HS/GC-MS法分析胶基型嚼烟中的挥发性香味物质

韩敬美，汤建国，袁大林，王庆华，张　涛，雷　萍，郑绪东，吴亿勤，张凤梅，陈永宽

(云南中烟工业有限责任公司　技术中心，云南　昆明　650231)



HS/GC-MS法分析胶基型嚼烟中的挥发性香味物质

韩敬美，汤建国，袁大林，王庆华，张涛，雷萍，郑绪东，吴亿勤，张凤梅，陈永宽*

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明650231)

运用静态顶空气相色谱-质谱法对22个胶基型嚼烟样品中的挥发性香味物质进行分析，并采用质谱数据库对挥发性香味物质进行定性分析。对顶空分析条件以及GC-MS条件进行了优化，提高了挥发性香味物质的测定灵敏度；对峰面积归一化结果大于0.1%的化合物进行定性分析，通过匹配度限定(≥85%)确认了65种挥发性香味物质；最后对样品进行了相似性分析和聚类分析。结果表明：22个胶基型嚼烟样品中的香味物质主要有酯类(18个化合物)、烯烃类(16个化合物)、醇类(9个化合物)、醛类(8个化合物)、酮类(7个化合物)、酚类(1个化合物)、酸类(1个化合物)、呋喃类(2个化合物)、烷烃类(2个化合物)、硫醚类(1个化合物)，共10类化合物；不同胶基型嚼烟样品的品牌识别度高，同时口味对品牌识别有一定的影响作用。方法为进一步开发胶基型嚼烟制品提供了理论基础和技术支持。

静态顶空气相色谱-质谱(HS/GC-MS)；胶基型嚼烟；挥发性香味物质

无烟气烟草制品是指未经燃烧过程，而直接通过口腔或鼻腔吸食消费的烟草制品[1]。胶基型嚼烟作为一种重要的无烟气烟草制品，由瑞典火柴公司于2003年首先研发成功并投放市场[2]。该类产品又称烟草口香糖，其外层可被糖衣包裹，产品主体主要含有4类成分，即可咀嚼的天然树胶和热塑性树脂等胶基、烟草(烟草提取物)和烟碱、香精香料以及添加剂。国内外针对胶基型嚼烟制品也开展了一定的研究，大多针对各类胶基型嚼烟制品中的烟碱和亚硝胺含量以及释放行为进行研究[3-8]。香精香料作为胶基型嚼烟制品的重要组成部分，其种类多种多样，但目前尚无其组成和含量方面的报道。

顶空分析方法因具有无需溶剂提取以及前处理简单等特点而日渐成为香精分析的重要手段[9-13]。本文采用静态顶空气相色谱-质谱(HS/GC-MS)分析了22种胶基型嚼烟制品中的挥发性香味物质，以探明胶基型嚼烟中香味物质的特殊性，为进一步开发胶基型嚼烟制品提供了理论基础和技术支持。

1　实验部分

1.1材料与仪器

22种不同品牌胶基型嚼烟制品(市场采购国外畅销产品)。 6890N/5973型气相色谱-质谱仪配7694顶空仪(HP/GC-MS，美国安捷伦公司)；20 mL专用顶空瓶。

1.2实验方法

1.2.1样品制备取外观完好的胶基型嚼烟样品2粒，放入20 mL顶空瓶中，密封。将顶空瓶置于顶空装置中恒温振荡后进行GC-MS分析。

1.2.2仪器分析条件静态顶空条件(HS)：样品环体积为3.0 mL，样品瓶平衡温度为80 ℃，样品环温度为160 ℃，传输线温度为180 ℃，样品平衡时间为45 min，加压时间为0.20 min，充气时间为0.20 min，样品环平衡时间为0.05 min，进样时间为1.0 min。

气相色谱条件(GC)：VOC专用毛细管色谱柱(VOCOL柱，60 m×0.32 mm×1.8 μm)；载气为氦气；进样口温度为180 ℃；恒流模式；柱流量为2.0 mL/min；分流比为20∶1；程序升温：起始温度为40 ℃，以4 ℃/min升温至200 ℃，并保持10 min。

质谱条件(MS)：辅助接口温度为220 ℃；电离方式为电子轰击源(EI)；离子源温度为230 ℃；电离能：70 eV；四极杆温度为150 ℃；全扫描监测模式，扫描范围为29～350 amu。

