烟梗主要化学成分特征及其与巴豆醛释放量的关系

程向红，王培锋，彭玉富，陈孟起，田海英*

以烟梗为原料生产的梗丝具有较高的填充性、燃烧性，其应用对降低卷烟成本、控制焦油量具有非常重要的意义[1]。然而，梗丝感官吸食香气较少、刺激较大，从而影响了其在卷烟配方中的使用。

巴豆醛是卷烟烟气中的一种呼吸道纤毛毒素成分，是挥发性羰基化合物中的重要组成，我国将巴豆醛列为卷烟主流烟气7种危害性指标之一[2]。梗丝燃吸后巴豆醛释放量远高于叶丝[3-5]，这也是制约烟梗可用性的一个重要因素。

目前很多文献分析了烟叶化学成分[6-8]，研究了烟叶化学成分与烟气有害成分释放量的关系[9-11]。但是，烟梗与烟叶化学成分差异较大，这些研究并不能指导梗丝在卷烟中的使用。关于烟梗化学成分的研究[12-13]虽有一定报道，但这些研究时间过早、样本量较少、代表性不强。有关烟梗化学成分与巴豆醛释放量之间关系的研究还未见报道。

为探明烟梗化学成分特征以及影响梗丝燃吸后巴豆醛释放量的化学成分因素，本研究将烟梗制作成膨胀梗丝，以梗丝为样本，分产区和部位分析了我国烤烟主产区烟梗主要化学成分特征，研究烟梗化学成分与巴豆醛释放量之间的关系，从烟梗化学成分的角度来认识影响梗丝质量的因素，以期为卷烟工业对烟梗原料的分类、加工、选择以及梗丝在卷烟配方中的使用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取 2015年度国内烤烟主产区云南（大理、曲靖、文山、昭通、保山）、贵州（毕节、兴义）、四川（凉山、攀枝花）、湖南（郴州、永州）、福建（南平、三明）、河南（平顶山、许昌、三门峡）打叶复烤后上部14个、中部16个、下部7个，共37个烟梗样本，具体见表1。上部为上橘二、上橘三烟梗混合，中部为中橘二、中橘三烟梗混合，下部为下橘二、下橘三烟梗混合。

1.2 试验方法

1.2.1 梗丝的制作 梗丝由河南中烟安阳卷烟厂制梗丝线气流干燥法生产，生产时间2016年10月。

1.2.2 化学成分检测 总糖[14]、淀粉[15]、蛋白质[16]、总植物碱[17]、钾[18]、纤维素[19]、半纤维素[19]、木质素[19]和果胶[20]含量根据现行相关的烟草行业标准进行检测。

1.2.3 巴豆醛释放量检测 由于梗丝样本烟支燃烧较快，采用传统吸烟机燃吸抽吸口数较小，误差较大，因此，试验采用自行设计的卷烟模拟燃吸装置[21]，模拟卷烟实际燃吸条件对梗丝样本进行裂解。模拟装置如图1所示。

按照国家标准[22]对梗丝样本进行前处理。分别称取2份20 mg石英棉和1份100 mg梗丝样本，装填至石英管中（样本置于石英棉中间，控制样本长度约为1 cm）。将装填好样本的石英管接入裂解装置中，并将盛有50 mL DNPH溶液的吸收瓶（上海CNW公司）与裂解装置连接。参考卷烟燃吸条件，设定裂解条件为：

表1 烟梗样本的产区及部位分布Table 1 Growing areas and stalk positions of tobacco stem

图1 卷烟燃吸模拟装置示意图Fig. 1 Diagrammatic sketch of smoking analog device

按照烟草行业标准[23]对滤片、吸收液进行处理和液相色谱分析。

1.2.4 数据统计分析 采用SPSS 22统计软件进行显著性分析和相关分析，采用Excel 2007软件制作表格。

2 结 果

2.1 烟梗主要化学成分及巴豆醛释放量

由表2可以看出，与烟叶相比[6-8]，烟梗常规化学成分中总糖含量为17.41%～21.40%，稍低于烟叶，淀粉与总植物碱含量分别为 0.89%～1.12%和0.48%～0.59%，远远低于烟叶；钾含量为4.61%～5.74%，明显高于烟叶；蛋白质含量与烟叶相差不大。烟梗细胞壁物质中纤维素含量为 21.87%～23.94%，远高于烟叶，果胶含量为10.60%～11.24%，也明显高于烟叶，半纤维素与木质素含量与烟叶差异不太明显。

2.2 不同产区间主要化学成分及巴豆醛释放量

由表3可以看出，不同产区烟梗常规化学成分中总糖、淀粉和钾含量差异性达到极显著水平，蛋白质和总植物碱含量差异性达到显著水平。总糖含量云南远高于其他产区，而福建远低于其他产区；淀粉含量以四川、贵州最高，河南、福建最低。蛋白质含量福建稍低，其余各产区差异不大；总植物碱含量福建远远高于其他产区；钾含量以福建、湖南较高，河南最低。

不同产区烟梗细胞壁物质成分中纤维素和半纤维素含量差异性达到极显著水平，木质素和果胶含量差异性则不显著。纤维素含量福建远高于其他产区，贵州、云南相比较低；半纤维素含量云南、贵州和四川远高于其他产区，福建和湖南远低于其他产区。不同产区梗丝巴豆醛释放量差异性达到显著水平，以河南和云南较高，湖南和四川较低。

