司曉喜 向本富 蔣 薇 劉志華 楊 晨 朱瑞芝 張鳳梅 何 沛 蔣麗紅

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231；2.云南省煙草化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650231；3.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

自從2006年Baker提出通過(guò)改變卷煙氣溶膠產(chǎn)生方式以開(kāi)發(fā)潛在危害較小的香煙[1]，加熱卷煙已成為新型煙草制品研究的熱門(mén)產(chǎn)品[2]。加熱卷煙在較低溫度下(一般不超過(guò)400 ℃)加熱芯材，將其中的煙堿、揮發(fā)性香氣成分等釋放到煙氣中[3]，減少了傳統(tǒng)煙草高溫燃燒裂解產(chǎn)生的有害成分的釋放[4-5]。

各煙草公司和研究機(jī)構(gòu)針對(duì)開(kāi)發(fā)的加熱卷煙開(kāi)展了大量質(zhì)量評(píng)價(jià)、煙氣氣溶膠成分測(cè)定、煙氣安全性分析等工作，但主要集中于毒理評(píng)估[3,6-7]及潛在有害成分的系統(tǒng)評(píng)估[8-9]。而有關(guān)加熱卷煙氣溶膠中香氣成分的研究較少，主要集中于對(duì)香氣物質(zhì)進(jìn)行定性鑒定[10-13]。劉鴻等[10]利用中間切割—二維氣質(zhì)法對(duì)加熱卷煙氣溶膠成分進(jìn)行了定性分析，王穎等[11]采用GC/MS法對(duì)3款加熱卷煙產(chǎn)品煙氣中香味成分進(jìn)行了比較分析，張麗等[12]探討了加熱卷煙主要成分的遷移行為，但以上研究均未對(duì)香氣成分進(jìn)行定量分析。加熱卷煙煙氣中內(nèi)源性香氣成分較低，通常添加香精香料以改善煙氣質(zhì)和煙氣量[13]。目前國(guó)際市場(chǎng)上加熱卷煙產(chǎn)品的類型較多，不同品牌、類型、口味的加熱卷煙其氣溶膠特性差異明顯，仍普遍存在煙霧量小、香氣量小等不足。因此，建立快速、高通量的加熱卷煙氣溶膠香氣成分定量測(cè)定方法，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品氣溶膠中香氣成分進(jìn)行深入剖析，對(duì)于加熱卷煙產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有重要意義。

加熱卷煙氣溶膠化學(xué)成分種類多、含量低[9,14]，而GC-MS/MS技術(shù)具有通量高、靈敏度高、線性范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[15-16]。試驗(yàn)擬利用超聲萃取-GC-MS/MS定量測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中的香氣成分，并對(duì)典型加熱卷煙氣溶膠中香氣成分進(jìn)行測(cè)定和比較，旨在為加熱卷煙新產(chǎn)品的研發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

1.1.1 材料和試劑

麥芽酚、2,4-二叔丁基苯酚、2-甲基吡嗪、糠醛、糠醇等：純度98.0%～99.9%，加拿大TRC 公司；

β-大馬酮、α-紫羅蘭酮、降煙堿、香葉醇、R-(+)-檸檬烯等：純度98.0%～99.8%，美國(guó)Sigma-Aldrich公司；

乙酸異丁酯、丁酸乙酯、乳酸薄荷酯、茴香醛等：純度98.0%～99.8%，北京百靈威科技有限公司；

乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、茄尼酮等：純度95.0%～99.5%，上海阿拉丁試劑有限公司；

萘、喹啉、正十七烷標(biāo)準(zhǔn)品(內(nèi)標(biāo)物)：純度>99%，加拿大TRC 公司；

甲醇、二氯甲烷、無(wú)水乙醇、異丙醇、正己烷：色譜純，美國(guó)Merck 公司；

K品牌加熱卷煙：淡薄荷味、原味、香草薄荷味、新鮮薄荷味、檸檬薄荷味、李子薄荷味共6個(gè)口味煙支，編號(hào)為K1～K6，采用周向加熱方式，市售；

F品牌加熱卷煙：薄荷味(含酸奶味爆珠)、煙草/漿果味(含檸檬味爆珠)、薄荷/桃子味(含哈密瓜味爆珠)、薄荷/橙味(含西柚味爆珠)、薄荷/熱帶水果味共5個(gè)口味煙支，編號(hào)為F1～F5，采用內(nèi)心加熱方式，市售；

