史清照，李河霖，王 超，范 武，張啟東，柴國璧，毛 健，徐秀娟，席 輝，姬凌波，劉俊輝，宋瑜冰，馬勝濤，潘高偉

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

2.吉林煙草工業(yè)有限責任公司，長春市二道區(qū)經開區(qū)世紀大街99 號 130000

3.河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，鄭州市經開區(qū)第三大街8 號 450016

4.江蘇中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，南京市建鄴區(qū)興隆大街29 號 210019

探索煙氣成分與卷煙感官品質之間的內在聯(lián)系一直是煙草領域的重要研究命題［1］，研究者利用多種統(tǒng)計學分析方法聚焦了與卷煙感官特征顯著相關的煙氣成分［2-3］，為卷煙感官品質的解釋與有效預測提供了依據。然而，已有報道的煙氣成分多達6 000多種［4］，卷煙豐富且協(xié)調的品質表現(xiàn)依賴于煙氣成分個性化的感官特征及成分間復雜的相互作用，聚焦煙氣關鍵成分的同時兼顧成分間個性化差異是深度理解卷煙感官表現(xiàn)、精準調控卷煙感官品質的必要前提。

在食品和日化領域，研究者利用感官組學研究思路，以具有共性風味特征的成分組群形式闡明了不同體系風味特征的關鍵物質基礎構成［5-7］。借鑒該研究思路，煙草領域研究者揭示了煙氣煙熏香［8］、焦甜香［9］、辛香［10］、奶香［9］、豆香［9］、酸香［11］和酸味［12］等關鍵風味特征的成分組群，從成分分布特征、感官作用能力和感官貢獻強度等不同方面解釋了卷煙產品風味特征的內在原因；組群內各成分的轉移率和加香貢獻度等指標數據為利用煙氣內源性成分進行卷煙風味特征調控和補償提供了指導，對闡明卷煙風味形成機制、推動數字化風味調控等具有重要意義?；ㄏ闶蔷頍熤匾娘L味特征，是《中式卷煙風格感官評價方法》香氣風格評價指標之一［13］，也是影響以云南卷煙為代表的中式卷煙“清香”型風格特征的重要因素［14］。卷煙煙氣中的花香成分來源于類胡蘿卜素的降解［15］、煙絲固有及加香調控［16-17］等多個方面，化學結構上呈現(xiàn)出多樣性，包含醇類、醛類、酮類和酯類等不同類型的化合物，如香茅醇、苯乙醛、β-大馬酮和苯乙酸乙酯等均呈現(xiàn)花香特征［18］。然而，對花香成分的分析在以往文獻中多以官能團分類進行報道［19-20］，定量分析方法差異較大，難以對結果進行統(tǒng)一對比分析，需要建立針對性的定量方法以滿足卷煙煙氣花香特征的研究需求。因此，本研究中運用感官組學研究思路，從已報道的卷煙煙氣名單中篩選出花香特征成分組群，并建立其定量分析方法，獲得了這些成分在不同卷煙煙氣中的釋放量、貢獻度、轉移率及加香貢獻度等方面的基礎數據，依據內源性花香成分分布特征結合轉移率數據獲得了用以提升卷煙花香特征的香基單元，并以幾種代表性花香成分研究了加香貢獻度在卷煙調香過程中的意義，旨在為卷煙煙氣花香特征的分析與調控提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

