不同风格类型卷烟碱性香味成分差异化研究

纪旭东，何 山，赵赛月，田 数，陈 晨，李力群，郭春生，张峻松*

(1. 内蒙古昆明卷烟有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020；2. 郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450001)

【研究意义】卷烟风格特征是卷烟特有的风味，不同品类卷烟的风格特征各有差异，而消费者往往会对某一品类卷烟有很高的忠诚度[1-2]。【前人研究进展】黄善松[3]等研究表明，不同风格卷烟非挥发性有机酸含量有规律性差异；王亮[4]等对氨基酸的含量进行主成分分析，得到的结果能够很好的区分中式卷烟与其他风格的卷烟。【本研究切入点】目前关于碱性香味成分的研究已有相关报道，但大多围绕碱性香味成分的检测进行研究[5-8]，不同风格特征卷烟碱性香味成分差异性研究较少。【拟解决的关键问题】本文选取我国市场占有率较高的13个不同风格类型卷烟样品，采用同时蒸馏萃取法并结合气相色谱/质谱联用仪，对12种碱性香味成分进行测定，利用方差分析、主成分分析和聚类分析比较不同风格类型卷烟碱性香味成分的差异，为通过碱性香味成分区分不同风格卷烟提供一种方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料 市场购置的13种不同风格类型卷烟，编号为A～M，风格类型分别为焦甜香、自然本香、烤甜香、清甜香、酒香、树苔香、清香、烤香、绵柔香、复合香、淡雅香、本草香和奶香。

1.1.2 试剂 标准试剂：3-乙基吡啶、2-甲基喹啉、3-苯基吡啶、2-甲基吡嗪，购于Acros公司；3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,3-二甲基吡嗪、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、吡啶，购于Sigma公司；内标：乙酸苯乙酯，购于北京百灵威科技有限公司，以上试剂均用于碱性香味成分的定量分析。二氯甲烷，购于Dikma公司；无水硫酸钠、氯化钠，购于天津市德恩化学试剂有限公司，以上试剂用于碱性香味成分的萃取。以上试剂纯度均大于98 %。

1.1.3 仪器 7890B/5977A型气质联用仪(美国Agilent公司)；HH-4数显恒温水浴锅(金坛市科析仪器有限公司)；KPGD5/20低温冷却液循环泵(郑州凯鹏实验仪器有限公司)；KDM-1000可调式电热套(北京科伟永兴仪器有限公司)；ST-07B 400克多功能磨粉机(上海树立仪器仪表有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 碱性香味成分的萃取 称取40 g(精确至0.0001 g)烟末于1000 mL烧瓶中,并加入350 mL蒸馏水和30 g氯化钠，加入60 mL二氯甲烷到浓缩瓶，进行同时蒸馏萃取，水浴温度60 ℃，反应时间2.5 h。

将萃取液倒入分液漏斗，用20 mL 5 %盐酸洗涤3次，合并上层酸液，在冰水浴条件下逐滴滴入20 %氢氧化钠溶液调节pH至14，用20 mL二氯甲烷萃取3次，合并下层液，转移至三角瓶中，加入1 mL 0.4237 mg/mL乙酸苯乙酯/二氯甲烷内标溶液，干燥过夜后60 ℃水浴浓缩至0.5 mL，进样分析。

1.2.2 气相色谱/质谱联用仪条件 色谱柱：HP-5MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；载气：氦气，恒流模式流速：1.0 mL/min；进样口温度：250 ℃；进样量1 μl，分流比1∶1。

程序升温：初始温度：50 ℃；初始时间：2 min；以3 ℃/min速率由50 ℃升至220 ℃，保持20 min，240 ℃后运行5 min。离子源：EI；电离电压：70 ev；离子源温度：230 ℃；传输线温度：250 ℃；溶剂延迟：5 min；扫描离子范围：33～400 amu；扫描方式：选择离子监测(SIM)，碱性香味成分保留时间和特征离子如表1所示。

表1 碱性香味成分保留时间及特征离子Table 1 Retention time and quantitation ion detected by mass spectrometer

表2 不同风格卷烟碱性香味成分的多重比较Table 2 Multiple comparisons of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

注：同一指标不同品牌间标注字母无相同者表示在α=0.05水平下存在显著差异

Note: There is no significant difference between the different brands in the same indicator. There is a significant difference at the level of α=0.05.

1.2.3 定性定量方法 定性方法：利用NTST14标准谱库确定标准品中碱性香味成分的保留时间，通过保留时间对样品中碱性香味成分定性。

定量方法：利用内标标准曲线法对样品中碱性香味成分定量分析。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel整理数据，利用SPSS19.0进行方差分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同风格类型卷烟碱性香味成分的方差分析

对不同风格类型卷烟碱性香味成分结果进行单因素方差分析(采用Duncan法进行多重比较)，结果见表2。由表2可知，针对吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和碱性香味成分总量在M品类卷烟间无显著性差异；针对2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品类卷烟与大多数其他品类卷烟间存在显著性差异。

表3 不同风格类型卷烟主成分分析的总方差Table 3 Total variance of principal component analysis of cigarettes of different styles

2.2 不同风格类型卷烟碱性香味成分的主成分分析

由于样品数量较多，碱性香味成分数据较复杂，方差分析无法直观的反映不同风格类型卷烟间碱性香味成分差异性，故对其进行主成分分析。利用SPSS软件对13种不同风格卷烟碱性香味成分的含量进行主成分分析，主成分的特征值和特征向量见表3。由表3可知，第1成分方差贡献率为37.307 %，第2成分方差贡献率为16.018 %，第3成分方差贡献率为15.119 %，第4成分方差贡献率为14.024 %，4个主成分累积贡献率为82.468 %，它们代表了卷烟碱性香味成分82.468 %的信息。

