两种加香方式下7种葡萄糖苷配基在烟气中的裂解转移规律

韩 路

楚文娟1

胡少东1

赵志伟1

杨 靖2

田海英1

(1. 河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南 郑州 450000；2. 郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450002)

卷烟纸作为卷烟的辅料，不仅是包裹烟丝，同时还参与了烟支燃烧，对烟支外观[1]、卷烟燃烧性[2]、卷烟感官质量、烟气化学成分[3]都起着十分重要的作用。目前，对卷烟纸的研究除了集中在其功能性添加剂，如燃烧调节剂、降害型助剂等方面外，更可以通过在卷烟纸中添加香料改进卷烟主流烟气味道与品质，达到增香的目的。目前，卷烟纸加香方式主要有以下两种：① 在生产过程中直接将香料涂布于卷烟纸上[4]，采用该种方法制备的卷烟纸嗅香明显，适用于外香型卷烟，但因挥发性的影响，贮藏期间及抽吸时特征香气成分会产生较大损失；② 采用包埋技术将香料微胶囊化，然后再涂布于卷烟纸上[5]，中国对微胶囊在卷烟纸中的应用已开展了相关研究。徐兰兰等[6-7]考察了微胶囊对卷烟纸阴燃速率和阴燃温度的影响，证明了微胶囊在卷烟纸中的可用性。秦艳等[8-9]研究了沉香精油及红枣精油微胶囊在卷烟纸中的应用，结果显示其能有效掩盖卷烟杂气，降低刺激性，增加甜润感，烟气柔和细腻。沈静轩等[10]研究表明苯乙醇微胶囊在卷烟纸上有较高的贮藏稳定性。黄富等[11]将分子囊化薄荷脑涂布于卷烟原纸上制成特色薄荷型卷烟纸，改善了薄荷型卷烟的品质，并解决了薄荷型卷烟生产中的环境污染和生产线串味问题。中国也有专利报道了香料微胶囊在卷烟纸中的应用[12-14]。

烟草中除挥发性香味成分外，还存在一些糖苷类化合物，此类物质挥发性弱，几乎没有香气，但在燃吸过程中可裂解释放出糖苷配基，进而影响烟草香气品质和感官舒适性[15]。Chan等[16-17]合成了肉桂醛葡萄糖苷和香兰素葡萄糖苷并将其添加到卷烟中，可以明显增加香气。曾世通等[18-19]将β-紫罗兰醇葡糖苷和8种葡萄糖苷添加到卷烟中，研究其热裂解产物及在卷烟主流烟气中的释放行为。李斌[20]将乙基香兰素葡萄糖苷添加到低焦油卷烟中用于香味补偿，同时提高了满足感。段海波等[21-22]将玫瑰醇和香叶醇糖苷添加到卷烟中，发现卷烟香气丰满且前后一致性较好。研究[23-25]发现，具有相同官能团的醇类、醛类和酯类香料单体在卷烟烟气中的转移率大多随着沸点和分子量的增加而变大，低沸点和高沸点香料的迁移率较中、高沸点香料迁移率小。这是因为低沸点香料在燃吸过程的焦油载体中有较高的透发性，从而损失严重，迁移率小；高沸点香料挥发性小，不易被焦油所携带，大多参加热解，迁移率小，而中、高沸点的香料迁移率较高。目前，国内外有关糖苷类物质在卷烟加香中的应用已有较多研究，但该类物质在卷烟纸中的应用却鲜见报道,徐若飞等[26]将乙基香兰素糖苷添加到卷烟盘纸上，研究其作为盘纸添加剂增香的可能性，但未研究裂解产物乙基香兰素在卷烟主流和测流烟气中的转移规律。文章拟将7种葡萄糖苷按照不同的添加量添加到卷烟纸中，对其主要裂解产物在卷烟主流烟气和侧流烟气中的裂解转移率进行研究，以期为该类物质在卷烟纸加香中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

葡萄糖苷标准品(β-D-吡喃葡萄糖5-甲基糠醇苷、β-D-吡喃葡萄糖苯乙醇苷、β-D-吡喃葡萄糖大茴香醇苷、β-D-吡喃葡萄糖香兰素苷、β-D-吡喃葡萄糖乙基香兰素苷、β-D-吡喃葡萄糖薄荷醇苷和β-D-吡喃葡萄糖叶醇苷)：产物结构经IR、NMR、HRMS表征，纯度达99%以上，自制；