實驗用卷煙樣品為8個市售品牌常規(guī)成品卷煙，參比卷煙為上海煙草集團有限責任公司制作的常規(guī)卷煙。

正庚醇（98.0%）、2-乙基己醇（99.5%）、α-苯乙醇（98.0%）、苯甲醛二甲縮醛（98.0%）、苯乙醇（98.0%）、正壬醇（97.0%）、甲酸苯乙酯（95%）、對甲基苯乙酮（98.0%）、3,7-二甲基-1-辛醇（98.0%）、正癸醇（97.0%）、苯亞甲基丙酮（98.0%）、苯乙醛（97.0%）（日本TCI公司）；仲辛醇（99.0%）、苯乙酸苯乙酯（98.0%）（上海Damas-Beta 公司）；對甲苯甲醚（99.0%）、甲酸芐酯（97.0%）、1-苯基-1,2-丙二酮（97%）（薩恩化學技術有限公司）；羅勒烯（90.0%）、鄰甲基苯乙酮（98.0%）、苯乙酮（99.0%）、乙酸苯乙酯（99.0%）、β-大馬酮（95.0%）、β-二氫大馬酮（90.0%）、α-紫羅蘭酮（95.0%）、β-紫羅蘭酮（96.0%）、假紫羅蘭酮（90.0%）（美國Sigma-Aldrich公司）；2-壬醇（99.0%）、2-羥基-5-甲基苯乙酮（98.0%）、乙酸金合歡酯（96.0%）、金合歡基丙酮（97.0%）、正辛醇（98.0%）（美國Alfa Aesar 公司）；2-(4-甲基苯基)-2-丙醇（99.0%）、香茅醇（95.0%）、橙花醇（95%）、苯乙酸乙酯（99.0%）、苯甲酸乙酯（97%）、對甲氧基苯乙酮（98.0%）、香葉基丙酮（99.0%）、橙花叔醇（97.0%）（北京百靈威科技有限公司）；2-甲氧基苯甲醛（98.0%）、對羥基苯乙酮（98.0%）、苯乙酸甲酯（99.0%）（北京伊諾凱科技有限公司）；苯甲酸甲酯（99.0%）、α-甲基苯甲醇丙酸酯（98%）（美國Acros公司）；鄰羥基苯乙酮（99.49%，上海騰瑞制藥有限公司）；香葉醇（95%，上海鼎芬化學科技有限公司）。

SM450 型20 孔道吸煙機（英國Cerulean 公司）；劍橋濾片（?44 mm，英國Whatman 公司）；7895A/5975C 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（美國Agilent 公司）；CP224S 型電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius公司）；HY-5型振蕩器（金壇市中大儀器廠）；超濾膜（0.22 μm，天津津騰公司）；一次性使用無菌注射器（1 mL，河南曙光健士醫(yī)療器械集團股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙主流煙氣花香成分的篩選

參考文獻［15］中的方法，從《The chemical components of tobacco and tobacco smoke》［4］中報道的6 010種煙氣成分中篩選出351種對煙氣有直接貢獻的可能并且符合安全及加香使用規(guī)范的候選成分。組建感官評價小組，對候選成分進行嗅香評價，參考文獻［21-22］中的香氣描述最終確定花香成分組群。

1.2.2 卷煙主流煙氣花香成分定量分析

依據GB/T 19609—2004［23］中的方法獲取卷煙主流煙氣粒相物。取兩張抽吸好的濾片，每張濾片收集5 支卷煙煙氣粒相物，置于50 mL 具塞錐形瓶中，加入20 mL 含內標（α-甲基苯甲醇丙酸酯，0.1 μg/mL）的丙酮溶液，室溫下振蕩30 min，取2 mL 上清液過濾，棄去前10 滴，進行GC-MS 分析，每個樣品測定2次，取平均值。分析方法：

色譜柱：DB-5MS 毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：He；柱流量：1 mL/min；進樣口溫度：250 ℃；升 溫程序：50 ℃(0 min)250 ℃（0 min）；進樣模式：直接進樣，不分流；GC-MS 傳輸線溫度：250 ℃；電離方式：EI；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離能量：70 eV；掃描模式：選擇離子掃描，根據保留時間劃分時間段。待測化合物保留時間、定性及定量離子的參數選擇見表1。

表1 45種待測化合物及內標的保留時間、定量離子和定性離子Tab.1 Retention times,quantitative ions and qualitative ions for 45 analytes and the internal standard

1.2.3 定量分析方法的回收率與重復性

向1 號卷煙樣品煙氣粒相物捕集濾片中加入與各花香成分等質量濃度的標準溶液，樣品按照1.2.2節(jié)中的方法進行定量分析，計算獲得定量分析方法的回收率。

將加入花香標準溶液的1 號濾片重復定量分析6次，計算相對標準偏差（RSD）。

1.2.4 閾值測定及香氣活性值的計算

依據GB/T 22366—2008［24］的方法測定花香成分在乙醇中的嗅覺閾值，花香成分的香氣活性值（OAV）為其在主流煙氣粒相物中的質量分數與嗅覺閾值之比［25］。

1.2.5 轉移率測定及加香貢獻度的計算

將各花香成分用乙醇配制成混合溶液，混合溶液中每個花香成分的濃度均為10 mg/mL，以10 μL/支的量對參比卷煙進行煙絲加香注射，依據GB/T 19609—2004［23］中的標準抽吸方法獲得粒相物，轉移率為成分在粒相物中的增加量占煙絲注射量的質量百分比［26］。

