藍莓提取物熱裂解產物分析及其在卷煙中的應用研究

摘要：采用熱裂解-氣相色譜/質譜聯用（Py-GC/MS）分析方法對藍莓（Vaccinium spp.）提取物的熱裂解產物進行成分分析，并對其開展了卷煙加香試驗。結果表明，從300、450、600、750、900 ℃的熱裂解產物中分別鑒定出14、34、76、83、87種化學成分，并且熱裂解溫度不同，其產物成分的種類和含量亦不同；如在450～900 ℃，5-羥甲基糠醛是主要的熱裂解產物，而糠醛含量隨著溫度的升高從最初的54.69%降至4.62%，變化尤為明顯。藍莓提取物作為加香成分能明顯增加煙氣甜潤感及煙香清晰度、減小煙氣的刺激性、強化果香香韻、提升膏香與甜香香韻，對煙草香氣香型及香韻表達具有促進作用。

關鍵詞：藍莓（Vaccinium spp.）；提取物；熱裂解；氣相色譜/質譜聯用；卷煙加香

中圖分類號：S663.9；O657.63；TS41+3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）14-3333-05

藍莓（Vaccinium spp.）又名越橘，其富含花青素（Anthocyanidin），而且種類豐富[1]。野生種藍莓花青素的含量高達每100 g鮮果0.33～3.38 g，栽培種的含量一般為每100 g鮮果0.07～0.15 g[2]。花青素又稱花色素，是一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，屬黃酮類化合物，多以糖苷的形式存在，也稱花色苷[3，4]。花青素作為一種天然食用色素具有安全、無毒、資源豐富等特點；并且花青素具有很強的抗氧化能力，可消除人體內的自由基、保護健康細胞、激活衰老細胞、提高人體免疫力、增強防癌抗癌能力，因此在食品、化妝品、醫藥等方面有著巨大的應用前景[3，4]。研究表明[5-7]：在卷煙復合濾嘴中添加含有花青素的提取物，可以有效吸附焦油，降低煙氣中的自由基、NO等有害物質，如葡萄子花青素加入到煙絲中能有效降低刺激性、增加透發性及掩蓋雜氣，強化藥草香風格、提升辛甜和果香香韻、提高香韻的層次感等[8]。但是迄今為止，鮮見將藍莓花青素應用于煙草方面的報道。為此參考相關文獻[9，10]提供的方法，用乙醇-超聲法提取藍莓內含物，并模擬卷煙燃燒的條件對藍莓提取物進行了熱裂解成分分析，檢測其裂解產物種類并計算各成分的相對含量，尋找其致香成分；再通過嗅香評價確定其香型及香韻程度，同時將藍莓提取物在卷煙中添加后對感官質量的評價結果進行驗證，為其在卷煙中的添加量確定比例、并為煙用香料的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

藍莓果實購于南寧市某超市，產地為美國；試劑有無水乙醇、95%乙醇，為廣東光華科技股份有限公司產品；儀器主要有6890N/5973N氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司）、PYROPROBE 2000熱裂解儀（美國CDS公司）、AB204-S型電子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；熱裂解專用石英管（美國CDS公司）、SPME萃取裝置（美國Supelco公司）、75 μm Carboxen-PDMS固相微萃的萃取頭（美國Supelco公司）、HP-5MS毛細管柱（美國Agilent公司）、HF-2.5B超聲循環提取機（北京弘祥隆生物技術開發有限公司）、單手式雙管喉頭微量噴霧器（泰興市輝春醫療器械有限公司）、金字塔填煙器（德國Gizeh公司）。

1.2 方法

1.2.1 藍莓提取物的制備 準確稱取藍莓鮮果10 g，按料液比1∶18加入95%乙醇后，放入超聲波清洗器中，設定超聲功率730 W、溫度55 ℃，超聲提取40 min，共提取2次，合并提取液并減壓濃縮至干燥后得藍莓提取物干品。

1.2.2 在線熱裂解-氣相色譜/質譜聯用（Py-GC/MS）分析 稱取4 mg藍莓提取物，放入熱裂解儀的裂解專用石英管中，并置于熱裂解儀的加熱絲中，以20 ℃/ms的升溫速率分別從30 ℃的初始溫度升至300、450、600、750、900 ℃，并在此溫度下各保持10 s，熱裂解產物收集在自行設計的玻璃瓶中。將固相微萃取頭插入收集熱裂解產物的玻璃瓶中，在70 ℃時萃取富集熱裂解產物20 mim后，將固相微萃取頭插入240 ℃的GC/MS進樣口進行解吸附，產物進入氣相色譜-質譜聯用儀（GC/MS）進行分離和鑒定。GC/MS分析條件：進樣口溫度240 ℃，載氣為He、流量為1mL/min。升溫程序：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接口溫度280 ℃，離子源溫度250 ℃，電離能量70 eV，質量掃描范圍在35～455 amu，EM Volts為1 350。采用Wiley275、Nist05標準質譜庫對不同溫度下的熱裂解產物揮發性成分進行定性分析，并用面積歸一法測定熱裂解產物揮發性成分的百分含量。

