卷烟的感官质量是衡量其吸食品质的重要因素[1-2]。香味物质主要包括生产过程中的外加香以及烟丝本身所含的致香物质两部分，其含量、配比及相互作用决定了卷烟的香气，进而影响其感官质量[3-4]。郭华诚等[5]选取30个卷烟样品，采用蒸馏萃取法测定其挥发性香味物质含量，并对其感官质量进行评价，发现卷烟香气和杂气与烟丝所含的总香味物质以及大部分香味物质呈显著正相关；其中，总香味物质含量、新植二烯、酮类、醛类和酚类是影响卷烟感官质量的主要因子。李登科等[6]选取5款不同品牌市售卷烟，应用顶空气相-离子迁移谱与相对气味活度值法分析卷烟特征香气物质，发现1-辛烯-3-酮、呋喃醇、乙酸异戊酯等物质对卷烟香气有重要贡献，化合物含量和感觉阈值的差异影响其对卷烟香气风格的贡献度，进而影响卷烟的风格特征。卷烟配方维护是其生产质量控制中的重要一环，配方维护需根据成品卷烟的香气、余味、协调性、杂气和刺激性等指标对产品的稳定性进行评价[7]。常规人为评析方式的主观性较大，为维护及优化现有配方，本试验选取不同卷烟产品，分析其代谢物质成分，探究不同卷烟的化学成分异质性，为提高卷烟工艺技术水平和产品质量提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂和仪器
卷烟材料为市售的10种卷烟产品，分为类型Ⅰ卷烟产品（100HHL96、100HTXC、100HTXX、100TY、100ZH）和类型Ⅱ卷烟产品（10DQM、10HJY、10XSD、35FRW、35HEH）。
试剂：色谱纯有机试剂甲醇、乙腈、甲酸，二氯甲烷为分析纯（Thermo fisher scientific公司）；标准品正构烷烃C8-C40、环己酮、无水硫酸钠（广东广试试剂科技有限公司）。
仪器：7890A/5975B-MSD气-质联用仪（美国安捷伦科技有限公司）；XEVO G2-XSQTOF液-质联用仪（沃特世科技有限公司）；GT-S超声清洁仪（宁波双嘉仪器有限公司）；Milli-Q超纯水仪（默克密理博公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 原料前处理方法
去除试验材料外层卷烟纸，将卷烟的烟丝经液氮研磨成均匀粉末状，称取50 mg加入2 mL离心管中，加入甲醇和二氯甲烷体积比3∶2的混合溶液，提取终浓度为50 mg/mL，50 ℃超声处理10 min，在4 ℃条件下，12 000 r/min离心10 min，移取上清液过0.22 µm滤膜至GC进样瓶中，用于气相-质谱（GC-MS）分析。另取在液氮环境下研磨均匀的各样本粉末20 mg至2 mL离心管中，加入-20 ℃预冷的70%甲醇标准溶液400 µL，样本涡旋3 min，冰水浴中超声处理10 min，再加入200 µL石油醚，涡旋15 min，-20 ℃条件下静置30 min，在4 ℃条件下，12 000 r/min离心10 min，移取上清液过0.22 µm滤膜至LC进样瓶中，用于液相-质谱（LC-MS）分析。
1.2.2 GC-MS分析条件
采用7890A/5975B-MSD气-质联用仪，使用Agilent HP-5气相色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 µm）色谱柱，进样口温度250 ℃，检测器温度280 ℃。起始温度80 ℃保持2 min，然后以2 ℃/min升至100 ℃，再以5 ℃/min升至180 ℃，保持1 min后，再以2 ℃/min升至200 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃，保持15 min。进样量0.5 µL，不分流。MS条件：EI离子源，电离能源70 eV，质量扫描范围m/z 30~500 amu，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃。
1.2.3 LC-MS分析条件