各花香成分的加香貢獻度以該成分煙絲加香后的主流煙氣粒相轉移率及其嗅覺閾值之比的100 倍計算獲得［26］。

1.2.6 花香香基單元的設計

從常規(guī)卷煙粒相物中檢測到的花香成分中篩選出符合煙草制品添加劑使用規(guī)范的成分作為調配花香香基單元的香料單體，見表2。

表2 花香香基單元1的組成Tab.2 Composition of floral flavor unit 1（mg·g－1）

以各香料單體在8 種常規(guī)卷煙產品煙氣中的平均釋放量與轉移率的比值作為各香料單體用量比例，以乙醇為溶劑，調配出用于煙絲加香的花香香基單元1。將各單體香料質量的等比例組合調配獲得香基單元2，用于對比研究。

保持香基單元1中其余香料單體用量不變，分別將β-二氫大馬酮、香葉醇、金合歡基丙酮和香葉基丙酮的用量降低30%，調配獲得香基單元3～6。

以參比卷煙為載體，通過黃金分割法［27］（0.618）對花香香基單元1 設置0.3、0.5、0.8、1.2、2.0、3.2 μL共6 個用量梯度，進行卷煙加香注射。將香基單元2～6分別以1.2 μL的注射量進行卷煙加香注射。

1.2.7 花香香基單元的加香貢獻計算

成分加入參比卷煙后所引起的感官作用的變化與其加香貢獻度和加香量有關，以成分加香貢獻度和質量分數的乘積表征成分的加香貢獻，以香基單元各成分的加香貢獻之和表征香基單元整體的加香貢獻。

1.2.8 花香香基單元的感官作用評價

制定“煙用香料在卷煙中作用評價方法”，對花香香基單元在參比卷煙中的作用效果進行評價。“煙用香料在卷煙中作用評價方法”包括感官品質和香氣風格評價，其中，感官品質包括香氣質、香氣量、雜氣、濃度、透發(fā)性、豐富性、細膩、柔和、刺激和殘留等評價指標，評分范圍為－5～5 分；香氣風格包括烤煙煙香、清香、果香、辛香、木香、青滋香、花香、藥草香、豆香、可可香、奶香、膏香、焦甜香、堅果香和甜香共15個香韻指標，評分范圍為0～3分。

在卷煙樣品評價過程中，參比卷煙的各評價指標均賦值為“0”，在感官品質方面，與參比卷煙相比有正面作用的采用正值，反之則采用負值，其中0分表示無變化，1 分表示稍變好，2 分表示變好，3～5 分表示明顯變好，-1表示稍變差，-2表示變差，-3至-5表示明顯變差；在香氣風格方面，與參比卷煙相比，0分表示無變化，1 分表示稍有增加，2 分表示增加明顯，3分表示增加非常明顯。

2 結果與討論

2.1 花香特征成分組群及其定量分析方法驗證

通過對351種候選成分逐一嗅香評價，發(fā)現(xiàn)部分成分兼具花香與果香特征，這可能是因為多數果香成分和花香成分產生于植物開花結果相伴出現(xiàn)的各類次級代謝過程［28］，造成成分的花香與果香特征伴生出現(xiàn)，因此感官評價小組結合文獻《食用香料手冊》［21］和《Fenaroli’s handbook of flavor ingredients》［22］中對各成分的嗅覺特征描述，最終確定了煙氣中可能存在的且嗅覺特征以花香為主的煙氣內源性花香成分組群，該組群共包含45種化合物（表3）。

表3 45種花香成分嗅香特征及定量方法的線性范圍、工作曲線、相關系數、回收率和相對標準偏差Tab.3 Olfactory characteristics of 45 floral aroma components and linearity ranges,linear equations,correlation coefficients,recoveries,and relative standard deviations of the quantitative method

花香組群化合物結構多樣，不僅包含酮類、醇類和芳香酯類化合物，還包含少部分醛類和烯類成分。45 種化合物除主體的花香特征外，還呈現(xiàn)多樣的細節(jié)特征，比如羅勒烯兼具柑橘樣的果香，苯乙酮和苯乙醇兼具甜香，2-甲氧基苯甲醛呈現(xiàn)微弱的煙熏香，香葉醇還呈現(xiàn)青香等。正是由于各花香成分共同的主體特征及各具特色的細節(jié)特征，使組群整體感官特征兼具協(xié)調感與豐富性。

利用GC-MS 建立了花香成分組群的定量分析方法，45 種花香成分定量分析方法的驗證結果見表3?？芍摲椒ǖ木€性關系良好（R2>0.993，除苯亞甲基丙酮外），檢測限為0.08～33.09 ng/mL，定量限為0.27～110.29 ng/mL，回收率在70.96%～119.03%之間，RSD 在0.19%～11.54%之間，方法的重復性較好，適合進行定量分析。測定轉移率時，由于加香后卷煙中各花香成分的質量分數提升較高，因此，所采用定量分析方法提高了標準溶液的質量濃度，定量方法的線性范圍為0.15～15.00 μg/mL，線性關系良好（R2>0.992）。

