低焦油卷烟的烟气成分及吸食品质的关系研究

赵赛月，张峻松，董振山，何 山，张 博

（郑州轻工业大学，河南郑州 450002）

随着卷烟行业改革和转型的需要，低焦油卷烟产品的研发与生产销售成为我国烟草行业发展的趋势。对于我国烤烟型卷烟占95%以上的烟草行业来说，烤烟型卷烟较高的糖碱比，使得烟气的酸性较大，游离盐碱的比例较低，烟气生理感受较低，烟气柔和，劲头和满足感比相同焦油的混合型卷烟小，所以中式烤烟型卷烟的降焦难度更大。当前众多的卷烟企业采用减害降焦技术和新型材料，已经明显降低了卷烟焦油和有害成分的含量，但同时也在不同程度上降低了卷烟的抽吸品质。因此，进行烤烟型低焦油卷烟香味补偿的研究很是迫切，且通过香精香料进行香味补偿占有重要地位[1]。香精香料技术也已成为烟草行业必须掌握的核心技术之一[2]。

1 材料与方法

1.1 材料

以市场上销售具有代表性的10种低焦油卷烟为对照卷烟，分别编号为1～10。

10种代表性低焦油卷烟见表1。

表1 10种代表性低焦油卷烟

1.2 方法

1.2.1 设备仪器

电子天平、气相色谱-质谱联用仪、HP-5MS弹性石英毛细管柱、20孔道转盘型吸烟机等。

1.2.2 样品处理

（1） 低焦油卷烟烟气成分检测。表1中10种低焦油卷烟样品各20支，按照GB/T 16447—2004平衡后，采用标准抽吸条件GB/T 19609—2004的要求用剑桥滤片对卷烟主流烟气粒相物进行收集[3]。抽吸完成后，将剑桥滤片置于100 mL锥形瓶中，加入50 mL丙酮，超声萃取30 min。之后取20 mL萃取液于50 mL浓缩瓶，在温度50℃，转速350 r/min条件下浓缩至0.5 mL，加入50μL内标定容至1 mL，用针头过滤器过滤后再进行GC/MS分析。

（2）低焦油卷烟感官品质评吸。采用GB 5606.4—2005中的方法进行卷烟感官评吸，检测项目包括光泽、香气、谐调、杂气、刺激性和余味，各检验项目均以0.5分为计分单位，采用暗评计分方法，各单项得分和总分为10位评委打分的平均值[4]。

（3）低焦油卷烟烟气成分与感官品质相关性分析。典型相关分析采用SPSS 16.0软件进行分析。

1.2.3 仪器条件

仪器分析检测条件：进样口温度260℃，载气He，流速1 mL/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，离子源温度230℃，升温梯度50℃（2 min） -3℃/min-160 ℃ （1 min） -4℃/min-280℃ （20 min），图谱库NIST98，WILEY275标准谱库[5]。

2 结果与分析

2.1 代表性低焦油卷烟产品烟气成分分析

2.1.1 主流烟气总粒相物挥发性成分含量分析

对10种低焦油卷烟主流烟气的总粒相物挥发成分总离子流图进行库检索分析，发现这10种低焦油卷烟主流烟气总粒相物挥发性成分绝大部分都含有132种物质，主要有乙酸、苯、豆甾醇、烟碱+三甘酯、甲基-4-吡喃-4-酮、巨豆三烯酮D、羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮、棕榈酸、5-（羟甲基）-2-呋喃甲醛、莨菪葶、新植二烯、维E、5-（羟甲基）-2-呋喃甲醛、麦斯明、硬脂酸、1,6-脱水-β-D-吡喃型葡萄糖等。

10种低焦油卷烟主流烟气的总粒相物挥发成分总离子流图见图1。

2.1.2 主流烟气总粒相物挥发性成分含量差异分析

根据卷烟烟气成分分析，各品牌卷烟的主要挥发性成分为3-戊烯-2-酮、2-环戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-异丙基环戊烯、芳樟醇、2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮、2,3-二氢-1H-茚酮、苯乙酸、香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等，其中芳樟醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素均为卷烟常用外加香。芳樟醇感官特征具有花香、木香、蜡香、醛香、清香、柑橘香、浆果香、玫瑰香；β-大马酮感官特征为具有甜的果香、木香、药草香、薄荷香；β-二氢大马酮感官特征为具有果香、木香，并有浆果、薄荷、药草香韵；香兰素感官特征为具有甜香、香夹兰、奶油香，并有十分甜的味道。

