胡安福，范武，夏倩，張啟東，史清照，周國俊，徐建，蔡興華，宗永立，蔣健*，柴國璧*

1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，杭州市西湖區(qū)科海路118號310024

2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號450001

焦甜香和奶香是食品中常見的兩類香韻，其成分廣泛分布于面包［1］、咖啡［2-3］和茶葉［3］等熱處理加工的產(chǎn)品中。就結(jié)構(gòu)特征而言，焦甜香成分同奶香成分具有一定相似性，典型焦甜香成分如甲基環(huán)戊烯醇酮、麥芽酚、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮，典型奶香成分如丁二酮、2,3-己二酮等均具有鄰二酮結(jié)構(gòu)或其變體。從產(chǎn)生途徑看，這些焦甜香成分和奶香成分通常來自糖類在美拉德反應(yīng)中經(jīng)Amadori產(chǎn)物降解生成的α-二酮中間體［4-7］，因此，兩種香韻成分常常相伴出現(xiàn)；另一方面，奶香和豆香香韻也常常相伴出現(xiàn)，合成香料如γ-壬內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯等兼具奶香和豆香香韻特征，天然香料如香莢蘭提取物同時呈現(xiàn)奶香、豆香韻調(diào)。對卷煙而言，3種香韻均是煙氣特征的重要組成［8］，但目前除焦甜香通過感官導(dǎo)向分離的方式獲取了4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、甲基環(huán)戊烯醇酮等部分關(guān)鍵成分外［9］，卷煙中構(gòu)成奶香和豆香兩種特征的物質(zhì)基礎(chǔ)目前尚不清楚。鑒于此，本研究中系統(tǒng)篩選出既存在于卷煙煙氣中同時又能夠作為煙用香料使用的焦甜、奶香和豆香特征成分組群，測定其在不同卷煙主流煙氣粒相物中的分布，結(jié)合香氣活性值技術(shù)確定對煙氣有重要貢獻(xiàn)的成分，旨在為傳統(tǒng)卷煙、加熱不燃燒卷煙和電子煙香韻的精準(zhǔn)調(diào)配提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

實驗用卷煙樣品為9個市售主流品牌成品卷煙，其中一類卷煙4個，二類卷煙3個，三類卷煙2個，卷煙類型和盒標(biāo)焦油量見表1。

2,3-戊二酮（97%）、2,3-己二酮（94%）、2,3-庚二酮（＞97%）、羥基丙酮（95%）、γ-戊內(nèi)酯（98%）、2-氧代丁酸（96%）、2-甲基四氫呋喃-3-酮（98%）（美國Alfa Aesar公司）；乳酸丁酯（＞98%）、γ-丁內(nèi)酯（＞99%）、γ-庚內(nèi)酯（＞98%）、2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮（＞98%）、乙基環(huán)戊烯醇酮（＞97%）、δ-己內(nèi)酯（＞99%）、二氫香豆素（＞98%）、巴豆酸（97%）（日本TCI公司）；γ-己內(nèi)酯（98%）、丁二酮（98%）、3,4-二甲基-1,2-環(huán)戊二酮（98%）、反式-3-己烯酸（97%）（北京百靈威科技有限公司）；3,5-二甲基-1,2-環(huán)戊二酮（＞97%）、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮（＞99%）、5-甲基糠醛（99%）、四氫糠醇（97%）、5-甲基-2-呋喃甲醇（98%）（美國Sigma-Aldrich公司）；乙基麥芽酚（99%）、甲基環(huán)戊烯醇酮（＞98%）、3-羥基-2-丁酮（97%）（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；乙基香蘭素（97%）、香蘭素（99%）、3,4-己二酮（96%）、麥芽酚（98%）、糠醇（98%）、γ-壬內(nèi)酯（98%）、6-甲基香豆素（98%）、1-羥基-2-丁酮（98%）、3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮（98%）、丙酸蘇合香酯（98%）（美國Acros Organics公司）；3-戊烯-2-酮（95%）、糠醛（99%）、藜蘆醛（96%）（北京伊諾凱科技有限公司）；N,O-雙（三甲基硅基）三氟乙酰胺（＞99%，美國Regis Technologies公司）；丙酮、二氯甲烷（色譜純，德國Merck公司）。

