热分析技术在烟草中的应用概述

烟草是一种重要的经济作物，也是一种嗜好性消费品。人们不是直接食用烟草，而是吸食其燃烧后产生的烟气。准确地说，人们从烟草中吸食的主要是通过燃烧所产生的化学成分和随着加热挥发进入烟气的烟草本身的部分化学成分。人们能够感受到的烟草香气成分直接影响着卷烟的吸食品质和感官质量。因此，烟草的香味是评价烟草及其制品质量的重要指标，同时烟草的香气也是烟民一直追求的。

卷烟是我们最常见的烟草制品，完整的卷烟烟支是由烟丝、添加剂、卷烟纸、滤嘴等构成，而其中最重要的则是烟丝。烟丝是烟叶经过一系列加工而形成的，由于烟草产地的不同，卷烟的香味也有很大的差别。卷烟烟丝的香味成分中，一部分是烟草本身的香味物质，另外一部分则是外加香料所产生的化学成分，由于配方的不同，它们在不同卷烟中的含量不同，有些香味是某个烟草特有的香气。人们吸烟主要是为了享受烟草在燃烧过程中所产生的愉快香气，因此烟草的香味是卷烟制品质量的主要因素。烟草本身就是一个复杂的化学体系，国内外对烟草香味物质的研究比较活跃，有大量的文献报道。早在20世纪五六十年代，Rowland等就研究发现了烤烟中的茄尼醇、新植二烯、β-甲基戊酸和异戊酸等重要香味成分［107～109］。随着气相色谱、气相色谱/质谱、高效液相色谱等现代分析技术的快速发展，使得烟草和烟气香味化学成分的研究得到了更深入的发展。烟草中的化学成分多种多样，自20世纪70年代以来，随着分析测试技术的发展，烟草中的成分不断地被发现。1966年Green报道，烟草和烟气中的化学成分总数可达6 600种，烟叶中有3 800种，烟气中有3 900种。而烟叶中的香味物质最重要，按照它们的化学性质和其对烟草感官品质的作用，将烟草香味成分可分为三大类:酸性组分、中性组分和碱性组分。

第一类，酸性组分。烟草酸性组分主要包括挥发性酸和非挥发性酸。挥发性酸是烟草中一类很重要的致香成分，多为C12以下的低级脂肪酸和部分芳香酸，这些酸在卷烟抽吸过程中可直接进入烟气，起到调节烟气酸碱平衡以及柔和卷烟烟气的作用；非挥发性酸包括一些相对分子质量较大的脂肪酸、芳香酸、萜烯酸、多元酸、羟基酸等，它们与烟草的品质密切相关。脂肪酸及其酯类是烟叶蜡质和油脂的重要组成部分，如月桂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等，可以增加烟气浓度，有柔和烟气的作用；芳香酸类一般可产生优美的香味；烟草中的酸性成分在改善烟叶和卷烟烟气的香气和吃味上有着较大影响。

第二类，中性组分。中性香味组分的数量在烟草香味物质中最多，占烟草香味物质总量的比例最高，它主要包括烃类、醇类、醛酮类、酯类和内酯类、含氧杂环类等化合物，这些化合物具有各自独特的香气风格。烟草中的烃类物质主要是含有C24～C35的直链烷烃，它们是烟叶蜡质的主要成分。萜烯类是烟草香味物质的重要前体物，如新植二烯，在烟草中性组分中含量最高，而且具有令人愉悦的清香气，可直接进入烟气，具有减少烟气刺激性和醇和烟气的作用；另外，新植二烯可在醇化过程中进一步反应，分解转化为低分子量的香味物质，如植物呋喃等。烟草中的许多醛酮类物质是重要的致香成分。低级醛和酮是由美拉德反应产生的，香味前体物的降解也产生了许多重要酮类化合物，如巨豆三烯酮、氧化异佛尔酮、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、β-大马酮等，它们是非常重要的致香成分，如β-紫罗兰酮和β-大马酮能增加烟草的花香，尤其是可产生典型的清香；而巨豆三烯酮则能增加烟草的花香和木香，因此它们常作为烟草制品的加香物质。醇类通常具有清甜清香的特点，主要包括脂肪醇、芳香醇、甾醇、萜醇等。芳香醇中的苯甲醇和苯乙醇具有玫瑰香气。高分子萜醇类物质是烟草香味成分的重要前体物，也存在茄尼醇和和脂肪醇，它们可降解产生烟草香味物质。酯类具有水果甜香和酒香味，可与香气协调，而且高级脂肪酸（棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸）的甲酯和乙酯可使烟气变得更加醇和。烟草中的许多挥发性内酯成分对烟草香气也有显著的影响，如二氢猕猴桃内酯具有消除烟气刺激性的作用。通过上述我们可以看出，烟草中性香味组分对烟草香味的贡献最大，是影响烟草和烟气香气风格的重要香味物质。(www.xing528.com)

第三类，碱性组分。烟草碱性组分主要包括杂环类化合物和生物碱。杂环类化合物含量较多的有呋喃、吡咯、咪啶、吡嗪及其衍生物，吲哚、喹啉、咔唑及其衍生物，它们是卷烟烟气中的重要香气物质，主要来自烟草中糖和氨基酸之间发生的非酶棕色化反应，此外也可以通过烟草中的烟碱、氨基酸、蛋白质、硝酸盐以及糖类等物质的热解产生。这些半挥发性五元和六元杂环化合物多具有浓郁的烤香、坚果香和焦糖香，对烟草的特征香味起着重要作用。烟草生物碱一般以烟碱为主，约占生物总碱的95%，除烟碱外的其他生物碱均为微量生物碱，主要是降烟碱、新烟草碱、麦斯明、2,3-联吡啶、去氢烟碱、可替宁等，烟碱主要提供烟味、劲头和生理满足感。但是部分烟碱也可以发生裂解，产生吡啶类物质，是烟气杂环类化合物的来源。微量生物碱在低焦油和低烟碱卷烟加香中有重要作用。

卷烟烟支在高温下燃烧时，烟草中的化学成分会发生蒸馏、裂解、燃烧、聚合等一系列反应，形成组分十分复杂的烟气。热解是其中一个重要的过程，而且最接近于卷烟实际燃烧过程，所以热分析技术是研究烟草化学的有效工具，越来越受到国内外烟草研究机构的重视。人们常用热分析技术来模拟卷烟的燃烧过程，通过研究某一组分或卷烟中含有的添加剂在燃吸过程中的迁移和转化，再配以化学计量学等手段，建立可以量化的卷烟评吸指标，避免了人为主观因素造成的评吸误差，还可用热分析技术来研究烟气中有害物质的来源。