1.3数据处理

采用峰面积归一化法，以各化合物色谱峰面积的相对百分比表示其相对含量，相对含量大于0.1%的组分经NIST 08.L标准数据库进行检索，根据质谱匹配度进行核对(匹配度限定≥85%)，然后综合比较特征离子、相对丰度、实际成分等，确定其化学成分。采用SPSS18.0统计软件进行相似性和聚类分析。聚类方法采用同一品牌为一组进行运算。

2　结果与讨论

2.1顶空进样平衡温度的选择

温度对顶空两相平衡体系的影响极其显著。实验选取一种胶基型嚼烟样品为研究对象，分别采用不同加热温度(50，60，70，80，90 ℃)平衡30 min后进行测定，每组实验做2组平行。结果表明，随着温度的升高，峰面积逐渐增大，分析灵敏度随之提高，这是因为香味物质组分的饱和蒸气压随平衡温度升高而增大。当温度达到80 ℃时，各组分的响应值逐渐趋于平缓。考虑到温度过高易造成样品热解、杂质成分增多及顶空瓶破裂等因素，实验选取80 ℃为顶空平衡温度。

2.2顶空进样平衡时间的选择

被测组分分子从试样基质扩散到气相的速率快则平衡时间短，反之平衡时间长。实验选取一种胶基型嚼烟制品为研究对象，在80 ℃时分别平衡15，25，35，45，60 min后，测定其香味物质的量，以峰面积为判断指标，每组实验做2组平行。结果表明：随着平衡时间的延长，香味物质的灵敏度逐渐增大，45 min时趋于平缓，因此选取平衡时间为45 min。优化条件下，典型样品的色谱图见图1。

2.3样品中挥发性香味物质的测定结果分析

应用本方法测定了5个品牌12个口味共22个胶基型嚼烟样品(样品信息见表1)，GC-MS分析结果见表2。从表2可以看出，22个样品中共检出65种挥发性香味物质，即酯类(18个化合物)、烯烃类(16个化合物)、醇类(9个化合物)、醛类(8个化合物)、酮类(7个化合物)、酚类(1个化合物)、酸类(1个化合物)、呋喃类(2个化合物)、烷烃类(2个化合物)、硫醚类(1个化合物)；不同样品含有的香味物质种类和数量有差异，其中种类最少的是2号样品，种类最多的是11号和15号样品；水果味样品的香味物质以酯类化合物为主，主要是乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯、2-甲基丙酸乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯、乙酸异丁酯、丁酸乙酯等；薄荷、鲜薄荷和冰白薄荷口味的样品香味物质以薄荷类香精为主，主要含有异丙基甲苯、桉油精、异薄荷酮、薄荷呋喃、L-薄荷醇、L-薄荷酮、罗勒烯、对薄荷烯、胡薄荷酮、D-香芹酮、胡椒酮、β-波旁烯、β-石竹烯等；不同品牌间存在明显差异，C品牌含有的香味物质种类最多，A品牌含有的香味物质种类最少。

表2　样品分析结果Table 2　The result of sample analysis

(续表2)

* no detected

2.4不同胶基型嚼烟制品香味物质的相似性及聚类分析

为了验证不同品牌相同口味胶基型嚼烟制品中香味物质之间的相似性，采用SPSS18.0软件进行JACCARD相似性分析，得到相似性矩阵。结果显示，A品牌不同口味的产品之间均具有相似性，相似系数均在0.389以上；B品牌相同口味的两个产品之间具有高度的相似性，相似系数达0.643；C品牌不同口味的产品之间相似性最大，半数以上的产品相似系数达0.4以上，部分产品之间的相似系数达0.7以上，少量产品的相似系数达0.9以上，说明C品牌产品具有一致性；D品牌的2种产品相似性最高，相似系数达0.944；4种品牌的产品之间相似性不明显，说明这4个品牌的产品识别度较高，不易混淆；同时，不同品牌相同口味的样品之间也存在一定程度的相似性，如C品牌的mint口味2 mg样品与B品牌mint口味2 mg和4 mg样品的相似度分别达0.615和0.667。

为进一步验证相同品牌胶基型嚼烟制品中香味物质之间存在的整体相似性，进行了聚类分析(图2)。由图2可见，在阈值为17.5时，品牌A，C，D均可聚为一类，但由于薄荷口味和水果口味的影响程度高，具有Mint口味不同品牌的产品单独聚为一类，具有Fruit口味不同品牌的产品单独聚为一类。

