基于TD-GC－MS的不同油分煙葉揮發性香氣成分比較分析

中圖分類號：TS424 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）13-0233-08

煙葉油分作為考察煙葉外觀質量的重要指標，通常是指煙葉細胞內柔軟的半流體物質，反映在外觀質量上是指煙葉油潤和豐滿的感覺，是煙葉等級評價的重要因素[1]，通常認為同部位油分好的煙葉其物理特性、化學成分和感官質量均有所改善[2]。高油分煙葉的感官品質優于油分表現差的煙葉，這在前人的研究結果[3-5]中已得到了反復驗證。基于高油分煙葉優異的感官品質，掌握高油分煙葉的揮發性特征香氣成分對于生產高油分優質煙葉、提高煙葉原料的利用率和卷煙產品質量的提升具有重要意義[6-7] 。

烤煙的揮發性香氣成分對卷煙產品的風格特征和感官質量有重要的影響。通過定性定量分析煙葉的香氣成分，能夠把握其對產品風格的影響，為卷煙產品葉組配方的優化和增香補香提供理論依據。針對烤煙煙葉中香氣物質含量較低的特點，行業內普遍采用的方法是利用同時蒸餾萃取結合氣相色譜-質譜法對煙葉的香味物質進行檢測與分析8，近年來，因能夠克服傳統的同時蒸餾萃取重現性差等問題，提高檢測的效率和精密度，固相微萃取[9]、液相微萃取[10]、單液滴萃取[1]、超臨界流體萃取[2]等前處理方法結合一維/二維氣相色譜質譜法在煙葉香氣成分的檢測方面愈發得到行業內關注。熱脫附作為一種新型的揮發性成分預處理方法，因其具有操作簡單、無需任何前處理和能夠直接固體進樣等優點，可避免因前處理所造成的樣品誤差，在煙草產品的香氣成分檢測上已得到了一定應用，利用熱脫附與氣相色譜-質譜聯用技術，徐偉玲等和杜學偉等采用面積歸一化法分析了成品卷煙煙絲中揮發性與半揮發性的香味物質含量[13-14]，譚新良等運用內標法比較了云南和津巴布韋烤煙揮發性香氣物質的差異[15]，劉金云等采用乙酸苯乙酯作為內標研究了不同烘絲工藝對于煙絲香味物質的影響[16]。盡管高油分煙葉具有高香氣的特性[17]，但目前尚未見到對不同油分煙葉揮發性香氣成分進行剖析的相關報道。本研究以三門峽不同油分檔次烤煙為研究對象，利用熱脫附－氣質聯用對不同油分檔次烤煙的揮發性香氣成分進行定性定量分析，揭示不同油分檔次煙葉香氣成分的差異，探究高油分煙葉高香氣的成因，為工業企業更為有效使用和調配不同油分檔次煙葉及高油分優質煙葉的開發與應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1 試驗材料

煙葉樣品：取2022年三門峽市靈寶縣調制后初烤煙葉云煙87，平衡煙葉含水率至 16%～18% ，由河南省煙草公司三門峽市公司的專業評級技術人員依照GB2635—1992《烤煙》方法，忽略部位，采用唯一差別原則（即除煙葉油分外，樣品的身份、葉片結構、顏色等外觀質量盡可能保持一致），將樣品分成油分多、有、稍有和少4個檔次，其中多油分煙葉包括B1F和C1F等級，有油分煙葉包括：B2F、B3F、C2F、C3F和X1F等級，稍有油分煙葉包括：B4F、C4F、X2F和X3F等級，少油分煙葉包括：X4F、CX2K和B3K等級，各檔次樣品各14份，合計56份，每份樣品 1.5kg ；乙酸苯乙酯（色譜純，上海Acmec公司）；二氯甲烷（色譜純，天津市富宇精細化工有限公司）。

7890A氣相色譜—5977B質譜聯用儀（美國Agilent公司）；TDU型熱脫附儀（美國Gerstel公司）；FA2004型電子天平（感量 0.1mg ，上海精密科學儀器有限公司）；DHG-9070A型電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.2樣品制備

