影响卷烟烟气柔和性的主要化学成分分析及柔和性功能香精的开发

杨蕾，杨清，冯洪涛，徐广晋

红云红河烟草(集团)有限责任公司技术中心，云南省昆明市北郊上庄650202

卷烟品质很大程度上取决于烟叶的品质。而烟叶的化学成分是烟叶质量的物质基础，烟叶感官质量是烟叶质量的最终判定[1]。长期以来，为了提升卷烟感官品质，烟草科研工作者作了大量的研究寻求化学成分与烟叶感官质量之间的关系。如高家合等[2]研究了烟叶化学成分与评吸质量的关系，提出评吸质量与烟碱、总氮、氯离子含量、挥发酸呈极显著正相关，与总糖呈极显著负相关;王允白等[3]的研究表明，评吸质量好的样品还原糖含量较高，总氮含量较低，烟碱含量适中，氧化钾含量较高，两糖(总糖与还原糖)差值小，蛋白质含量较低，糖碱比、钾氯比、氮碱比均较高。可见，化学成分是烟叶质量的内涵，只有化学成分协调时，烟叶的香气、吃味才会好[2]。目前，烟叶化学成分与卷烟感官质量的相关关系方面研究较多，但针对卷烟烟气柔和性的研究相对较少。随着人们生活水平的提高，消费者对卷烟品质要求也越来越高，不再单纯追求生理的满足感，而更重视卷烟吸食时的舒适程度和口感，卷烟柔和性正逐渐成为消费者衡量卷烟感官质量的又一项重要指标。卷烟吸食时舒适性、劲头减小程度、刺激降低程度很大部分与烟气的柔和性成正相关。卷烟燃烧时，尽管烟草中直接转移到烟气中的化合物的量仅为其含量的1/3左右[4]，但烟气中的这些化合物都是卷烟感官性质的潜在贡献者，对卷烟柔和性同样存在着影响。有研究[5-8]认为，水溶性总糖是决定烟气甜度和醇和度的主要因素，而总氮和烟碱则反映了烟叶的生理强度和烟气浓度。此外，烟草中化学成分物质新植二烯也是烟叶中重要的致香物质[9-11]，它在烟草燃烧时能够捕集烟气气溶胶内香气物质，从而携带烟叶中挥发性香气物质和致香成分进入烟气[12]，具有减少刺激性、醇和烟气，柔和烟气的作用[13]。其次，烟草中的饱和脂肪酸可赋予烟气一种腊味、脂味和柔和的吸味[14]。此外，卷烟含水率及其烟气粒相水分对抽吸感受亦有影响。研究表明[15-20]，干燥卷烟其粒相含水率较低，烟气比正常卷烟(烟丝含水率12%～13%)更加刺激;反之，含水率较高的烟丝，烟气湿润感较好，刺激较低，喉部舒适性较好，烟气相对柔和[17-22]。糖碱比、氮碱比是评价烟气酸碱平衡的主要指标，对卷烟柔和性有一定影响，同时，新植二烯、饱和脂肪酸、烟气粒相水分等也是影响烟气柔和性的因素。因此，研究了上述指标与卷烟感官品质的关系，旨在通过对影响卷烟柔和性的化学成分因素的分析，从而指导提高卷烟柔和性功能香精的研发，并应用于卷烟产品，从而改善卷烟抽吸品质。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与设备

红河品牌卷烟乙级、甲级、66、88、99、V8成品烟支，产品丝组及成品烟丝;红河模块A，B，C，D，E烟叶及烟丝。磷酸钠、正十七烷、异丙醇(AR，天津市化学试剂三厂);二氯甲烷(AR，汕头市西陇化工有限公司);Na2SO4(汕头市达濠精细化学品公司)。

Agilent GC6890N/MS 5975气/质联用仪(美国安捷伦公司);Mettler Toledo X3603SX电子分析天平(感量0.001 g，瑞士梅特勒-托利多公司)。

1.2 方法

1.2.1 烟气柔和性评价

选取细腻、圆润和刺激3个指标作为评价卷烟柔和性的量化指标，评分标准为每项0～5分，品质越好，得分越高，柔和性综合得分为3项之和。评吸小组由从事卷烟产品研究工作多年，且具备国评资格的专业评吸技术人员(8人)构成。

1.2.2 样品的制备

粉碎烟叶过60目筛，在温度22℃、相对湿度60%的环境下平衡24 h。称取10.0 g烟样，置于500 mL烧瓶中，加入0.1 mol/L pH5.59的磷酸盐缓冲溶液250 mL，正十七烷内标溶液100 μL(2 μL n-C17烷/1 mL异丙醇);在另一25 mL烧瓶中加入30 mL二氯甲烷作萃取剂，进行同时蒸馏萃取(SDE)2.5 h。SDE结束后，二氯甲烷溶液加无水Na2SO4干燥，浓缩至1.0 mL备用。

