低焦油卷煙的煙氣成分及吸食品質的關系研究

趙賽月，張峻松，董振山，何 山，張 博

（鄭州輕工業大學，河南鄭州 450002）

隨著卷煙行業改革和轉型的需要，低焦油卷煙產品的研發與生產銷售成為我國煙草行業發展的趨勢。對于我國烤煙型卷煙占95%以上的煙草行業來說，烤煙型卷煙較高的糖堿比，使得煙氣的酸性較大，游離鹽堿的比例較低，煙氣生理感受較低，煙氣柔和，勁頭和滿足感比相同焦油的混合型卷煙小，所以中式烤煙型卷煙的降焦難度更大。當前眾多的卷煙企業采用減害降焦技術和新型材料，已經明顯降低了卷煙焦油和有害成分的含量，但同時也在不同程度上降低了卷煙的抽吸品質。因此，進行烤煙型低焦油卷煙香味補償的研究很是迫切，且通過香精香料進行香味補償占有重要地位[1]。香精香料技術也已成為煙草行業必須掌握的核心技術之一[2]。

1 材料與方法

1.1 材料

以市場上銷售具有代表性的10種低焦油卷煙為對照卷煙，分別編號為1～10。

10種代表性低焦油卷煙見表1。

表1 10種代表性低焦油卷煙

1.2 方法

1.2.1 設備儀器

電子天平、氣相色譜-質譜聯用儀、HP-5MS彈性石英毛細管柱、20孔道轉盤型吸煙機等。

1.2.2 樣品處理

（1） 低焦油卷煙煙氣成分檢測。表1中10種低焦油卷煙樣品各20支，按照GB/T 16447—2004平衡后，采用標準抽吸條件GB/T 19609—2004的要求用劍橋濾片對卷煙主流煙氣粒相物進行收集[3]。抽吸完成后，將劍橋濾片置于100 mL錐形瓶中，加入50 mL丙酮，超聲萃取30 min。之后取20 mL萃取液于50 mL濃縮瓶，在溫度50℃，轉速350 r/min條件下濃縮至0.5 mL，加入50μL內標定容至1 mL，用針頭過濾器過濾后再進行GC/MS分析。

（2）低焦油卷煙感官品質評吸。采用GB 5606.4—2005中的方法進行卷煙感官評吸，檢測項目包括光澤、香氣、諧調、雜氣、刺激性和余味，各檢驗項目均以0.5分為計分單位，采用暗評計分方法，各單項得分和總分為10位評委打分的平均值[4]。

（3）低焦油卷煙煙氣成分與感官品質相關性分析。典型相關分析采用SPSS 16.0軟件進行分析。

1.2.3 儀器條件

儀器分析檢測條件：進樣口溫度260℃，載氣He，流速1 mL/min，GC/MS接口溫度280℃，離子源EI源，電子能量70 eV，掃描范圍35～455 AMU，離子源溫度230℃，升溫梯度50℃（2 min） -3℃/min-160 ℃ （1 min） -4℃/min-280℃ （20 min），圖譜庫NIST98，WILEY275標準譜庫[5]。

2 結果與分析

2.1 代表性低焦油卷煙產品煙氣成分分析

2.1.1 主流煙氣總粒相物揮發性成分含量分析

對10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發成分總離子流圖進行庫檢索分析，發現這10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發性成分絕大部分都含有132種物質，主要有乙酸、苯、豆甾醇、煙堿+三甘酯、甲基-4-吡喃-4-酮、巨豆三烯酮D、羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮、棕櫚酸、5-（羥甲基）-2-呋喃甲醛、莨菪葶、新植二烯、維E、5-（羥甲基）-2-呋喃甲醛、麥斯明、硬脂酸、1,6-脫水-β-D-吡喃型葡萄糖等。

10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發成分總離子流圖見圖1。

2.1.2 主流煙氣總粒相物揮發性成分含量差異分析

根據卷煙煙氣成分分析，各品牌卷煙的主要揮發性成分為3-戊烯-2-酮、2-環戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-異丙基環戊烯、芳樟醇、2-羥基-3-甲基-2-環戊烯-1-酮、2,3-二氫-1H-茚酮、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等，其中芳樟醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素均為卷煙常用外加香。芳樟醇感官特征具有花香、木香、蠟香、醛香、清香、柑橘香、漿果香、玫瑰香；β-大馬酮感官特征為具有甜的果香、木香、藥草香、薄荷香；β-二氫大馬酮感官特征為具有果香、木香，并有漿果、薄荷、藥草香韻；香蘭素感官特征為具有甜香、香夾蘭、奶油香，并有十分甜的味道。

