薄板干燥工序烟丝水分对颗粒赋香卷烟致香成分及抽吸品质的影响

李 超 刘劲芸 胡 燕 李娥贤 吴亿勤 王庆华 蔡洁云

(1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650223；2.云南中烟新材料科技有限公司，云南 昆明 650106；3.云南省农业科学研究院生物技术与种质资源研究所，云南 昆明 650201;4.云南省烟草质量监督检测站，云南 昆明 650106)

烟用赋香颗粒技术在中式卷烟多个高端规格中得到了广泛应用。烟用颗粒赋香滤棒是在滤棒中加入一些具有增香、增甜及降低烟气有害成分等功效的材料，可改善焦油含量降低带来的卷烟自然香气和甜润感损失[1-2]。吴家灿等[3]通过流化床造粒工艺开发赋香型麦冬颗粒，制备的麦冬颗粒应用于卷烟滤棒，能改善抽吸舒适性，提升烟气在口腔中的津润感和甜感，有效降低主流烟气的燥热感。李景权等[4]以OSA变性淀粉作为壁材制备微胶囊颗粒，应用到卷烟中可以提高薄荷香型特征烟用香精的释香时间，改善卷烟感官质量。烟用颗粒赋香滤棒生产过程中造粒、颗粒赋香以及加工成滤棒全为委外加工，存在烟用赋香颗粒赋香体系配制工艺尚不完善，监管流程无法控制、检测时间长、有效成分易损失等众多环节影响质量的波动[5-6]。需强化对烟用滤棒颗粒粒径范围、水分等基本工艺参数进行控制。烟丝水分是影响卷烟燃烧和感官质量的重要因素。卷烟致香成分和主流烟气指标也随着烟丝水分含量的变化而变化。只有在水分合适的情况下，卷烟才能充分发挥满足消费者的需求[7-8]。张宏宇等[9]采用同步热分析技术考察了不同湿度下的烟丝燃烧性，发现烟丝含水率对其燃烧和热解反应的各个阶段均有一定影响。喻赛波等[10]研究发现细支卷烟烟丝水分为11.5%～13.8%，烟丝结构分布、卷烟抽吸时燃烧锥落头率以及感官抽吸品质受烟丝含水率影响大。目前关于烟丝水分对颗粒赋香卷烟致香成分的影响未见相关研究报道，而且生产技术和质量管理尚无相关行业标准。

颗粒赋香卷烟致香物质众多、组分复杂、部分成分含量较低。目前，常规的检测分析方法有：水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、微波萃取法和超临界萃取法等前处理后通过气相色谱—质谱联用法(GC-MS)进行检测分析[11-14]。但这些传统前处理方法操作步骤多、萃取时间长、易造成有效成分分解，且在痕量分析中可能出现溶剂污染的问题。利用静态顶空—气相色谱质谱联用法可以避免以上问题，减少检测中不必要的干扰[13]。

试验拟采用静态顶空—气相色谱质谱联用仪，对颗粒赋香卷烟生产过程中的关键数据进行分析，并对薄板干燥工序中水分的控制选择对颗粒赋香卷烟致香物质和感官品质的影响进行探究，通过对颗粒赋香卷烟致香物质检测分析来指导在线的生产过程。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料及试剂

H品牌A、B两批次的颗粒赋香卷烟样品：U公司；

He：纯度>99.999%，市售；

无水乙醇：分析纯，市售。

1.1.2 主要仪器

电子分析天平：JE203G型，瑞士METTLER公司；

气相色谱/质谱联用仪：8860-5977B型，美国AGILENT公司；

螺口顶空瓶：22.5 mm×75.5 mm，精密茶色20 mL，宁波哈迈仪器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理 室温条件下，精确称取颗粒赋香卷烟0.75 g(精确到0.000 1 g)，置于20 mL的精密茶色螺口顶空瓶中，加入内标标准工作液，立即将顶空瓶盖旋紧并使其密封，利用静态顶空—气相色谱质谱(HS-GC/MS)法检测分析待检颗粒赋香滤棒卷烟样品中的致香物质。

1.2.2 顶空进样器条件 设置加热炉温度100 ℃；载气为高纯氦气(99.99%)，取样针温度130 ℃；压力139.9 kPa；进样量设置2 mL；加热平衡时间设置30 min；加压时间设置0.3 min；进样时间0.3 min；按时间模式进样；采用恒定操作模式；拔针时间0.5 min。

1.2.3 GC-MS检测条件 在前期试验的基础上结合文献[15]，设定检测条件如下：

(1)GC分析条件：进样口温度为240 ℃；载气为高纯氦气(99.99%)，恒流，流速为1 mL/min，并且恒压，设置为不分流进样；色谱柱为PE-35MS(30 m×0.32 mm，0.25 μm)；程序升温条件为：起始柱温设置为50 ℃，保持2 min，以8 ℃/min的速率升至240 ℃，保持5 min。