1.2.3 样品的分析

定量分析:提取物添加内标后，采用气/质联用仪进行分析，结果采用内标法计算(表格中致香成分含量为内标校正峰面积相对含量，在不考虑仪器信号响应差异的情况下，即相对校正因子为1时，数值的单位为μg/g)。

色谱质谱条件:毛细管柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度:260℃;载气:He;流速:1 mL/min;程序升温:(15 min);GC/MS接口温度:280℃;离子源:EI源;电子能量:70 eV;扫描范围:35～455 amu。

定性分析:按GC/MS条件检测后，采用NISTl07质谱数据库检索进行定性分析。

卷烟烟气粒相水分、烟气烟碱的测定:卷烟的抽吸和主流烟气的收集按GB/T19609进行，参照GB/T23203《卷烟总粒相物中水分的测定》、GB/T23355-2009《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》分别进行卷烟烟气粒相水分、烟气烟碱的测定。

2 结果与讨论

2.1 卷烟烟气柔和性结果

对红河模块烟叶A，B，C，D，E[23]和产品烟丝进行评吸，结果见表1。由表1可知，5个模块烟叶柔和性排序为:D＞C＞E＞A＞B;产品柔和性排序为:V8=99＞88＞甲级＞乙级。

2.2 烟草主要化学成分对烟气柔和性的影响

2.2.1 糖类和糖氮比对烟气柔和性影响

对红河模块烟叶和产品烟丝中总糖，总氮和糖氮比进行检测，结果见表2。由表2可以看出，上部模块烟叶(A，B)的总糖、还原糖较低，特别是B模块，比C烟叶模块低3.36%;而总氮含量比其他模块烟叶高，A烟叶模块总氮含量比E烟叶模块高1.24%;糖氮比的数值则是E板块最高。红河系列产品中，V8，99，88 3个产品烟丝总糖含量、糖氮比值较一致，均较高，而甲级、乙级产品这两项指标检测值相对偏低。结合柔和性评吸评价结果(表1)可以看出，糖氮比值高的，刺激较小，且烟气柔和性较好。将糖氮比和刺激性分值进行回归分析(图1)，可知二者存在显著正相关。这是因为糖含量高的烟叶产生酸性致香成分较多，从而可以有效平衡酸碱性，使刺激降低，柔和性增加。因此，柔和性香精的开发，可以从添加富含酸性成分和糖分的天然植物提取物方面进行研究。

2.2.2 非质子化烟碱(游离烟碱)与卷烟柔和性关系

将模块烟叶和产品烟丝经过吸烟机标准检测，测得每口游离烟碱释放量见表3。结合红河各模块烟叶及系列产品柔和性评价结果(表1)可知，红河模块烟叶中A，B的每口游离烟碱释放量最高，劲头最大，对喉部的冲击感过于强烈，柔和性较差;而E每口游离烟碱释放量过低，抽吸后生理满足感较差;红河模块烟叶和卷烟产品的每口游离烟碱释放量处于0.036～0.042 mg范围时，劲头适中，喉部舒适性好。

表1 红河模块烟叶及红河系列产品柔和性评价结果(分)

表2 红河模块烟叶及红河系列产品烟丝化学成分检测结果

图1 糖氮比与刺激性相关性

表3 红河模块烟叶和产品烟丝每口游离烟碱量(mg/口)

2.2.3 新植二烯、高级脂肪酸和烟气粒相水分与卷烟柔和性关系

对红河模块烟叶和产品烟丝中烟叶致香成分中新植二烯和高级脂肪酸酯含量及主流烟气粒相水分进行测定，结果见表4。对表4中新植二烯、高级脂肪酸酯含量及烟气粒相水分含量与卷烟柔和性分值进行回归分析，结果如图2～图4所示。由图2～图4可知，新植二烯、高级脂肪酸酯含量及烟气粒相水分含量与卷烟柔和性分值存在正相关，其回归拟合方程分别为:y=2.707x+6.244(R2=0.739)、y=3.087x+6.712(R2=0.756)、y=1.199x+9.353(R2=0.739)。结合评吸结果可以发现，新植二烯、高级脂肪酸酯含量及粒相水分含量较高的模块烟叶C，D及卷烟产品V8，99细腻圆润性较好，柔和性分值最高;而上述成分含量低的模块烟叶及卷烟产品的刺激偏大，且干燥感明显，柔和性分值也相对偏低。

表4 新植二烯和高级脂肪酸酯含量及主流烟气粒相水分含量

2.3 柔和性功能性香精的研制与效果评价

2.3.1 柔和性功能香精产品的研制

图2 新植二烯与柔和性相关性

图3 高级脂肪酸脂与柔和性相关性

图4 烟气粒相水分与柔和性相关性

综上所述，烟叶中糖类、烟气中的游离烟碱、总氮、新植二烯和脂肪酸以及烟气粒相水分等与卷烟烟气柔和性呈显著相关。故在开发能有效提高卷烟柔和性的功能香精时，应针对性的筛选糖类、新植二烯和高级脂肪酸等含量较高的特色植物、中草药以及烟草提取物作为原料。研究中选取的原料主要包括:富含糖类和高级脂肪酸的罗汉果、胖大海、葛根、川贝等十余种中草药及新植二烯含量较高的津巴布韦烟叶。通过对原料采用现代萃取、分离纯化等化学方法，得到富含高级脂肪酸及新植二烯的提取物。通过对提取物的调配实验，开发出5个能明显提高各个标准烟丝及产品柔和性的、具有特色香型风格的香精，其香型、实验用量范围、香气描述具体见表5。

