甘油对不同部位烤烟香味成分释放行为的影响

郭春生 王轶群 陈晨 张贾宝 杜赫 许艳冉 梁淼 乔月梅 张峻松

摘  要：为探究甘油对不同部位烤烟在低温加热状态下（350 ℃）香味成分释放行为的影响，利用自主设计的程序控温耦联烟气捕集装置，分别研究不同甘油含量（0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%）对上、中、下部烤烟烟叶香味成分释放量的影响。结果表明，烟叶在加热状态下的香味成分释放总量及烟碱释放量随甘油含量升高均呈现先升高后略有降低的趋势；不同部位烟叶各类香味成分释放总量随甘油含量升高（0%～15%）分别表现出不同幅度的提升，下部叶中性香味成分释放总量升高最为显著，增幅达95.11%，上部叶碱性、酸性香味成分释放总量升高最为显著，分别增加36.82%、43.92%。多因素方差分析表明，甘油含量和部位对烟叶各类香味成分的释放总量均有极显著影响，且部位与甘油含量的交互效应也呈极显著水平。综上，施加15%含量的甘油可在一定程度上促进烟叶在低温加热状态下香味成分的释放。

关键词：烟叶；甘油；部位；香味成分；低温加热；多因素方差分析

中图分类号：TS41+1                    文献标识码：A                    文章编号：1007-5119（2023）02-0088-09

Abstract： In order to explore the effect of glycerin on the release of aroma components in different parts of flue-cured tobacco under low temperature heating （350 ℃）， a programmed temperature-controlling coupled flue gas capture device was used to study the effects of different glycerin contents （0%， 5%， 10%， 15%， 20%， 25%， 30%） on the release of aroma components in upper， middle and lower flue-cured tobacco leaves. The results showed that： With the increase of glycerin content， the total amount of aroma components and nicotine release of tobacco leaves under heating conditions increased first and then slightly decreased， indicating that the addition of glycerin had a certain promoting effect on the release of aroma components. The total amount of various aroma components released from leaves from different positions the tobacco plant showed different increases with increasing glycerin content （0% to 15%）： the total release of neutral aroma components in lower leaves increased most significantly by 95.11%， and the total release of alkaline and acidic aroma components in upper leaves increased most significantly， increasing 36.82% and 43.92%， respectively. The multivariate analysis of variance showed that glycerin content and leaf position had a very significant effect on the total release of various aroma components in tobacco leaves， and the interaction effect between leaf position and glycerin content was also extremely significant. Above all， the release of aroma components in tobacco leaves under low temperature heating could be promoted by applying 15% glycerin.

Keywords： tobacco leaf; glycerin; leaf position; aroma components; low temperature heating; multivariate analysis of variance

甘油作為加热卷烟芯材中最常用的雾化剂[1-2]，能够降低烟叶的燃烧性，提高烟气和香味释放量[3-6]。Dai等[7]利用Py-GC-FID/MS法研究了不同含量甘油（0%～25%）对烟叶原料在250 ℃条件下热解产物的影响，发现施加甘油能促进酮类、醛类、羧酸类的释放；赵龙等[8]利用GC/MS法分析了添加不同量甘油（0%～50%）的河南C3F烤烟烟叶在300 ℃加热条件下的烟气粒相物释放，发现添加甘油有助于烟气粒相物中挥发性、半挥发性成分的释放，但对不同成分的影响趋势存在差异。

上述研究均从不同角度考察了甘油含量对烟草加热状态下烟气香味成分释放的影响，在研究过程中仅将香味成分按挥发性大小或官能团种类进行了讨论分析。然而烟气香味成分按其酸碱度可分为中性、碱性、酸性3类，这3类香味成分对烟草感官品质所起的作用各不相同。其中，中性香味成分对烟气感官香气的贡献最大，而堿性香味成分在吸味劲头和赋予烟草生理强度方面起着重要作用，且二者均具有很浓的气味和较低的阈值，是影响烟草和烟气香气风格的重要香味物质。酸性香味成分可在一定程度上醇和烟气，减少刺激性。因此分析烟草原料受热时释放的不同种类的香味物质，将为深入系统地了解香味组分与加热卷烟感官质量的关系提供参考依据[9-10]。另外，不同部位烟叶在加热状态下其香味成分的释放规律也存在一定差异[11-12]，目前对于不同甘油含量、不同部位的烟叶原料在低温加热状态下的香味成分释放行为研究尚不够系统全面。

