香气活性值用于许昌、郴州和潍坊烤烟香气差异分析

马宇平，席高磊，赵志伟，张俊岭，蔡莉莉，郝 辉，郑峰洋，陈芝飞

河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州经济技术开发区第三大街8 号 450016

浓香型烟叶是中式卷烟主体原料之一，主产于河南省和湖南省，具有烘焙香和烤甜香突出的香气特征［1-3］。受气候、土壤、遗传特性等因素影响［4-10］，不同地区浓香型烟叶之间亦存在差异。目前，烟叶香型的判定主要采用感官评吸的方法［11-16］。由于感官评吸方法受环境、经验等多因素影响，结果的重现性不理想。因此，寻求更加有效的判别浓香型烟叶差异的检测方法尤为重要。

香气活性值（活性阈值）是指香气成分在主流烟气中的释放量与其作用阈值的比值［17］。采用香气活性值可度量烟气基质下香气成分对体系的贡献度；通过比较香气活性值，可确定影响烟叶香气特征的关键成分［17］；将烟气中同一香韵的香气活性值进行加和，获得该香韵活性值，根据其对体系的贡献大小，可区分不同浓香型烟叶风格特征的差异。

本研究中以许昌、郴州和潍坊3 个典型产地浓香型烟叶为对象，采用烟用香料作用阈值评价方法［17］，评定了96 种重要香气成分的作用阈值，并以GC-MS 法测定其在3 种浓香型烟叶烟气中的释放量，获得香气活性值并进行对比分析，揭示不同浓香型烟叶的香韵特点，旨在为浓香型烤烟差异判别提供方法参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

“黄金叶”品牌参比卷烟（未加香加料）、3 个典型产地浓香型烟叶（2015 年湖南郴州C3F、2015 年山东潍坊C3F、2015 年河南许昌C3F，以下总称为3 种浓香型烟叶）。

无水乙醇、盐酸、氢氧化钠、无水硫酸钠、二氯甲烷（AR，国药集团化学试剂有限公司）；标准品：硝基苯（内标）、2,6-二氯甲苯（内标）、反式-2-己烯酸（内标）、麦芽酚、乙基麦芽酚、5-甲基糠醛、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈创木酚、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、2-乙基吡啶、3-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2,3-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3,5-三甲基吡啶、3,5-二甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2-乙酰基吡啶、4-乙酰基吡啶、4-甲基-2-乙酰基吡啶、3-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、异佛尔酮、香叶基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大马酮、4-氧代异佛尔酮、2-乙基己醇、3-丁基吡啶、癸醛、乙酸糠酯、枯茗醛、3-乙酰基吡啶、乙酸2-乙基己酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、糠酸甲酯、4-甲基苯乙酮、苯甲醛、二氢猕猴桃内酯、橙花醇、乙酸苄酯、苯甲醇、苯乙醛、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、香叶醇、苯乙醇、丁酸、异丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、异戊酸、己酸、3-甲基戊酸、异己酸、2-戊烯酸、庚酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸甲酯、苯甲酸、苯乙酸乙酯、苯乙酮、香茅醇、金合欢基丙酮、乙酸对甲酚酯、3-苯基丙酸、辛酸、壬酸、癸酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸、壬醛、乙酸、丙酸、丁二酸（＞99%，美国Sigma 公司）。

RM20H 吸烟机（德国Borgwaldt KC 公司）；6890/5973N 型气相色谱/质谱联用仪（美国Agilent公司）；CIJECTOR 香精注射机（德国Burghart 公司）；BS-224S 精密电子天平（感量0.000 1 g，上海赛多利斯天平仪器厂）；同时蒸馏萃取装置（上海化科实验器材有限公司）；Waters 600 半制备型高效液相色谱仪（Waters 科技上海公司）。

1.2 方法

1.2.1 作用阈值评定

依据3 种浓香型烟叶初步定性分析结果，筛选烟气中96 种重要香气成分作为研究对象。作者前期已报道了其中61 种香气成分的作用阈值［17-19］，其他35 种香气成分（麦芽酚、乙基麦芽酚、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈创木酚、2-甲基-5-乙基吡啶、4-甲基-2-乙酰基吡啶、3-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、2-乙基己醇、乳酸乙酯、苯甲醛、二氢猕猴桃内酯、异己酸、2-戊烯酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸甲酯、苯甲酸、香茅醇、金合欢基丙酮、3-苯基丙酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸和丁二酸）的作用阈值，按照参考文献［20］的方法，以“黄金叶”品牌参比卷烟为载体进行评定。