圖1 10種低焦油卷煙主流煙氣的總粒相物揮發成分總離子流圖

10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發性成分中重要致香物質含量平均值見表3。

通過對10種代表性低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發性成分中3-戊烯-2-酮、2-環戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-異丙基環戊烯、芳樟醇、2-羥基-3-甲基-2-環戊烯-1-酮、2,3-二氫-1H-茚酮、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質進行比較分析，結果表明，10種代表性低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發性成分中的β-二氫大馬酮和二氫獼猴桃內酯含量存在極顯著差異，而苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、香蘭素、α-鳶尾酮和金合歡醇存在顯著差異。而10號卷煙主流煙氣中未檢測出苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要香氣物質。

2.2 代表性低焦油卷煙產品感官品質分析

2.2.1 感官品質評價結果

結合上述10種卷煙的煙氣揮發性成分檢測結果，分別對10種卷煙進行感官品質評價，分別對10位評委評吸結果計算平均值。

10種低焦油卷煙感官評吸結果（n=10） 見表4，10種卷煙抽吸品質評價結果見表5。

2.2.2 感官品質差異分析

由表4、表5可知，1～9號卷煙基本上在香氣量、香氣濃度和煙氣柔潤性方面有較好的表現，而10號卷煙在香氣量、香氣濃度、透發性和口腔余味方面還需進一步完善。

2.3 低焦油卷煙產品煙氣成分和感官品質相關性分析

表3 10種低焦油卷煙主流煙氣總粒相物揮發性成分中重要致香物質含量平均值

表4 10種低焦油卷煙感官評吸結果（n=10）/分

表5 10種卷煙抽吸品質評價結果

為探索進一步完善自產卷煙在香氣、余味、雜氣、協調和刺激方面的方法，擬開展這5項感官品質與卷煙煙氣重要致香成分的相關性分析，以期能從化學成分的添加影響和改進自產卷煙產品的感官品質。

2.3.1 典型相關分析

結合感官品質分析（表4，表5），根據10種低焦油卷煙樣品揮發性成分，按照糖類、酸酯類、醛酮類、萜烯類、雜環類、生物堿類、烷醇類和其他類進行分類合并和數據分析處理。結果表明：①增香功能。萜烯類化合物的增加，香氣強度也明顯增大，萜烯類化合物對香氣有明顯影響。而糖和酸酯類增加，強度隨之減弱，這類化合物對增香有一定的抑制作用。②降刺功能。酸酯類、萜烯類含量較大，而醛酮類較小。③保潤功能。醛酮類和烷醇類含量較大，這類化合物含量大的香原料對保潤有較好的效果。④除雜功能。糖類、酸酯類、酮醛類和萜烯類含量較大，能夠掩蓋煙氣中的雜氣。

通過10種低焦油卷煙產品中香葉醇（X1）、香茅醇 （X2）、β -大馬酮 （X3）、β -二氫大馬酮 （X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內酯（X6）、α-鳶尾酮（X7）和金合歡醇（X8）等重要致香物質指標與感官品質香氣 （Y1）、雜氣 （Y2）、諧調 （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5個特征指標之間的典型相關分析，探討重要致香物質和感官品質之間的關系。

10種低焦油卷煙產品中各類致香成分與感官品質的典型相關系數及特征值見表6。

由表6可知，第1，2對典型相關變量的相關系數分別為0.772 366和0.702 181，且相關性檢驗達極顯著水平，從第3對典型相關變量開始，其相關性檢驗均不顯著，故選取第1，2對典型變量進行分析，其方差貢獻率分別為0.516和0.339 4，累積方差貢獻率為0.855 4。

進一步由典型相關得分系數，可得下述典型相關模型：

表6 10種低焦油卷煙產品中各類致香成分與感官品質的典型相關系數及特征值

由模型可知，u1和v1表征重要致香物質指標與感官品質指標之間的關系，其中v1主要體現了刺激（Y4）對協調（Y3）的削弱效應，典型相關標準得分系數分別為-0.647 4和0.59；u1主要體現了β-大馬酮和-二氫大馬酮等重要香氣物質的作用，其典型相關得分系數為0.791 3。v2主要體現了香氣（Y1）和協調（Y3）的協同作用，其典型相關得分系數分別為0.853 1和0.665 4；u2主要體現了二氫獼猴桃內酯（X1）和香蘭素（X3）的效應，其典型相關得分系數分別為1.571 2和0.528 3。