W品牌加熱卷煙：濃原味、淡薄荷味、濃薄荷味、堅(jiān)果味、藍(lán)莓味、淡原味、青檸味共7個(gè)口味煙支，編號(hào)為W1～W7，采用內(nèi)心加熱方式，市售；

H品牌加熱卷煙：原味、薄荷味、琥珀味、葡萄味、朗姆酒味、抹茶味共6個(gè)口味煙支，編號(hào)為H1～H6，采用內(nèi)心加熱方式，市售；

M品牌加熱卷煙：原味、淡薄荷味、提拉米蘇味、葡萄甜橙味共4個(gè)口味煙支，編號(hào)為M1～M4，采用內(nèi)心加熱方式，市售。

1.1.2 主要儀器

氣相色譜—三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：SCION 456 GC-TQ型，美國(guó)Bruker公司；

多功能進(jìn)樣器：Combi-PAL型，瑞士CTC公司；

直線型吸煙機(jī)：SM450型，英國(guó)Cerulean公司；

電子天平：BT 125D型，感量0.000 1 g，德國(guó)Sartorius公司；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ-700DB型，昆山市超聲儀器有限公司；

有機(jī)相濾膜：0.22 μm，上海訊同機(jī)械有限公司；

劍橋?yàn)V片：44 mm，英國(guó)Whatman 公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 萃取條件優(yōu)化

(1)萃取溶劑：采用超聲萃取方式，萃取溶劑用量15 mL，萃取時(shí)間20 min，考察萃取溶劑(二氯甲烷、甲醇、乙醇、正己烷和異丙醇)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)物個(gè)數(shù)和峰面積響應(yīng)值總和的影響。

(2)萃取方式：采用二氯甲烷萃取溶劑，萃取溶劑用量15 mL，萃取時(shí)間20 min，考察萃取方式(超聲萃取、渦旋萃取和振蕩萃取)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)物個(gè)數(shù)和峰面積響應(yīng)值總和的影響。

(3)萃取溶劑用量：采用二氯甲烷萃取溶劑，超聲萃取方式，萃取時(shí)間20 min，考察萃取溶劑用量(10，20，25，30，35 mL)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)物個(gè)數(shù)和峰面積響應(yīng)值總和的影響。

(4)萃取時(shí)間：采用二氯甲烷萃取溶劑，超聲萃取方式，萃取溶劑用量15 mL，考察萃取時(shí)間(10，20，30，40，50 min)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)物個(gè)數(shù)和峰面積響應(yīng)值總和的影響。

1.2.2 方法評(píng)價(jià) 根據(jù)表1中各香氣成分測(cè)定的濃度范圍，采用二氯甲烷配制7級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液，并加入質(zhì)量濃度均為5 mg/L的喹啉、萘和正十七烷內(nèi)標(biāo)物。對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，以萘、喹啉和正十七烷分別作為5.5～20.4，20.4～27.8，27.8～52.0 min 3個(gè)時(shí)間段的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，以標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各香氣物質(zhì)的定量離子峰面積與內(nèi)標(biāo)物定量離子峰面積的比值為縱坐標(biāo)，各香氣物質(zhì)的質(zhì)量濃度與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度的比值為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；選取各目標(biāo)物最低質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定10次，以測(cè)定結(jié)果的3，10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差分別作為方法檢出限和定量限；選取空白劍橋?yàn)V片，按表1的質(zhì)量濃度范圍進(jìn)行低、中、高3個(gè)水平加標(biāo)，待充分靜置吸收后，按1.2.3的方法處理后進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)濃度平行測(cè)定6 次，計(jì)算方法的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