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

SM450型20孔道 吸煙 機（英國Cerulean公司）；44 mm劍橋濾片（英國Whatman公司）；7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent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）；0.22μm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(yī)療器械集團股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙主流煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分的篩選與評價

以Rodgman和Perfetti［10］的《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》一書中列出的6 010種煙氣成分為數(shù)據(jù)來源，按照對煙氣香氣直接貢獻(xiàn)的可能性、成分自身的安全性、卷煙加香使用規(guī)范性3個原則進(jìn)行篩選，并選擇市場上主流化學(xué)試劑和香精香料供應(yīng)商（包括Sigma Aldrich、Acros、TCI、Alfa Aesar、伊諾凱、百靈威、阿拉丁、奇華頓、芬美意、華寶、花臣等）能夠提供標(biāo)準(zhǔn)品的化學(xué)成分，得到候選成分。

（1）對煙氣香氣直接貢獻(xiàn)的可能性原則

剔除分子量高于350的成分、非萜類脂肪烴、多羥基或多羧基類化合物、甾族化合物、酸酐類化合物、酰胺類化合物、氨基酸類化合物、生物堿類化合物、無機化合物和超過12個碳原子的飽和直鏈脂肪酸、醇、酯。

（2）成分自身的安全性原則

剔除稠環(huán)芳烴及其衍生物、無稠環(huán)芳烴、芳香胺類化合物、脂肪胺類化合物、亞硝胺類化合物、重氮和偶氮化合物、農(nóng)藥成分、硝基化合物、醌類化合物、鹵代烴及其衍生物、鄰苯二甲酸類化合物、8種低分子量醛酮（甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、丁酮）、甲酚、香豆素、丙烯酸甲酯、4類雜環(huán)化合物（呋喃、咪唑、喹啉、聯(lián)吡啶）及其烴基衍生物。

（3）卷煙加香使用規(guī)范性原則

篩選出GB 2760—2014［11］和美國食品香料和萃取物制造商協(xié)會（FEMA，The Flavor and Extract Manufacturers Association of the United States）許可使用的添加劑成分。

挑選12名長期從事卷煙調(diào)香工作、具有豐富感官分析經(jīng)驗的人員組成固定的感官評價小組。小組成員根據(jù)文獻(xiàn)［12-13］收集香氣特征的描述性術(shù)語，參考描述性術(shù)語結(jié)合自身經(jīng)驗和聯(lián)想，使用聞香紙對候選成分的嗅香特征進(jìn)行感官描述，最終從中確定卷煙煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分組群。

1.2.2 卷煙主流煙氣粒相物焦甜、奶香和豆香成分定量分析

按ISO 3308:2012［14］和GB/T 19609—2004［15］規(guī)定的方法抽吸煙支并收集制備主流煙氣粒相物；取2片各收集有5支卷煙煙氣粒相物的劍橋濾片置于50 mL具塞錐形瓶中，加入20 mL丙酮及內(nèi)標(biāo)，室溫振蕩30 min，上清液用濾膜過濾。取2 mL濾液，進(jìn)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(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25μm）；載氣：He；柱流量：1 mL/min；進(jìn)樣口 溫 度：250℃；程 序 升 溫：50℃（0 min）250℃（10 min）；不分流模式；GC/MS傳輸線溫度：250℃；電離方式：EI；離子源溫度：230℃，四極桿溫度：150℃；電子能量：70 eV；掃描模式：選擇離子掃描，根據(jù)保留時間劃分時間段。待測化合物（不包括2-氧代丁酸和巴豆酸）保留時間、定性及定量離子的參數(shù)選擇見表2。

表2 36種待測化合物及內(nèi)標(biāo)的保留時間和選擇離子Tab.2 Retention times,quantitative ions and qualitative ions of 36 analytes and the internal standard

表2（續(xù)）

2-氧代丁酸和巴豆酸為有機酸，參照文獻(xiàn)［16-17］的報道：取2片各收集有5支卷煙煙氣粒相物的劍橋濾片置于50 mL具塞錐形瓶中，加入25 mL二氯甲烷以及反式-3-己烯酸（內(nèi)標(biāo)），室溫下超聲萃取20 min，上清液用濾膜過濾。取濾液約1.5 mL于2 mL色譜瓶中，加入70μLN,O-雙（三甲基硅基）三氟乙酰胺（BSTFA），在60℃水浴中反應(yīng)（衍生化）50 min，冷卻至室溫后進(jìn)行GC/MS分析，每個樣品測定2次，取平均值。分析采用DB-5MS毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25μm），程序升溫采用℃（3 min），分流比采用5∶1，待測化合物保留時間、定性及定量離子的參數(shù)選擇見表3，其余參數(shù)同前述分析條件。