糖苷配基(5-甲基糠醇、苯乙醇、香兰素、大茴香醇、乙基香兰素、薄荷醇、叶醇、乙酸苯乙酯)：纯度均在98%以上，美国Sigma公司；

二氯甲烷、95%乙醇：分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司；

“黄金叶”品牌空白卷烟样品：河南中烟工业有限责任公司；

吸烟机：LM5+型，德国Borgwaldt-KC公司；

吸烟机：RM20H型，德国Borgwaldt-KC公司；

GC/MS联用仪：8890-5977型，美国Agilent公司；

恒温恒湿箱：KBF240型，德国Binder公司；

旋转蒸发仪：RE-52A型，上海亚莱生化仪器厂；

电子天平：AB265-S型，感量0.000 1 g，瑞士Mettler公司；

香精香料注射机：Cijector型，德国BURGHART公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 称取7种葡萄糖苷样品各0.07 g，加入10 mL 70%乙醇，超声波辅助溶解，按照烟支烟丝重量的0.01%分别采用涂布和注射的方式添加到卷烟纸表面和烟支中制备成待测样品；再分别按照烟丝重量的0.001%，0.010%，0.050%将7种葡萄糖苷涂抹到卷烟纸表面制备成待测样品，将制备好的样品置于恒温恒湿箱中[相对湿度(60±2)%、温度(22±2) ℃]平衡48 h待测。空白对照样品用70%乙醇采用相同方式加香。

1.2.2 转移率测定 用吸烟机在国标条件下抽吸20支卷烟，采用剑桥滤片捕集主流烟气和侧流烟气粒相物，抽吸结束后再吸5口，取出剑桥滤片，脱脂棉擦拭捕集器后同剑桥滤片一同放入100 mL二氯甲烷溶液中。将100 μL内标溶液分别加入到上述溶液中，摇床振荡1 h，超声萃取30 min(3次)，减压浓缩至1 mL，有机相微孔滤膜过滤，待GC-MS分析。并按式(1)计算7种糖苷配基在主流和侧流烟气中的转移率。

(1)

式中：

a——糖苷配基在烟气中的转移率，%；

b——加标样中糖苷配基的量，μg；

c——空白样中糖苷配基的量，μg；

d——加入的葡萄糖苷量，μg。

1.2.3 标准曲线绘制 分别称取一定量的5-甲基糠醇、苯乙醇、香兰素、大茴香醇、乙基香兰素、薄荷醇、叶醇，用二氯甲烷定容至100 mL，配制成混合标准样品贮备液，采用乙酸苯乙酯作为内标，用二氯甲烷定容至100 mL，配成内标标准溶液。分别移取4.000 0，2.000 0，1.000 0，0.500 0，0.250 0，0.125 0，0.062 5 mL混合标样贮备液于容量瓶中，加入0.5 mL内标(乙酸苯乙酯)贮备液，用二氯甲烷定容，配制成7个不同浓度梯度的混合标样溶液。分别移取1.0 μL进行GC-MS分析，并计算各标样的标准曲线的线性方程和相关系数。

1.2.4 检出限、定量限、精密度和回收率测定 选取40支未加香的空白成品卷烟，按照标准的抽吸条件，收集烟气粒相物，加入0.2 mL混合标样贮备液，按1.2.3的处理方法进行萃取并浓缩至1.0 mL，分别取1.0 μL进行GC-MS分析，平行处理7次，计算相对标准偏差(RSD)，同时计算7种糖苷配基的回收率。取系列标准溶液中最低浓度的标准溶液，连续进样10次，分别以3倍和10倍标准偏差计算检出限(LOD)和定量限(LOQ)。

1.2.5 GC-MS分析条件

(1) GC条件：HP-INNOWax 色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm)，程序升温：初温50 ℃，保持2 min，溶剂延迟6 min，以4 ℃/min升至220 ℃，保持20 min。进样口温度250 ℃；载气为高纯氦气，流速1.0 mL/min；进样量1.0 μL，分流比10∶1。

(2) GC-MS条件：电离方式为电子轰击，电子能量70 eV，接口温度250 ℃，电子倍增器电压2.42 kV；扫描范围40～350 amu，定性分析采用全扫描模式，定量分析采用SIM 模式。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线绘制

由表1可知，在试验浓度范围内，标准工作曲线的相关系数均在0.99以上，表明7种香味成分标准工作曲线相关性良好，且其线性范围较宽，说明标准工作曲线适用于定量分析。

表1 工作曲线和相关系数Table 1 Standard curve linear regression equation and correlation coefficient

2.2 方法的检出限、定量限、精密度和回收率

由表2可知，7种香味成分的检出限为0.44～21.70 ng/mL，定量限为1.50～72.39 ng/mL，均远低于烟气中各香味成分含量；相对标准偏差RSD为4.5%～9.0%，加标回收率为76.1%～91.6%，说明该方法适合香味成分的定量测定。

表2 检出限、定量限、精密度和回收率Table 2 Limits of detection, limits of quantitation,recoveries and precision