1.2.3 樣品檢測(cè)方法 采用直線型吸煙機(jī)按加拿大深度抽吸模式(HCI)抽吸加熱卷煙，抽吸容量55 mL，抽吸持續(xù)時(shí)間2 s，抽吸間隔30 s，抽吸口數(shù)均固定為8口，共抽吸3支煙，采用44 mm劍橋?yàn)V片捕集加熱卷煙氣溶膠。將捕集有氣溶膠的劍橋?yàn)V片置于50 mL離心管中，加入15 mL含內(nèi)標(biāo)的二氯甲烷萃取溶液，室溫下超聲萃取30 min，過(guò)0.22 μm的有機(jī)濾膜，進(jìn)行GC-MS/MS分析。對(duì)于超過(guò)標(biāo)線質(zhì)量濃度范圍的樣品，用含內(nèi)標(biāo)的樣品萃取液稀釋后再進(jìn)行檢測(cè)。

分析條件：色譜柱為DB-5MS彈性石英毛細(xì)管色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度280 ℃；載氣為氦氣(≥99.999%)，恒流模式，流速1 mL/min；進(jìn)樣量1 μL；多級(jí)分流模式：0～1 min分流比為10∶1，1～5 min分流比為100∶1，5 min后分流比為20∶1。升溫程序：初始溫度50 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升溫至250 ℃，保持10 min。電子轟擊源(EI)；電離能70 eV；離子源溫度250 ℃；傳輸線溫度280 ℃；CID碰撞氣為氬氣(≥99.999%)；溶劑延遲5.5 min；MRM多監(jiān)測(cè)掃描模式。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 樣品中各香氣成分的濃度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出，每支加熱卷煙氣溶膠樣品中各香氣成分的含量按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

X——各香氣成分含量，μg/支；

C——由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得出的試樣中各香氣成分的濃度，μg/mL；

V——萃取液體積，mL；

n——抽吸加熱卷煙支數(shù)，支。

試驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)均采用平均值表示，所有指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次；采用Excel 2010軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和制表、采用Origin 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析條件優(yōu)化

由圖1可知，以二氯甲烷為萃取溶劑時(shí)，總出峰數(shù)最多、峰響應(yīng)值最高；采用超聲萃取目標(biāo)物的萃取量顯著優(yōu)于渦旋萃取和振蕩萃取；當(dāng)萃取溶劑用量為15 mL時(shí)，目標(biāo)物出峰個(gè)數(shù)和峰響應(yīng)值均達(dá)到最大值，萃取溶劑用量>15 mL時(shí)，目標(biāo)物稀釋倍數(shù)增加，影響了低含量物質(zhì)的檢測(cè)；萃取時(shí)間>20 min時(shí)目標(biāo)物出峰個(gè)數(shù)和峰面積響應(yīng)值已達(dá)到較大值，>30 min后超聲波水浴溫度上升明顯，可能影響揮發(fā)性較強(qiáng)物質(zhì)的檢測(cè)。綜上，最終最佳萃取條件為：以二氯甲烷為萃取溶劑，采用超聲萃取方式，萃取溶劑用量為15 mL，萃取時(shí)間為30 min。

圖1 萃取條件對(duì)檢出目標(biāo)物個(gè)數(shù)和峰響應(yīng)值總和的影響

2.2 方法評(píng)價(jià)

由表1可知，112種香氣物質(zhì)均具有良好的線性關(guān)系(R2>0.99)，回收率為75.2%～128.0%，RSD(n=5)<8.9%，方法的定量限為0.005～0.160 mg/L，表明試驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定可靠，能滿足加熱卷煙氣溶膠中香氣物質(zhì)的檢測(cè)需求。

表1 方法評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 加熱卷煙氣溶膠中香味成分檢出總量比較

由圖2可知，不同品牌間、同品牌不同口味間香味成分均有明顯差異。熱化學(xué)分析結(jié)果表明加熱卷煙氣溶膠中的化學(xué)成分主要來(lái)自芯材及添加劑中化學(xué)成分的熱解和揮發(fā)，煙堿和香味成分在揮發(fā)性成分析出階段大量形成[17]，因此芯材和添加劑類型、加熱溫度均是影響不同加熱卷煙氣溶膠中香味成分差異的因素。

