楊龍彥，張玎婕，寧振興，李志華，李季剛，黃善松，張峻松

1.廣西中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，廣西 南寧 530001；2.鄭州輕工業(yè)大學 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001

0 引言

卷煙加香不僅能增補卷煙香氣、掩蓋雜氣、改善余味，還可以賦予卷煙獨特的風格特征[1-2]。目前，行業(yè)內(nèi)已形成多種卷煙加香方式，如煙絲加香[3-4]、成型紙加香[5-6]、接裝紙加香[7-8]、濾棒加香[9-11]等。其中濾棒加香制得的卷煙在燃吸時產(chǎn)生的熱氣流能直接將香味成分帶入口腔，增加香料向主流煙氣的轉移率[12]，卷煙香料的轉移行為對主流煙氣成分含量及感官品質(zhì)影響顯著。

關于卷煙香料的轉移行為研究，目前多集中在煙絲中的外加香料單體[13-14]。例如，羅海濤等[15]研究了煙絲外加烯酮類香料單體向卷煙煙氣中的轉移行為，發(fā)現(xiàn)烯酮類香料向主流煙氣粒相的轉移率跟香料的沸點相關；李春等[16]分析了一些酮、酯類香料單體在卷煙中的轉移率，發(fā)現(xiàn)在密封條件下香料單體向濾嘴中的轉移率隨香原料沸點的升高而減小;張杰等[17]分別采用煙絲、濾棒等外加香的方式進行了醛酮類香料單體轉移行為的研究，發(fā)現(xiàn)濾棒加香更有利于低沸點醛酮類香料向主流煙氣粒相中的轉移。但濾棒加香卷煙中醇類香料單體在貯存和抽吸期間的轉移規(guī)律鮮見報道。鑒于此，本文擬將13種醇類香料單體添加到卷煙濾棒中，對卷煙中香料單體的萃取條件進行優(yōu)化，并建立醇類香料單體的GC-MS分析方法，考查貯存和抽吸過程中醇類香料單體的轉移行為，為醇類香料單體在卷煙香味補償中的應用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

主要材料：空白卷煙(64 mm(煙支長)+25 mm(醋纖濾嘴長)×22.5 mm(圓周長))，廣西中煙工業(yè)有限責任公司提供。

主要試劑：醇類香料(戊醇、反-3-己烯-1-醇、己醇、庚醇、2-乙基己醇、辛醇、癸醇、十五醇、苯甲醇、苯乙醇、芳樟醇、香葉醇、橙花醇)，純度≥98%，北京百靈威科技有限公司產(chǎn)；乙酸苯乙酯、無水乙醇、甲醇、異丙醇、正己烷，純度≥99.9%，色譜級，天津市大茂化學試劑廠產(chǎn)；二氯甲烷，純度≥99.9%，色譜級，迪馬科技試劑有限公司產(chǎn)。

主要儀器：SB-3200DT超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)；EL204型電子天平，瑞士Mettler Toledo公司產(chǎn)；RM20 H轉盤式吸煙機，德國Borgwaldt KC公司產(chǎn)；7890B/5977A氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司產(chǎn)；RE-52AA旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)；同時蒸餾萃取裝置，鄭州輕工業(yè)大學自制。

濾棒加香卷煙制備：挑出質(zhì)量、吸阻均勻一致的煙支作為空白卷煙樣品，準確稱取醇類香料各0.2 g置于10 mL容量瓶中，以1,2-丙二醇為溶劑配制成各單體質(zhì)量濃度為20 mg/mL的混合香料溶液。以每支10 μL的用量，使用微量注射器將其注入空白卷煙濾嘴，置于煙盒并密封，得到濾棒加香卷煙。將濾棒加香卷煙于恒溫恒濕(溫度(22±2)℃，濕度(60±5)%)環(huán)境貯存7 d，得到貯存后濾棒加香卷煙。

實驗樣本制備：分別選取貯存后濾棒加香卷煙和空白卷煙各2支，將濾嘴與煙絲剝離獲得抽吸前濾嘴樣本、加香卷煙煙絲及空白卷煙煙絲樣本；分別取20支貯存后濾棒加香卷煙和空白卷煙，按照《常規(guī)分析用吸煙機定義和標準條件》(GB/T 16450—2004)[18]的要求，利用吸煙機抽吸，劍橋濾片捕集卷煙主流煙氣粒相物，得到劍橋濾片樣本；吸煙機抽吸后保留煙蒂，將煙蒂接裝紙及成形紙剝離得到抽吸后濾嘴樣本。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制稱取0.021 0 g乙酸苯乙酯，分別以無水乙醇、二氯甲烷為溶劑定容于1000 mL的容量瓶中，搖勻，將其配制成質(zhì)量濃度為0.021 0 mg/mL的內(nèi)標溶液。