(2)MS条件：电离方式为EI+；离子源温度为230 ℃；电压为70 eV；溶剂延迟为4.5 min；全扫描方式，扫描范围为30～500 amu；传输线温度为250 ℃。

1.2.4 定性、定量分析

(1)定性分析：通过将质谱作为检测器和气相色谱联用，利用NIST谱库检索，在较短时间内使颗粒赋香卷烟样品中的致香成分可以得到鉴定。

(2)定量分析：内标物为99%的1-乙酸-2-苯乙酯，采用内标法对颗粒赋香卷烟样品中致香成分进行半定量分析[12]。按式(1)计算赋香卷烟样品中的致香成分的含量。

(1)

式中：

X——每个化合物含量，mg/kg；

As——每个化合物积分峰面积；

Ai——内标物质积分峰面积；

mi——内标物质的质量，g；

M——赋香卷烟样品质量，g。

1.2.5 工序参数设置 薄板干燥工序的工艺参数设定见表1。

表1 薄板干燥工序工艺参数设置

1.2.6 卷烟评吸试验 抽取两个批次在上述3个不同薄板干燥工序工艺参数下的颗粒赋香卷烟样品，密闭保存，组织相关评吸人员按照GB 5606.4—2005《卷烟 感官技术要求》进行感官评价，并对其项目进行针对性的定性描述。

2 结果与讨论

2.1 薄板干燥工序烟丝水分对颗粒赋香卷烟致香成分及含量的影响

由表2可知，以薄板干燥工艺烟丝水分为15%的赋香卷烟样品为例，A、B两批次的赋香卷烟致香成分有一定的差异性，其中，A批次分离鉴定出38个化合物，其含量占化合物检出总含量的90.55%，B批次分离鉴定出37个化合物，其含量占化合物检出总含量的87.23%。致香成分主要以2-戊-酮、羟基丙酮、烟碱为主。对鉴定出的化学成分进行统计分析，发现6-甲基-3,5-庚二烯-2-酮、六氢金合欢基丙酮和顺-2-戊烯醇在A批次中未检测出；而氧化异佛尔酮、巨豆三烯酮2、二氢猕猴桃内酯和苯乙烯在B批次中未检测出。由表2可知，烟丝水分为15%时，A批次中致香物质的相对总含量为181.499 mg/kg，略低于B批次中的致香物质相对总含量(205.171 mg/kg)，A、B两批次水分为15%时致香物质的相对总含量均高于烟丝水分为12%和18%时的。相同批次样品在不同水分下的致香成分有所不同。A批次烟丝在水分为18%时只检出37种致香成分，未检测到巨豆三烯酮2。B批次烟丝水分为18%时只检出35种致香成分，未检测出水合麦芽酚和柠檬烯。但烟丝水分为12%和15%时这两种成分均有检出。此外，研究发现A、B两批次烟丝在水分为15%时巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、氧化异佛尔酮、二氢猕猴桃内酯、β-大马酮、香叶基丙酮等成分含量较高，这些成分是卷烟中的重要致香成分，对提高卷烟香气质量具有不同程度的作用，能明显增加香气量，减少杂气和刺激性，改善余味，赋予卷烟不同的特征香韵。具有烤烟味的茄酮在烟丝水分为15%时含量最多，茄酮是烟草中非常关键的致香物质，由烟草中西柏三烯类物质的生化降解产生，能显著增强烟香，改善吸味，调和烟气，并减少刺激感。其次含量偏高的1,2-丙二醇、柠檬烯等成分，可以细柔卷烟烟气，降低刺激和醇和口感。而在烟丝水分为12%时己醛、吡啶等化学成分含量偏高，会带来青杂气、刺激感等不利影响。

表2 薄板干燥工序烟丝水分对A、B两批次赋香卷烟样品致香成分的影响

在薄板干燥工序烟丝水分影响下A、B两批次赋香卷烟样品中的致香物质共有12类，不同种类化合物成分在种类上相差并不大(见图1)。但在烟丝水分为18%时检出致香成分种类最少，说明薄板干燥时烟丝水分过高会影响赋香卷烟中挥发性成分的种类，化合物的种类在不同水分的赋香颗粒卷烟样品中存在差异。酮类化合物虽总含量不算高，但所含的种类却最多，其对于卷烟的吸味、香气、满足感均具有较强影响；醇类化合物种类也较多，其不仅能起到保润作用，还带有芳香气息，能够有效增加烟气的丰富性与浓度。不同种类的化合物在赋香卷烟样品中的含量占比如图2所示。生物碱类化合物占总含量的50%～60%，是样品相对含量最高的。其次是羧酸类、烯烃类和酮类，这3类化合物相对含量在烟丝水分为15%时最高。羧酸类和烯烃类在A、B两批次样品中含量差异较大，同一水分下，A批次赋香卷烟样品中羧酸类物质含量少于B批次，而其烯烃类化合物含量多于B批次。虽然其他类化合物含量差异不明显，但对调节烟草香味却起到关键作用。不同烟丝水分影响下两个批次香味的不同与致香成分种类和相对含量的差异具有相关性。