在譚新良等的方法[15]基礎上進行了一定改進，對初步烘干、粉碎的煙葉原料過40目篩后，置于 40% 烘箱中干燥過夜，各樣品準確稱量 （2.0±0.1? ）mg，直接放人老化處理過后的熱脫附管內，采用石英棉將煙粉位置固定（熱脫附樣品管在使用前先裝人少量玻璃石英棉至底部卡槽處，并在 280‰ 下熱脫附老化 50min. ，加 2μL22.422μg/mL 的乙酸苯乙酯二氯甲烷內標溶液于煙粉中，將熱脫附管置于樣品盤中，通過程序自動將熱脫附管放入熱脫附儀的加熱槽中進行氮氣吹掃加熱。

1.3 熱脫附條件

樣品脫附溫度 200°C ，脫附 3min ;冷阱捕集溫度 -20^°C ，捕集 0.5min ；冷阱脫附溫度 240°C ，不分流進樣。

1.4 色譜及質譜條件

色譜條件：色譜柱：DB-5MS毛細管色譜柱0 30m×0.25mm×0.25μm ；程序升溫：初始溫度50^qC ，保持 2min ，以 7‰ 的速率升至 280°C ，保持 5min ;載氣為氮氣（純度 ?99.999% ），流速3mL/min ；進樣口溫度：250 C ；柱流量：1.0mL/min ；不分流進樣。質譜條件：電子轟擊（EI）離子源，電子能量 70eV ，傳輸線溫度 250^qC ：離子源溫度 230°C ，質量掃描范圍 m/z：35～500 。

1.5揮發性成分定性定量方法

將各揮發性物質的質譜圖與NIST11標準譜庫進行匹配，以匹配度大于 80.00% 為鑒定標準，參照各揮發性物質的CAS編號，結合相關文獻[18]進行定性。定量方法參考譚新良等的方法[15]，采用內標法定量。

1.6 數據處理

采用MicrosoftExcel2019和DPS7.05進行數據處理與差異顯著性分析，多重比較采用Duncan新復極差法，差異顯著水平設置為 α=0. 05 ，通過TBtools軟件進行香氣成分熱圖（Heatmap）分析，缺失值用0替換，利用SIMCA-14.1軟件進行正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least squares -discriminantanalysis，OPLS-DA）和VIP值（變量投影重要性值）的確定。

2 結果與討論

2.1不同油分檔次煙葉揮發性組成分析

利用熱脫附方法對不同油分檔次煙葉的揮發性成分進行提取，利用GC-MS法進行檢測，得到了不同油分檔次煙葉揮發性成分的總離子流圖（圖1），從離子流圖中可明顯區分不同油分檔次煙葉。

由表1可知，不同油分檔次烤煙中共鑒定出56種揮發性化合物，包括醛類14種、酮類10種、酸類9種、酯類4種、醇類9種、烯烴2種、芳香烴1種和其他類7種。從多、有、稍有、少油分煙葉中分別鑒定出56、55、55、54種揮發性成分。不同油分檔次煙葉的揮發性成分的類別差異不大，在含量上存在較大差異。揮發物成分總量表現為有油分煙葉（ 16.03mg/g） gt; 稍有油分煙葉（ ξ_14.61mg/g） gt; 多油分煙葉 （9.90mg/g ） gt; 少油分煙葉 （7.15mg/g） ），揮發性成分總量在不同油分煙葉間差異顯著。劉金云等利用熱脫附－氣相色譜-質譜法分析了不同烘絲處理過程后煙絲中香氣主要成分的差別，共鑒定出38種揮發性成分，低于本研究結果，但其鑒定出的煙堿含量遠高于本研究[16]；譚新良等采用熱脫附-氣相色譜-質譜內標分析法從津巴布韋煙葉和云南煙葉中共鑒定了48個化合物，其中乙酸含量在揮發性成分中占比明顯較高[15]，本研究結果與之一致；徐偉玲等和杜學偉等分別對我國某牌號成品卷煙和珍品蘭州牌卷煙煙絲的揮發性成分進行了測定，分別鑒定出79、121 種化合物[13-14]，高于本研究結果，原因可能是本研究采用的是初烤煙葉，而成品卷煙在加工過程中需要加香加料，這造成了成品煙絲中的揮發性物質種類遠高于本研究。

