卷烟主流烟气辛香特征成分组群的分布特征及感官贡献

范 武，何 峰，姬凌波，王刘胜，柴国璧，赵 晖，张启东，刘 伟，史清照*，冯文宁*

1. 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

2. 河北中烟工业有限责任公司技术中心，石家庄市桥西区维明大街1 号 050051

卷烟的消费形式决定了其风格特征是由烟气的香气、味觉和化学感觉等不同类型风味效应同时发生作用而形成，其中香气风格（香型）对于卷烟风味的意义是决定性的。无论烟叶类型的划分，还是产品品类的构建，香气风格均被作为最重要的依据之一［1-2］。卷烟的香气风格主要是由烟气不同特征香韵的共同作用形成，而每种特征香韵的背后均存在由一组共性香气特征成分构成的物质基础。明确烟气各特征香韵成分组群对综合考察不同卷烟产品香气结构的差异，认识卷烟风格特征的形成机制具有重要意义。近年来，通过化学分离分析与感官评价技术的有机结合，研究者们发现了卷烟烟气中的焦甜香［3］、烟熏香［4］和酸香［5］等香韵特征成分组群的成分构成及其分布特征，并利用香气活性值（Odor activity value，OAV）技术阐明了各特征香韵成分组群中不同成分的感官贡献。辛香是桂皮、八角、丁香、肉豆蔻、芫荽等辛香料所具有的香气韵调，是《中式卷烟风格感官评价方法》中香气风格评价的15 个重要香韵指标之一［6］。鉴于此，本研究中系统筛选出卷烟烟气中可作为烟用香料使用的辛香特征成分，测定其在不同卷烟主流烟气粒相物中的分布，结合香气活性值确定各成分对烟气辛香香韵的贡献，以期为传统卷烟、新型烟草制品的调香实践提供基础支撑，并为进一步了解卷烟烟气的风味结构奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

实验用卷烟样品为15 个市售品牌成品卷烟，卷烟类型和盒标焦油量见表1。

表1 15 个卷烟样品的类型和盒标焦油量①Tab.1 Types and labeled tar levels of 15 cigarette samples（mg·支-1）

苯甲醚（＞99.0%）、4-异丙基苯甲醛（98.0%）、丁香酚甲醚（＞98.0%）、香芹酚（＞95.0%）、2-甲基苯甲醚（＞98.0%）、6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮（98.0%）、反式-茴香脑（98%）、4-烯丙基苯甲醚（98.0%）、6-甲氧基丁香酚（98.0%）、肉桂醇（98.0%）、丁香醛（＞98.0%）、丁香酚（＞98%）（美国Alfa Aesar 公司）；2-甲基苯并呋喃（99.0%，上海韶远试剂有限公司）；4-甲氧基苯甲醛（99.0%，北京百灵威科技有限公司）；二氢丁香酚（＞99.0%）、反式-异丁香酚甲醚（99.0%）、α-松油醇（98%）、4-（2-呋喃基）-3-丁烯-2-酮（95%）、肉桂醛（＞95%）、反式-异丁香酚（99.0%）、对苯二甲醚（99.0%）（美国Sigma-Aldrich 公司）；百里香酚（99.0%）、4-羟基苯甲酸丙酯（99.0%）（上海萨恩化学技术有限公司）；香芹酮（95.0%，上海腾瑞制药有限公司）；4-烯丙基苯酚（95%）、丙酸苏合香酯（98%，内标）（美国Acros 公司）。

7895A/5975C 气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent 公司）；SM450 型20 孔道直线型吸烟机（英国Cerulean 公司）；○╱44 mm 剑桥滤片（英国Whatman 公司）；CP224S 型电子天平（感量0.000 1 g，德国Sartorius 公司）；HY-5 型振荡器（江苏金坛中大仪器厂）；0.45 μm 尼龙滤膜（中国天津津腾公司）；一次性使用无菌注射器（1 mL，河南曙光健士医疗器械集团股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 主流烟气辛香特征成分组群的确定

