陈芝飞,蔡莉莉,陈小龙,张玉霞,马胜涛,席高磊,王清福,张俊岭
河南中烟工业有限责任公司 技术中心,河南 郑州 450016
烤烟香型是烟叶经燃吸产生的烟气整体香气特征的综合概况,是烟叶化学物质基础在烟气特征上的体现。根据香气特征,烤烟香型可分为清香型、浓香型和中间香型[1]。其中,中间香型界于清香型与浓香型之间,是清香和浓香的混合香气。贵州、重庆、东北等地区的烤烟属中间香型。受生态条件、烟叶品种、栽培技术等因素的影响,不同产地的中间香型烤烟风格特征存在不同程度差异[2]。目前,主要采用感官评吸的方法区分烤烟风格特征差异[3],但其结果容易受评价环境、个人经验等因素影响。为了更加客观、准确地表征烤烟风格特征差异,烟草科技工作者长期以来围绕化学成分与风格特征之间的关系开展了大量研究[4-7]。这些研究主要依据各化学成分在体系中的含量去探寻烤烟香型风格差异的形成原因。然而,化学成分对烤烟香型风格的贡献不仅仅取决于其含量,更与其自身在卷烟中的作用阈值密切相关,因此须从含量和作用阈值两个维度综合判定其差异性。
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,可用于衡量香气成分对卷烟主流烟气的贡献度[8-11]。将烟气中具有同一香韵香气成分的香气活性值进行加和,获得香韵活性值并进行比对分析,可区分同一香型烟叶风格特征差异[11]。文献[8-10]已利用活性值分别研究了酸性、碱性和中性香气成分在卷烟烟气中的作用,文献[11]分析了浓香型烟叶香气特征差异,但不同产地中间香型烤烟的风格特征差异迄今未见文献报道。基于此,本文拟以重庆、遵义和牡丹江3种产地C3F中间香型烤烟烟叶为研究对象,利用香韵活性值表征不同产地中间香型烤烟之间风格特征差异,旨在为细化中间香型烤烟应用功能、提升卷烟叶组配方设计高效性提供参考。
主要材料:黄金叶品牌参比卷烟(未加香料)、2015年重庆、遵义、牡丹江3种不同产地C3F中间香型烤烟烟叶(以下称为3种中间香型烟叶),按照黄金叶品牌参比卷烟时使用的辅材和加工工艺、烟支参数卷制成卷烟。
主要试剂:氢氧化钠、盐酸、无水硫酸钠、二氯甲烷、无水乙醇,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司产。
标样:按照文献[11]中的方法配制酸性香气成分标样(35种香气成分,反-2-己烯酸为内标)、碱性香气成分标样(29种香气成分,硝基苯为内标)、中性香气成分标样(32种香气成分,2,6-二氯甲苯为内标),以上96种香气成分和内标的纯度均大于99%,美国Sigma公司产。
主要仪器:Agilent 6890/5973N气相色谱质谱(GC-MS)联用仪,美国Agilent公司产;Waters 600半制备型高效液相色谱仪,沃特世科技上海有限公司产;RM20H转盘式吸烟机,德国Borgwaldt KC公司产;BS-224S电子天平(感量0.000 1 g),上海赛多利斯天平仪器厂产;同时蒸馏萃取装置,上海化科实验器材有限公司产;CIJECTOR香精注射机,德国Burghart公司产。
1.2.1 样品前处理按照文献[12]的方法,获得含有主流烟气粒相物的剑桥滤片。参照文献[8-10]的前处理方法,对剑桥滤片进行样品前处理(流程如图1所示),以获得酸性、碱性和中性香气成分。其中,碱性香气成分直接利用GC-MS进行分析;酸性香气成分在用GC-MS分析前需进行衍生化,衍生化的条件为在1.0 mL酸性香气成分中加入100 μL衍生化试剂N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺,在60 ℃条件下反应50 min;中性香气成分按照文献[13]利用半制备高效液相色谱进行再次分离、浓缩后用GC-MS进行分析。
图1 样品前处理流程图Fig.1 Flow chart of sample preparation
1.2.2GC-MS分析条件1)酸性香气成分分析条件。GC分析条件:DB-5MS石英毛细管色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度为230 ℃;载气为氦气(≥99.999%),流量为1.0 mL/min;进样量为1 μL,分流比为3∶1;升温程序为初始温度40 ℃,保持3 min,以4 ℃/min升至100 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升至150 ℃,保持8 min,以4 ℃/min升至230 ℃。
MS分析条件:传输线温度为230 ℃;离子源温度为230 ℃;四极杆温度为150 ℃;电离方式为电子轰击(EI);电离能量为70 eV;溶剂延迟时间为8 min;扫描模式采用全扫描检测,扫描范围为35~500 amu,定量时采用选择离子监测(SIM)。
2)碱性香气成分分析条件。GC分析条件:DB-FFAP石英毛细管色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度为200 ℃;载气为氦气(≥99.999%),流量为1.0 mL/min;进样量1 μL,分流比为2∶1;升温程序为初始温度50 ℃,保持2 min,以3 ℃/min升至75 ℃,保持10 min,以1 ℃/min升至105 ℃,保持15 min,以2 ℃/min升至 170 ℃,保持10 min,以2 ℃/min升至200 ℃,保持10 min。
