劉志凱，張啟東，柴國壁，申玉軍，劉鵬飛，鮑峰玉

(1.河南農(nóng)業(yè)大學 煙草學院/河南省香精香料與調(diào)香工程技術研究中心，河南 鄭州 450002；2.中國煙草總公司 鄭州煙草研究院，河南 鄭州 450001；3.河南農(nóng)業(yè)大學 理學院，河南 鄭州 450002)

感官組學，也稱為分子感官科學(Molecular sensory science)[1-3]，其以感官活性為指導，最終發(fā)現(xiàn)關鍵香味成分，并對其進行含量測定，通過香味重組和香味缺失試驗來確定香味成分，獲得食品香味成分名單[4-5]。在進行不同物質味覺產(chǎn)物的提取分離試驗中，利用儀器分析與人體口鼻器官感受相結合的方法，最終得到具有不同滋味的風味特征組分。

由于天然香料內(nèi)部組成成分較為復雜，因而在卷煙燃燒過程中產(chǎn)生的香氣組成也豐富多樣，增香效果比成分較為單一的人工合成香料更加顯著[6-9]。近年來，人們的消費觀念變得更加注重綠色、安全、天然、環(huán)保。因此，植物天然香料更容易受到人們的喜愛。為了更好地迎合大眾的消費理念，將更多的天然香料應用于卷煙產(chǎn)品[10-12]。冒德壽等[13]在煙草主流煙氣成分含量測定中，引用了滋味活性值(Taste active value,TAV)的概念，各成分的含量與閾值的比值為滋味活性值，表明每種成分的味覺貢獻程度。試驗中酸味、甜味關鍵成分沒有從主流煙氣中提取，是因為相比較于主流煙氣，初烤煙葉化學組成更加簡單，可以較易找出烤煙煙葉中各種風味特征組分的組成與含量，有利于烤煙煙葉成分研究。根據(jù)張啟東等[14]、遲廣俊等[15]的研究，初烤煙葉提取物中甜味成分主要由果糖、葡萄糖、肌糖、蔗糖4種糖組成；酸味成分主要由乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、富馬酸、檸檬酸5種酸組成。但目前未見對河南省不同地區(qū)同種煙葉不同部位的初烤煙葉提取物中，酸味和甜味組分中各成分的貢獻度，以及相應特征組分對煙葉的加香效果的相關研究。鑒于此，以河南省2018年5個煙葉產(chǎn)區(qū)中煙100 三個部位的煙葉為試驗材料，利用儀器與人工嗅聞相結合的方法得到不同風味組分，系統(tǒng)分析酸味和甜味關鍵成分貢獻度和對煙葉的加香效果，為烤煙煙葉成分的建立和卷煙加香提供借鑒，為廢棄煙葉的再利用提供新途徑。

1 材料和方法

1.1 材料、試劑和儀器

以濃香型烤煙品種中煙100上部橘色2級(B2F)、中部橘色3級(C3F)、下部橘色2級(X2F)3個部位為供試材料,在河南省的盧氏、襄城、汝州、西峽、洛寧5個地區(qū)進行種植初烤采收。

試劑包括：無水乙醇(色譜純，北京默克科技有限公司)、蒸餾水(電阻率10 MΩ·cm，香港屈臣氏有限公司)；羥丙基葡聚糖凝膠(Sephadex LH-20，GE Healthcare科技有限公司)。

儀器包括：7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(美國安捷倫科技有限公司)；8894型超聲儀(美國科爾帕默儀器公司)；R-210型旋轉蒸發(fā)儀(Büchi 公司)；凝膠色譜柱(2.6 cm×100 cm，Büchi 公司)；FreeZone 6 L凍干機(美國Labconco公司)；WGL-30B電熱鼓風干燥箱(天津泰斯特公司)；RH 800型粉碎機(浙江榮浩公司)；CP2245型電子天平(感量為0.000 1 g，德國賽多利斯公司)；超濾膜(孔徑0.22 μm，天津津騰公司)。