2.3 不同部位间主要化学成分及巴豆醛释放量

由表4可以看出，不同部位烟梗常规化学成分中蛋白质和总植物碱含量差异性均达到显著水平以上，蛋白质含量表现为上部＞下部＞中部；总植物碱含量随部位的升高而增加，表现为上部＞中部＞下部；总糖、淀粉和钾含量则无明显差异。不同部位烟梗细胞壁物质中木质素和果胶含量差异性均达到极显著水平，木质素含量随部位的升高而增加，表现为上部＞中部＞下部；而果胶含量随部位的升高而降低，表现为上部＜中部＜下部；纤维素、半纤维素含量则无明显差异。

表2 烟梗主要化学成分及巴豆醛释放量Table 2 Main chemical components and release of crotonaldehyde

表3 不同产区烟梗主要化学成分及巴豆醛释放量分析Table 3 Main chemical components and release of crotonaldehyde of different growing areas

从对烟梗产区和部位的研究发现，烟梗细胞壁物质中，纤维素、半纤维素含量与产区密切相关，而木质素和果胶含量与部位密切相关。不同部位梗丝巴豆醛释放量差异性达极显著水平，随部位的升高巴豆醛释放量增加，表现为上部＞中部＞下部。

2.4 烟梗主要化学成分与巴豆醛释放量的相关性

由表5可以看出，梗丝巴豆醛释放量与烟梗总糖含量极显著正相关，与蛋白质含量显著正相关，与钾和纤维素含量显著负相关。

表4 不同部位烟梗主要化学成分及巴豆醛释放量分析Table 4 Main chemical components and release of crotonaldehyde of different stalk positions

表5 烟梗主要化学成分与巴豆醛释放量的相关关系Table 5 Correlation between main chemical components of stems and release of crotonaldehyde

3 讨 论

烟梗化学成分是影响梗丝燃吸质量的重要因素[13]。本研究将烟梗分产区、部位进行分析，明确了烟梗主要化学成分在产区、部位间的差异。产区间，常规化学成分含量的差异均达到显著或极显著水平，细胞壁物质中纤维素和半纤维素含量差异也达到极显著水平。部位间，常规化学成分中碳水化合物（总糖、淀粉）和矿物质（钾）含量没有明显差异，而含氮化合物（蛋白质、总植物碱）含量差异较大，细胞壁物质中木质素和果胶含量差异也较大。这说明产区是影响烟梗化学成分的主要因素，部位也是影响烟梗化学成分的重要因素，这与相关研究[5,13]结果相对应。不同部位间化学成分差异，受烟草体内顶端优势和物质再分配影响较大。本研究发现，产区和部位也是影响梗丝巴豆醛释放量的重要因素，河南、云南释放量较高，湖南、四川释放量较低，而其释放量又随着烟梗部位的升高而升高。云南烟梗燃烧后巴豆醛释放量高可能与该产区烟梗中总糖含量高有关，河南烟梗燃烧后巴豆醛释放量高可能与该产区烟梗中钾含量低有关。随着烟梗着生部位的升高，蛋白质和木质素含量增加，这些可能是造成巴豆醛释放量随着烟梗部位的升高而升高的主要因素。因此，工业企业在烟梗原料使用时，选择合适产区和部位的烟梗是十分必要的。

已经证实，细胞壁物质热解时会产生较多的挥发性羰基化合物，这些化合物产生刺激性的呛咳、引起口腔收敛[24]。烟叶中细胞壁物质含量越高,烟叶的品质越差[25]。本研究发现，烟梗细胞壁物质中纤维素和果胶含量远高于烟叶，这可能是造成梗丝吸食香气量较少、刺激性较大、余味涩口的主要原因。因此，可以从降低纤维素和果胶含量的角度来改善梗丝吸食品质。

以烟叶为样本的相关研究表明，烟气中的挥发性羰基化合物主要来源于烟草自身成分（纤维素、果胶、糖、蛋白质、氨基酸、蜡质）以及添加剂（甘油三酯）等成分的热裂解[26]。本研究表明，梗丝裂解后巴豆醛释放量与梗丝中总糖和蛋白质含量显著正相关，这与以烟叶为样本的研究报道相一致；与钾含量显著负相关，这是因为钾有助于梗丝的裂解燃烧；而与纤维素含量显著负相关，这与以烟叶为样本的研究报道不相一致，其中的原因及机理还待进一步的深入研究。

梗丝燃吸后烟气7种危害成分中一氧化碳和巴豆醛释放量远高于烟叶叶丝，而其他5种成分却明显低于叶丝[3]，找出影响梗丝巴豆醛释放量的因素之后，可以针对性地采取相应措施降低梗丝烟气的危害性，大大提高烟梗可用性。

4 结 论

试验结果表明，烟梗化学成分与烟叶化学成分差异较大，产区和部位是影响烟梗化学成分及梗丝巴豆醛释放量的重要因素，梗丝巴豆醛释放量与烟梗总糖含量极显著正相关，与蛋白质含量显著正相关，与钾和纤维素含量显著负相关。梗丝巴豆醛释放量在不同产区间差异性显著，以河南和云南较高，湖南和四川较低；在不同部位间差异性极显著，随部位的升高而增加。在制梗丝过程中，可以根据卷烟对梗丝质量的需求选择合适产区、部位以及化学成分含量的烟梗原料。有关如何降低梗丝巴豆醛释放量还有待做进一步研究。

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