煙草薄片用鐵觀音茶梗漿熱裂解產物分析

朱東來 何雪峰 沈靖軒 馬濤 溫光和

摘要：將鐵觀音茶梗機械漿分別在300、600、900℃下進行熱裂解，用氣相色譜-質譜聯用儀對其裂解產物揮發(fā)性成分進行定性分析和半定量分析，為鐵觀音茶梗在煙草薄片中的應用提供理論依據。結果表明，鐵觀音茶梗漿可裂解出大量的香味成分，其中包括多種構成鐵觀音茶獨特茶香韻的主要成分。鐵觀音茶梗漿的裂解產物構成卷煙香味的同時也賦予了卷煙煙氣獨特的茶香韻，并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質。

關鍵詞：煙草薄片；鐵觀音茶梗；熱裂解產物

中圖分類號：TS426 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）08-1931-04

福建省盛產烏龍茶，其中鐵觀音茶是烏龍茶中極品，在鐵觀音茶葉生產中，廢次茶葉、茶末、茶梗比例約占50%，且價格低廉。如何有效地提高茶葉的綜合利用率、提升茶產業(yè)的生態(tài)、經濟效益是目前迫切需要解決的問題[1]。將茶梗作為煙草薄片制造的原料，可以拓展卷煙原料來源、降低卷煙制造成本、改善卷煙抽吸品質，并能有效提高茶資源的綜合利用。但茶梗作為制造煙草薄片的原料，在燃燒過程中，會發(fā)生一系列熱裂解反應，從而影響薄片的吸味。因此，了解茶梗的熱裂解產物對煙草薄片的燃燒及卷煙的吸味品質等具有重要指導作用。已有報道多以鐵觀音茶梗為原料，分析茶原料的理化特性，制備茶葉再造薄片，進行煙氣和感官評價，并應用于卷煙產品[2-4]。目前，煙草薄片用鐵觀音茶梗熱裂解產物研究未見報道，研究煙草薄片用鐵觀音茶梗漿的熱裂解行為，具有較好參考價值。

卷煙熱裂解蒸餾區(qū)的溫度在200～900 ℃之間，煙氣成分主要來源于這個區(qū)，一般認為在典型的卷煙燃燒過程中，其燃燒中心處于無氧的裂解狀態(tài)，溫度通常在700～900 ℃，裂解溫度在400～700 ℃，靠近抽吸端的蒸餾區(qū)溫度一般低于400 ℃[5]。該試驗采用裂解氣相色譜/質譜聯用技術（Py-GC-MS），選取卷煙燃燒有代表性的3個溫度300、600和900 ℃，模擬卷煙不同位置的溫度差異，對煙草薄片用鐵觀音茶梗漿的熱裂解產物進行分析，從化學角度客觀地對它在煙草薄片中的應用效果進行評價，分析其應用的可行性和安全性。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

鐵觀音茶梗機械漿購于福建安溪世信茶廠。

6890/5973N GC-MS聯用儀（美國Agilent公司）；毛細管柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美國Agilent公司）；Pyroprobe 2000熱裂解儀（美國 CDS 公司）；SPME裝置：75 μm CAR/PDMS（美國SUPELCO公司）。

1.2 方法

1.2.1 熱裂解條件 熱裂解探頭初始溫度30 ℃，升溫速率10.00 ℃/ms，裂解溫度300 ℃、600 ℃、900 ℃，持續(xù)時間15 s，裂解環(huán)境為大氣環(huán)境。

1.2.2 GC-MS條件 進樣口溫度240 ℃；載氣He（99.999%）；流速1 mL/min；分流比10∶1；GC-MS接口溫度250 ℃；升溫程序：50 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至100 ℃，保持1 min；以8 ℃/min升至260 ℃，保持5 min；離子源為EI源；電子能量為70 eV；掃描范圍：35～455 amu；標準圖譜庫為NIST，WILEY譜庫。

1.2.3 樣品分析 稱取一定量樣品（2 mg）于裂解專用石英管中，然后將石英管置于熱裂解儀的加熱絲中，在設定的溫度下熱裂解，裂解完后將固相微萃取頭置于自行設計的裂解瓶中70 ℃萃取30 min后，將SPME進樣針插在氣相色譜高溫汽化室中進行解吸附2 min，裂解產物進氣相色譜-質譜（GC-MS）分析，并檢索標準譜庫，計算產物相對含量。

