基于味觉活力值的通风卷烟酸味变化分析

朱先约，谢玉龙，崔 迟，蔡君兰，张晓兵，聂 聪，谭 涛，何东香，王洪波*，翟玉俊*

1. 甘肃烟草工业有限责任公司技术中心，兰州市南滨河中路1111 号 730050

2. 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

滤嘴通风技术是卷烟降焦减害的重要技术之一，采用滤嘴通风技术不仅可以改变烟丝的燃烧状态，而且能够稀释卷烟主流烟气，从而降低卷烟烟气焦油、烟碱和主流烟气中有害成分的释放量。然而，应用滤嘴通风技术后会产生烟味变淡、满足感降低、香气量降低、干燥感增加等卷烟感官质量的变化，因此滤嘴通风对卷烟感官质量的影响已成为烟草行业的重要研究方向之一。为克服滤嘴通风增加导致的感官质量缺陷，烟草科技工作者对卷烟香气和吸味的影响因素进行了大量的探索研究[1-10]，并且在香气风格特征等研究领域取得了较大进展[11-14]。目前，关于烟气物质基础及其调控技术的研究已有较多报道，但针对烟气味觉指标的评价及其模型研究较少。冒德寿等[2-3]基于味觉活力值分析技术，鉴定出烟气中关键酸味物质、苦味物质，建立了烟气酸味、苦味指数模型，所建模型与感官评价分值取得了较为理想的拟合效果。鉴于滤嘴通风对烟气味觉特征尤其是酸味影响规律的研究较少，本研究中以不同滤嘴通风卷烟为研究对象，考察滤嘴通风对卷烟烟气酸味的影响变化，以期为卷烟烟气味觉特征剖析和调控技术提供支持，并为烟草行业降焦减害和增香保润研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

选取甘肃烟草工业有限责任公司某一规格卷烟空白配方叶组（叶丝92%，再造烟叶丝8%）为测试样，另一规格卷烟空白配方叶组（叶丝72%，再造烟叶丝8% ，梗丝20%）为验证样，按GB 5606.3—2005[15]的方法卷制滤嘴通风度分别为0.4%、13.0%、21.4%、27.4%和42.0%的烟支样品，并置于温度（22±2）℃、相对湿度（60±5）%环境中平衡48 h，筛选后用于烟气测试。

酸性成分标样甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、乳酸、羟基乙酸、壬酸、癸酸、2-呋喃甲酸、苯甲酸、苹果酸、富马酸、柠檬酸、十四酸、亚油酸、油酸以及内标肉桂酸、反-2-己烯酸，二氯甲烷（色谱纯，北京百灵威科技有限公司）；N,O-双（三甲基硅烷基）三氯乙酰胺（BSTFA，色谱纯，瑞士Fluka 公司）；超纯水（18.2 MΩ·cm）。

6890/5975 型气相色谱-质谱联用仪（GC/MS，美国Agilent 公司）；SM450 直线型吸烟机（英国Cerulean 公司）；KQ-700DB 超声波振荡器（昆山超声仪器公司）；HH-2 型数显恒温水浴锅（常州恒睿仪器设备制造有限公司）；CP2245 型电子天平（感量0.000 1 g，德国Sartorius 公司）；T70 型全自动电位滴定仪（瑞士Mettler-Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷烟主流烟气中有机酸的测定

采用文献[4]的方法测定卷烟主流烟气中有机酸释放量。 将卷烟样品在GB/T 19609—2004[16]中规定的环境条件下平衡，按照（质量±200）mg、（吸阻±50）Pa 挑选样品。按照GB/T 16450—2004[17]中规定的标准条件下用直线型吸烟机抽吸5 支卷烟；用直径44 mm 的剑桥滤片捕集卷烟主流烟气总粒相物（TPM）。将收集5 支卷烟主流烟气TPM 的剑桥滤片置于三角瓶中，并依次加入10.0 mL 二氯甲烷、30 µL 反-2-己烯酸（内标，2.0 mg/mL）和肉桂酸（内标，7.0 mg/mL）的二氯甲烷溶液，摇匀，室温下超声萃取20 min；静置5.0 min，取1.0 mL 上清液，用0.45 µm 有机相微孔滤膜过滤；将滤液转入色谱瓶中，加入60 µL 衍生化试剂BSTFA，密封，在60 ℃水浴条件下反应50 min；反应完毕后冷却至室温，采用GC/MS 在选择离子监测（SIM）模式下定量分析酸性成分。GC/MS 分析条件为：