按照以下3 个原则［7］：①成分对烟气香气能否产生直接贡献，②成分是否安全，③成分是否符合加 香 使 用 规 范，对Rodgman 和Perfetti［8］的《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》一书中所列出的6 010 种烟气成分进行筛选，获得烟气香气候选成分名单。

挑选12 名对香料单体感官评价具有丰富经验的人员组成感官评价小组。小组成员使用闻香纸对烟气香气候选成分进行嗅闻，并参考各成分在《食 用 香 料 手 册》［9］和《Fenaroli’s handbook of flavor ingredients》［10］中报道的香气描述，对其嗅香特征进行讨论，最终从中确定卷烟烟气辛香特征成分组群。

1.2.2 主流烟气粒相物辛香成分定量分析

按ISO 3308：2012［11］和GB/T 19609—2004［12］规定的方法抽吸卷烟，使用剑桥滤片收集主流烟气粒相物，每张滤片收集5 支卷烟；将两张剑桥滤片置于50 mL 具塞锥形瓶中，加入20 mL 含内标的乙醇溶液，室温振荡30 min，上清液经尼龙滤膜过滤后进行GC/MS 分析，每个样品测定2 次，取平均值。分析条件：

色谱柱：DB-WAXetr 毛细管柱（60 m×250µm×0.25 µm）；载气：He；柱流量：1 mL/min；进样口温度：250 ℃；程序升温：250 ℃（20 min）；不分流模式；传输线温度：250 ℃；电离方式：EI；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；电离能量：70 eV；扫描模式：选择离子扫描，根据保留时间划分时间段。筛选的25 种待测化合物及内标保留时间、定性及定量离子参数见表2。

表2 25 种待测化合物及内标的保留时间和选择离子Tab.2 Retention times, quantitative ions and qualitative ions of 25 analytes

1.2.3 辛香成分阈值测定和OAV 计算

采用三点选配法（3-AFC）［13］测定辛香成分在乙醇中的嗅觉阈值。根据各辛香成分的嗅觉阈值及其在主流烟气粒相物中的质量分数，计算该成分的OAV。

式中：C1表示辛香成分在主流烟气粒相物中的实测质量分数，为该成分在单支卷烟中的释放量与实测总粒相物质量的比值，μg/g；C2表示该辛香成分的嗅觉阈值，μg/g。

2 结果与讨论

2.1 卷烟烟气辛香特征成分组群的确定

对于烟草制品尤其是传统卷烟而言，产品成分的分析研究已经持续性地开展了半个多世纪，在针对卷烟的研究过程中累积了大量的烟草和烟气化学成分数据。按照烟气香气直接贡献的可能性、成分自身的安全性和加香使用规范性3 个原则［7］，对《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》［8］一书中的6 010 种烟气成分进行筛选，获得了包含300 余种香气成分的候选名单。在充分参考文献［9］和［10］中关于香原料香气特征描述的基础上，感官评价小组对候选成分逐一进行嗅香评价，最终确定了包含25 种辛香特征化合物的卷烟烟气辛香特征成分组群（表3）。

由表3 可知，25 种香气成分虽然均归属于辛香特征成分组群，但其辛香香韵又可分为不同类别，如丁香酚甲醚、二氢丁香酚、丁香酚、反式-异丁香酚甲醚和反式-异丁香酚等呈丁香样辛香；苯甲醚、4-烯丙基苯甲醚、4-甲氧基苯甲醛和反式-茴香脑呈茴香样辛香；6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮、肉桂醛和丁香醛等呈肉桂样辛香。此外，25 种香气成分并非均是单纯的辛香，如百里香酚和香芹酚兼具药草香；二氢丁香酚、丁香酚、4-烯丙基苯酚和丁香醛等兼具烟熏香。这些均反映了卷烟烟气辛香香韵的多样性和复杂性。