1.2.3 香韻成分閾值測定及OAV計算

感官評價小組依據(jù)GB/T 22366—2008［18］中針對最優(yōu)估計閾值（Best estimate threshold,BET）法測定風(fēng)味物質(zhì)閾值的描述，采用三點選配法（Three-alternative forced-choice method,3-AFC法）測定香韻成分在乙醇中的嗅覺閾值。以成分在單支卷煙煙氣中的釋放量與實測總粒相物的比值作為該成分在粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以成分在粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與嗅覺閾值之比作為該成分的OAV［17,19］。

表3 2-氧代丁酸、巴豆酸和內(nèi)標(biāo)的保留時間及選擇離子Tab.3 Retention times,quantitative ions and qualitative ions of 2-ketobutyric acid,crotonic acid and the internal standard

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分組群的確定

本研究中組織感官評價團隊，在充分參考《食用 香料 手冊》［12］和《Fenaroli’s handbook of flavor ingredients》［13］中關(guān)于香氣特征描述的基礎(chǔ)上，對351種候選成分逐一進(jìn)行嗅香評價，最終確定了包括18種焦甜香化合物、15種奶香化合物和5種豆香化合物的卷煙煙氣特征成分組群（表4）。焦甜香特征成分組群主要包含環(huán)戊二酮類、呋喃類、呋喃酮類和吡喃酮類化合物，部分成分在表現(xiàn)出焦甜香的同時還兼具烘烤香、堅果香等特征；奶香特征成分組群主要包含鄰二酮類、香蘭素類和內(nèi)酯類化合物，香氣特征主要表現(xiàn)為奶香和甜香；豆香特征成分組群主要包含香豆素類和內(nèi)酯類化合物。值得注意的是2-氧代丁酸和巴豆酸雖然屬于典型的有機酸，但香氣評價結(jié)果顯示其分別具有焦甜香韻和奶香香韻，并不表現(xiàn)出酸香特征。

表4卷煙煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分組群Tab.4 Components with burnt-sweet,creamy and bean aroma characteristics in cigarette smoke

2.2 主流煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分組群的分布

表5和表6分別為9種市售品牌成品卷煙主流煙氣焦甜、奶香和豆香特征成分組群的單支卷煙釋放量和在粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。可知，各成分單支釋放量的分布呈現(xiàn)一定的相似性：3種類型卷煙主流煙氣中，單支釋放量最高的成分均為羥基丙酮、丁二酮、甲基環(huán)戊烯醇酮和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮等；單支釋放量最低的成分均為四氫糠醇、2,3-庚二酮和γ-庚內(nèi)酯等。對比不同類型卷煙主流煙氣中各成分的單支釋放量可以看出，常規(guī)焦油烤煙型卷煙普遍高于低焦油烤煙型和常規(guī)焦油混合型，常規(guī)焦油混合型卷煙略高于8 mg低焦油烤煙型卷煙，焦油降低使各香韻成分單支釋放量明顯下降。

表5 9種卷煙樣品主流煙氣中焦甜、奶香和豆香香韻特征成分的單支釋放量Tab.5 Releases of components with burnt-sweet,creamy and bean aroma note characteristics in mainstream smoke of 9 cigarette samples（μg·支-1）

表6焦甜、奶香和豆香特征成分組群在9種卷煙主流煙氣粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.6 Contents of components with burnt-sweet,creamy and bean aroma characteristics in TPM of mainstream smoke of 9 cigarette samples （μg·g-1）

對比常規(guī)焦油和低焦油烤煙型卷煙主流煙氣粒相物中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以看出，低焦油卷煙主流煙氣粒相物中，各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)并未隨其單支釋放量及焦油量的下降而明顯降低，部分成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)還略高于一些常規(guī)焦油烤煙型卷煙；混合型卷煙各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于烤煙型卷煙。