準確稱取0.01 g各醇類香料標準品于1000 mL容量瓶中，用內(nèi)標溶液定容，得到各醇類化合物質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL的混合標準儲備液。

分別移取適量混合標準儲備液，用內(nèi)標溶液梯度稀釋，得到質(zhì)量濃度為0.625 μg/mL、1.250 μg/mL、1.500 μg/mL、2.500 μg/mL、3.000 μg/mL、5.000 μg/mL、6.000 μg/mL、7.000 μg/mL、10.000 μg/mL的系列標準工作溶液。

1.2.2 香料成分的提取采用溶劑萃取法進行抽吸前濾嘴樣本中香料成分的提取。將濾嘴樣本剪碎轉移至加入乙酸苯乙酯內(nèi)標溶液的50 mL錐形瓶中，加入適宜的萃取溶劑，以適宜的方式萃取一定時間，對萃取液進行GC-MS分析。

采用同時蒸餾萃取法[19]進行煙絲、劍橋濾片及抽吸后濾嘴中香料成分的提取。將加香卷煙煙絲、空白煙絲、劍橋濾片或抽吸后濾嘴分別置于同時蒸餾萃取裝置一端裝有350 mL蒸餾水和30 g氯化鈉的1000 mL圓底燒瓶中，用電熱套加熱；裝置的另一端連接裝有60 mL二氯甲烷的濃縮瓶，60 ℃水浴加熱，反應時間為2.5 h，萃取完成后，在濃縮瓶中加入1 mL乙酸苯乙酯內(nèi)標溶液，分別將各萃取液濃縮至1.0 mL，過0.45 μm有機濾膜，對濾液進行GC-MS分析。

1.2.3 溶劑萃取法實驗條件的選擇在前期實驗的基礎上，初步確定溶劑萃取法的實驗條件為：將濾嘴樣本剪碎轉移至加入6 mL乙酸苯乙酯內(nèi)標溶液的50 mL錐形瓶中，加入6 mL無水乙醇超聲振蕩萃取20 min。

通過考查單因素萃取溶劑、萃取方式、萃取時間、萃取體積對萃取量的影響，確定溶劑萃取法的最佳實驗條件，分別為：1)改變萃取溶劑的種類，考查無水乙醇、甲醇、異丙醇和環(huán)己烷4種萃取溶劑對萃取量的影響；2)改變萃取方式，考查超聲振蕩和搖床振蕩兩種萃取方式對萃取量的影響；3)改變萃取時間，考查不同萃取時間(10 min、20 min、30 min、40 min、50 min)對萃取量的影響；4)改變萃取溶劑體積，考查不同萃取溶劑體積(4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL)對萃取量的影響。

1.2.4 GC-MS分析條件及方法評價GC-MS分析條件：色譜柱為HP-5 MS毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣氦氣，載氣流量1.0 mL/min；進樣口溫度280 ℃，進樣量1 μL，分流比5∶1。升溫程序為：50 ℃，保持2 min；以6 ℃/min 的速率升溫至280 ℃，保持20 min。離子源為電子轟擊(EI)源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，傳輸線溫度280 ℃，電子倍增器電壓1994 V，全掃描模式，采用峰面積歸一化法進行半定量分析。

分別取系列標準工作溶液按照上述條件進行GC-MS分析，將各醇類香料單體與內(nèi)標物峰的面積比值為橫坐標，各醇類香料單體與內(nèi)標物質(zhì)量濃度的比值為縱坐標，進行線性回歸分析，得到各醇類香料單體的標準工作曲線和相關系數(shù)，計算6次重復實驗相對標準偏差(RSD)，并分別測定低、中、高不同加標水平下13種成分的回收率，每個樣品重復測定5次，計算平均回收率，以評價GC-MS分析方法的可靠性。

1.2.5 醇類香料單體的轉移行為研究方法1)貯存過程。該過程醇類香料單體的轉移行為通過香料單體的濾嘴持留率(Y1)、煙絲遷移率(Y2)及散失率(Y3)進行分析。

Y3=1-(Y1+Y2)

式中，m為外加香料量/(μg·支-1)；m0為空白卷煙濾棒中的香料含量/(μg·支-1)；m1為貯存后加香卷煙濾棒中的香料含量/(μg·支-1)；m2為空白卷煙煙絲中的香料含量/(μg·支-1)；m3為貯存后加香卷煙煙絲中的香料含量/(μg·支-1)。