色谱柱：DB-5MS 毛细管柱（60 m × 0.25 mm i.d.× 0.25 μm d.f.）；进样口温度：270 ℃；程序升温：40 ℃（3 min）210 ℃230 ℃280 ℃（50 min）；进样量：1.0 μL；分流比：10 ∶1；载气：氦气（99.999%）；载气流速：1.0 mL/min；离子源温度：230 ℃；传输线温度：280 ℃；电离方式：EI；电离能量：70 eV；四极杆温度：150 ℃；扫描方式：全扫描（Scan）和选择离子监测（SIM）同时扫描。

1.2.2 卷烟主流烟气粒相物pH 的测定

参照文献[18]的方法测定卷烟主流烟气粒相物pH。用剑桥滤片捕集4 支卷烟烟气粒相物；用20 mL 蒸馏水（脱除二氧化碳，pH=7.0）振荡萃取剑桥滤片30 min；静置60 min，用电位滴定仪测定pH。

1.2.3 卷烟烟气酸味指数的计算

参照文献[2]中的卷烟烟气酸味指数计算模型：烟气酸味指数=异戊酸/0.74+乙酸/50+戊酸/0.50+甲酸/160+丁酸/3.19+琥珀酸/50+异丁酸/5.0+乳酸/133.2，并结合本研究中有机酸的释放情况，挑选味觉活力值TAV≥0.1 的物质代入指数模型，计算卷烟烟气酸味指数。需要注意的是，本计算方法中存在一些不足，例如，阈值数据中介质为水或空气而非卷烟烟气[2]，并且所分析样品的烟气介质不同、阈值不一，但是在未找到替代卷烟烟气的极性介质前，采用气味活性值或味觉活力值来评估卷烟烟气香气成分的重要性仍不失为一种有效的方法[19]。

2 结果与讨论

2.1 滤嘴通风度对卷烟主流烟气中有机酸释放量的影响

不同卷烟样品主流烟气中有机酸的释放量测定结果见表1。可以看出：甲酸、乙酸、乳酸、十六酸、羟基乙酸、2-呋喃甲酸、亚油酸、亚麻酸、油酸和十八酸10 种有机酸的释放量较高；其余15 种有机酸的释放量较低，且其释放量受卷烟烟丝配方结构的影响较大。考察了滤嘴通风对卷烟烟气中酸性成分总释放量的影响，结果（图1）表明，滤嘴通风与卷烟主流烟气中酸性成分的总释放量线性负相关，R2大于0.9。尽管两组样品叶组配方存在较大差异，但两组样品烟气中酸性成分的总释放量随滤嘴通风增加而显著降低的趋势较一致，这与文献[4]中报道的研究结果一致。

表1 卷烟主流烟气中酸性成分释放量、酸味指数和pHTab.1 Release of acidic components, sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke （μg·支-1）

图1 滤嘴通风度对卷烟主流烟气中酸性成分总释放量的影响Fig.1 Effects of filter ventilation rate on total release of acidic components in mainstream cigarette smoke