2.3 两种加香方式下的转移率

由表3可知, 两种加香方式下，7种糖苷配基在侧流烟气中的转移率高于主流烟气中的，主要原因是卷烟静燃时间比抽吸时间长, 葡萄糖苷在静燃时裂解释放出的糖苷配基的量比抽吸时大。在主流烟气中，7种糖苷配基在烟丝中的转移率高于添加到卷烟纸上的，而在侧流烟气中正好相反。这可能是添加到烟丝中的葡萄糖苷裂解产生的配糖体被烟丝和卷烟纸包裹，更易进入主流烟气，而卷烟纸在烟支的最外层，抽吸时裂解产生的糖苷配基容易扩散到空气中。

表3 两种加香方式下7种糖苷配基在烟气中的转移率测定结果

2.4 卷烟纸中7种糖苷配基在烟气中的转移规律

不同添加量下，卷烟纸中7种糖苷配基在主流烟气中的转移率如图1所示，在侧流烟气中的转移率如图2所示。

由图1和图2可知, 3种添加浓度梯度下，7种葡萄糖苷裂解产生的糖苷配体在侧流烟气中的转移率均高于其在主流烟气中的。

图1 7种糖苷配基在主流烟气中的转移率Figure 1 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofmainstream cigarette smoke

图2 7种糖苷配基在侧流烟气中的转移率Figure 2 Transfer rates of 7 aglycones to TPM ofsidestream cigarette smoke

在0.001%添加量下，主流烟气中的5-甲基糠醇的转移率最高(1.24%)，薄荷醇的最低(0.27%)；在0.010%添加量下，主流烟气中转移率最高的为5-甲基糠醇(1.87%)，最低的为薄荷醇(0.38%)；在0.050%添加量下，主流烟气中转移率最高的为5-甲基糠醇(1.56%)，最低的为薄荷醇(0.31%)。7种糖苷配基在烟气中的转移率差别较大的主要原因可能是这些糖苷配基的结构和性质不同，5个醇类化合物中薄荷醇的沸点最低，属于低沸点化合物，5-甲基糠醇和叶醇属于中高沸点化合物，但5-甲基糠醇的沸点高于叶醇，大茴香醇和苯乙醇的沸点超过200 ℃，属于高沸点化合物，因此5-甲基糠醇的转移率最高，薄荷醇的转移率最低，其他依次为叶醇、大茴香醇和苯乙醇；2个醛类化合物中乙基香兰素的沸点和分子量略大于香兰素，所以在烟气中的转移率高于香兰素。7种糖苷配基在主流烟气粒相物中的转移率表现出随着添加量的增加先增加后降低，在0.001%添加量下，7种糖苷配基在主流烟气中的转移率为0.27%～1.24%，0.010%添加量下为0.38%～1.87%，0.05%添加量下略有下降，为0.31%～1.56%，可能是添加量越高，进入主流烟气的糖苷配基越容易被烟丝吸附，从而减少其被剑桥滤片捕集的量。在侧流烟气中，7种糖苷配基的转移率也表现出相同的规律，可能是因为添加量较小时,香料本身的损耗加上有滤嘴的截留,使得迁移率较小。当添加量逐渐增大时,迁移率也逐渐增大,当添加比例增大到一定程度时,迁移率呈减小趋势,可能与气溶胶运载能力有关。当添加量较少时,气溶胶有足够的能力将其运载进入烟气,所以迁移率随添加量而增大,当添加量超过气溶胶运载能力时,香料单体迁移的量不再增大,迁移率减小。

3 结论

将7种糖苷类香味前体物分别采用注射机加香和卷烟纸涂布加香方式添加到卷烟纸上，其燃烧后均能释放出相应的糖苷配基。在主流烟气中，注射到卷烟中的7种糖苷配基的转移率高于涂布于卷烟纸表面的，而在侧流烟气中正好相反；将7种糖苷类香味前体物按3种不同的添加量涂布到卷烟纸表面，其在侧流烟气中的转移率高于主流烟气中的；糖苷配基在主流烟气和侧流烟气中转移率最高的为5-甲基糠醇，最低的为薄荷醇，其他依次为叶醇、大茴香醇、苯乙醇、乙基香兰素和香兰素。糖苷配基在主流、侧流烟气中的转移率随着添加量的增加先增加后降低。烟草中的葡萄糖苷类物质较多，文章仅对部分该类物质在卷烟纸中的转移规律进行了探讨，此外，还有一些对卷烟感官有明显作用的葡萄糖苷由于在自然界中含量低，结构复杂、化学合成难度大而没有涉及，后续可以尝试采用生物合成技术来制备，探索该类物质在卷烟加香中的作用效果，为拓展其应用范围打下基础。