2 結果與分析

2.1 熱裂解溫度對裂解產物的影響

選取卷煙燃燒有代表性的3個溫度300、600、900 ℃對鐵觀音茶梗漿進行熱裂解，用GC-MS對其裂解產物揮發(fā)性成分進行了定性分析，并用峰面積歸一化法測定了裂解產物揮發(fā)性成分的百分含量，結果見表1。圖1為3個溫度下鐵觀音茶梗漿裂解產物揮發(fā)性成分的總離子流圖。

由表1、圖2和圖3可知，鐵觀音茶梗漿在熱裂解過程中可以釋放出鐵觀音茶的致香成分，這些成分能影響卷煙的抽吸品質，隨著裂解溫度的升高，裂解越來越復雜。

300 ℃裂解產物中共鑒定出61種裂解產物，占總峰面積的79.79%，含量最高的物質為醛類（24.30%），其次是醇類（15.50%）和烴類（11.70%）。單一成分中，（E，E）-2，4-庚二烯醛（8.20%）相對含量最高，并且鐵觀音茶的致香成分苯乙醇（3.09%）、反式-橙花叔醇（4.82%）、吲哚（1.53%）在此溫度下含量也較高，其中（E，E）-2，4-庚二烯醛有清香、醛香，苯乙醇具有溫和協(xié)調的薔薇花香，橙花叔醇具有木質類的木香，吲哚具有淡淡的花香[6-8]。這些特征香味成分構成了鐵觀音茶獨特的茶香韻，與煙香具有較好的諧調性，在卷煙煙氣中，能突顯鐵觀音茶香獨特風格，整體改善卷煙抽吸品質。

600 ℃裂解產物中，檢測到91種裂解產物，占總峰面積的72.28%，含量最高的物質為醛類（25.20%），其次是酚類（17.50%）和呋喃類（5.96%）。單一成分中，糠醛（13.85%）的相對含量最高，糠醛有似焦糖、谷物烘烤氣息、果香和面包香，可賦予卷煙木香、花香、果香和甜香。此溫度下，茶梗漿熱裂解產物種類增加，其中酚類和雜環(huán)類種類和數量明顯增加，并出現了苯類和稠環(huán)類等有害物質，但相對含量較低，而醇類種類和含量明顯下降，呋喃類、烴類、酸類含量也出現了下降。

900 ℃裂解產物中，檢測到87種裂解產物，占總峰面積的74.63%，含量最高的物質為酚類（23.60%），醛類（22.20%）和酯類（5.96%）。此溫度下，茶梗纖維熱裂解基本完成，各類裂解產物數量變化不大，含量略有變化，酸類、醇類略有降低，酯類、苯類、酚類、雜環(huán)類含量增加。單一成分中，具有重要致香成分的糠醛（12.89%）的相對含量仍然最高。

2.2 熱裂解的重現性試驗

分別在300、600、900 ℃下進行3次平行試驗，選取3個溫度下都能裂解出的裂解產物糠醛、2-甲基-呋喃、2-環(huán)己烯-1-醇、2-乙烯基-苯并呋喃、香蘭素等5種化合物作為代表，計算其在典型裂解溫度下含量的相對標準偏差（RSD），結果見表2。

由表2可知，所選取典型溫度下的5種有代表性的裂解產物含量的RSD最大為4.02%，表明本方法具有良好的重復性。

3 結論

采用Py-GC-MS對鐵觀音茶梗機械漿在不同溫度（300、600、900 ℃）下的熱裂解產物揮發(fā)性成分進行分析，結果表明，鐵觀音茶梗漿可裂解出大量的糠醛、（E，E）-2，4-庚二烯醛、苯乙醇、反式-橙花叔醇、吲哚等致香成分。其中苯乙醇、反式-橙花叔醇、吲哚等是構成鐵觀音茶獨特茶香韻的主要成分，這些物質構成了卷煙香味的同時也賦予了卷煙煙氣獨特的茶香韻，并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質[9，10]。各裂解產物中主要的致香物質隨裂解溫度的增加呈現下降趨勢，其中以300 ℃時致香成分最多，當溫度達到600 ℃后，裂解反應趨向于芳環(huán)化和炭化降解，這時糖苷鍵、C-H鍵和C-O鍵斷裂加劇，芳環(huán)化的結果導致了致香成分的減少和有害物質的增加?？傊?，鐵觀音茶梗漿熱裂解產物的揮發(fā)性成分與卷煙煙氣諧調并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質，但也會產生少量的有害物質。一定程度上表明其在煙草薄片中應用是可行性的，為鐵觀音茶梗漿在煙草薄片中的應用提供了理論依據。

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