2.2 滤嘴通风度对卷烟烟气pH 及酸味指数的影响

考察了滤嘴通风度对卷烟烟气pH 的影响，结果（图2）表明：在样品叶组配方存在较大差异的情况下，随着卷烟滤嘴通风度的增加，两组样品的烟气pH 均呈递增趋势；滤嘴通风度每增加10%，烟气pH 增加0.11～0.13；pH 变化趋势与酸性成分总释放量变化趋势结果一致。可见，随着滤嘴通风度的增加，卷烟烟气中酸性成分的总释放量逐渐降低，烟气pH 由偏酸性变为近中性。测试样卷烟烟气中酸性成分总释放量较验证样明显偏低，理论上，酸性成分总释放量越低，烟气pH 越高，但测试样的烟气pH 较验证样明显偏低，两者之间相互矛盾。这可能是因为：①烟丝配方结构存在较大差异，验证样梗丝比例较高，造成两组样品烟气中碱性成分存在差异，即测试样烟气中碱性成分的释放量较低，而验证样烟气中碱性成分的释放量较高，酸性成分、碱性成分的综合作用导致测试样的烟气pH 低于验证样。②虽然验证样烟气中十六酸、亚油酸、亚麻酸、油酸和十八酸5 种有机酸的释放量显著高于测试样，但直链羧酸的电离常数pKa随碳链的增长而降低，其对烟气pH 的贡献度逐渐降低，进而造成测试样的烟气pH 低于验证样。

图2 滤嘴通风度对卷烟主流烟气pH 的影响Fig.2 Effects of filter ventilation rate on pH of mainstream cigarette smoke

参照文献[2]中的卷烟烟气酸味指数计算模型，结合本研究中各样品烟气中有机酸的释放情况，挑选味觉活力值TAV≥0.1 的物质代入指数模型，结果见表1。各样品烟气酸味指数分析结果（图3）表明，测试样烟气中酸性成分总释放量较验证样明显偏低，但测试样烟气酸味指数较验证样高，与2.2 节pH 研究结果一致。这主要是因为：验证样烟气中十六酸、亚油酸、亚麻酸、油酸和十八酸5 种有机酸的释放量显著高于测试样，但这5 种有机酸的味觉阈值较高，其TAV 值小于0.1，对样品烟气酸味的贡献可以忽略。虽然两规格样品的叶组在设计上存在显著差异，但滤嘴通风度与烟气酸味指数均呈线性负相关，与2.1 节研究结果较一致，仅在不同叶组配方样品烟气酸味指数的降低程度上存在一定差异。滤嘴通风度每增加10%，烟气酸味指数可降低0.13～0.39。

图3 滤嘴通风度对卷烟烟气酸味指数的影响Fig.3 Effects of filter ventilation rate on sour taste index of mainstream cigarette smoke

2.3 卷烟烟气酸味指数模型法与pH 测定方法关联性分析

考察了卷烟烟气酸味指数模型法与pH 测定方法之间的关联性，结果（图4）表明，在叶组配方存在较大差异的情况下，两组样品烟气酸味指数与pH 均呈线性负相关，R2大于0.9。可见，卷烟烟气酸味指数与pH 的线性负相关关系在不同配方叶组之间具有普适性，烟气酸味指数或pH 可作为考察滤嘴通风对烟气酸碱平衡影响的关键指标。烟气pH 是反映烟气化学成分酸碱平衡关系的重要指标之一[18]，相较于烟气中酸性成分的总释放量和烟气酸味指数分析方法，本研究中采用的卷烟烟气pH 测定方法具有有机溶剂使用量少、检测成本低、检测效率高等优势，因此该方法更适用于滤嘴通风对烟气酸味的影响分析。

图4 卷烟烟气酸味指数与pH 的关系Fig.4 Relationship between sour taste index and pH of mainstream cigarette smoke

3 结 论随着卷烟滤嘴通风度的增加，卷烟主流烟气中酸性成分总释放量及烟气酸味指数显著降低，卷烟主流烟气pH 显著升高，不同配方叶组卷烟表现出类似的变化趋势，滤嘴通风度每增加10%，卷烟主流烟气粒相物酸味指数降低0.13～0.39，pH 升高0.11～0.13。对不同配方叶组卷烟烟气酸味指数与pH 进行拟合后发现，烟气酸味指数与pH 线性呈线性负相关关系，决定系数R2大于0.9。卷烟主流烟气中酸性成分总释放量、烟气酸味指数及pH均可作为考察滤嘴通风对烟气酸碱平衡影响的关键指标。卷烟主流烟气pH 测定方法简单高效，是滤嘴通风对烟气酸味影响分析的较优指标。