1.2.2 烟气中香气成分释放量的测定

1.2.2.1 标准曲线的绘制

碱性成分混标溶液：按照参考文献［17］的方法，以硝基苯为内标，分别将2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、2-乙基吡啶、3-乙基吡啶、4-乙基吡啶、2,3-二甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3,5-三甲基吡啶、3,5-二甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2-乙酰基吡啶、4-乙酰基吡啶、4-甲基-2-乙酰基吡啶、3-甲基喹啉、6-甲基喹啉、8-甲基喹啉、2,6-二甲基喹啉、3-丁基吡啶和3-乙酰基吡啶等29 个碱性香气成分配制成8 种不同浓度的混标溶液。

中性成分混标溶液：按照参考文献［18］的方法，以2,6-二氯甲苯为内标，分别将5-甲基糠醛、异佛尔酮、香叶基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大马酮、4-氧代异佛尔酮、2-乙基己醇、癸醛、乙酸糠酯、枯茗醛、乙酸2-乙基己酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、糠酸甲酯、4-甲基苯乙酮、苯甲醛、二氢猕猴桃内酯、橙花醇、乙酸苄酯、苯甲醇、苯乙醛、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、香叶醇、苯乙醇、苯甲酸甲酯、苯乙酸乙酯、苯乙酮、香茅醇、金合欢基丙酮、乙酸对甲酚酯、壬醛等32 个中性香气成分配制成5 种不同浓度的混标溶液。

酸性成分混标溶液：按照参考文献［19］的方法，以反式-2-己烯酸为内标，分别将麦芽酚、乙基麦芽酚、反式-2-甲基-2-丁烯酸、4-甲基愈创木酚、丁酸、异丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、异戊酸、己酸、3-甲基戊酸、异己酸、2-戊烯酸、庚酸、肉桂酸、4-甲基肉桂酸、苯甲酸、3-苯基丙酸、辛酸、壬酸、癸酸、9-癸烯酸、十一酸、10-十一烯酸、月桂酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十八酸、油酸、二十二酸、乙酸、丙酸和丁二酸等35 个酸性香气成分配制成7 种不同浓度的混标溶液。

依次取1 mL 不同浓度的混标溶液，采用SIM扫描模式，设定定量离子和定性离子进行分析。以目标成分与内标的浓度比为横坐标，峰面积比为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.2.2 烟气中香气成分样品的制备

将3 种浓香型烟叶卷制成烟支后，按GB/T 5606.1—2004［21］的方法挑选烟支，并于温度（22±2）℃和相对湿度（60±5）%条件下平衡48 h。分别按照参考文献［17-19］的方法，制备得到含内标的碱性成分、中性成分和酸性成分样品。其中，中性成分样品按照参考文献［22］的方法，采用半制备型高效液相色谱分离，并在各流份中加入50 μL 内标溶液（0.85 mg/mL 的2,6-二氯甲苯/二氯甲烷溶液），浓缩至1.0 mL。

1.2.2.3 GC-MS 分析条件

（3）酸性香气成分分析。色谱柱：DB-5MS 石英毛细管柱（60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.）；载气：氦气；流量：1.0 mL/min；进样量：1 μL；进样口温度：280 ℃；分流比：1∶3；溶剂延迟：8 min。升温程序：离子源温度：250 ℃；电离方式：EI；电子能量：70 eV；扫描模式：全扫描（Scan）和选择离子监测（SIM）；扫描范围：35～550 amu。

1.2.3 烟气中香气成分的香气活性值计算

以按照参考文献［20］的方法获得的96 种目标成分作用阈值范围的上限作为作用阈值（µg/g），结合目标成分在卷烟主流烟气中的释放量（µg/g），按公式（1）计算烟气中香气成分的香气活性值。