图1 10种低焦油卷烟主流烟气的总粒相物挥发成分总离子流图

10种低焦油卷烟主流烟气总粒相物挥发性成分中重要致香物质含量平均值见表3。

通过对10种代表性低焦油卷烟主流烟气总粒相物挥发性成分中3-戊烯-2-酮、2-环戊烯-1,4-二酮、苯甲醇、苯乙醛、1-异丙基环戊烯、芳樟醇、2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮、2,3-二氢-1H-茚酮、苯乙酸、香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等重要致香物质进行比较分析，结果表明，10种代表性低焦油卷烟主流烟气总粒相物挥发性成分中的β-二氢大马酮和二氢猕猴桃内酯含量存在极显著差异，而苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香叶醇、香茅醇、β-大马酮、香兰素、α-鸢尾酮和金合欢醇存在显著差异。而10号卷烟主流烟气中未检测出苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等重要香气物质。

2.2 代表性低焦油卷烟产品感官品质分析

2.2.1 感官品质评价结果

结合上述10种卷烟的烟气挥发性成分检测结果，分别对10种卷烟进行感官品质评价，分别对10位评委评吸结果计算平均值。

10种低焦油卷烟感官评吸结果（n=10） 见表4，10种卷烟抽吸品质评价结果见表5。

2.2.2 感官品质差异分析

由表4、表5可知，1～9号卷烟基本上在香气量、香气浓度和烟气柔润性方面有较好的表现，而10号卷烟在香气量、香气浓度、透发性和口腔余味方面还需进一步完善。

2.3 低焦油卷烟产品烟气成分和感官品质相关性分析

表3 10种低焦油卷烟主流烟气总粒相物挥发性成分中重要致香物质含量平均值

表4 10种低焦油卷烟感官评吸结果（n=10）/分

表5 10种卷烟抽吸品质评价结果

为探索进一步完善自产卷烟在香气、余味、杂气、协调和刺激方面的方法，拟开展这5项感官品质与卷烟烟气重要致香成分的相关性分析，以期能从化学成分的添加影响和改进自产卷烟产品的感官品质。

2.3.1 典型相关分析

结合感官品质分析（表4，表5），根据10种低焦油卷烟样品挥发性成分，按照糖类、酸酯类、醛酮类、萜烯类、杂环类、生物碱类、烷醇类和其他类进行分类合并和数据分析处理。结果表明：①增香功能。萜烯类化合物的增加，香气强度也明显增大，萜烯类化合物对香气有明显影响。而糖和酸酯类增加，强度随之减弱，这类化合物对增香有一定的抑制作用。②降刺功能。酸酯类、萜烯类含量较大，而醛酮类较小。③保润功能。醛酮类和烷醇类含量较大，这类化合物含量大的香原料对保润有较好的效果。④除杂功能。糖类、酸酯类、酮醛类和萜烯类含量较大，能够掩盖烟气中的杂气。

通过10种低焦油卷烟产品中香叶醇（X1）、香茅醇 （X2）、β -大马酮 （X3）、β -二氢大马酮 （X4）、香兰素（X5）、二氢猕猴桃内酯（X6）、α-鸢尾酮（X7）和金合欢醇（X8）等重要致香物质指标与感官品质香气 （Y1）、杂气 （Y2）、谐调 （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5个特征指标之间的典型相关分析，探讨重要致香物质和感官品质之间的关系。

10种低焦油卷烟产品中各类致香成分与感官品质的典型相关系数及特征值见表6。

由表6可知，第1，2对典型相关变量的相关系数分别为0.772 366和0.702 181，且相关性检验达极显著水平，从第3对典型相关变量开始，其相关性检验均不显著，故选取第1，2对典型变量进行分析，其方差贡献率分别为0.516和0.339 4，累积方差贡献率为0.855 4。

进一步由典型相关得分系数，可得下述典型相关模型：

表6 10种低焦油卷烟产品中各类致香成分与感官品质的典型相关系数及特征值

由模型可知，u1和v1表征重要致香物质指标与感官品质指标之间的关系，其中v1主要体现了刺激（Y4）对协调（Y3）的削弱效应，典型相关标准得分系数分别为-0.647 4和0.59；u1主要体现了β-大马酮和-二氢大马酮等重要香气物质的作用，其典型相关得分系数为0.791 3。v2主要体现了香气（Y1）和协调（Y3）的协同作用，其典型相关得分系数分别为0.853 1和0.665 4；u2主要体现了二氢猕猴桃内酯（X1）和香兰素（X3）的效应，其典型相关得分系数分别为1.571 2和0.528 3。