综上所述，胶基型嚼烟制品的品牌效应明显，其品牌识别度较高，同时胶基型嚼烟制品的口味对品牌识别有一定程度的影响，其中Mint和Fruit口味的影响效应最大，导致22个产品中3个Mint口味的产品聚为一类，2个Fruit口味的产品自成一类。

3　结　论

本文建立了一种快速、简单测定胶基型嚼烟中香味物质的方法，无需溶剂提取。分析了22个胶基型嚼烟样品，确定了10类65种挥发性香味物质。最后探讨了22个不同胶基型嚼烟制品香味物质的相似性和差异，并对样品进行了聚类分析。结果表明品牌效应大于口味的影响效应，同时口味对胶基型烟草制品也有一定的影响，其中Mint和Fruit 2种口味的影响最大。

[1]Conference of the Parties to the WHO Framework Convention on Tobacco Control Punta del Este,Uruguay,15-20 November 2010，Control and Prevention of Smokeless Tobacco Products and Electronic Cigarettes.2010:1-7.

[2]International Agency for Research on Cancer(IARC).Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans Volum 89:Smokeless Tobacco and Some Tobacco-specific Nitrosa Mines.Lyon:World Health Oranization,2007.

[3]Lauterbach J H,Bao M,Joza P J,Rickert W S.Regul.Toxicol.Pharm.,2011，59:8-18.

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[5]Borgerding M F,Bodnar J A,Curtin G M,Swauger J E.Regul.Toxicol.Pharm.,2012，64 :367-387.

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[7]Zhang J,Li P,Peng S H,Zong Y L,Sun S H,Qian F C，Xie J P.TobaccoSci.Technol.(张杰，李鹏，彭书海，宗永立，孙世豪，钱发成，谢剑平.烟草科技)，2011，(5):43-47.

[8]Zhang J,Wang Z Y,Li P,Wang S,Zong Y L，Xie J P.Chin.TobaccoSci.(张杰，王兆宇，李鹏，王昇，宗永立，谢剑平.中国烟草学报)，2012，18(5):1-8.

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[12]Aberl A M.J.Agric.FoodChem.,2012，60(11):2785-2792.

[13]Ma Y S,Wang J,Ai L F,Dou C Y,Jia H T,Yu M.J.Instrum.Anal.(马育松，王敬，艾连峰，窦彩云，贾海涛，于猛.分析测试学报)，2015，34(7):782-788.

Analysis of Volatile Flavor Components in Tobacco Chewing Gum by Headspace/GC-MS

HAN Jing-mei,TANG Jian-guo,YUAN Da-lin,WANG Qing-hua,ZHANG Tao，LEI Ping,ZHENG Xu-dong,WU Yi-qin,ZHANG Feng-mei,CHEN Yong-kuan*

(R&D Center of China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.，Kunming650231，China)

The volatile flavor compounds in 22 tobacco chewing gums were identified by static headspace/GC-MS with mass spectrum library.The analytical sensitivity was increased significantly by optimizing instrumental conditions of the headspace unit and GC-MS.Sixty-five volatile flavor compounds were identified on the basis of normalized peak areas(>0.1%) and matching degree(>85%).It was found that the main volatile flavor compounds in tobacco chewing gums were esters(18 compounds),alkenes(16 compounds),alcohols(9 compounds),aldehydes(8 compounds),ketones(7 compounds),phenols(1 compound),acids(1 compound),furans(2 compounds),alkanes(2 compounds) and sulfoether (1 compound).The results indicated that satisfactory identification and classification were realized among the experimental samples,and the sample taste would affect the brand recognition.It could be applied in the future development of tobacco chewing gum products by using theoretical and technical outcomes of the established method.

HS/GC-MS;tobacco chewing gum;volatile flavor compounds

2015-12-04；

2016-02-16

云南中烟工业公司科技重点项目(2015CP07)；“不同烟草制品吸食者唾液中关键化学成分的分析研究”自立项目(JSZX2014JC10)

陈永宽，博士，研究员，研究方向：烟草化学和新型烟草制品技术，Tel：0871-65869616，E-mail:cyk1966@163.com

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.08.013

O657.63;O741.6

A

1004-4957(2016)08-1005-05