表3 卷烟烟气辛香成分的嗅香特征及安全信息Tab.3 Olfactory characteristics and FEMA information of spicy aroma components in cigarette smoke

2.2 辛香特征成分定量分析的方法验证结果

卷烟主流烟气辛香特征成分定量分析的方法学验证结果见表4。可知，各辛香成分均有较好的线性关系（r2＞0.998），检测限为0.034 ～54.338 ng/mL，定量限为0.112 ～181.125 ng/ml，平均回收率范围为80.16%～113.79%，RSD 为2.53%～8.25%。说明本方法能够满足分析检测要求。

2.3 主流烟气辛香特征成分组群的分布

采用上述方法对15 个市售品牌成品卷烟主流烟气中辛香特征成分组群进行了检测，共计检出13 种辛香成分，各辛香成分在单支卷烟中释放量分布见表5。结果表明，15 种卷烟主流烟气中辛香成分总释放量普遍较低，在2.946 ～11.864 μg/支之间。单支释放量较高的辛香成分主要为丁香醛和反式-异丁香酚，其次为丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，其中丁香醛和反式-异丁香酚在大多数卷烟样品中释放量之和占辛香成分释放总量的70%～80%，其单支卷烟释放量均大于1 μg/支；单支释放量较低的辛香成分主要是2-甲基苯甲醚、反式-异丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。

对比不同类型卷烟主流烟气中辛香成分的释放量可以看出，低焦油烤烟型卷烟各辛香成分释放量并未因焦油减少而出现明显下降，其中9#、10#和12#卷烟样品中丁香醛、6-甲氧基丁香酚等成分释放量甚至高于部分常规焦油烤烟型卷烟；常规焦油混合型卷烟主流烟气中辛香成分释放总量普遍高于大多数烤烟型卷烟，这些差异可能是卷烟叶组配方和加香加料等不同因素造成的。此外，1#常规焦油烤烟型卷烟主流烟气中丁香酚的释放量达5.205 μg/支，是其他卷烟样品的7.5 ～40倍。Rodgman 等［14］研究发现烟草在燃烧过程中会产生微量的丁香酚，其主要是烟叶中木质素的热裂解产物。据文献［15］报道，未加香加料的单料烟主流烟气中丁香酚的释放量在0.245 ～0.298 μg/支范围内。表明1#卷烟主流烟气中高释放量的丁香酚很可能是由加香加料造成的。

表4 25 种待测化合物的工作曲线、相关系数、检测限、定量限、相对标准偏差及回收率（n=6）Tab.4 Linear equations, correlation coefficients, limits of detection, limits of quantification, relative standard deviations（RSDs）and recoveries of 25 aroma analytes（n=6）

表5 15 种卷烟样品主流烟气中辛香特征成分组群的释放量Tab.5 Levels of spicy characteristic components in mainstream smoke of 15 cigarette samples （μg·支-1）

2.4 辛香特征成分组群对卷烟烟气辛香的贡献度

测定了所检出的13 种辛香成分在乙醇中的嗅觉阈值，结合各成分在15 种卷烟主流烟气粒相物中的实际质量分数，计算了相应的OAV，结果见表6。根据OAV 的高低评估13 种辛香成分对卷烟烟气辛香香韵的贡献度大小。

综合来看，15 种卷烟样品烟气中有6 种辛香成分的OAV 均大于1，对卷烟烟气辛香特征具有直接贡献。其中，OAV 超过100 的均是二氢丁香酚、丁香酚和反式-异丁香酚等，是烟气中的关键辛香成分；OAV 为1～50 的均是4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚等，对卷烟烟气辛香特征具有比较显著的直接贡献。OAV 小于1 的均是2-甲基苯甲醚、2-甲基苯并呋喃、反式-异丁香酚甲醚等，其对烟气辛香特征的直接贡献几乎可以忽略。实验结果中，丁香醛的单支卷烟释放量较高且其嗅觉阈值也较高，而其OAV 不高，对烟气辛香特征的直接贡献并不突出；相反，二氢丁香酚的单支卷烟释放量较低且其嗅觉阈值也较低，而其OAV较高，对烟气辛香特征的直接贡献十分明显。