本文以不同部位云南烤烟烟叶为对象，利用自主研制的温控平台和烟气捕集装置研究不同甘油施加比例（0%～30%）对烟叶原料在加热状态下中性、碱性、酸性香味成分释放量的影响，结合多因素方差分析考察甘油含量和部位2个因素对香味成分释放量的影响，以期为加热卷烟的芯材配方原料选用提供支撑。

1  材料与方法

1.1  材料、试剂与仪器

材料：云南上部B2F、中部C3F和下部X2F 烟叶（云烟87，均为醇化18个月的2018年样品，由内蒙古昆明卷烟有限责任公司提供）。

试剂：甘油、乙醇（AR，天津市富宇精细化工有限公司）；乙酸苯乙酯、反-2-己烯酸、正十七烷、1，4-丁二醇、碱性及酸性标准品（纯度>98%，百灵威科技有限公司）；氢氧化钠、氯化钠、无水硫酸钠（AR，天津市大茂化学试剂厂）；盐酸（37%，洛阳昊华试剂有限公司）；二氯甲烷、正己烷、甲醇（色谱纯，迪科马科技有限公司）；N，O-双（三甲基硅）三氟乙酰胺（BSTFA）（纯度98%，上海麦克林生化科技有限公司）。

仪器：ME104E电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]；QS-5A实验室小型切丝机（开封捷利美嘉机械设备有限公司）；8890/5977B气相色谱/质谱联用仪、8890A（FID）气相色谱仪（美国Agilent公司）；自制程序控温加热耦联烟气捕集装置，装置示意图如图1所示。

1.2  试验方法和条件

1.2.1  样品制备  将烟叶样品切丝后置于温度（22±1） ℃、相对湿度（60±2）%的标准环境中平衡48 h以上备用。取出部分烟丝施加甘油，首先将其置于140 ℃烘箱中加热5 min，加热完成后向烟丝上均匀喷洒经乙醇稀释的甘油并密封储存72 h，甘油添加量分别为最终样品质量的5%、10%、15%、20%、25%、30%，之后再将烟丝置于上述标准环境中平衡48 h使甘油充分吸收，密封储存备用。参照YC/T 31—1996、YC/T 243—2008测定样品实际含水率和甘油含量，具体样品信息如表1所示。

1.2.2  烟叶加热释放试验  称取0.4 g粉碎后的烟末样品置于程序控温加热耦联烟气捕集装置的石英管内，由混合气体控制系统将20%氧气、80%氮气的混合气体以0.2 L/min的流量通入石英管内，通气3 min后，使用温控系统在20 s内将石英管从室温升至350 ℃，并保持5 min，用剑桥滤片捕集烟气粒相物，加热完成后，继续通气5 min后取下剑桥滤片。

1.2.3  烟气香味成分分析  将完成捕集的剑桥滤片折起放入锥形瓶中，加入60 mL二氯甲烷，常温超声30 min，得到烟气香味成分萃取液；参照文献[9，13]的方法，对萃取液进行酸洗、碱洗，分别得到烟气中性、碱性、酸性香味成分萃取液；将萃取液干燥并加入内标浓缩后，经0.45 μm有机膜过滤并转移至色谱瓶中，进行GC/MS分析。

1.2.4  烟碱测定分析  参照YC/T 246—2008测定烟气中的烟碱释放量。

1.2.5  数据处理  各样品平行测定3次，取平均值，采用Excel软件对数据进行处理，采用SPSS 21软件对数据进行方差分析。

2  结  果

2.1  甘油对烟气香味成分释放量的影响

2.1.1  中性香味成分释放量  根据样品实测含水率与甘油含量，以烟草干物质含量为基准，计算了不同样品加热过程中的中性香味成分释放量，结果如图2所示，可见随甘油含量从0%增至30%，不同部位烟叶的中性香味成分释放总量均呈现先升高后降低的趋势，在甘油含量为15%时达到最高，各部位烟叶的中性香味成分释放总量整体表现为中部叶>上部叶>下部叶。当甘油含量从0%增至15%时，上部、中部、下部烟叶的中性香味成分释放总量显著增大，分别增大了46.28%、37.81%、95.11%。