圖1不同油分檔次煙葉的揮發性成分離子流圖

表14類油分檔次煙葉的揮發性成分組成分析

表1（續）

注：同行不同小寫字母表示具有顯著性差異（ Plt;0.05 ），“—”表示該化合物未檢測到或痕量。

對不同油分煙葉的揮發性物質進行歸類與分析，由圖2可知，醛類、酮類、酸類和醇類是相對含量較高的揮發性組分，占香氣總量的89. 14% ～96.33% 。4個油分檔次間各類型物質的占比高低各有差異，多油分煙葉的揮發性成分中酸類（53.27% ）占比最高，其次為酮類（ 19.50% ）醇類（ 10.27% ）、烯烴（ 7.55% ）、醛類（ 6.10% ）、其他（ 2.18% ）酯類 （1.09% ）和芳香烴 （0.04% ）；各類型揮發性物質在有和稍有油分煙葉中占比的排序相同，從高到低依次為酸類（ 62.60% ， 66.49% ）酮類（ 24.88% ， 19.88% ）、醇類（ 5.15% ， 6.61% ）醛類 3.20% ， 3.35% ）烯烴 （2.32%，1.78%） 、其他（ 1.12% ， 1.27% ）酯類 （0.70% ， 0.58% ）和芳香烴（ 0.03% . 0.04% ）；少油分煙葉的揮發性成分中酮類 44.70% ）占比最高，其次為酸類（ 29.54% ）醇類 12.82% ）醛類 （6.96% ）、烯烴 （3.26% ）其他（ 1.96% ）酯類 （0.68% ）和芳香烴 （0.08% ）。除少油分煙葉外，其余3個油分檔次煙葉的揮發性成分均是酸類占比最高。由表1可知，多油分煙葉中包括3-呋喃甲醛、糠醛、 （E）-2- 己烯醛、5-甲基-2-糠醛、苯甲醛、苯乙醛、1-羥基-2-丁酮、5-甲基-2-（5H）-呋喃酮、3-甲基 -2-（5H）- 呋喃酮、3-羥基 -β- 二氫大馬酮、巨豆三烯酮、丙酸、異戊酸、己酸、壬酸、苯乙酸、乙酸乙酯、糠醇、芐醇、苯乙醇、新植二烯、吡啶、苯酚在內的23種揮發性物質的含量均顯著高于其余油分檔次煙葉，占到了總的56種揮發性物質成分的 40% 以上。少油分煙葉的酸類化合物相對含量顯著低于其他油分煙葉（ Plt;0.05 ），多油分煙葉的多數醛類和酮類香氣物質顯著高于其余油分煙葉，其他類型揮發性物質在不同油分檔次煙葉間的規律并不十分明顯。多油分煙葉中烯烴類揮發性成分的占比高于醛類，這可能是多油分煙葉的感官品質較有和稍有油分煙葉更好的原因，少油分煙葉的酮類化合物占比過大可能是其品質較差的原因之一。

2.2基于heatmap的不同油分檔次香氣成分差異

由圖2可知，4類油分檔次煙葉的揮發性成分在含量上存在明顯差異。不同油分檔次煙葉揮發性物質有油分和稍有油分聚為1類后與少油分聚為1類，最后與多油分聚為1類。說明有油分和稍有油分煙葉揮發性物質組成及含量相近，與多油分煙葉揮發性物質組成及含量差異較大。結合表2中文獻報道的揮發性成分的香氣特征可見，糠醛、乙酸乙酯、糠醇、新植二烯、吡啶等揮發性成分在多油分煙葉中的顯著高于其他油分煙葉，為多油分煙葉的主要揮發性成分，主要為煙葉提供了甜香、果香和清香等香氣特征，其中，新植二烯作為葉綠素降解產物，具有降低刺激性和醇和煙氣的作用，在多油分煙葉中的含量較高，這與劉魁等的研究結果[19]一致。有油分的煙葉中的1-羥基丙酮、乙酸、棕櫚酸的含量顯著較高，稍有油分煙葉中的 （E，E）-2，4- 庚二烯醛、2，3-丁二酮和乙酸的含量較高，為稍有油分煙葉的主要揮發性成分，具有乙醇味的甲醇在少油分煙葉中的含量顯著較高，前人的研究結果表明，少油分煙葉的刺激性較大[5.20]，本研究認為過高的甲醇含量可能是造成少油分煙葉煙氣刺激性過大的原因之一。此外，有和稍有油分煙葉較高的乙酸含量可能是其感官品質表現尚好的原因之一。

