口感導向的煙氣甜香味成分的剖析

熊駿威 張瑋 曹曉衛 岳寶華 梁德民 鮑辰卿 費婷

摘 ?要： 對云南紅河煙葉單料煙的煙氣甜香味成分進行了分析，利用凝膠滲透色譜（GPC）分離其煙氣粒相物的水溶性組分，并對所得流分進行感官味覺評價，同時結合電子舌評價結果定位出甜香味特征流分，采用氣相色譜-質譜法（GC/MS）定性甜香味流分中的化學成分.結果表明：特征流分中具有甜香味的成分主要為吡喃酮類、呋喃類、呋喃酮類和環戊烯酮類化合物.該研究方法可為剖析煙氣中關鍵的甜香味成分和提高卷煙的感官舒適性提供一定的參考價值.

關鍵詞： 煙氣; 甜香味; 凝膠滲透色譜（GPC）; 電子舌; 感官評價

Abstract： In this work， the sweet aroma components in cigarette smoke from Yunnan Honghe region were analyzed. The water-soluble components were separated from the particulate matter of cigarette smoke by gel permeation chromatography （GPC）.The sweet aroma characteristic components were identified by the sensory taste and electronic tongue evaluations and were analyzed by gas chromatography mass spectrometry （GC/MS）. The results showed that pyranones， furans， furanones and cyclopentenones were directly contributed to sweet aroma.This method is helpful to identify the key sweet aroma ingredients of cigarette smoke and this work can provide some reference for improving the sensory comfort of cigarette.

Key words： cigarette smoke; sweet aroma scent; gel permeation chromatography（GPC）; electronic tongue; sensory evaluation

0 ?引 言

卷煙煙氣成分十分復雜，已知化學成分的數量超過6 000種.在卷煙煙氣直接分析難以準確聚焦產品具體感官品質特征的物質基礎情況下，感官導向分離成為關聯卷煙煙氣分析與感官品質的重要技術手段，是煙草感官組學分析領域的重要技術環節.在食品感官組學分析領域，研究者以感官導向的分離技術為基礎，在產品感官品質的化學本質剖析層面取得了一系列重大進展[1].針對美拉德反應產物，研究者獲得了帶來清涼感的化學特征組分，鑒定出3-甲基-2-（1-吡咯烷基）-2-環戊烯-1-酮、5-甲基-2-（1-吡咯烷基）-2-環戊烯-1-酮，以及2，5-二甲基-4-（1-吡咯烷基）-3（2H）-呋喃酮這3種清涼感關鍵成分[2].在對胡蘿卜苦味特征的研究中，研究者定位了胡蘿卜提取物的苦味特征組分，鑒定出3種關鍵苦味成分[3].研究者在對魚子醬的感官導向分析中，精確定位了魚子醬中咸味特征組分，并鑒定出一種咸味增強劑[4-6].國內研究者利用相似的方法從巴馬火腿酶解物和白腐乳中分離出多種味覺特征組分，并最終得到一系列呈味活性肽[7-8].在相關研究的推動下，有越來越多對食品感官特征有重要貢獻的成分被發現[9-11].

近幾年煙草行業研究人員在感官導向下的凝膠滲透色譜（GPC）分離基礎上，成功獲取了卷煙煙氣、煙葉原料及天然香料等不同研究對象的多種香味特征組分，并明確了各組分香味特征的物質基礎[12-18].本文作者利用GPC分離主流煙氣粒相物的水溶性組分，再通過味覺感官評價和電子舌評價定位甜香特征流分，用氣相色譜-質譜法（GC/MS）定性甜香流分的組成，更加快速、準確地找到了甜香味中的化學成分類別.

1 ?材料與方法

1.1 材料和儀器

實驗煙樣：選取云南紅河煙葉為原料卷制的單料煙.

儀器：Agilent 7890BGC/MS聯用儀，配備Agilent 7693自動進樣器、Agilent 5977A質譜檢測器（美國Aglient科技有限公司）;Waters e2695 高效液相色譜儀，配備Waters 2414示差折光檢測器、流分收集器（美國Waters公司）;RM200A轉盤式吸煙機（德國Borgwaldt KC公司）;PB 303-S電子天平（瑞士METTLER TOLEDO公司）;R-215型旋轉蒸發儀（瑞士Buchi公司）;FreeZone 6 L凍干機（美國Labconco公司）;TS-5000Z味覺分析系統（日本INSENT公司）;凝膠色譜柱OHpak SB-2002.5（20 mm×300 mm，日本Shodex公司）.

1.2 方 ?法

1.2.1 煙氣粒相物水溶性組分的制備

參照文獻[13]，將卷煙樣品在溫度（22±1）℃和相對濕度（60±2）%的環境下平衡48 h[19].按《ISO 3308：2000 Routine analytical cigarette-smoking machine-Definitions and standard conditions》和《GB/T 19609—2004卷煙用常規分析用吸煙機測定總粒相物和焦油》規定的方法抽吸煙支，利用劍橋濾片收集20支卷煙的煙氣粒相物.濾片置于錐形瓶中，加入無水乙醇萃取，合并萃取液;旋蒸除去乙醇，加入蒸餾水攪拌混合，過濾，將水溶液冷凍干燥除去水分，得紅棕色黏稠固體即為煙氣粒相物的水溶性組分.

1.2.2 煙氣粒相物水溶性組分的分離

將上述煙氣粒相物水溶性組分溶于水中，通過凝膠色譜分離.