采用XEVO G2-XSQTOF液-质联用仪，使用Waters ACQUITY UPLC ® BEH C18 色谱柱（2.1 mm×100 mm，1.70 µm）；流动相，A为0.1%甲酸-水溶液，B为0.1%甲酸-乙腈溶液，梯度洗脱见表1，流速为0.3 mL/min；柱温40 ℃；进样量2 µL。质谱条件：在正离子模式和负离子模式下，质量扫描范围m/z 100~1 000 amu，正态的毛细管电压设定为3 000 V，负态的毛细管电压设定为2 000 V；碰撞气体为氩气，氮气作为去溶剂化和锥气体，流速分别为600和200 L/h；离子源温度和去溶剂化温度分别保持在100和350 ℃；扫描时间0.5 s，通过MSE模式收集正负态数据。
表1 流动相液体A和B梯度组合进样 |
| 时间/min | A/% | B/% |
|---|---|---|
| 0 | 85 | 15 |
| 1.0 | 85 | 15 |
| 2.5 | 65 | 35 |
| 4.0 | 65 | 35 |
| 8.0 | 5 | 95 |
| 10.0 | 2 | 98 |
| 10.2 | 85 | 15 |
| 13.0 | 85 | 15 |
1.3 数据处理和分析
1.3.1 代谢物结构组成鉴定与分析
GC-MS和LC-MS下机原始数据由MSDIAL 4.60软件[8]进行峰对齐、矫正、去噪、解卷积等处理，获得数据及图谱，其中，GC-MS图谱数据通过NIST 2014数据库进行检索匹配鉴定，匹配率大于700（满分1 000）的物质被认为是有效代谢物；LC-MS下机数据通过MS-DAIL代谢数据库分析后，代谢物分数大于70分（满分100分）被认为是有效代谢物。在处理代谢物数据时，若某一特定代谢物的测量值在超过50%的样本记录中显示为缺失（空值）或零值，则该代谢物将从进一步分析中剔除；反之，对于不满足上述剔除条件但含有部分缺失或零值的代谢物，其缺失或零值部分将采用特定的填充策略：使用所有可用样本中检测到的最小值的一半来替代这些缺失或零值，以确保数据的连续性和完整性。最终，将鉴定后所获得的下机数据根据化学物质结构进行区分，确定代谢物结构的组成。
1.3.2 差异代谢物的筛选与确定
使用SIMCA 14.0软件对代谢数据进行正交偏最小二乘法判别分析（Orthogon partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA），以区分各组间代谢差异，组间差异代谢物筛选标准为变量重要性投影（VIP）>1且P<0.05。使用 MetaAnalysist 5.0和SPSS 14.0软件进行多元统计分析。
2 结果与分析
2.1 卷烟代谢物质结构组成
基于非靶向代谢组学技术，通过GC-MS与LC-MS联用方法，从卷烟材料中共鉴定出785种代谢物，其具体分类情况如图1A所示。在结构分类方面，占比位居前三的物质为酮类（15%）、脂类和类脂分子（10%）以及萜类（10%），随后是杂环化合物、生物碱类等其他类别。
进一步对卷烟样本中的代谢物含量进行分析（图1B），结果显示，含量占比较高的3类物质分别为酮类、生物碱类和吲哚类，随后是脂类和类脂分子、酚酸类、脂肪酸类、杂环化合物、有机酸类、醇类、胺类以及其他类别。
2.2 卷烟的差异代谢物
表2 类型Ⅰ卷烟中含量倍数变化差异代谢物 |
| 变化 | 物质 | 检测方法 | FC值 |
|---|---|---|---|
| 下调 | 二氢白蜡树二乙酸酯 | LC-MS | 5.038 58 |
| 棕榈酸乙酯 | GC-MS | 4.657 58 | |
| 十八酸乙酯 | GC-MS | 4.349 69 | |
| 7-羟基千金子二萜醇 | LC-MS | 3.875 71 | |
| 4，7，8-三甲氧基-3，5-二甲基色烯-2-酮 | LC-MS | 3.846 85 | |
| 甲氧基酪氨酸 | LC-MS | 3.484 51 | |
| Methyl（4S，5Z，6S）-5-（2-acetyloxyethylidene）-4-[2-[2-（4-hydroxyphenyl）ethoxy]-2-oxoethyl]-6-[（2S，3R，4S，5S，6R）-3，4，5-trihydroxy-6-（hydroxymethyl）oxan-2-yl]oxy-4H-pyran-3-carboxylate | LC-MS | 3.397 49 | |
| 8-羟基卡拉宾酸 | LC-MS | 3.320 13 | |
| 正三十三烷 | GC-MS | 3.136 85 | |
| 苯甲酰胺 | LC-MS | 2.993 06 | |