2 结果与讨论

2.1 香气成分作用阈值及香韵归属

96 种香气成分作用阈值评定结果见表1，并以参考文献［23］为主要依据，按香气成分在烟气中呈现的主要香韵进行归属（表1）。

由表1 可知：①总体上看，96 种香气成分作用阈值介于8.68×10-14和12.3 μg/g 之间，不同成分的作用阈值差异较大，其中，香茅醇作用阈值最小，乙基麦芽酚最大，二者相差15 个数量级。②互为同分异构体的化合物的作用阈值不同，如2-甲基吡啶和3-甲基吡啶的作用阈值相差5 个数量级，2,6-二甲基吡啶和3,5-二甲基吡啶的作用阈值相差达6 个数量级。③互为同系物的化合物的作用阈

值相差较大，如麦芽酚和乙基麦芽酚的作用阈值相差6 个数量级，3-甲基喹啉和2,6-二甲基喹啉两者的作用阈值相差6 个数量级。以上结果显示，卷烟烟气香气成分的作用阈值与其所含官能团、分子量大小等不存在必然关联性。

表1 96 种香气成分的作用阈值和特征离子Tab.1 Functional thresholds and characteristic ions of 96 aroma components （μg·g-1）

2.2 香气成分定量分析

卷烟主流烟气中96种香气成分释放量的分析结果见表2。

表2 主流烟气中96 种香气成分的释放量Tab.2 Releases of 96 aroma components in mainstream cigarette smoke （μg·g-1）

表2（续）

由表2 可知：①郴州C3F、潍坊C3F 和许昌C3F 浓香型烟叶的主流烟气粒相物中，乙酸释放量最高（分别为475.103、551.326 和455.425 μg/g），其次为十六酸和油酸。②3 种浓香型烟叶的坚果香、膏香、脂蜡香、烤甜香和甜香5 种香韵香气成分总释放量存在差异。其中，郴州C3F、潍坊C3F和许昌C3F 浓香型烟叶主流烟气中坚果香成分总释放量分别为41.724、41.988 和68.085 μg/支，许昌C3F 最高；膏香成分总释放量分别为13.463、10.342 和13.704 μg/g，许昌C3F 最高；脂蜡香香气成分总释放量介于219.675～469.523 μg/g 间，潍坊C3F 最高；烤甜香成分总释放量分别为21.032、33.557 和30.239 μg/g，潍坊C3F 最高；甜香成分总释放量分别为6.812、5.472 和7.320 μg/g，许昌C3F最高。③3 种浓香型烟叶中其他香韵香气成分总释放量基本相同。

2.3 香气活性值

根据96 种香气成分的作用阈值及在主流烟气中的释放量，计算其香气活性值，并将同一香韵香气成分的香气活性值加和，得到10 种香韵活性值，结果见表3。对香韵活性值取以10 为底的对数并做雷达图进行分析，结果见图1。

表3 10 种香韵活性值Tab.3 Activity thresholds of 10 aroma notes

图1 10 种香韵活性值雷达图Fig.1 Radar chart of activity thresholds of 10 aroma notes

由表3 和图1 可以看出：尽管许昌C3F、郴州C3F 和潍坊C3F 均属于浓香型烟叶，但三者在某些重要香韵上仍存在较大不同。其中，许昌C3F的坚果香、膏香和烤甜香香韵最为突出，郴州C3F的甜香香韵最为突出，而潍坊C3F 的脂蜡香香韵更为突出。以上研究表明，通过比较香韵活性值，可明显区分浓香型烟叶风格特征差异。该研究结果可为增强卷烟叶组配方设计高效性、进一步彰显卷烟风格特征提供参考。

3 结论

（1）96 种香气成分的作用阈值介于8.68×10-14～12.3 μg/g；香气成分作用阈值与其所含官能团、分子量大小不存在必然关联性。

（2）郴州C3F、潍坊C3F 和许昌C3F 浓香型烟叶的主流烟气中，乙酸的释放量最高，其次为十六酸和油酸。坚果香、膏香、脂蜡香、烤甜香和甜香5种香韵香气成分总释放量存在差异，其他香韵香气成分总释放量基本相同。

（3）采用香气活性值的方法，判别了3 种浓香型烟叶在某些重要香韵上存在的差异。其中，许昌C3F 的坚果香、膏香和烤甜香香韵最为突出，郴州C3F 的甜香香韵最为突出，潍坊C3F 的脂蜡香香韵更为突出。