根据表4中4个成分的载荷值，将主成分上有较高载荷数的归为该成分的指标，各成分的方差贡献率为该成分总权重，单个指标的载荷数与该主成分各指标载荷数之和的比值乘以该成分的总权重为各个指标的权重，得到碱性香味成分权重，见表5。

由表5可知，各个主成分的总权重分别为0.373、0.160、0.151、0.140。各个指标中吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶权重值较高。说明这些物质对卷烟碱性香味成分的贡献率较高，不同风格类型卷烟碱性香味成分的差异主要是由这些物质含量的变化造成的。

选取前2个主成分进行分析，得到不同风格类型卷烟碱性香味成分得分图见图1。根据表4中各指标的载荷可以看出，第1主成分综合了吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的信息，并且都是正向分布，即在PC1的值越大，其含量越高。第2主成分综合了2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉、2,3,5-三甲基吡嗪的信息，其中2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉为正向分布，即在PC2的值越大，其含量越高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪为负向分布，即在PC2的值越大，其含量越低。

表4 不同风格类型卷烟旋转成分矩阵Table 4 Different styles of cigarettes rotating composition matrix

表5 不同风格类型卷烟碱性香味成分权重Table 5 Different styles of cigarette alkaline flavor component weight

图1 不同风格类型卷烟碱性香味成分的得分Fig.1 Score of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

由图1可知，M品类卷烟在第2主成分正半轴的值较大，说明其2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相对较高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量较低；F在第1主成分正半轴的值较大，说明其表明其吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-苯基吡啶的含量较高；H、I、J、K、L在第2主成分负半轴的值较大，说明2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相对较低，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量较高。

2.3 不同风格类型卷烟碱性香味成分的聚类分析

由于只选取了前2个主成分，主成分得分图只代表了碱性香味成分53.325 %的信息，为更全面的反映不同风格类型卷烟碱性香味成分的差异，将4个主成分得分结果代替原始数据进行聚类分析。采用组间连接法，使用欧式距离来分析，得到了不同风格类型卷烟的树状聚类图，如图2所示。

由图2可知，在欧氏距离为5处，可将13种风格类型卷烟品牌分为8类，第1类为A、C、D，风格特征为焦甜香、烤甜香和清甜香，这一类分组均具有甜香；第2类包括B、E，风格特征为自然本香和酒香，这一类分组风格差异较大；第3类包括M(1～4)，都为奶香型卷烟，这一类分组风格一致；第4类包括I、J、K，风格特征为绵柔香、复合香和淡雅香，这一类分组风格特征较为接近；第5类包括L，风格特征为本草香；第6类包括H，风格特征为烤烟香；第7类包括G，风格特征为清香；第8类包括F，风格特征为树苔香。

从聚类分析的结果来看，同一品类卷烟能够很好地聚为一类；除第2类分组外，风格特征相近的卷烟被划分为一类。对于第2类分组，可能是由于酒香类物质多为酯类，依据碱性香味成分无法很好的对其进行区分[9-10]。综合来看，不同风格卷烟分类效果良好，聚类分析的结果与图1的主成分分析结果基本吻合，表明碱性香味成分能够用来区分不同风格的卷烟。

3 讨 论

碱性香味成分是烟草化学成分的重要组成部分[11-13]，主要包括吡嗪、吡啶、吡咯、喹啉等杂环类物质，大部分具有坚果香、烘焙香以及爆米花香[14-15]。碱性香味成分能与烟香协调，增强烟气丰满度，凸显卷烟本香并掩盖杂气，由于其活性阈值较大，对卷烟感官质量具有重要的作用[16]。崔韬[17]等对不同类型烟叶中碱性香味成分进行测定，发现进口烟碱性香味成分含量高于国产烟；吴鸣[18]等研究表明国外卷烟的碱性成分总含量是国内卷烟的2.2倍。通过对碱性香味成分的测定能够区分国内外的卷烟，而进一步区分不同风格卷烟则是今后的研究方向。

图2 不同风格类型卷烟碱性香味成分聚类分析图Fig.2 Cluster analysis of alkaline flavor components of different styles of cigarettes

4 结 论

本文通过对我国13个风格类型卷烟中12种碱性香味成分进行测定，并对结果进行统计分析，得到以下结论。

(1)由方差分析结果可知，针对吡啶、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基吡啶和碱性香味成分总量在M品类卷烟间无显著性差异；针对2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉，M品类卷烟与大多数其他品类卷烟间存在显著性差异。

(2)由主成分分析可知，12种碱性香味成分简化为4个主成分，通过计算碱性香味成分在4个主成分上的权重，得出不同风格类型卷烟之间差异主要体现在吡啶、2-甲基吡嗪、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、喹啉、3-苯基吡啶的含量变化。M品类卷烟的碱性香味成分表现为2,5-二甲基吡啶、2-甲基喹啉、喹啉的含量相对较高，2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪的含量较低。

(3)由聚类分析可知，可将不同风格卷烟分为8类，同品类卷烟能够被分为一类，不同风格卷烟分类效果良好，聚类分析的结果与图1的主成分分析结果基本吻合，表明碱性香味成分能够用来区分不同风格的卷烟。

本研究可为探究不同风格类型卷烟的差异性，为中式卷烟品类构建以及风格特征剖析提供依据。