2.2 主流煙氣內源性花香成分的定量分析及貢獻評價

依據建立的內源性花香成分組群定量分析方法，測定了8 種品牌常規(guī)卷煙主流煙氣粒相物中的45 種花香成分，共檢測出24 種成分，各成分在卷煙中的單支釋放量見表4。煙氣中24種花香成分在不同卷煙中的釋放規(guī)律基本一致，成分間釋放量差異顯著?？傮w來看，花香成分釋放量與文獻報道的煙熏香［14］、焦甜香［15］和酸香［17］等特征風味成分釋放量相比處于較低水平，大部分低于1 μg/支。24種檢出成分中，香葉基丙酮、假紫羅蘭酮和金合歡基丙酮的單支釋放量相對較高，大于1 μg/支；2-乙基己醇、苯甲酸甲酯、2-(4-甲基苯基)-2-丙醇和對羥基苯乙酮的單支釋放量處于較低水平。正癸醇在不同卷煙中的釋放量差異較大，在3號、7號卷煙中未檢測到，而在其他卷煙中的釋放量與其余花香成分相比處于中間水平。

表4 8個卷煙樣品主流煙氣中花香成分的釋放量Tab.4 Releases of floral aroma components in mainstream smoke of eight cigarette samples（μg·支－1）

OAV常被用于判斷復雜體系中風味成分的感官貢獻。結合24種花香成分的嗅覺閾值計算獲得對應的OAV（表5）。由于較低的嗅覺閾值，香葉醇在8種品牌卷煙中的OAV 均為最高，處于344.50～658.81的范圍內，對卷煙煙氣的花香特征貢獻最大［29］。另外，β-大馬酮、β-二氫大馬酮的OAV在8種常規(guī)卷煙樣品中也處于相對較高水平（>100），大部分卷煙粒相物中苯乙醛、α-紫羅蘭酮的OAV接近100，少部分超過100，對卷煙煙氣花香特征貢獻較高。香葉基丙酮、假紫羅蘭酮和金合歡基丙酮3種高釋放量的煙氣花香成分的OAV處于中等偏低水平；由于極高的嗅覺閾值，對羥基苯乙酮和乙酸金合歡酯的OAV 較低，2-(4-甲基苯基)-2-丙醇、2-乙基己醇、正庚醇、α-苯乙醇、苯乙酮、苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯等的OAV也相對較低。

表5 8個卷煙樣品主流煙氣中花香成分的嗅覺閾值及OAVTab.5 Odor threshold values and OAVs of floral aroma components in mainstream smoke of eight cigarette samples

2.3 內源性花香成分的轉移率和加香貢獻度

卷煙加香的效果一定程度上取決于加香成分進入主流煙氣的能力，測定香氣成分的主流煙氣粒相轉移率，能夠為卷煙加香設計提供有效參考［26,30］。卷煙煙氣中24種可檢出花香成分在參比卷煙主流煙氣的轉移率如圖1所示?？芍?，不同成分的轉移率處于1.41%～17.90%之間，成分間差異較大。

圖1 卷煙煙氣中檢出的花香成分的轉移率及加香貢獻度Fig.1 Transfer rates and flavoring contributions of the detected floral aroma components in mainstream cigarette smoke

轉移率代表了成分進入主流煙氣的能力，閾值則反映了成分引發(fā)感官作用的大小，加香貢獻度將轉移率與閾值結合，能夠反映成分加香后所引起感官作用效果的能力。計算獲得了24種可檢出花香成分的加香貢獻度（圖1），β-二氫大馬酮的加香貢獻度最高且遠高于其他花香成分，表明同等加香量的條件下，β-二氫大馬酮所帶來的感官作用效果遠高于其他花香成分。香葉醇、β-大馬酮和α-紫羅蘭酮的加香貢獻度也相對較高；對羥基苯乙酮和乙酸金合歡酯的加香貢獻度最低。與轉移率數據對比可見，各花香成分間加香貢獻度的差異顯著高于轉移率的差異，β-二氫大馬酮的轉移率為苯乙醛的12.70 倍，而其加香貢獻度卻是苯乙醛的247.44 倍；香葉醇和正癸醇兩種成分的轉移率接近，前者的加香貢獻度是后者的83.18倍。