1.2 方法

1.2.1 煙葉各風味特征組分的提取與感官評價 按煙草水分測定和烘箱法[16]規(guī)定，以襄城地區(qū)種植的中煙100煙葉C3F部位為例，將初烤煙葉樣品在40 ℃下烘烤2 h后，放入粉碎機中粉碎。取100 g煙粉，在500 mL乙醇水溶液(體積含量75%)中回流提取2 h，過濾后旋轉蒸發(fā)(40 ℃，體系壓力5 kPa)蒸去溶劑，得到棕黃色煙葉粗提物約30 g。

將6 g上述煙葉粗提物溶于15 mL蒸餾水中，經(jīng)超濾膜過濾后，用循環(huán)凝膠滲透色譜(Gel permeation chromatography，GPC)法分離初烤煙葉。以Sephadex LH-20為填料、蒸餾水為洗脫劑對煙葉粗提物分離；過柱時流速為1 mL/min，通過收集器每5 min收集1個流份，共收集80個流份(編號Z1,Z2,…,Z80)；紫外檢測儀監(jiān)測以確定收集流份的起點和終點。得到的80個流份由10位評委通過評吸的方式，對各風味特征組分進行感官評價，確定具有各個風味特征的組份。評價結果需至少10位評委意見一致才被接受。各種風味特征組分冷凍干燥3～4 d 后得到淡黃色固體，相同風味的組分合并保存到低溫冰箱中以便后續(xù)使用。

1.2.2 重復性試驗 得到并記錄第1次結果后，對分離的各風味特征組分的位置與管數(shù)進行重復性試驗，將具有相同風味的組分合并保存到低溫冰箱中以便后續(xù)使用。

1.2.3 甜味、酸味組分關鍵成分的貢獻度分析 根據(jù)文獻[14]，采用C含/C閾計算甜味與酸味組分各成分的滋味活性值，之后再比較分析各主要成分貢獻度的差異。C含為每一種關鍵成分里各種香味化合物的含量(mg/g)；C閾為每一種關鍵成分里各種香味化合物含量的閾值(mg/g)。根據(jù)10位專家在進行評吸時所能辨別出味道產(chǎn)生的最低、最高值的平均值，記為這種香味化合物質量分數(shù)的閾值。

1.2.4 加入甜味、酸味關鍵成分后的感官評價 感官評價根據(jù)煙草自身特點與相對應的評吸方法、香氣物質種類等相關內(nèi)容，以變化率定量表征加入某類物質后的作用效果。首先測定單料煙中各種嗅聞味道數(shù)值和評吸味道數(shù)值，并記作原始值，之后分別將甜味、酸味關鍵成分加入到同種單料煙中，再次測定嗅聞味道數(shù)值和評吸味道數(shù)值，并記作加入后值，將加入后值減去原始值，除以原始值稱為相對應嗅聞、評吸味道的變化率。變化率的大小表示兩種關鍵成分添加到卷煙并對其風味影響的大小。具體公式為：

2 結果與分析

2.1 煙葉各風味特征組分的提取與感官評價結果

表1是煙葉各風味特征組分經(jīng)過分離、專家評吸后感官評價結果。從表中可以看出，Z1—Z19沒有任何滋味，這是因為各風味特征組分需要經(jīng)過一定時間才能到達收集器，表明柱子整體緊實無溝流；Z78、Z79、Z80沒有任何滋味，表明各風味特征組分已全部洗脫出。由表中還可看出，最先洗脫的為甜味組分，集中在Z20—Z33中，之后Z36—Z48是酸味組分，再往后Z52—Z64是辣味組分，最后在Z68—Z77中是苦味組分。統(tǒng)計只有1種滋味管數(shù)后，甜味組分14管，酸味組分13管，辣味組分13管，苦味組分10管。凍干后測得每100 g煙葉粗提物中甜味組分1.3 g、酸味組分5.0 g、辣味組分6.7 g、苦味組分2.3 g。

表1 煙葉各風味特征組分感官評價

2.2 重復性試驗

對分離后的風味特征組分進行重復性試驗，驗證循環(huán)凝膠滲透色譜法分離與人工感官評價相結合的可行性。如表2所示，可以看出7次試驗4種風味特征組分到達收集器位置基本保持穩(wěn)定，而且收集管數(shù)基本相同。

