香成分在乙醇中的嗅覺閾值。根據各辛香成分的嗅覺閾值及其在主流煙氣粒相物中的質量分數，計算該成分的OAV。

式中：C1表示辛香成分在主流煙氣粒相物中的實測質量分數，為該成分在單支卷煙中的釋放量與實測總粒相物質量的比值，μg/g；C2表示該辛香成分的嗅覺閾值，μg/g。

2 結果與討論

2.1 卷煙煙氣辛香特征成分組群的確定

對于煙草制品尤其是傳統卷煙而言，產品成分的分析研究已經持續性地開展了半個多世紀，在針對卷煙的研究過程中累積了大量的煙草和煙氣化學成分數據。按照煙氣香氣直接貢獻的可能性、成分自身的安全性和加香使用規范性3 個原則［7］，對《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》［8］一書中的6 010 種煙氣成分進行篩選，獲得了包含300 余種香氣成分的候選名單。在充分參考文獻［9］和［10］中關于香原料香氣特征描述的基礎上，感官評價小組對候選成分逐一進行嗅香評價，最終確定了包含25 種辛香特征化合物的卷煙煙氣辛香特征成分組群（表3）。

由表3 可知，25 種香氣成分雖然均歸屬于辛香特征成分組群，但其辛香香韻又可分為不同類別，如丁香酚甲醚、二氫丁香酚、丁香酚、反式-異丁香酚甲醚和反式-異丁香酚等呈丁香樣辛香；苯甲醚、4-烯丙基苯甲醚、4-甲氧基苯甲醛和反式-茴香腦呈茴香樣辛香；6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、肉桂醛和丁香醛等呈肉桂樣辛香。此外，25 種香氣成分并非均是單純的辛香，如百里香酚和香芹酚兼具藥草香；二氫丁香酚、丁香酚、4-烯丙基苯酚和丁香醛等兼具煙熏香。這些均反映了卷煙煙氣辛香香韻的多樣性和復雜性。

表3 卷煙煙氣辛香成分的嗅香特征及安全信息Tab.3 Olfactory characteristics and FEMA information of spicy aroma components in cigarette smoke

2.2 辛香特征成分定量分析的方法驗證結果

卷煙主流煙氣辛香特征成分定量分析的方法學驗證結果見表4。可知，各辛香成分均有較好的線性關系（r2＞0.998），檢測限為0.034 ～54.338 ng/mL，定量限為0.112 ～181.125 ng/ml，平均回收率范圍為80.16%～113.79%，RSD 為2.53%～8.25%。說明本方法能夠滿足分析檢測要求。

2.3 主流煙氣辛香特征成分組群的分布

采用上述方法對15 個市售品牌成品卷煙主流煙氣中辛香特征成分組群進行了檢測，共計檢出13 種辛香成分，各辛香成分在單支卷煙中釋放量分布見表5。結果表明，15 種卷煙主流煙氣中辛香成分總釋放量普遍較低，在2.946 ～11.864 μg/支之間。單支釋放量較高的辛香成分主要為丁香醛和反式-異丁香酚，其次為丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，其中丁香醛和反式-異丁香酚在大多數卷煙樣品中釋放量之和占辛香成分釋放總量的70%～80%，其單支卷煙釋放量均大于1 μg/支；單支釋放量較低的辛香成分主要是2-甲基苯甲醚、反式-異丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。

對比不同類型卷煙主流煙氣中辛香成分的釋放量可以看出，低焦油烤煙型卷煙各辛香成分釋放量并未因焦油減少而出現明顯下降，其中9#、10#和12#卷煙樣品中丁香醛、6-甲氧基丁香酚等成分釋放量甚至高于部分常規焦油烤煙型卷煙；常規焦油混合型卷煙主流煙氣中辛香成分釋放總量普遍高于大多數烤煙型卷煙，這些差異可能是卷煙葉組配方和加香加料等不同因素造成的。此外，1#常規焦油烤煙型卷煙主流煙氣中丁香酚的釋放量達5.205 μg/支，是其他卷煙樣品的7.5 ～40倍。Rodgman 等［14］研究發現煙草在燃燒過程中會產生微量的丁香酚，其主要是煙葉中木質素的熱裂解產物。據文獻［15］報道，未加香加料的單料煙主流煙氣中丁香酚的釋放量在0.245 ～0.298 μg/支范圍內。表明1#卷煙主流煙氣中高釋放量的丁香酚很可能是由加香加料造成的。

表4 25 種待測化合物的工作曲線、相關系數、檢測限、定量限、相對標準偏差及回收率（n=6）Tab.4 Linear equations, correlation coefficients, limits of detection, limits of quantification, relative standard deviations（RSDs）and recoveries of 25 aroma analytes（n=6）

表5 15 種卷煙樣品主流煙氣中辛香特征成分組群的釋放量Tab.5 Levels of spicy characteristic components in mainstream smoke of 15 cigarette samples （μg·支-1）