2.4 基于內源性成分的花香特征調控

由2.2 節(jié)中的結果可知，8 種卷煙煙氣中花香成分的分布特點基本一致，因此，以花香成分在煙氣粒相物中的平均分布作為參考調配香基單元?；ㄏ阆慊鶈卧? 中各成分的用量比例為其在8 種卷煙煙氣中的平均釋放量與其粒相轉移率的比值。對不同添加量的花香香基單元1 在參比卷煙中的作用進行評價（圖2；得分為“0”的感官評價指標表明與參比卷煙相比無變化，圖中不再顯示）。結果表明，花香香基單元1 的用量為2.1 μg/g（注射量0.8 μL）時，卷煙花香特征稍有增加，感官品質略有改善；用量為3.2 μg/g（注射量1.2 μL）時，卷煙花香特征和感官品質進一步提升；用量為5.2 μg/g 時（注射量2.0 μL），卷煙的感官品質下降，其中，香氣質稍變差，刺激和殘留均有一定程度的增加。此外，不同用量的花香香基單元1均能一定程度提升卷煙的清香特征，這可能一方面是由于花香特征對清香特征的協(xié)同作用，另一方面是部分花香成分帶有清香香氣。

圖2 花香香基單元1在參比卷煙中的感官評價結果Fig.2 Sensory evaluation results of floral flavor base unit 1 in reference cigarette

進一步對比了各花香成分等比例組合的香基單元2 與香基單元1 在參比卷煙中的感官作用效果（圖3；打分為“0”的感官評價指標在圖中不再顯示）。香基單元2對參比卷煙中花香和甜香特征的提升效果明顯低于香基單元1；同時，香基單元2 對參比卷煙感官品質產生了負面影響，香氣質和透發(fā)性變差，雜氣、刺激性和殘留感增加。由此可見，依據內源性花香特征物質基礎構成方式獲得的花香香基單元1的整體感官作用效果更好，能夠在提升卷煙花香特征的同時保持卷煙整體感官品質的協(xié)調性。

圖3 花香香基單元1和2在參比卷煙上的感官評價結果Fig.3 Sensory evaluation results of floral flavor base units 1 and 2 applied in the reference cigarette

2.5 加香貢獻度的作用評價

為了研究不同加香貢獻度成分變化所引起香基單元整體感官作用的變化程度，考察了加香貢獻度差異較大的β-二氫大馬酮、香葉醇、金合歡基丙酮和香葉基丙酮4 種成分用量變化對香基單元1 感官作用的影響。圖4 為香基單元3～6 在參比卷煙中的感官評價結果，與香基單元1相比，β-二氫大馬酮和香葉醇兩種高加香貢獻度成分用量降低后（分別對應香基單元3 和4），參比卷煙煙氣花香、甜香、清香強度出現(xiàn)了不同程度的降低，感官品質變化明顯；相比之下，加香貢獻度較低的金合歡基丙酮和香葉基丙酮的用量變化（分別對應香基單元5 和6）并未造成卷煙感官品質的明顯波動。進一步計算了香基單元3～6 相對于香基單元1 在加香貢獻及花香強度兩種指標上的變化率（圖5），可見，香基單元的加香貢獻變化越大對應的花香強度變化越大，當加香貢獻變化率為10%左右時，花香強度變化了40%左右；加香貢獻變化率在0.1%～0.4%的范圍時，花香強度約變化了1%～3%。獲取香基單元各成分的加香貢獻度結合各成分的用量，能夠在一定程度上評估香基單元特征感官作用強度，為對比不同配方間特征感官作用強度的差異提供數據參考，對卷煙調香工藝有較高的參考價值。

圖4 香基單元3～6在參比卷煙中應用的感官評價結果Fig.4 Sensory evaluation results of flavor base units 3 to 6 in the reference cigarette

圖5 香基單元3～6花香強度和加香貢獻相對于香基單元1的變化率Fig.5 Variation rates of floral aroma strength and flavoring contribution of flavor base units 3 to 6 relative to those of flavor base unit 1

3 結論

①卷煙煙氣成分篩查能夠獲得用以表征卷煙煙氣花香特征的成分組群，該組群共包含45種化合物；②加香貢獻度能夠反映成分加香后所引起感官作用效果的能力，將香基單元中各成分的加香貢獻度與其用量結合，一定程度上能夠評估香基單元的特征感官作用強度，為對比不同配方間特征感官作用強度的差異提供數據參考，對卷煙調香有較高的參考價值；③與各成分等比組成的香基單元相比，依據花香成分的釋放量及轉移率所形成香基單元的感官作用效果更佳，是一種更有效的卷煙花香特征調控方法。