2)抽吸過程。取貯存7 d后的濾棒加香卷煙進行抽吸，抽吸過程中醇類香料單體的轉移行為通過香料單體的主流煙氣轉移率(Y4)和濾嘴殘留率(Y5)進行分析。

式中，M1為主流煙氣粒相物劍橋濾片中香料含量/(μg·支-1);M2為加香卷煙抽吸后濾嘴中香料含量/(μg·支-1)。

2 結果與討論

2.1 溶劑萃取法實驗條件選擇結果

不同萃取溶劑對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響如圖1所示。由圖1可知，使用無水乙醇作為萃取溶劑，各目標化合物均具有較高的萃取量，這可能與超聲振蕩選擇性加熱的特點有關，溶劑的極性越大，升溫越快，萃取量越高[20]。因此，選擇無水乙醇作為萃取溶劑。

圖1 不同萃取溶劑對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響Fig.1 Effect of extraction solvents on the extraction alcohol flavors in the perfuming filter

不同萃取方式對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響如圖2所示。由圖2可知，兩種萃取方式下各目標化合物的萃取量變化趨勢基本一致；使用不同萃取方式時，橙花醇的得率相差最大，戊醇的得率相差最小，表明不同萃取方式對各醇類香料的萃取量影響不一。另外，超聲振蕩萃取條件下，13種醇類香料的萃取量均高于搖床振蕩萃取。因此，選擇超聲振蕩的方式進行萃取。

圖2 不同萃取方式對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響Fig.2 Effect of extraction methods on the extraction alcohol flavors in the perfuming filter

不同萃取時間對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著萃取時間的延長，萃取量呈現(xiàn)先升高后緩慢下降的趨勢，在20 min 時各目標化合物的萃取量均達到最大值，分析其原因可能是：在一定時間范圍內(nèi)，隨著萃取時間的延長，溫度逐漸升高，各醇類香味成分溶解度增大，提取率增大；而后隨時間繼續(xù)延長，溫度持續(xù)上升，過高的溫度可能造成部分醇類香味成分分解及散失[21]，從而影響醇類香味成分的提取率。因此，選擇萃取時間20 min為宜。

圖3 不同萃取時間對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響Fig.3 Effect of extraction time on the extraction alcohol flavors in the perfuming filter

不同萃取溶劑體積對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響如圖4所示。由圖4可知，當萃取溶劑體積為6 mL時，各目標化合物的萃取量均為最佳，少量的乙醇不足以將樣品浸沒進而將醇類香味成分萃取完全，但萃取溶劑體積過大會產(chǎn)生稀釋效應，萃取量反而有所下降[22]。因此，選擇萃取溶劑體積為6 mL為宜。

圖4 不同萃取溶劑體積對加香濾嘴中醇類香料單體萃取量的影響Fig.4 Effect of extraction volume on the extraction alcohol flavors in the perfuming filter

2.2 GC-MS分析方法評價結果

13種醇類香料單體的線性方程、相關系數(shù)、精密度、檢出限、定量限和回收率結果如表1所示。由表1可知，13 種醇類香料單體在 0.63～10.00 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性良好(R≥0.999 0)，定量限為0.11～1.73 μg/mL，精密度為 0.70%～2.90%(樣品數(shù)量n=6)。13種醇類香料單體的低、中、高濃度的加標回收率為91.3%～118.7%，回收率較高。由此可知，GC-MS分析方法適合用于檢測13種醇類香料單體。

表1 13種醇類香料單體的線性方程、相關系數(shù)、精密度、檢出限、定量限和回收率Table 1 Linear equation,correlation coefficient,precision,detection limit,quantification limit and recovery rate of 13 kinds of alcohol flavors

2.3 貯存過程醇類香料單體的轉移行為分析

貯存過程13種醇類香料單體在卷煙中轉移行為分析結果如表2所示。由表2可知，1)13種醇類香料單體在濾嘴中的持留率為9.68%～52.03%，其中苯乙醇的濾嘴持留率最高，為52.03%，其次是十五醇、苯甲醇，分別為51.91%、45.76%；2)13種醇類香料單體向煙絲中的遷移率為1.06%～17.36%，其中癸醇的煙絲遷移率最低，為1.06%，其次是十五醇、橙花醇，分別為1.97%、3.13%；3)13種醇類香料單體的散失率為36.88%～87.01%，其中苯甲醇的散失率最低，為36.88%，其次是苯乙醇、十五醇，分別為38.64%、46.12%。綜上所述，苯乙醇、十五醇的濾嘴持留率相對較高，煙絲轉移率、散失率均相對較低，可作為濾棒加香原料應用于濾棒加香卷煙生產(chǎn)中。

表2 貯存過程13種醇類香料單體在卷煙中轉移行為分析結果Table 2 Results of the transfer behavior of 13 kinds of alcohol flavors in cigarettes during storage