由表2可知，大部分中性香味成分释放量在施加甘油后显著提高，糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、茄酮、巨豆三烯酮A、新植二烯、亚麻酸乙酯等物质的释放量相对较高，中部样品YC-0、YC-15的释放量高于上部和下部样品。由图3可知，施加15%含量甘油后，各部位烟叶的典型中性香味成分释放量升高程度不同，其中中部叶糠醛、糠醇、新植二烯的增加比例高于其他部位烟叶，其增加比例分别为50.68%、81.48%、55.64%；而5-甲基糠醛、巨豆三烯酮A则在下部叶中的增幅较大，分别增加66.85%、86.77%；茄酮在上部叶中增幅较大，增幅达56.03%。

2.1.2  碱性香味成分释放量  由图4可知，随甘油含量升高，不同部位烟叶的碱性香味成分释放总量逐渐升高，在甘油含量为15%时达到最高，之后略有下降，各部位烟叶的碱性香味成分释放总量整体表现为上部叶≈中部叶>下部叶。当甘油含量从0%增至15%时，上部、中部、下部烟叶的碱性香味成分释放总量显著增大，分别增大了36.82%、35.46%、31.40%，其增幅相较于中性香味成分较小。

由表3可见，碱性香味成分中3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、3-乙烯基吡啶等物质的释放量相对较高，且香味成分释放量在施加甘油后显著提高；上部烟叶中吡啶释放量在施加甘油后显著增加至9.66 μg/g。从种类上看，上部叶YB-0与YB-15样品所释放的碱性成分种类较中部叶和下部叶多。由圖5看出，相较于中性香味成分，甘油对碱性香味成分释放量的影响相对较弱（增加比例介于24.17%～45.26%）；就部位而言，甘油对中部叶3-乙烯基吡啶和喹啉释放促进作用更为显著，且明显增大了中下部烟叶3-甲基吡啶和3-乙基吡啶的释放量。总体而言，甘油对中下部叶的碱性香味成分释放影响较大。

2.1.3  酸性香味成分释放量  由图6可知，随甘油含量升高，不同部位烟叶的酸性香味成分释放总量逐渐升高，在甘油含量为15%时达到最高，之后略有下降，各部位烟叶的酸性香味成分释放总量整体表现为中部叶>下部叶>上部叶。当甘油含量从0%增至15%时，上部、中部、下部烟叶的酸性香味成分释放总量显著增大，分别增大了43.92%、31.83%、40.85%。另外结合图2、图4可知，甘油对烟气中性、碱性、酸性香味成分释放总量的影响较为一致。

由表4可知，乙酸的释放量远高于其他酸性香味成分，丁酸、3-甲基丁酸、苯甲酸的释放量相对较高，且大部分香味成分释放量在施加甘油后显著提高。由图7可知，甘油对各样品典型酸性香味成分释放量的影响相对较强（增加比例介于25.27%～ 119.30%）。其中，上部叶3-甲基丁酸释放量显著升高，增幅达93.15%，而中部叶和下部叶变化不明显；下部叶苯甲酸释放量变化最为显著，增幅为119.30%。

2.1.4  烟碱释放量  如图8所示，随甘油含量升高，各部位烟叶的烟碱释放量呈现先升高后缓慢降低的趋势，在甘油含量为15%时烟碱释放量最大，各部位烟叶烟碱释放量整体表现为上部叶>中部叶>下部叶。当甘油含量从0%增至15%时，上部、中部、下部烟叶的烟碱释放量显著增大，分别增大了27.20%、27.27%、26.44%。