2.3.2 柔和性功能香精的功效评价

选择产量较大的、能充分代表红河产品风格特征、突出红河卷烟抽吸特点的红河(甲级)成品烟丝为实验对象。通过添加不同比例的柔和性功效香精样品，采用参考用量及其1/2用量浓度进行梯度实验，并分别对实验样品与对照产品进行柔和性评价，结果见表6。由表6可以看出:①柔和性功能香精样品对提高红河(甲级)产品柔和性均有一定效果，且用量低者效果相对较好，高用量可能与红河(甲级)产品原香精融合性稍差，导致协调性降低，整体感官品质下降。②从评吸数据上可以看出，R1#，R2#，R4#改善柔和性效果较好，从评吸描述上可以看出，R1#在改善烟气细腻度、降低喉部刺激性、提高口腔甜润感方面效果较好，且与原产品风格较协调;R2#柔和性、质感改善较明显，但烟香透发性略下降，且风格微变化;R4#细腻性、圆润性、生津感、刺激性略有改善，但明亮度略显下降，用量应控制。③综合考虑，R2#效果相对明显，采用R1#，R2#，R4#进行下一步香精配方组合试验。

表5 柔和性香精香型及用量范围参照表

2.4 柔和性功能香精的配伍性实验

2.4.1 柔和性功能香精在标准产品配方中的运用试验

在进行2.3.2柔和性香精添加试验时，发现柔和性香精用量较大，对原有产品风格会有较大影响，同时，单一的柔和性香精作为香基个体进入香精配方效果不太理想，因此，以红河(甲级)、红河(66)两个产品为试验对象，根据其产品风格特点，对R1#，R2#，R4#进行不同比例组配，配制适合该产品的柔和性功能复配香基，再与原香精进行配伍性实验，从而得到改进的产品香精配方。最终确定的柔和性功能复配香基组成比例和改进产品香精配方比例如表7所示。

表6 柔和性香精评吸结果

表7 柔和性香精配方设计(g)

2.4.2 柔和性功能香精在产品中应用效果评价

按上表(表7)内容配制改进香精产品红河(甲级)、红河(66)烟丝，与原表香配方正常产品烟丝进行单项对比评吸，结果见表8。可以看出，改进配方后的产品红河(甲级)及产品红河(66)整体柔和细腻度均有不同程度提高，与正常样相比，改进配方后样品主要在柔和度、质感、口腔甜润感、杂气方面改善较明显，其中产品红河(66)在柔和细腻度、香气质感、杂气、余味回甜等方面改善更为明显。

按照卷烟柔和性评价方法，对改进产品烟丝进行柔和性综合打分，结果见表8。由表8可以看出，样品整体柔和性得分均高出对照1.5～2分。可见，柔和性功能香精对提高红河(甲级)、红河(66)卷烟产品的柔和细腻性，改善香气质感，提高圆润性，改善口感均有一定的作用。

表8 柔和性香精添加实验样品感官指标对比评吸结果及柔和性分值

3 结论

(1)通过对影响“红河”品牌卷烟柔和性相关因素的探索分析，得出烟丝的糖氮比、游离烟碱、烟气粒相水分、致香成分新植二烯和高级脂肪酸酯两类物质含量与卷烟柔和性存在一定的相关性。主要包括:糖含量高的烟叶产生酸性致香成分较多，从而可以有效平衡酸碱性，使刺激降低，柔和性增加;劲头较大的卷烟，每口游离烟碱含量过高，对喉部冲击感过于强烈，喉部舒适度降低，游离烟碱含量较低的卷烟，生理满足感较差;新植二烯和高级脂肪酸酯含量较高的卷烟，其细腻柔和性较好，刺激较小，柔和性较好;烟气粒相水分含量较高的卷烟，烟气湿润度较好，喉部干燥感减轻，刺激性较小，卷烟柔和性较好。

(2)红河模块烟叶和产品烟丝的每口游离烟碱含量处于0.036～0.042 mg范围时，劲头适中，喉部舒适性好，柔和性较好。

(3)柔和性香精的开发，可以通过添加富含酸性成分和糖分的天然植物、新植二烯和高级脂肪酸等含量较高的特色植物、中草药以及烟草提取物作为原料的提取物来进行研究。

(4)开发了5个天然植物提取物和烟草提取物的柔和性功能香精，并与红河特色香原料进行调配，开发出2个柔和性功能香基应用于红河系列卷烟产品。评价结果表明，柔和性功能香精对提高红河卷烟产品的柔和细腻性，改善香气质，提高圆润性，改善口感均有一定的作用。

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