2.3 焦甜、奶香和豆香特征成分組群對卷煙煙氣的貢獻(xiàn)度

食品風(fēng)味分析中常用香氣或味覺活性值（Odor/Taste activity value，OAV/TAV）判定化合物對食品香味的貢獻(xiàn)大?。?0-21］。OAV（TAV）是指風(fēng)味體系內(nèi)香氣（味覺）物質(zhì)的濃度與其嗅覺（味覺）閾值的比值。因此可以粗略地認(rèn)為，OAV（TAV）＞1的成分對體系有香味貢獻(xiàn)，其值越高，貢獻(xiàn)度越大；而OAV（TAV）＜1的成分對體系香味貢獻(xiàn)則可以忽略［22］。就卷煙煙氣而言，利用OAV可評估不同香氣物質(zhì)對卷煙香氣特征的貢獻(xiàn)程度，篩選出對卷煙香氣特征起關(guān)鍵作用的物質(zhì)［17,19,23］?；诖?，測定了38種成分的嗅覺閾值，結(jié)合各成分在9種卷煙主流煙氣粒相物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算了相應(yīng)的OAV（表7），根據(jù)OAV的高低判定18種焦甜香成分、15種奶香成分和5種豆香成分對卷煙煙氣的貢獻(xiàn)度大小。

38種卷煙焦甜香、奶香和豆香成分中，OAV最高的依次為4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮、3,4-二甲基-1,2-環(huán)戊二酮和丁二酮，均超過1 000。對卷煙焦甜香而言，18種成分中OAV較高的均為4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮、3,4-二甲基-1,2-環(huán)戊二酮、甲基環(huán)戊烯醇酮和乙基環(huán)戊烯醇酮，其OAV加和占所有成分OAV加和的90%以上，是構(gòu)成煙氣焦甜香韻的關(guān)鍵成分；15種奶香成分中，OAV較高的依次為丁二酮、乙基香蘭素和香蘭素，其OAV均遠(yuǎn)高于其他成分，是構(gòu)成煙氣奶香香韻的關(guān)鍵成分；5種豆香成分中，6-甲基香豆素和二氫香豆素的OAV較高，是構(gòu)成煙氣豆香香韻的關(guān)鍵成分。從OAV概念和計算公式來看，僅以物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低并不能評估其香氣貢獻(xiàn)度，還必須考慮相應(yīng)的嗅覺閾值：雖然羥基丙酮的單支釋放量和質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，但其嗅覺閾值也較高，其OAV并不高，對奶香的貢獻(xiàn)不突出；相反，乙基香蘭素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低且其嗅覺閾值也較低，其OAV較高，對奶香的貢獻(xiàn)較為明顯。另一方面，3種香韻中焦甜香成分的OAV加和最高，奶香比焦甜香低了一個數(shù)量級，而豆香比奶香又低一個數(shù)量級，說明3種香韻中，焦甜香對卷煙煙氣的貢獻(xiàn)權(quán)重最大，奶香次之，豆香最小。

表7焦甜、奶香、豆香特征成分組群的嗅覺閾值及其在9種卷煙主流煙中的香氣活性值Tab.7 Olfactory thresholds of components with burnt-sweet,creamy and bean aroma characteristics and their OAVs in mainstream smoke of 9 cigarette samples

表7（續(xù)）

3 結(jié)論

①依據(jù)2013年Rodgman和Perfetti統(tǒng)計的煙草煙氣化學(xué)成分名單，經(jīng)系統(tǒng)篩查及嗅香特征評價獲得了卷煙煙氣中焦甜、奶香和豆香特征成分組群，其中包含18種焦甜香化合物、15種奶香化合物和5種豆香化合物。②采用GC/MS對38種成分在卷煙中的分布特征進(jìn)行了考察，不同類型卷煙釋放量較大的成分均為羥基丙酮、丁二酮、甲基環(huán)戊烯醇酮和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮等，混合型卷煙主流煙氣中38種成分的總釋放量顯著低于烤煙型卷煙。③通過OAV明確了各成分組群對卷煙煙氣的感官貢獻(xiàn)，3種香韻中，焦甜香對卷煙煙氣的貢獻(xiàn)權(quán)重最大，其關(guān)鍵成分為4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、3,4-二甲基-1,2-環(huán)戊二酮、甲基環(huán)戊烯醇酮和乙基環(huán)戊烯醇酮；奶香次之，其關(guān)鍵成分為丁二酮、乙基香蘭素和香蘭素；豆香最小，其關(guān)鍵成分為6-甲基香豆素和二氫香豆素。