2.4 抽吸過程醇類香料單體向主流煙氣的轉移行為分析

抽吸過程13種醇類香料單體在卷煙中轉移行為分析結果如表3所示。由表3可知，1)13種醇類香料單體向主流煙氣粒相物的轉移率為0～14.49%，其中十五醇的轉移率最高，為14.49%，其次是癸醇、香葉醇，分別為13.18%、10.23%；2)濾嘴殘留率為14.78%～73.25%，其中戊醇的殘留率最低，為14.78%，這是由于戊醇在貯存過程中的散失率較大，其次是反-3-己烯-1-醇、2-乙基己醇，分別為32.50%、43.47%。綜上所述，十五醇的主流煙氣轉移率較高且濾嘴殘留率相對較低，可作為濾棒加香原料應用于濾棒加香卷煙生產(chǎn)中。

表3 抽吸過程13種醇類香料單體在卷煙中轉移行為分析結果Table 3 Results of the transfer behavior of 13 kinds of alcohol flavors in cigarettes during smoking

2.5 互為同分異構體的醇類香料單體轉移行為分析

對于互為同分異構體的芳樟醇、橙花醇及香葉醇，三者濾嘴持留率分別為24.73%、36.50%、40.47%，煙絲遷移率分別為7.58%、3.13%、4.22%，散失率分別為55.32%、66.37%、67.69%。其中橙花醇與香葉醇的濾嘴持留率、煙絲遷移率、散失率均較為接近，這可能與分子結構式相關，橙花醇與香葉醇互為順反立體異構，而這兩者與芳樟醇均互為位置異構。芳樟醇、橙花醇及香葉醇向主流煙氣轉移率分別為4.09%、8.85%、10.23%，濾嘴殘留率為60.13%、68.16%、66.03%，可知芳樟醇的轉移行為與橙花醇、香葉醇相差較大，原因可能與分子結構及沸點有關，這與蔡君蘭等[23]的研究結論一致。整體上，互為同分異構體的醇類香料單體轉移行為相似，在濾棒加香時可以考慮結合香料添加后卷煙感官品質(zhì)來選擇適宜的醇類香料單體。

2.6 互為同系物的醇類香料單體轉移行為分析

對于互為同系物的不飽和醇類香料單體(戊醇、己醇、庚醇、辛醇、癸醇、十五醇)，隨著分子量增大、沸點增高，濾嘴持留率逐漸增加，其中十五醇的濾嘴持留率最高，為51.91%；煙絲遷移率呈先升高后降低的趨勢，其中癸醇的煙絲遷移率最低，為1.06%；散失率逐漸減少，其中十五醇的散失率最低，為46.12%；煙氣轉移率呈先緩慢升高后趨于平緩的趨勢，其中十五醇的煙氣轉移率最高，為14.18%，分子量、沸點均較低的戊醇未在主流煙氣粒相物中檢出；濾嘴殘留率呈先劇烈升高后趨于平緩的趨勢，其中癸醇的濾嘴殘留率最大，為69.93%。綜上可知，對于互為同系物的醇類香料單體而言，整體上沸點越高、分子量越大，向主流煙氣的轉移率越高，在濾棒加香時可以考慮添加高級脂肪醇類(互為同系物分子量最大的香料)。

3 結論

本文優(yōu)化了卷煙中醇類香料單體的萃取條件，建立了醇類香料單體的GC-MS分析方法，研究了13種濾棒外加醇類香料單體在卷煙中的轉移行為。結果表明：當萃取溶劑為無水乙醇、萃取方式為超聲振蕩、萃取溶劑體積為6 mL、萃取時間為20 min時，醇類香料單體的萃取量最高；GC-MS分析方法中醇類香原料在 0.63～10.00 μg/mL 質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性良好，精密度、回收率較高，適用性強；對于貯存期的濾棒外加香卷煙，13種醇類香料單體的濾嘴持留率為9.68%～52.03%，煙絲遷移率為1.06%～17.36%，散失率為36.88%～87.01%；對于抽吸后的濾棒加香卷煙，13種醇類香料單體的主流煙氣轉移率為0～14.49%；濾嘴殘留率為14.78%～73.25%；十五醇的濾嘴持留率、煙氣轉移率相對較高，煙絲遷移率、散失率、濾嘴殘留率相對較低，適宜作為醇類香料單體用于制備濾棒加香卷煙；互為順反異構體的醇類香料單體貯存及抽吸過程中的轉移行為較相似；互為同系物的醇類香料單體，濾嘴持留率、主流煙氣轉移率、濾嘴殘留率隨分子量增大、沸點增高而逐漸增加,散失率隨分子量增大、沸點增高而逐漸減小。

本文通過對濾棒外加醇類香料單體的轉移行為的研究，為濾棒所用香精的調(diào)配、量化低焦油卷煙的加香加料提供理論參考和數(shù)據(jù)支撐。未來還需進一步研究醇類香料與卷煙加香的協(xié)調(diào)性，結合感官品質(zhì)優(yōu)選最適加香醇類香料。