醇類成分中未包含L-薄荷醇

2.4 加熱卷煙氣溶膠中香味成分分類比較

2.4.1 酯類成分 由表2可知，所有樣品氣溶膠中均有檢出的低級(jí)脂肪酸為乙酸己酯和乙酸異丁酯，高級(jí)脂肪酸為棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯，內(nèi)酯為α-當(dāng)歸內(nèi)酯和γ-癸內(nèi)酯等。由于大部分酯類成分具有芳香性氣味，不同品牌、口味樣品氣溶膠中具有顯著差異的酯類可能來(lái)源于添加的香精，以提供其果香、酒香和花香等。如F品牌主要為果味型，其氣溶膠中檢出了含量較高的酯類成分，F(xiàn)1～F3中檢出11.00～26.85 μg/支的乙酸己酯，F(xiàn)1、F2、F4和F5中檢出2.86～10.92 μg/支的正己酸乙酯，F(xiàn)2、F3和F5中檢出2.56～4.09 μg/支的癸酸乙酯，以及F1～F3中檢出1.35～2.50 μg/支的乙酸異戊酯，均可帶來(lái)水果香氣；F3中檢出8.23 μg/支的γ-癸內(nèi)酯，是桃子香氣的來(lái)源；F1中檢出21.59 μg/支的L-乙酸薄荷酯，能提供柔和的薄荷和玫瑰香氣；F5中檢出4.26 的μg/支苯甲酸甲酯，具有冬青油和尤南迦油香氣；F5中檢出12.81 μg/支的乳酸乙酯，具有酒香氣味；F2中檢出6.22 μg/支的肉桂酸甲酯，具有可可香。其他品牌加熱卷煙氣溶膠中，M2中檢出3.56 μg/支的十二酸乙酯，H4、H6、W5和W7中檢出乙酸香茅基酯。

表2 加熱卷煙氣溶膠中酯類物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果?

2.4.2 酮類成分 羰基是致香基團(tuán)，具有不飽和結(jié)構(gòu)的羰基化合物都具有優(yōu)美的香氣，是煙氣中的主要致香成分。由表3可知，所有樣品氣溶膠中檢出的酮類主要為茄尼酮、3-羥基-2-丁酮，以及呋喃酮和環(huán)戊烯酮。呋喃酮和環(huán)戊烯酮是半纖維素的熱裂解產(chǎn)物，其含量高低受原料類型和溫度等影響[12]，但F2、F3和F5中的4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮含量顯著高于其他樣品，F(xiàn)、K和M品牌中的甲基環(huán)戊烯醇酮含量高于其他品牌，可能是為增香而添加的。不同樣品中具有顯著差異的酮類成分還有F3、K3和K6中檢出14.93～22.78 μg/支的左旋香芹酮，是留蘭香味的來(lái)源；F中檢出2.14 μg/支的苯乙酮，具有愉快的芳香氣味；F2和H4中檢出的β-紫羅蘭酮含量高于其他樣品，為1.01～1.13 μg/支，可提供木香和紫羅蘭香氣；在F、H品牌和W4中檢出β-大馬酮，可提供強(qiáng)烈的玫瑰花香。

表3 加熱卷煙氣溶膠中酮類物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果?

2.4.3 醛類成分 糠醛類是糖類的低溫裂解產(chǎn)物[18]，苯甲醛和苯乙醛是苯丙氨酸的代謝產(chǎn)物[19]。由表4可知，所有樣品中均檢出高含量的5-羥甲基糠醛、糠醛、5-甲基糠醛和苯乙醛。不同品牌、口味樣品氣溶膠中具有顯著差異的醛類成分主要有：F2、F4、K4、M3中檢出1.06～13.02 μg/支 的香蘭素，F(xiàn)3、F4、K1、K3和K6檢出1.72～4.36 μg/支的乙基香蘭素，是增加香莢蘭豆和奶香香氣的主要成分；F3中檢出6.02 μg/支的苯甲醛；F品牌中檢出低含量的對(duì)茴香醛。

表4 加熱卷煙氣溶膠中醛類物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果?