表2 重復性試驗結果

2.3 不同地區(qū)、部位煙葉甜味、酸味組分中各成分的貢獻度分析

2.3.1 不同地區(qū)、部位煙葉甜味組分中各成分的貢獻度分析 即使同一類物質，由于閾值和含量不同，在卷煙感官評價中所起到的作用也不盡相同。由表3可知，4種甜味組成成分中，襄城的B2F、C3F、X2F和西峽的B2F以及汝州的B2F、C3F和盧氏的B2F、C3F均是果糖對甜味組分的貢獻度最大，洛寧的B2F、C3F、X2F和盧氏的X2F則是蔗糖對甜味組分的貢獻度最大，西峽的C3F、X2F和汝州的X2F則是葡萄糖對甜味組分的貢獻度最大?？梢姡诤幽鲜?個煙葉主產(chǎn)區(qū)3個不同煙葉部位中，果糖對甜味組分的貢獻度最大的有8個，占比超過1/2；蔗糖對甜味組分貢獻度最大的有4個，不到1/3；葡萄糖對甜味組分貢獻度最大的有3個，但與果糖的貢獻度差別不大。因為5個地區(qū)不同部位的煙葉中各成分對甜味組分的貢獻度并不一致，因此將各種糖類成分對甜味組分貢獻度平均值的大小記為貢獻度大小，經(jīng)過計算得到果糖、葡萄糖、肌糖、蔗糖對甜味組分平均貢獻度分別為62.38、59.93、13.28、38.15。總體來看，果糖對甜味組分的貢獻度最大，肌糖對甜味組分的貢獻度最小。

表3 不同地區(qū)、部位煙葉甜味組分中各成分的貢獻度比較

2.3.2 不同地區(qū)、部位煙葉酸味組分中各成分的貢獻度分析 由表4可知，5種酸味組分成分中，在河南省5個煙葉主產(chǎn)區(qū)3個不同煙葉部位中蘋果酸對酸味組分貢獻度最大的有15個，占比達到100%，且遠大于其他4種有機酸；總體上乳酸和檸檬酸對酸味組分貢獻度接近，居中；乙酰丙酸對酸味組分貢獻度較??；富馬酸對酸味組分貢獻度較最小。經(jīng)過計算得到乳酸、乙酰丙酸、蘋果酸、富馬酸、檸檬酸的平均貢獻度分別為573.04、29.98、2632.62、7.61、464.55。

表4 不同地區(qū)、部位煙葉酸味組分中各成分的貢獻度比較

2.4 加入甜味、酸味關鍵成分后的感官評價

2.4.1 加入甜味關鍵成分后的感官評價 每支煙中加入7.15 mg的甜味關鍵成分后，卷煙的評吸結果也發(fā)生改變。如圖1所示，各甜味關鍵成分的添加對感官指標有正向貢獻的指標包括嗅香-酸香、甜味、嗅香-膏香、評吸-甜香、嗅香-甜香、酸味、評吸-煙熏香、嗅香-焦甜香、嗅香-烘焙香等。其中，嗅香-酸香和甜味的變化率要明顯高于其他感官指標。另一方面，甜味關鍵成分的加入抑制了嗅香-煙熏香、嗅香-青滋香、嗅香-藥草香、嗅香-豆香、評吸-青滋香、評吸-花香、評吸-藥草香、評吸-豆香、評吸-可可香、苦味等感官指標的變化率。

圖1 加入甜味關鍵成分后感官指標變化率

2.4.2 加入酸味關鍵成分后的感官評價 每支煙中加入6.70 mg的酸味關鍵成分后，卷煙的評吸結果也發(fā)生變化。如圖2所示，各酸味關鍵成分的添加對感官指標有正向貢獻的指標包括嗅香-酸香、酸味、甜味、嗅香-膏香、評吸-酸香、嗅香-果香、嗅香-烘焙香、評吸-甜香等。其中，嗅香-酸香和酸味的變化率要明顯高于其他感官指標。另一方面，酸味關鍵成分的加入抑制了嗅香-煙熏香、嗅香-辛香、嗅香-青滋香、嗅香-藥草香、嗅香-豆香、評吸-青滋香、評吸-花香、評吸-藥草香、評吸-豆香、評吸-可可香、苦味等感官指標的變化率。

