黄精水提物热裂解产物的分析及其在卷烟中的应用

apomosohad

工作条件：色谱柱HP-5MS;进样量1μL;载气氦气;载气流速1.0 mL/min;分流比20∶1。
MS工作条件：升温程序50 ℃（保持1 min），以8 ℃/min速率升至160 ℃（保持2 min），以8 ℃/min速率升至280 ℃（保持15 min）;电离方式EI;电离电压70 eV;传输线温度280 ℃;四级杆温度150 ℃;扫描范围33～350 aum;溶剂延迟2 min。
采用Wiley和NIST05数据库检索，对热裂解产物进行定性分析，并用面积归一法测定热裂解产物挥发性成分的百分含量。
1.2.3 黄精水提物的感官评价 首先将黄精提取物用水稀释;以加料的方式，用喉头喷雾器按照一定量均匀喷洒于烟丝（新贵叶组）上，平衡4 h以上;于120 ℃烘烤烟丝至含水量约为12%，将烟丝卷制成烟支;将烟支置于温度（22±1） ℃，相对湿度（60±2）%的恒温恒湿箱中平衡48 h;最后，请7名专业评委进行评吸。对照为喷洒同量水的烟丝卷制成的在相同条件下处理的烟支。
2 结果与分析
2.1 黄精水提物热裂解产物分析结果
在典型的卷烟燃烧过程中，其燃烧锥中心处于无氧的裂解状态，温度通常在700～900 ℃，裂解区周围的温度在400～700 ℃，靠近抽吸端的蒸馏区温度一般低于400 ℃[7]。在裂解过程中设定不同的温度可一定程度上模拟这一过程。为此，在试验中选取卷烟燃烧有代表性的300、600和900 ℃进行比较，分别代表挥发性物质开始进入烟气、烟草开始燃烧和抽吸时最高温度这3个典型温度。
试验采用Wiley275、Nist05标准质谱库对不同温度下的热裂解产物挥发性成分进行定性分析后，再用面积归一法测定热裂解产物挥发性成分的百分含量，结果见表1。从表1可以看出，黄精水提物的裂解产物主要是醇类、酮类、酚类、烯类、醛类、杂环类，这些产物大多为致香成分，可以产生烘烤香、焦糖香、木香、果香等香韵，能够丰富卷烟香气、改善卷烟吃味，降低卷烟刺激性。而在300～900 ℃热裂解范围内，黄精水提物主要裂解出糠醛、糠醇、5-甲基-2-糠醛、5-羟甲基-糠醛、吡嗪等能够影响卷烟风格特征和品质的香味化合物[8]。其中，糠醛能产生焦糖香，谷物烘烤香及面包的香气，能够赋予卷烟木香、甜香、花香和果香;5-甲基-2-糠醛具有甜香和花香，可以增强烤烟香、甜香及焦糖香;呋喃酮类又可为卷烟提供烤甜香和焦糖香[9]。
由表1分析可知，在300 ℃的裂解温度下，共检测到13种热裂解产物，包括醛类、酸类、呋喃类和吡嗪类，其中以呋喃类为主，含量最高的成分是糠醛（40.33%），其次是5-羟甲基-糠醛（7.70%）、乙酸（6.33%）、糠醇（3.43%）和5-甲基-2-糠醛（3.16%）。仅存在于300 ℃裂解条件下的成分有甲基-吡嗪（0.57%）、2，5-二甲基-吡嗪（0.16%）和2，6-二甲基-吡嗪（1.08%）、2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（1.72%）、癸醛（0.96%）。其中甲基-吡嗪具有芳香甜香，2，5-二甲基-吡嗪具有令人愉快的泥土气息，2，6-二甲基-吡嗪具草甜气息[9]。
在600 ℃的裂解温度下，共检测到30种热裂解产物，除上述的醛类、酸类、呋喃类和酮类外，新增加了烯烃类、苯酚类和萘。其中含量最高的成分是5-羥甲基-糠醛（40.46%），其次是糠醛（13.47%）、3，5-二羟基甲苯（5.48%）和5-甲基-2-糠醛（3.60%）。其余含量相对较高的物质有1，2-苯二酚（1.49%）、乙酸（3.36%）和乙醛（1.19%）。
在900 ℃的裂解温度下，共检测到62种热裂解产物，热裂解产物的种类没有变化，但产物的数量大幅增加，其中含量最高的成分是5-羟甲基-糠醛（22.77%），其次是糠醛（7.75%）和3，5-二羟基甲苯（2.17%）。可以看出，当裂解温度达到900 ℃时，呋喃类的含量均比300 ℃和600 ℃要低，说明在900 ℃后，呋喃类化合物大量转化为其他形式的化合物。随着热裂解温度的升高，热裂解产物的成分也越来越复杂，新增加的成分主要是烯烃类、萘和茚等基本无致香作用的物质，说明高温使得香味物质发生了芳香化和稠化反应[10]。
从上述分析结果看，黄精水提物的热裂解产物以呋喃类、酮类、有机酸类、醛类为主。研究表明，黄精水提物中主要活性成分为多糖[11]。多糖裂解时，首先进行链剪切作用，发生逆醇醛缩合反应，再进行下一步的裂解，形成小分子[12]。其中呋喃类物质的产生，例如糠醛和5-羟甲基-糠醛，可能是由多糖中的葡萄糖单元结构通过裂解形成[13]，并且随着温度的升高，热裂解程度加剧，产物也变得复杂，在此阶段，多糖结构中的主要糖苷键和C-C键断开，发生脱羟、脱羧和脱羰反应，形成一些羰基和羧基化合物[14]，同时，大分子的呋喃类物质也可进一步裂解形成小分子物质或者发生聚合[15]。
2.2 黄精水提物感官评价结果
添加黄精提取物的试验卷烟的感官评价结果（图1）表明，黄精水提物用量为0.067%时效果最好，添加量过低，效果不明显，不能充分发挥黄精提取物的作用;添加量过高，则会带来口腔残留和谐调性方面的问题。
黄精水提物添加量为0.067%时，黄精提取物与烟香的谐调性较好，无异味。卷烟的香气质有一定改善，能够柔和烟气，提高烟气细腻程度，同时增加回甜感，并且降低烟气干燥程度。总体上看，黄精提取物能够提升卷烟的感官评吸品质。
3 小结
本研究采用热裂解-气相色谱/质谱联用联用（Py-GC/MS）分析方法，在模拟卷烟抽吸的温度范围内，分析黄精水提物热裂解产物。结果发现，黄精提取物的热裂解产物随温度的提高而趋向复杂;随着热裂解温度的升高，热裂解产物种类增多，并且裂解温度不同，其产物的含量亦不同;黄精水提物在热裂解过程中产生丰富的香味物质，主要是呋喃、酮、有机酸等，这些物质能够促进烟草香气表达和提升卷烟抽吸品质。试验还把黄精水提物加到卷烟中，研究了其在不同添加量下的应用效果，确定其在烟丝中的最适用量为0.067%。感官评价结果也表明，黄精水提物能够与烟香自然谐调，改善卷烟感官质量。具有降低刺激，提升烟气细腻程度，增加甜润感，改善舒适性的作用。
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