凝膠色譜柱OHpak SB-2002.5，內徑20.0 mm，長300 mm;塔板數≥12 000，粒徑10 μm;流動相為水，流速1 mL·min-1，每隔10 min收集1個流分，共收集30個流分.

1.2.3 甜香味流分的確定

由味覺評價人員通過舌尖品嘗的方式同時結合電子舌對各流分的味覺特征進行評價，確定含有甜香味的流分;合并篩選的流分，冷凍干燥后，得到甜香味特征組分.

1.2.4 甜香味流分中成分的定性分析

將分離評價后得到的各烤甜香特征流分分別溶于乙醇，GC/MS分析定性.GC/MS分析條件：色譜柱DB-wax（30 m×250 μm×0.25 m）;載氣He;柱流量1.5 L·min-1;進樣量1 μL;進樣口溫度250 ℃;程序升溫40 ℃（2 min）3 ℃·min-1 230 ℃ 20流模式，不分流;傳輸線溫度240 ℃;離子源EI;電離能量70 eV;離子源溫度230 ℃ ;四級桿溫度150 ℃;掃描模式為全掃描;質量掃描范圍20～40 amu.

2 ?結果和討論

2.1 煙氣粒相物水溶性組分味覺評價結果

將制備所得的煙氣粒相物水溶性組分溶于水，加入到凝膠色譜柱中，用水作為流動相進行分離后，收集了30個流分，依次編號為F1～F30. 30個流分的味覺評價結果列于表1.其中，F1～F5和F22～F30為淺黃色的液體，沒有明顯的味覺特征;F6～F21顏色相對較深，其味覺依次表現為酸、甜和苦，其中的F8～F16流分，能明顯感受到其中的甜味.

最先流出的F1～F5流分幾乎沒有甜香味覺特征，可能是由于大分子物質最先被洗脫出，其結構和體積不滿足與味覺嗅覺受體發生相互作用的條件;而最后流出的F22～F30流分也無味覺特征，可能是其濃度很低所致.挑選其中具有甜香味的味覺流分F8～F16，通過電子舌評價進行味覺驗證.

表2為流分F8～F16的電子舌實驗數據，所有數據均是以人工唾液（參比溶液）為標準的絕對輸出值，電子舌測試人工唾液的狀態模擬人口腔中只有唾液時的狀態.其中無味點為參比溶液的輸出，參比溶液由氯化鉀和酒石酸組成味覺值，故酸味的無味點為-13，咸味的無味點為-6.以此為基準，對于常規食品樣品來說，其味覺值低于無味點時說明樣品無該味道，反之則有.對于煙氣樣品來說，由于其不是常規的食品樣品，其實驗結果不能完全按照食品樣品的方法去分析，呈現的數值可能反映了煙溶解于水中的物質可引起傳感器的應答，應答值有大有小.

將流分F8～F16的電子舌數據做成味覺雷達圖，如圖1所示，可以很清楚地看出，這些流分的甜味值明顯高過甜味無味點，可以驗證這9個流分均有甜味.

將9個流分樣品的甜味制成折線圖（圖2），從數值上看，9個樣品的甜味值在18.62～20.13之間，其中F11和F12的甜味值最小，另外幾個樣品的差異較大，流分留作下一步逐個進行分析.

2.2 甜香味覺流分的分析

對上述甜香流分適當合并，并進行GC/MS分析，結果如表3～6所示.非甜香物質或明顯無甜香味的成分不進行味覺描述.

從表3～6中可以看出，流分中主要含有呋喃類、呋喃酮類、吡喃酮類和環戊烯酮類等結構.通過對甜香特征流分的成分分析和文獻對比，認為吡喃酮類、呋喃酮類、呋喃類和環戊烯酮類化合物是流分甜香味的重要來源.還有極少的一些醇類如丙三醇、丙二醇，單糖阿洛糖等也對甜味有一定的貢獻.卷煙燃燒的過程很復雜，很難確定它們的形成機理.呋喃類和吡喃類物質主要與煙草總糖、還原糖及糖氮比有較強的正相關，糖類物質可能是它們的主要前體物.反應過程主要經歷異構化、雙鍵斷裂和脫水3個步驟，即己糖在特定條件下會生成烯醇互變異構體中間產物，再進一步脫水生成5-羥甲基糠醛[20];而5-羥甲基糠醛發生降解則有可能生成糠醛、5-甲基糠醛和其他呋喃類化合物.某些還原性單糖經過自身降解可能產生酮類化合物.還有一些酮類化合物也可能通過美拉德反應產生;其自身進一步降解，則有可能生成其他一系列呋喃酮類、吡喃酮類、環戊烯酮類和糠醛類化合物[21].

所定性的具有甜香味的成分，都可能對煙氣味覺產生直接貢獻.這幾類化合物并不能代表煙氣甜香味的全部，要想全面深入地了解甜味組分的成分和各組分對于整體甜味的貢獻，應結合它們的味覺閾值和在煙氣內的含量兩個方面，同時還需要盡可能得到定性化合物的標準品.

3 ?結 論

利用GPC，結合味覺感官評價和電子舌驗證，對云南紅河煙葉單料煙主流煙氣粒相物的水溶性組分進行了感官導向分析，完成了甜香味流分中部分化學成分的剖析.結果表明：煙氣粒相物水溶性組分中的甜香成分主要為吡喃酮類、呋喃酮類、呋喃類和環戊烯酮類化合物.該研究方法可為剖析煙氣中關鍵的甜香味成分，提高卷煙的感官舒適性提供一定的參考價值.

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（責任編輯：郁慧）