綜上可知，香氣和協調與β-大馬酮和β-二氫大馬酮呈正相關，雜氣和刺激與二氫獼猴桃內酯呈負相關。

2.3.2 逐步回歸分析

通過10種低焦油卷煙產品中香葉醇（X1）、香茅醇（X2）、β-大馬酮（X3）、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內酯（X6）、α-鳶尾酮（X7）和金合歡醇（X8）等重要致香物質指標與感官品質香氣 （Y1）、雜氣 （Y2）、諧調 （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5個特征指標之間的逐步回歸分析，來探討重要致香物質對感官品質的影響。

回歸模型方差分析見表7。

由表7回歸模型方差分析表可知，5個感官指標（香氣、雜氣、協調、刺激和余味）p值分別為0.418 7，0.228 0，0.000 2，0.000 2，0.007 0，后面3個模型均達顯著水平（α=0.05）。

由表7可知變量引入模型的顯著水平準則（默認） 為0.5，大于0.5則停止引入。5個感官指標逐步依次進入模型的變量即對感官指標影響較為顯著的各類重要致香成分分別為雜氣（香蘭素）、協調（二氫獼猴桃內酯、β-大馬酮、香蘭素和香茅醇）、刺激（β-二氫大馬酮、二氫獼猴桃內酯、香葉醇）和余味（金合歡醇、二氫獼猴桃內酯、香蘭素、β-二氫大馬酮和β-大馬酮）。

表7 回歸模型方差分析

前向選擇逐步回歸過程見表8，回歸模型參數估計見表9。

表8 前向選擇逐步回歸過程

由表9可得到4種香型的回歸模型分別為：

香氣 （Y1=1.674 6-0.009 09X5）；

雜氣（Y2=1.740 85+0.013 48X2+0.090 11X3-0.014 72X5+0.439 09X6-0.003 45X9）；

協調（Y3=1.801 94+0.006 24X1+0.029 75X3->0.218 59X6）；

余味（Y4=1.816 32+0.035 15X3+0.006 5X4-0.008 07X5-0.187 18X6+0.001 26X8）。

由模型結合表2可知，對于香氣成分對感官品質的影響，香氣以香蘭素（X5）較為顯著，且為正效應；雜氣以香茅醇（X2）、β-大馬酮（X3）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內酯（X6）和金合歡醇（X8）較為顯著，均為負效應；協調以香葉醇（X1）、β-大馬酮（X3）、二氫獼猴桃內酯（X6）較為顯著，其均為正效應；刺激以β-大馬酮（X3）、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內酯（X6）和金合歡醇（X8）較為顯著，均為負效應。

表9 回歸模型參數估計

3 結論

（1） 通過10種低焦油卷煙產品中香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質指標與感官品質香氣、雜氣、諧調、刺激、余味共5個特征指標之間的典型相關分析，來探討重要致香物質和感官品質之間的關系。主要結果表明香氣和協調與β-大馬酮和β-二氫大馬酮呈正相關，雜氣和刺激與二氫獼猴桃內酯呈負相關。

（2）通過10種低焦油卷煙產品中香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要致香物質指標與感官品質香氣、雜氣、諧調、刺激、余味共5個特征指標之間的逐步回歸分析，來探討重要致香物質對感官品質的影響。結果表明，對于香氣成分對感官品質的影響，香氣以香蘭素較為顯著，且為正效應；雜氣以香茅醇、β-大馬酮、香蘭素（X5）、二氫獼猴桃內酯和金合歡醇較為顯著，均為負效應；協調以香葉醇、β-大馬酮、二氫獼猴桃內酯較為顯著，其均為正效應；刺激以β-大馬酮、β-二氫大馬酮（X4）、香蘭素、二氫獼猴桃內酯和金合歡醇較為顯著，均為負效應。

（3）以市場上焦油含量為8 mg/支的具有代表性的9種低焦油卷煙為對照卷煙，以10號卷煙作為項目研究對象，對比剖析了10號卷煙在感官品質和煙氣品質特征上與其他9個對照卷煙的差異，發現10號卷煙在香氣、余味、雜氣、協調和刺激方面較其他9個對照卷煙產品稍有不足，還需進一步完善。同時，10號卷煙主流煙氣中的苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香葉醇、香茅醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香蘭素、二氫獼猴桃內酯、α-鳶尾酮和金合歡醇等重要香氣物質相對其他9個對照卷煙也有欠缺。而通過進一步探討典型相關分析和逐步回歸分析的結果表明，以上重要的致香物質指標的存在和含量分別對香氣、雜氣、諧調、刺激、余味這5個重要的感官品質同時存在有增強和減弱2個方面的作用。

因此，下一階段的研究應該以這些重要致香物質為立足點，探索能產生這些物質的天然提取物，包括煙草類、果實類、蜂蜜類、鮮花類、茶葉類等，以達到最終彌補卷煙降焦之后產生的香氣損失、雜氣顯露和刺激性偏大等方面不足。