2.4.4 酚、醇類和烯烴成分 由表5可知，所有樣品氣溶膠中均有檢出的酚類主要為2,4-二叔丁基苯酚、麥芽酚和愈創(chuàng)木酚，醇類為L(zhǎng)-薄荷醇、糠醇、芳樟醇、苯甲醇，烯類為β-石竹烯和R-(+)-檸檬烯。不同品牌、口味樣品氣溶膠中具有差異性分類成分包括：M品牌中麥芽酚含量高于其他品牌，F(xiàn)3～F5中檢出8.86～28.58 μg/支的乙基麥芽酚，可提供焦糖香味；F3中檢出5.25 μg/支的4-乙基愈創(chuàng)木酚，具有木香。不同樣品中主要差異性醇類成分為F、K和M品牌中糠醇含量高于其他品牌；F2、F5和K5中檢出11.81～21.64 μg/支的芳樟醇，具有鈴蘭香氣；F4中檢出47.00 μg/支的苯甲醇，F(xiàn)3、F4中檢出1.74～1.96 μg/支的苯乙醇，具有花樣香氣；F3、K3和K7中檢出5.24～10.00 μg/支的香葉醇，是玫瑰香氣的來(lái)源；部分樣品中的α-松油醇含量也較高，可提供松針香氣；薄荷口味樣品中L-薄荷醇含量高于458.40 μg/支。此外F4和F5中檢出44.27～64.75 μg/支的R-(+)-檸檬烯，可提供愉快新鮮橙子香氣。

表5 加熱卷煙氣溶膠中酚類、醇類和烯類物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果?

2.4.5 含氮成分 煙堿是加熱卷煙氣溶膠中主要的揮發(fā)堿。由表6可知，所有樣品中均檢測(cè)到高含量煙堿，是抽吸滿足感的主要來(lái)源。吡啶、吡咯、吡嗪類衍生物來(lái)源于非酶棕化產(chǎn)物，所有樣品中均檢出2-甲基吡嗪、2-乙?；量┖?,3,5-三甲基吡嗪，是烤香、甜香等的重要來(lái)源，其中M3中的2,3,5-三甲基吡嗪，以及F1、F3中的3-乙基吡啶含量明顯高于其他樣品。紫蘇葶是一種甜味劑，在部分樣品中有檢出；WS-23和WS-3為涼味劑，M2中檢出51.69 μg/支的WS-23，K1中檢出123.19 μg/支的WS-3。

表6 加熱卷煙氣溶膠中含氮物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果?

2.5 不同品牌同口味加熱卷煙氣溶膠中香味成分比較

選取不同品牌原味加熱卷煙產(chǎn)品(H1、K2、W1、W6和M1)，比較并識(shí)別了不同品牌同口味樣品氣溶膠中主要差異的香氣成分，其中均檢出但含量差異較大(5個(gè)樣品中含量的變異系數(shù)>50%)的香氣成分見(jiàn)表7，這些成分可能是提供不同類型煙草原味的關(guān)鍵成分；部分或個(gè)別樣品中檢出的香氣成分為乙基香蘭素、乙基麥芽酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、α-松油醇、香葉醇、β-大馬酮、左旋香芹酮、β-紫羅蘭酮、二氫香豆素、2,6-二甲基吡啶、WS-3及多種酯類成分，這些成分可能是用于豐富煙草原味的特異性香氣成分。

表7 原味加熱卷煙氣溶膠中主要差異的香氣成分?

3 結(jié)論

采用超聲萃取結(jié)合GC-MS/MS定量檢測(cè)，建立了同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中112種香氣成分的方法，并成功用于28種加熱卷煙氣溶膠中香氣成分的檢測(cè)。同時(shí)識(shí)別了加熱卷煙氣溶膠中不同香氣風(fēng)格的物質(zhì)基礎(chǔ)，如高含量的關(guān)鍵香氣成分有5-羥甲基糠醛、茄尼酮、麥芽酚、糠醇、β-石竹烯、乙酸己酯、乙酸異丁酯、α-當(dāng)歸內(nèi)酯和2-甲基吡嗪等，差異性香味成分主要有L-薄荷醇、乙基麥芽酚、芳樟醇、香蘭素、甲基環(huán)戊烯醇酮、3-羥基-2-丁酮、乙酸己酯、紫蘇葶、WS-23等。后續(xù)可針對(duì)文中識(shí)別的加熱卷煙的關(guān)鍵香氣成分在加熱條件下的釋放遷移及利用效率進(jìn)行研究。