2.4 辛香特征成分組群對卷煙煙氣辛香的貢獻度

測定了所檢出的13 種辛香成分在乙醇中的嗅覺閾值，結合各成分在15 種卷煙主流煙氣粒相物中的實際質量分數，計算了相應的OAV，結果見表6。根據OAV 的高低評估13 種辛香成分對卷煙煙氣辛香香韻的貢獻度大小。

綜合來看，15 種卷煙樣品煙氣中有6 種辛香成分的OAV 均大于1，對卷煙煙氣辛香特征具有直接貢獻。其中，OAV 超過100 的均是二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚等，是煙氣中的關鍵辛香成分；OAV 為1～50 的均是4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，對卷煙煙氣辛香特征具有比較顯著的直接貢獻。OAV 小于1 的均是2-甲基苯甲醚、2-甲基苯并呋喃、反式-異丁香酚甲醚等，其對煙氣辛香特征的直接貢獻幾乎可以忽略。實驗結果中，丁香醛的單支卷煙釋放量較高且其嗅覺閾值也較高，而其OAV 不高，對煙氣辛香特征的直接貢獻并不突出；相反，二氫丁香酚的單支卷煙釋放量較低且其嗅覺閾值也較低，而其OAV較高，對煙氣辛香特征的直接貢獻十分明顯。

表6 辛香特征成分組群的嗅覺閾值及其在15 種卷煙主流煙中的香氣活性值Tab.6 Olfactory thresholds of spicy characteristic components and their OAVs in mainstream smoke of 15 cigarette samples

對比不同類型的卷煙可以發現，二氫丁香酚和肉桂醛在混合型卷煙煙氣中的OAV 明顯高于烤煙型卷煙，而4-甲氧基苯甲醛在烤煙型卷煙煙氣中的OAV 則明顯高于常規焦油混合型卷煙。除1#烤煙型卷煙由于丁香酚釋放量高且嗅覺閾值低導致OAV 最高外，混合型卷煙煙氣辛香成分的OAV加和明顯高于烤煙型卷煙，這在一定程度上表明混合型卷煙比烤煙型卷煙的辛香特征更加明顯。總體來看，除1#卷煙外，常規與低焦油兩類烤煙型卷煙煙氣辛香成分的OAV 加和相當，分別介于2 299 ～3 789 和2 318 ～4 297 之間。

從辛香香韻類型來看，對卷煙煙氣辛香特征具有明顯直接貢獻的成分中，二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚等均表現為丁香型辛香，3 種成分在各卷煙樣品主流煙氣中OAV 的加和介于2 271 ～17 449 之間，幾乎等于辛香成分的總OAV；4-甲氧基苯甲醛和肉桂醛分別表現為茴香型和肉桂型辛香，二者在15 個卷煙樣品主流煙氣中的OAV 分別介于10.68 ～82.36 和7.34 ～32.70 之間。此外，肉桂型辛香成分6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮和丁香醛在部分牌號卷煙煙氣中的OAV大于1，二者對相應卷煙的辛香香韻也具有一定貢獻。從以上結果可以發現，15 種卷煙煙氣辛香香韻主要由丁香、茴香和肉桂香3 類辛香香氣共同作用形成，且以丁香香氣貢獻最大，其在彰顯煙氣辛香香韻方面起主要作用。據文獻［16-17］報道，吸入丁香酚可以使口腔和喉部的疼痛受體麻木，從而降低卷煙煙氣的刺激性。這可能是以丁香酚為主成分的丁香類煙用香料在卷煙調香中廣泛使用的重要原因之一，例如，發源于印度尼西亞的丁香煙便是在煙絲中加入富含丁香油的丁香花蕾“梗絲”制成［18］。另一原因是，煙熏香是卷煙煙氣中一種十分強烈的香韻［4］，而煙氣中丁香型辛香成分如丁香酚和二氫丁香酚等兼具煙熏香氣息，根據“相似相容原理”［19］，即香氣類型接近的較易搭配，因此丁香香氣與煙熏香氣易和合。

3 結論

①依據2013 年Rodgman 和Perfetti 統計的煙草和煙氣化學成分名單，經系統篩查及嗅香特征評價獲得了卷煙煙氣中辛香特征成分組群，共包含25 種辛香特征化合物。②15 種卷煙主流煙氣中共檢出13 種辛香成分，單支卷煙釋放量較大的成分主要為丁香醛和反式-異丁香酚，其次為丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚，單支卷煙釋放量較小的成分主要為2-甲基苯甲醚、反式-異丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。③通過OAV 反映出15種卷煙主流煙氣中對辛香香韻直接貢獻最大的為二氫丁香酚、丁香酚和反式-異丁香酚，其次為4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚。④15種卷煙主流煙氣辛香香韻主要由丁香、茴香和肉桂香3 類辛香香氣共同作用形成，且以丁香香氣貢獻最大。