MS分析条件:传输线温度为200 ℃,溶剂延迟时间为10 min,其余条件同酸性成分MS分析条件。
3)中性香气成分分析条件。GC分析条件:HP-5MS石英毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度为240 ℃;载气为氦气(≥99.999%),流量为1.0 mL/min;进样量1 μL,分流比为2∶1;升温程序为初始温度50 ℃,保持4 min,以3 ℃/min升至 70 ℃,保持5 min,以 2 ℃/min升至100 ℃,保持10 min,以2 ℃/min 升至140 ℃,以3 ℃/min升至 170 ℃,以2 ℃/min 升至240 ℃。
MS分析条件:传输线温度为240 ℃,其余条件同酸性成分MS分析条件。
1.2.3 定性分析方法利用NIST质谱数据库进行检索。采用标样保留时间、目标物质谱图与标准谱图匹配度相结合进行定性分析。
1.2.4 定量分析方法将96种香气成分分成酸性、碱性、中性三组,分别用二氯甲烷将其配制成7个不同质量浓度的混标,再以反-2-己烯酸、硝基苯和2,6-二氯甲苯作为内标进行GC-MS 分析,建立相应的标准工作曲线。96种香气成分的保留时间和特征离子见表1,采用内标法对香气成分进行定量分析。
表1 96种香气成分的保留时间和特征离子Table 1 Retention times and characteristic ions of 96 aroma components
1.2.5 活性值计算方法香气活性值:按照香气活性值定义,根据香气成分的作用阈值及其在卷烟主流烟气粒相物中的释放量,按公式①计算香气成分的香气活性值。
①
香韵活性值:将属于同一香韵的香气成分的香气活性值进行加和,计算获得该香韵的活性值。
根据香气成分在卷烟抽吸过程中呈现的主要香韵[15],将96种香气成分进行香韵归类为10种香韵,根据各香气成分的释放量和作用阈值计算其香气活性值,结果如表2所示。由表2可知,3种中间香型烟叶的主流烟气粒相物中96种香气成分的总释放量分别为1 255.251 μg/g、856.274 μg/g和967.670 μg/g,其中乙酸释放量最高,十六酸和油酸次之。10种香韵中,酸香和脂蜡香的香气成分释放量最高,果香的香气成分释放量最低。计算10种香韵的活性值,结果如表3所示。从表3可以看出,对于3种中间香型烤烟,坚果香和甜香均为其主体香韵,其次为清香和烤甜香香韵。
表2 96种香气成分在主流烟气粒相物中释放量、作用阈值及香气活性值Table 2 Release amounts,functional thresholds and activity values of 96 aroma components
表3 10种香韵的活性值Table 3 Activity thresholds of 10 aroma notes
基于3种中间香型烤烟的10种香韵活性值,即可对其风格特征差异进行分析。对10种香韵活性值取常用对数并作雷达图进行分析,结果见图2。从图2可以看出,相对而言,重庆C3F的膏香最为突出,遵义C3F的清香和果香最为突出,牡丹江C3F的甜香、坚果香最为突出。3种中间香型烤烟中,重庆C3F与遵义C3F的整体风格特征较为接近,而牡丹江C3F与上述两者之间的坚果香、甜香和花香香韵的活性阈值均存在较大差异。这可能是因为气候、土壤、地形地貌等生态条件会对烤烟香型风格产生影响[16],重庆与遵义的生态条件接近,但与牡丹江存在显著差别。此外,烤烟品种和种植栽培技术对烤烟香型也有重要影响。以上结果表明,通过比较香韵活性值,可明显区分中间香型烟叶风格特征差异。
表2(续)
表2(续)
图2 10种香韵的活性值雷达图Fig.2 Radar chart of 10 aroma notes activity threshold
本文以重庆、遵义和牡丹江3种产地C3F中间香型烤烟烟叶为研究对象,采用GC-MS法测定了主流烟气中96种重要香气成分释放量,由释放量及其作用阈值计算香气活性值,根据香韵归属获得了10种香韵的活性值,对比分析了3种中间香型烤烟的香韵特点,得到如下结论。1)96种香气成分在3种中间香型烟叶主流烟气中的总释放量分别为1 255.251 μg/g、856.274 μg/g和967.670 μg/g,其中乙酸、十六酸和油酸释放量较高。10种香韵中,酸香和脂蜡香的香气成分释放量最高,果香的香气成分释放量最低。对于3种中间香型烤烟,坚果香和甜香为其主体香韵,其次为清香和烤甜香香韵。2)相对而言,重庆C3F的膏香最为突出,遵义C3F的清香和果香最为突出,牡丹江C3F的甜香和坚果香最为突出。重庆C3F和遵义C3F的整体风格特征较为接近,而牡丹江C3F与上述两者之间的坚果香、甜香和花香香韵的活性阈值均存在较大差异。本文进一步细化了3种中间香型烤烟应用功能,可为卷烟叶组配方设计提供参考。