2.2  甘油含量与部位对烟气香味成分释放量影响的多因素方差分析

为研究甘油含量与部位对烟气香味成分释放量的影响，以甘油含量、部位因素为控制变量，采用一般线性模型对烟气中性、碱性、酸性香味成分释放总量进行多因素方差分析，结果如表5所示。由表5可知，甘油含量和部位对中性、碱性、酸性香味成分的释放总量均存在极显著影响（p<0.01），且部位与甘油含量的交互效应也呈极显著水平（p<0.01）。结果表明，烟叶原料的甘油含量与部位对其在加热状态下烟气香味成分释放量影响显著。

3  讨  论

本研究利用自主研制的程序控温加热偶联烟气捕集装置，结合GC-MS法对不同甘油含量及部位的云南烤烟在低温加热状态下所释放的中性、碱性、酸性香味成分进行了分析，发现随甘油含量的升高，香味成分释放量整体呈现先升高后略有降低的趋势，在甘油含量为15%左右，香味成分释放量最大，不同部位烟叶的香味成分释放行为存在一定差异。

中性香味成分主要包含醛类、酮类、酯类和醇类等化合物，是烟气化学成分的重要组成部分[14-15]；碱性香味成分作为烟草气溶胶的重要化学组成部分，主要包括吡啶、吡嗪、喹啉等杂环类物质，大部分具有烘焙香、坚果香等[15-16]；酸性香味成分大多属于挥发性有机酸，虽然在烟叶中其含量相对非挥发性有机酸较低，但在加热过程中可直接蒸发转移进入烟气，对烟草制品（尤其是加热卷烟）的吸食特性具有重要影响[17-18]。随甘油含量的增加，各部位烟叶的中性、碱性、酸性香味成分释放总量及烟碱释放量均呈现先升高后略有降低的趋势，这与周慧明等[1，8]的研究结果基本一致；但周慧明等发现随甘油含量的升高，氮杂环类物质等碱性香味成分的释放量有所降低，与本研究有差异，原因可能是传统烟叶与再造烟叶的组织结构有所不同[19]。施加15%甘油后，烟气中的典型中性香味成分释放量显著升高，这有助于改善加热卷烟产品烟香不足的缺点[1，6]；同时，碱性香味成分如3-甲基吡啶、3-乙烯基吡啶等物质释放量的增加有助于彰显卷烟烘焙香韵[20]；而酸性香味成分如3-甲基丁酸、苯甲酸等物质释放量的升高则有助于醇和烟香、降低刺激[14，18]。不同部位烟叶间中性、碱性香味成分释放总量及烟碱释放量的大小与不同部位烤烟烟叶中的含量分布规律基本一致[21-22]，但酸性香味成分释放总量与烤烟烟叶的挥发性有机酸含量分布规律并不完全相同[23]，其原因是烟气中的酸性香味成分不仅来自于烟草自身挥发性有机酸的迁移，还可能产自烟草中糖类等物质的热分解[1]。

甘油虽对各类香味成分释放总量影响趋势一致，但影响程度各不相同。其中，甘油对中性香味成分的促释放效果最明显，尤其是对于下部叶更为显著；而对于碱性和酸性香味成分而言，这种促进作用则更多体现在上部叶。甘油对不同种类香味成分促释放效果的差异可能与烟叶自身对应香味物质的含量和热稳定性不同有关[24]。这为加热卷烟芯材配方中不同部位烟叶的选用和烟气感官质量的针对性提升提供了参考，后续仍需评价不同部位烟叶的香味释放量与感官质量的关系，从而为加热卷烟烟芯配方设计奠定基础。

4  结  论

结果表明：（1）随着甘油含量的升高（0%～30%），烟叶各类香味成分释放总量及烟碱释放量整体呈现先升高后略有降低的趋势，在15%甘油含量时达到最高；（2）甘油对不同部位烟叶各类香味成分释放总量的影响程度存在差异，随甘油含量升高（0%～15%），下部叶中性香味成分释放总量升高最为显著，上部叶碱性、酸性香味成分释放总量升高最为显著；（3）甘油对不同部位烟叶典型香味成分释放量的影响程度不一，表现为对中部、下部烟叶的中性、碱性香味成分释放影响较大，对上部、下部烟叶的酸性香味成分释放影响较大；（4）甘油含量和部位对烟叶原料中性、碱性、酸性香味成分的释放总量均有极显著影响，且部位与甘油含量的交互效应也呈极显著水平。

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