图1 不同烟丝水分影响下A、B批次中不同种类致香物质数目统计

图2 不同烟丝水分影响下A、B批次中不同种类致香物质相对含量统计

2.2 A、B两批次赋香卷烟主要致香成分

两个批次样品中相对含量较高的前5个主体香气成分为：烟碱、新植二烯、乙酸、2-戊-酮、羟基丙酮，其在不同烟丝水分下的相对含量变化如表3所示。当烟丝水分为15%时，A、B批次中主要致香物质的相对总含量最高，分别为153.154，181.866 mg/kg。12%时次之。主要致香物质中含量最高的成分均为烟碱，又名尼古丁，其裂解产物会产生类似树脂的香气。在两批次样品中新植二烯含量仅次于烟碱，它是叶绿素降解产物，具有清新的香气，可通过燃烧醇和烟气，降低烟气的刺激性，烟草表现出独特的清香和醇厚香气的原因与新植二烯和类胡萝卜素降解物含量密不可分。其他如2-戊-酮、羟基丙酮、乙酸等致香物质，可调节烟草酸碱度、增加烟气的丰富性和协调性。由于这些主要致香物质所占比例高，是构成颗粒赋香卷烟香味的重要成分，能够明显增加香气量、降低杂气减轻刺激、带来特征香气、改善口腔余味。以上致香成分分析结果表明，薄板干燥工序烟丝的水分不同会导致烟碱、新植二烯、乙酸等卷烟主要致香物质的含量发生变化。在加工过程中提高烟丝含水率有助于提升卷烟抗碎性，降低烟丝造碎程度[7]，但过高的水分会影响主要挥发性成分的释放。颗粒赋香卷烟在薄板干燥工序中烟丝水分宜控制在15%。

表3 薄板干燥工序中烟丝水分对A、B批次主要物质含量的影响

2.3 薄板干燥工序烟丝水分对赋香卷烟抽吸品质的影响

为考察薄板干燥工序烟丝水分对A、B两个批次赋香卷烟成品感官质量的影响，比较了3个水分下两个批次赋香卷烟的评吸结果，见表4。在不同烟丝水分下，两批次赋香卷烟样品香气、杂气、刺激性、余味方面差异明显。烟丝水分为15%时两批次香气和余味评分最高，其次是12%时。当烟丝水分为12%和18%时，赋香卷烟样品烟气粗糙、有杂气、鼻腔和喉部刺激性突出，当烟丝水分为15%时，卷烟样品杂气、刺激性较少。光泽和协调性方面，不同水分和批次样品间差异并不明显。从卷烟感官评价结果来看，对于同一批次的卷烟，烟丝水分不同时抽吸感受也不相同，赋香卷烟评吸结果与主要化合物相对含量的变化规律相同。烟丝水分过低会增加赋香卷烟的刺激性，而水分过高会增加卷烟烟气杂气，降低舒适性和协调性，烟丝的水分直接影响卷烟的致香成分释放和内在感官质量，是赋香卷烟内在质量控制的重要指标。选择恰当的烟丝水分对提升赋香卷烟抽吸品质方面有明显作用。

表4 不同烟丝水分下两批次赋香卷烟评吸结果分析

3 结论

利用静态顶空—气相色谱质谱(HS-GC/MS)联用法，研究了薄板干燥工序烟丝水分对H品牌A批次、B批次的颗粒赋香卷烟中挥发性成分的影响。通过对致香成分进行分析检测，发现不同水分烟丝制备的颗粒赋香卷烟致香成分具有明显差异。两个批次样品中主要香气成分为：烟碱、新植二烯、乙酸、2-戊-酮、羟基丙酮。在卷烟薄板干燥工序过程中烟丝水分设定为15%，有助于保证颗粒赋香卷烟香气品质，同时降低杂气和刺激性。试验仅研究了薄板干燥工序烟丝水分对颗粒赋香卷烟中挥发性成分的影响。后续将进一步挖掘薄板干燥工序对卷烟产品感官质量影响较大的其他关键参数，逐步确定该工序工艺类参数的设计范围，实现对薄板干燥工序的精准调控，进而使卷烟感官质量得到保证。