圖2 加入酸味關鍵成分后感官指標變化率

3 結論與討論

本研究利用循環(huán)凝膠滲透色譜法與人工感官評價法得到了具有甜、酸、辣、苦4種風味特征成分，每100 g煙葉粗提物中含甜味組分1.3 g、酸味組分5.0 g、辣味組分6.7 g、苦味組分2.3 g。雖然循環(huán)凝膠滲透色譜在分離時仍有不同感官組分部分重疊，但它具有分離條件溫和、分離時間較短的特點[17]，經(jīng)過7次試驗，4種風味特征組分到達收集器位置基本保持穩(wěn)定，而且收集管數(shù)基本相同，仍是目前最有效的方法。

對河南省5個地區(qū)3個不同部位初烤煙葉酸味和甜味組分各成分的貢獻度進行對比，發(fā)現(xiàn)襄城3個部位煙葉中果糖對甜味組分的貢獻度最高；盧氏、汝州B2F、C3F煙葉中果糖對甜味組分的貢獻度最高；盧氏X2F煙葉蔗糖對甜味組分的貢獻度最高，汝州的X2F煙葉則是葡萄糖對甜味組分的貢獻度最高；西峽B2F煙葉果糖對甜味組分的貢獻度最高，而C3F、X2F煙葉的葡萄糖對甜味組分的貢獻度最高；洛寧的3個部位煙葉的蔗糖對甜味組分的貢獻度均為最高。原因可能是還原糖類含量會隨著不同地區(qū)的土壤環(huán)境、調(diào)制方式等生態(tài)環(huán)境發(fā)生相應變化[18]。5個地區(qū)3個部位中蘋果酸對酸味組分的貢獻度遠遠高于其他4種酸,這與尹莉麗[19]的研究結果一致。感官評價中，甜味、酸味組分主要都增強了卷煙中的酸香味，其次增強了甜味和酸味，對于苦味、嗅香-可可香、嗅香-豆香、評吸-豆香等味道起到了抑制作用。

日常生活中，糖類化合物存在于多種食品中，邢慶洋等[20]在對果糖的研究中發(fā)現(xiàn)，果糖相比于蔗糖具有甜度高、熱值低等特點，與其他甜味劑混合使用具有強化甜味的效果，將其作為香料添加到煙絲中可以增強卷煙的清甜口感。蘋果酸是具有重要功能的有機酸，在食品加香、醫(yī)藥和化工領域都有廣泛的作用[21-22]。蘋果酸主要用于發(fā)酵工業(yè)，對葡萄酒二次發(fā)酵有著非常重要的作用，李瑞國等[23]研究表明，蘋果酸可以為乳酸菌提供電子供體，促進酒類鏈球菌的產(chǎn)生，降低葡萄酒的pH值，從而增強發(fā)酵過程的速率，提高葡萄酒的風味，而對于卷煙口感來說，酸香味可以提高抽吸卷煙時的口感，提高卷煙本身的吃味，使其更加厚重。

張維等[24]研究發(fā)現(xiàn)，羅漢果內(nèi)部化學成分中最為特殊的就是羅漢果苷，其主要由葡萄糖縮合而成，具有極高的甜度，可以作為甜味劑使用。劉紹華等[25]將羅漢果苷V添加到卷煙中可以增強卷煙的香草氣息、減少雜氣的產(chǎn)生，提高保潤性。酸性成分也常被用于卷煙加香之中，如程謙偉等[26]對百香果進行了果醋加工試驗，發(fā)現(xiàn)添加百香果后的果醋不僅中和了食用醋較為刺激的酸香味，而且還增加了百香果獨特香味，使新型果醋的味道更加柔和，將百香果添加到卷煙中可以中和卷煙燃燒時所產(chǎn)生的雜氣，增加香甜風味。王婷[27]對檸檬皮進行化學提取，得到相關物質，作為植物類天然香料應用到卷煙加香中，對其進行感官評吸后發(fā)現(xiàn)，檸檬皮中的酸味物質可以增強清香味和甜香味，并且有改善雜氣、豐富卷煙吃味的作用。本試驗從煙葉中分離提取出的甜味、酸味關鍵成分是植物類天然香料，經(jīng)過對這2種關鍵成分感官評價后，發(fā)現(xiàn)其可以明顯增強卷煙中的甜香和酸香味，加強卷煙的吃味，減少卷煙釋放的雜氣量，提高煙葉的可用性。