蓝莓提取物热裂解产物分析及其在卷烟中的应用研究

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摘要：采用热裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）分析方法对蓝莓（Vaccinium spp.）提取物的热裂解产物进行成分分析，并对其开展了卷烟加香试验。结果表明，从300、450、600、750、900 ℃的热裂解产物中分别鉴定出14、34、76、83、87种化学成分，并且热裂解温度不同，其产物成分的种类和含量亦不同；如在450～900 ℃，5-羟甲基糠醛是主要的热裂解产物，而糠醛含量随着温度的升高从最初的54.69%降至4.62%，变化尤为明显。蓝莓提取物作为加香成分能明显增加烟气甜润感及烟香清晰度、减小烟气的刺激性、强化果香香韵、提升膏香与甜香香韵，对烟草香气香型及香韵表达具有促进作用。

关键词：蓝莓（Vaccinium spp.）；提取物；热裂解；气相色谱/质谱联用；卷烟加香

中图分类号：S663.9；O657.63；TS41+3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）14-3333-05

蓝莓（Vaccinium spp.）又名越橘，其富含花青素（Anthocyanidin），而且种类丰富[1]。野生种蓝莓花青素的含量高达每100 g鲜果0.33～3.38 g，栽培种的含量一般为每100 g鲜果0.07～0.15 g[2]。花青素又称花色素，是一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，属黄酮类化合物，多以糖苷的形式存在，也称花色苷[3，4]。花青素作为一种天然食用色素具有安全、无毒、资源丰富等特点；并且花青素具有很强的抗氧化能力，可消除人体内的自由基、保护健康细胞、激活衰老细胞、提高人体免疫力、增强防癌抗癌能力，因此在食品、化妆品、医药等方面有着巨大的应用前景[3，4]。研究表明[5-7]：在卷烟复合滤嘴中添加含有花青素的提取物，可以有效吸附焦油，降低烟气中的自由基、NO等有害物质，如葡萄子花青素加入到烟丝中能有效降低刺激性、增加透发性及掩盖杂气，强化药草香风格、提升辛甜和果香香韵、提高香韵的层次感等[8]。但是迄今为止，鲜见将蓝莓花青素应用于烟草方面的报道。为此参考相关文献[9，10]提供的方法，用乙醇-超声法提取蓝莓内含物，并模拟卷烟燃烧的条件对蓝莓提取物进行了热裂解成分分析，检测其裂解产物种类并计算各成分的相对含量，寻找其致香成分；再通过嗅香评价确定其香型及香韵程度，同时将蓝莓提取物在卷烟中添加后对感官质量的评价结果进行验证，为其在卷烟中的添加量确定比例、并为烟用香料的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

蓝莓果实购于南宁市某超市，产地为美国；试剂有无水乙醇、95%乙醇，为广东光华科技股份有限公司产品；仪器主要有6890N/5973N气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司）、PYROPROBE 2000热裂解仪（美国CDS公司）、AB204-S型电子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；热裂解专用石英管（美国CDS公司）、SPME萃取装置（美国Supelco公司）、75 μm Carboxen-PDMS固相微萃的萃取头（美国Supelco公司）、HP-5MS毛细管柱（美国Agilent公司）、HF-2.5B超声循环提取机（北京弘祥隆生物技术开发有限公司）、单手式双管喉头微量喷雾器（泰兴市辉春医疗器械有限公司）、金字塔填烟器（德国Gizeh公司）。

1.2 方法

1.2.1 蓝莓提取物的制备 准确称取蓝莓鲜果10 g，按料液比1∶18加入95%乙醇后，放入超声波清洗器中，设定超声功率730 W、温度55 ℃，超声提取40 min，共提取2次，合并提取液并减压浓缩至干燥后得蓝莓提取物干品。

1.2.2 在线热裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）分析 称取4 mg蓝莓提取物，放入热裂解仪的裂解专用石英管中，并置于热裂解仪的加热丝中，以20 ℃/ms的升温速率分别从30 ℃的初始温度升至300、450、600、750、900 ℃，并在此温度下各保持10 s，热裂解产物收集在自行设计的玻璃瓶中。将固相微萃取头插入收集热裂解产物的玻璃瓶中，在70 ℃时萃取富集热裂解产物20 mim后，将固相微萃取头插入240 ℃的GC/MS进样口进行解吸附，产物进入气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）进行分离和鉴定。GC/MS分析条件：进样口温度240 ℃，载气为He、流量为1mL/min。升温程序：50℃保持1 min、3 ℃/min升到100 ℃并保持1min、8 ℃/min升到260 ℃并保持10 min。GC/MS接口温度280 ℃，离子源温度250 ℃，电离能量70 eV，质量扫描范围在35～455 amu，EM Volts为1 350。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，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 嗅香评价 准确称取9 mg蓝莓提取物，用3 mL 95%乙醇溶解，溶解后放置于密闭的磨口瓶中，由桂、滇两地的卷烟评吸专家组成的专家小组进行嗅香评价，嗅其挥发性香气，分辨其香气特色，评定其类型、风格及其典型性的强弱程度，评价结果用雷达图表示。

1.2.4 加香试验 分别称取1、2、3 mg蓝莓提取物，都用1 mL 95%的乙醇溶解，制成1、2、3 mg/ mL的蓝莓提取物溶液。将成品卷烟里的烟丝吹出，置于温度22 ℃±1 ℃、空气相对湿度60%±2%条件下平衡48 h；取平衡好的烟丝30 g平均分成3份，用微量喷雾器分别喷洒1、2、3 mg/mL的蓝莓提取物溶液，于22 ℃、空气相对湿度60%的恒温恒湿箱中平衡48 h。取相同牌号烟管，用填烟器分别再将加香的烟丝制成卷烟烟支，交由卷烟评吸专家小组进行评吸。对照为喷洒同量无水乙醇的烟丝卷制的在相同条件下处理的卷烟烟支。