圖2不同油分檔次煙葉揮發性物質的種類占比

表2揮發性香氣成分的香氣特征

注：“一”表示該化合物的香氣特征未查閱到。

2.3基于OPLS-DA的不同油分煙葉揮發性成分區分與關鍵差異成分篩選

OPLS-DA作為一種有監督識別統計方法，能夠直觀地判斷出樣本間的相似度情況[24]。對4個油分檔次煙葉共56個樣本的揮發性成分含量建立了OPLS-DA模型（圖3），基本實現了不同油分檔次煙葉的有效分離。不同油分檔次煙葉的香氣物質含量組內變化均不大，有油分、稍有油分與其他油分檔次煙葉均距離較遠，多油分煙葉與少油分煙葉得到了明顯區分，這體現了不同油分檔次煙葉揮發性香氣組成的差異性和相似性，與圖4中聚類分析的結果相似。

圖3不同油分檔次煙葉揮發性成分的OPLS-DA得分

進一步對不同油分檔次煙葉的OPLS-DA模型進行VIP分析，由圖5可知， VIP 值可以量化各個揮發性成分對于組別間樣本分類的判別，通常認為VIP 值 gt;1 的變量對于組間分離有重要貢獻，且VIP值越大證明該變量對于組別分離的重要程度越高[25]。通過對全部揮發性香氣成分的分析共篩選出7個化合物作為表征不同油分檔次煙葉揮發性香氣差異性的標志物。包括乙酸（ VIP=5.35 ）、1-羥基丙酮（ VIP=3.59 ）、新植二烯（ VIP=2.00 ）、糠醇（ VIP=1.59 ）、甲醇（ VIP=1.46 ）、2，3-丁二醇（ VIP=1.14 ）和糠醛（ VIP=1.04， ）。結合前文分析，這些標志性差異香氣成分的含量高低對不同油分檔次煙葉的感官品質形成具有重要的貢獻。總體來看，這7個標志性香氣成分在多油分煙葉中表現為高新植二烯、糠醇和糠醛含量，中乙酸含量，低1-羥基丙酮、甲醇和2，3-丁二醇含量;在有油分煙葉中表現為高乙酸和1-羥基丙酮含量、中新植二烯、糠醇和糠醛含量，低甲醇和2，3-丁二醇含量；在稍有油分煙葉中表現為高乙酸和2，3-丁二醇含量，中甲醇含量，低1-羥基丙酮、新植二烯、糠醇和糠醛含量；在少油分煙葉中表現為高甲醇和2，3－丁二醇含量，中1-羥基丙酮含量，低乙酸、新植二烯、糠醇和糠醛含量。7個標志性揮發性香氣成分在不同油分煙葉中的特別組合，再結合其余揮發性成分共同作用造成了不同油分檔次煙葉品質的差異。

圖4不同油分檔次煙葉揮發性成分的Heatmap分析

3結論

本研究通過TD-GC-MS的方法分析和比較了不同油分檔次烤煙揮發性香氣成分的構成差異，并利用OPLS-DA模型從56種揮發性香氣成分中篩選得到乙酸、1-羥基丙酮、新植二烯、糠醇、甲醇、2，3-丁二醇和糠醛7種關鍵揮發性成分，它們在各油分檔次烤煙中含量的不同和獨特的組合方式可能是形成4個油分檔次煙葉品質差異的關鍵因素，但還需要進一步解析煙葉的香氣化合物間如何互相作用并影響整體品質，不同油分檔次烤煙香氣差異形成的機制也還待深人研究，以期為后續高油分煙葉的開發和卷煙產品的香氣提升提供深人的理論指導。

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