综上可知，香气和协调与β-大马酮和β-二氢大马酮呈正相关，杂气和刺激与二氢猕猴桃内酯呈负相关。

2.3.2 逐步回归分析

通过10种低焦油卷烟产品中香叶醇（X1）、香茅醇（X2）、β-大马酮（X3）、β-二氢大马酮（X4）、香兰素（X5）、二氢猕猴桃内酯（X6）、α-鸢尾酮（X7）和金合欢醇（X8）等重要致香物质指标与感官品质香气 （Y1）、杂气 （Y2）、谐调 （Y3）、刺激（Y4）、余味（Y5）共5个特征指标之间的逐步回归分析，来探讨重要致香物质对感官品质的影响。

回归模型方差分析见表7。

由表7回归模型方差分析表可知，5个感官指标（香气、杂气、协调、刺激和余味）p值分别为0.418 7，0.228 0，0.000 2，0.000 2，0.007 0，后面3个模型均达显著水平（α=0.05）。

由表7可知变量引入模型的显著水平准则（默认） 为0.5，大于0.5则停止引入。5个感官指标逐步依次进入模型的变量即对感官指标影响较为显著的各类重要致香成分分别为杂气（香兰素）、协调（二氢猕猴桃内酯、β-大马酮、香兰素和香茅醇）、刺激（β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯、香叶醇）和余味（金合欢醇、二氢猕猴桃内酯、香兰素、β-二氢大马酮和β-大马酮）。

表7 回归模型方差分析

前向选择逐步回归过程见表8，回归模型参数估计见表9。

表8 前向选择逐步回归过程

由表9可得到4种香型的回归模型分别为：

香气 （Y1=1.674 6-0.009 09X5）；

杂气（Y2=1.740 85+0.013 48X2+0.090 11X3-0.014 72X5+0.439 09X6-0.003 45X9）；

协调（Y3=1.801 94+0.006 24X1+0.029 75X3->0.218 59X6）；

余味（Y4=1.816 32+0.035 15X3+0.006 5X4-0.008 07X5-0.187 18X6+0.001 26X8）。

由模型结合表2可知，对于香气成分对感官品质的影响，香气以香兰素（X5）较为显著，且为正效应；杂气以香茅醇（X2）、β-大马酮（X3）、香兰素（X5）、二氢猕猴桃内酯（X6）和金合欢醇（X8）较为显著，均为负效应；协调以香叶醇（X1）、β-大马酮（X3）、二氢猕猴桃内酯（X6）较为显著，其均为正效应；刺激以β-大马酮（X3）、β-二氢大马酮（X4）、香兰素（X5）、二氢猕猴桃内酯（X6）和金合欢醇（X8）较为显著，均为负效应。

表9 回归模型参数估计

3 结论

（1） 通过10种低焦油卷烟产品中香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等重要致香物质指标与感官品质香气、杂气、谐调、刺激、余味共5个特征指标之间的典型相关分析，来探讨重要致香物质和感官品质之间的关系。主要结果表明香气和协调与β-大马酮和β-二氢大马酮呈正相关，杂气和刺激与二氢猕猴桃内酯呈负相关。

（2）通过10种低焦油卷烟产品中香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等重要致香物质指标与感官品质香气、杂气、谐调、刺激、余味共5个特征指标之间的逐步回归分析，来探讨重要致香物质对感官品质的影响。结果表明，对于香气成分对感官品质的影响，香气以香兰素较为显著，且为正效应；杂气以香茅醇、β-大马酮、香兰素（X5）、二氢猕猴桃内酯和金合欢醇较为显著，均为负效应；协调以香叶醇、β-大马酮、二氢猕猴桃内酯较为显著，其均为正效应；刺激以β-大马酮、β-二氢大马酮（X4）、香兰素、二氢猕猴桃内酯和金合欢醇较为显著，均为负效应。

（3）以市场上焦油含量为8 mg/支的具有代表性的9种低焦油卷烟为对照卷烟，以10号卷烟作为项目研究对象，对比剖析了10号卷烟在感官品质和烟气品质特征上与其他9个对照卷烟的差异，发现10号卷烟在香气、余味、杂气、协调和刺激方面较其他9个对照卷烟产品稍有不足，还需进一步完善。同时，10号卷烟主流烟气中的苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇、苯乙酸、香叶醇、香茅醇、β-大马酮、β-二氢大马酮、香兰素、二氢猕猴桃内酯、α-鸢尾酮和金合欢醇等重要香气物质相对其他9个对照卷烟也有欠缺。而通过进一步探讨典型相关分析和逐步回归分析的结果表明，以上重要的致香物质指标的存在和含量分别对香气、杂气、谐调、刺激、余味这5个重要的感官品质同时存在有增强和减弱2个方面的作用。

因此，下一阶段的研究应该以这些重要致香物质为立足点，探索能产生这些物质的天然提取物，包括烟草类、果实类、蜂蜜类、鲜花类、茶叶类等，以达到最终弥补卷烟降焦之后产生的香气损失、杂气显露和刺激性偏大等方面不足。