2 结果与分析

2.1 蓝莓提取物热裂解产物分析结果

试验范围内的卷烟热裂解区的温度大约在200～900 ℃，烟气的大部分成分也主要在这个区间产生。因此考察蓝莓提取物在300、450、600、750、

900 ℃下的热裂解产物。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。由表1可以看出，蓝莓提取物在热裂解过程中可以释放出糠醛、5-羟甲基糠醛、5-甲基-2-糠醛、苯乙烯、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮等具有特殊香味的化合物，这些香气物质已被证实能影响卷烟的风味特征和品质[11]，如糠醛能产生似焦糖、谷物烘烤的气味及果香和面包香气味，可赋予卷烟木香、花香、果香与甜香气味；5-甲基-2-糠醛具有浓甜香、辛香气味及甜似焦糖的气味；5-羟甲基糠醛具有甜香、花香气味，可产生特别的烤烟香韵；苯乙烯具有特殊的芳香、香脂香和接近花香的香气；α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮可产生木香、花香，使人联想起柏木香味，稀释后可使人联想起紫罗兰香味，而且是烟草中重要的香味成分，并且也是类胡萝卜素的重要降解产物，有增强烟气丰满度、衬托烟香的作用[12]。

由表1分析可见，在300 ℃热裂解温度下，检测到了14种热裂解产物，包括醛类、呋喃类、酮类、酯类和醇类，其中以醛类和呋喃类为主，含量最高的成分为糠醛（54.69%），其次是5-甲基-2-糠醛（4.50%）、1-（2-呋喃基）-2-羟基乙酮（1.96%）和4-氧代-戊酸乙酯（1.41%）；在450 ℃热裂解温度下，检测到了34种热裂解产物，除了以上的醛类、呋喃类、酮类、酯类和醇类外，新增了烃类，其中含量最高的是5-羟甲基糠醛（40.40%），其次是糠醛（9.90%）、5-甲基-2-糠醛（3.42%）和1-（2-呋喃基）-2-羟基乙酮（2.35%）；在600 ℃热裂解温度下，检测到了76种热裂解产物，除了以上的醛类、呋喃类、酮类、酯类、醇类和烃类外，又增加了酚类和含氮杂环类，含量最高的是5-羟甲基糠醛（18.82%），其次是糠醛（8.99%）、5-甲基-2-糠醛（4.83%）和2，5-呋喃二甲醛（2.98%）；在750 ℃和900 ℃热裂解温度下，热裂解产物的种类不再变化，但热裂解产物的数量仍有增加，分别检测出了热裂解产物83种和87种，其中在750 ℃热裂解温度下含量最高的是5-羟甲基糠醛（8.54%），其次是糠醛（5.19%）、5-甲基-2-糠醛（3.41%）和2，5-呋喃二甲醛（2.53%），在900 ℃热裂解温度下含量最高的是5-羟甲基-糠醛（20.41%），其次是糠醛（4.62%）、5-甲基-2-糠醛（2.99%）。这个结果说明随着热裂解温度的升高，热裂解产物成分越来越复杂，特别是450 ℃以后这种变化更明显。从含量角度来看，从450 ℃起，5-羟甲基糠醛是主要的热裂解产物，糠醛随着温度的升高从最初的54.69%降至4.62%，变化起伏尤为明显。此外，在600 ℃的热裂解产物中，苯及其衍生物的相对含量和种类持续增加，特别是在900 ℃的热裂解产物中新增了2，3-二氢-3，3-二甲基-1H-茚-1-酮、联苯、芴、氧芴等基本上无致香作用的成分，说明高温下热裂解产物发生了芳香化反应和稠化反应。

2.2 嗅香评价效果

蓝莓提取物嗅香评价结果见图1。由图1可知，蓝莓提取物在果香方面表现突出，达到3分；膏香、清滋香为2分；奶香、甜香仅为1分；通常在中式卷烟中这几种香型添加剂的使用都较为广泛。根据烟草行业专家的嗅香评价结果，蓝莓提取物具有比较理想的香型及香韵表现形式，具有在卷烟中添加的应用前景。

2.3 加香试验结果

蓝莓提取物在卷烟中的加香试验评吸结果见表2。综合表2评语，表明蓝莓提取物能明显改善和修饰卷烟的烟气，增加甜润感和烟香清晰度，并能减轻刺激性，特别是能赋予卷烟烟支一种自然的香韵。在用量方面，评吸专家小组综合评价后，认为添加2 mg/mL的最好。

3 小结

试验采用热裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）分析方法（模拟卷烟燃烧的条件），对蓝莓提取物进行了热裂解成分分析。结果发现随着热裂解温度的升高，在300、450、600、750、900 ℃的热裂解产物中分别鉴定出14、34、76、83、87种化学成分，并且热裂解温度不同，其产物成分的含量亦不同，如从450 ℃起，5-羟甲基糠醛是主要的热裂解产物，而糠醛含量随着温度的升高从最初的54.69%降至4.62%，变化非常明显；同时热裂解产物越来越复杂，热裂解成分的化学类别包括醛类、呋喃类、酮类、酯类、醇类、烃类、酚类和含氮杂环类，这些化学成分具有果香、膏香、清滋香、奶香、甜香等各类香味特征，对烟草香气香型及香韵表达可起到促进作用。

试验还把蓝莓提取物加入到卷烟烟支中，结果明显地改善和修饰了卷烟的烟气特性，增加了甜润感和烟香清晰度、减小了烟气的刺激性，特别是能赋予卷烟烟支一种自然的香韵。因此，从试验效果来看，蓝莓提取物在卷烟加香中具有可观的开发应用前景。

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