| 二氢嘧啶核苷 | LC-MS | 2.562 23 | |
| 胞嘧啶核苷 | LC-MS | 2.052 07 | |
| 三正丁胺 | LC-MS | 2.047 36 | |
| 6-羟基苯并呋喃-3（2H）-酮 | LC-MS | 1.807 29 | |
| 麦斯明 | GC-MS | 1.719 47 | |
| 2，3-二氢-1H-咔唑-4（9H）-酮 | LC-MS | 1.611 54 | |
| 苯丙氨酸 | LC-MS | 1.472 26 | |
| 上调 | 二甲基十二烷基胺 | LC-MS | 4.869 67 |
| L-焦谷氨酸 | LC-MS | 3.178 17 | |
| 5-羟基麦芽酚 | GC-MS | 2.674 09 | |
| 6-呋喃甲氨基嘌呤 | LC-MS | 2.570 15 | |
| 5，6，7-三甲氧基香豆素 | LC-MS | 2.482 84 | |
| 11.18:1脂肪酸+2氧 | LC-MS | 2.370 67 | |
| 2-羟基苯乙酸 | LC-MS | 2.370 35 | |
| 5'-脱氧腺苷 | LC-MS | 2.004 21 | |
| 愈创木薁 | LC-MS | 1.836 58 | |
| h_52_drostanolone-m | LC-MS | 1.503 60 | |
| 苯甲酸丙酯 | GC-MS | 1.414 67 |
3 结论与讨论
烟草中化学物质较多，包括挥发性物质和非挥发性物质。本研究基于GC-MS和LC-MS方法，在10个卷烟样本中均检出大量的酮类、萜类以及脂类和类脂分子等物质，其中以酮类含量较高。酮类已被证实是烟草中关键的致香物质，能显著改善卷烟的口感[9]。酮类化合物作为香气前体物质，在烤烟的调制、醇化和燃烧过程中，可通过酶促反应、氧化、重排和裂解等过程转化为具有香气的化合物，从而赋予烤烟独特的香气特征[10]。例如，大马酮是一种具有强烈芳香和水果香韵的酮类化合物，能显著增加烤烟的清甜烟香和成熟香味特征[11]。此外，茄酮和巨豆三烯酮也是烟叶中重要的致香物质，能显著增强烟香，改善吸味，调和烟气，减少刺激感。萜类化合物是烟草中重要的香气前体物质，其中，类胡萝卜素及其降解产物是烟气中关键香气成分的主要来源[12-13]；萜类化合物的降解产物是烤烟中不可或缺的中性致香元素，体现在其较低的香味感知阈值、对感官刺激的轻微性以及提升香气质的优越性。这些特性促使烟叶展现出丰富的香气特征，包括但不限于木香、花香、果香与甜香等多样风味，体现出代谢物与卷烟品质有关[14-15]。吲哚的形成主要来源于烟叶调制过程中糖和氨基酸之间发生的非酶棕色化反应，在烟气中可增加烤烟的特征香[16]；低含量能增加烟气的和顺感和花香，有助于改善烟气质量。
在差异化合物中发现大量酮类、酯类及酚类物质，麦芽酚具有焦甜香，是影响卷烟香味的关键因素[23]。本研究发现，不同卷烟产品的麦芽酚含量存在差异，以类型Ⅰ卷烟含量较高，符合香味差异。酮类物质也是烟草中一类重要的香气成分[24]，不同物质、不同含量对卷烟香气的影响存在差异，如巨豆三烯酮、茄酮和香叶基丙酮等可赋予烤烟可可香、焦甜香和花香，有利于改善烟气质量[25-27]。酯类物质在烟草中对香气起到决定性作用，如糠酸、甲酯、乙酯等，其广泛存在于植物及水果中，现已成为卷烟行业重要的工业原料[28]。本研究中，类型Ⅰ卷烟中的脂类物质含量处于下调状态，这可能是多种因素共同作用的结果。卷烟产品中代谢物质的异质性也从另一方面解释了不同卷烟产品香味的差异。虽然本研究对不同卷烟产品烟丝中挥发性成分和非挥发性成分进行差异分析，但由于不同品牌卷烟的烟丝配方工艺有所不同，可能影响其香味及品质。因此，在卷烟生产中，应协调好烟气主要化学成分，稳定香气质和香气量，优化卷烟产品的感官质量和吸食品质。
本研究采用GC-MS和LC-MS分析了不同卷烟的挥发性和非挥发性物质成分，共鉴定出785种代谢物质，结构分类占比前三的物质为酮类（15%）、酯类和类脂分子（10%）、萜类（10%），含量占比前三的物质是酮类、生物碱类和吲哚类。相互比较中，类型Ⅰ卷烟和类型Ⅱ卷烟之间显著差异的代谢物有28种，其中类型Ⅰ卷烟中麦斯明和棕榈酸甲酯含量明显下调，麦芽酚含量明显上调。本研究为后续卷烟工业香气配方优化提供参考。