表6 辛香特征成分组群的嗅觉阈值及其在15 种卷烟主流烟中的香气活性值Tab.6 Olfactory thresholds of spicy characteristic components and their OAVs in mainstream smoke of 15 cigarette samples

对比不同类型的卷烟可以发现，二氢丁香酚和肉桂醛在混合型卷烟烟气中的OAV 明显高于烤烟型卷烟，而4-甲氧基苯甲醛在烤烟型卷烟烟气中的OAV 则明显高于常规焦油混合型卷烟。除1#烤烟型卷烟由于丁香酚释放量高且嗅觉阈值低导致OAV 最高外，混合型卷烟烟气辛香成分的OAV加和明显高于烤烟型卷烟，这在一定程度上表明混合型卷烟比烤烟型卷烟的辛香特征更加明显。总体来看，除1#卷烟外，常规与低焦油两类烤烟型卷烟烟气辛香成分的OAV 加和相当，分别介于2 299 ～3 789 和2 318 ～4 297 之间。

从辛香香韵类型来看，对卷烟烟气辛香特征具有明显直接贡献的成分中，二氢丁香酚、丁香酚和反式-异丁香酚等均表现为丁香型辛香，3 种成分在各卷烟样品主流烟气中OAV 的加和介于2 271 ～17 449 之间，几乎等于辛香成分的总OAV；4-甲氧基苯甲醛和肉桂醛分别表现为茴香型和肉桂型辛香，二者在15 个卷烟样品主流烟气中的OAV 分别介于10.68 ～82.36 和7.34 ～32.70 之间。此外，肉桂型辛香成分6-甲基-3，5-庚二烯-2-酮和丁香醛在部分牌号卷烟烟气中的OAV大于1，二者对相应卷烟的辛香香韵也具有一定贡献。从以上结果可以发现，15 种卷烟烟气辛香香韵主要由丁香、茴香和肉桂香3 类辛香香气共同作用形成，且以丁香香气贡献最大，其在彰显烟气辛香香韵方面起主要作用。据文献［16-17］报道，吸入丁香酚可以使口腔和喉部的疼痛受体麻木，从而降低卷烟烟气的刺激性。这可能是以丁香酚为主成分的丁香类烟用香料在卷烟调香中广泛使用的重要原因之一，例如，发源于印度尼西亚的丁香烟便是在烟丝中加入富含丁香油的丁香花蕾“梗丝”制成［18］。另一原因是，烟熏香是卷烟烟气中一种十分强烈的香韵［4］，而烟气中丁香型辛香成分如丁香酚和二氢丁香酚等兼具烟熏香气息，根据“相似相容原理”［19］，即香气类型接近的较易搭配，因此丁香香气与烟熏香气易和合。

3 结论

①依据2013 年Rodgman 和Perfetti 统计的烟草和烟气化学成分名单，经系统筛查及嗅香特征评价获得了卷烟烟气中辛香特征成分组群，共包含25 种辛香特征化合物。②15 种卷烟主流烟气中共检出13 种辛香成分，单支卷烟释放量较大的成分主要为丁香醛和反式-异丁香酚，其次为丁香酚、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚，单支卷烟释放量较小的成分主要为2-甲基苯甲醚、反式-异丁香酚甲醚和2-甲基苯并呋喃等。③通过OAV 反映出15种卷烟主流烟气中对辛香香韵直接贡献最大的为二氢丁香酚、丁香酚和反式-异丁香酚，其次为4-甲氧基苯甲醛、肉桂醛和6-甲氧基丁香酚。④15种卷烟主流烟气辛香香韵主要由丁香、茴香和肉桂香3 类辛香香气共同作用形成，且以丁香香气贡献最大。