1.2.3 嗅香評價 準確稱取9 mg藍莓提取物，用3 mL 95%乙醇溶解，溶解后放置于密閉的磨口瓶中，由桂、滇兩地的卷煙評吸專家組成的專家小組進行嗅香評價，嗅其揮發性香氣，分辨其香氣特色，評定其類型、風格及其典型性的強弱程度，評價結果用雷達圖表示。

1.2.4 加香試驗 分別稱取1、2、3 mg藍莓提取物，都用1 mL 95%的乙醇溶解，制成1、2、3 mg/ mL的藍莓提取物溶液。將成品卷煙里的煙絲吹出，置于溫度22 ℃±1 ℃、空氣相對濕度60%±2%條件下平衡48 h；取平衡好的煙絲30 g平均分成3份，用微量噴霧器分別噴灑1、2、3 mg/mL的藍莓提取物溶液，于22 ℃、空氣相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。取相同牌號煙管，用填煙器分別再將加香的煙絲制成卷煙煙支，交由卷煙評吸專家小組進行評吸。對照為噴灑同量無水乙醇的煙絲卷制的在相同條件下處理的卷煙煙支。

2 結果與分析

2.1 藍莓提取物熱裂解產物分析結果

試驗范圍內的卷煙熱裂解區的溫度大約在200～900 ℃，煙氣的大部分成分也主要在這個區間產生。因此考察藍莓提取物在300、450、600、750、

900 ℃下的熱裂解產物。試驗采用Wiley275、Nist05標準質譜庫對不同溫度下的熱裂解產物揮發性成分進行定性分析后，再用面積歸一法測定熱裂解產物揮發性成分的百分含量，結果見表1。由表1可以看出，藍莓提取物在熱裂解過程中可以釋放出糠醛、5-羥甲基糠醛、5-甲基-2-糠醛、苯乙烯、α-紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮等具有特殊香味的化合物，這些香氣物質已被證實能影響卷煙的風味特征和品質[11]，如糠醛能產生似焦糖、谷物烘烤的氣味及果香和面包香氣味，可賦予卷煙木香、花香、果香與甜香氣味；5-甲基-2-糠醛具有濃甜香、辛香氣味及甜似焦糖的氣味；5-羥甲基糠醛具有甜香、花香氣味，可產生特別的烤煙香韻；苯乙烯具有特殊的芳香、香脂香和接近花香的香氣；α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮可產生木香、花香，使人聯想起柏木香味，稀釋后可使人聯想起紫羅蘭香味，而且是煙草中重要的香味成分，并且也是類胡蘿卜素的重要降解產物，有增強煙氣豐滿度、襯托煙香的作用[12]。

由表1分析可見，在300 ℃熱裂解溫度下，檢測到了14種熱裂解產物，包括醛類、呋喃類、酮類、酯類和醇類，其中以醛類和呋喃類為主，含量最高的成分為糠醛（54.69%），其次是5-甲基-2-糠醛（4.50%）、1-（2-呋喃基）-2-羥基乙酮（1.96%）和4-氧代-戊酸乙酯（1.41%）；在450 ℃熱裂解溫度下，檢測到了34種熱裂解產物，除了以上的醛類、呋喃類、酮類、酯類和醇類外，新增了烴類，其中含量最高的是5-羥甲基糠醛（40.40%），其次是糠醛（9.90%）、5-甲基-2-糠醛（3.42%）和1-（2-呋喃基）-2-羥基乙酮（2.35%）；在600 ℃熱裂解溫度下，檢測到了76種熱裂解產物，除了以上的醛類、呋喃類、酮類、酯類、醇類和烴類外，又增加了酚類和含氮雜環類，含量最高的是5-羥甲基糠醛（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 ℃熱裂解溫度下，熱裂解產物的種類不再變化，但熱裂解產物的數量仍有增加，分別檢測出了熱裂解產物83種和87種，其中在750 ℃熱裂解溫度下含量最高的是5-羥甲基糠醛（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 ℃熱裂解溫度下含量最高的是5-羥甲基-糠醛（20.41%），其次是糠醛（4.62%）、5-甲基-2-糠醛（2.99%）。這個結果說明隨著熱裂解溫度的升高，熱裂解產物成分越來越復雜，特別是450 ℃以后這種變化更明顯。從含量角度來看，從450 ℃起，5-羥甲基糠醛是主要的熱裂解產物，糠醛隨著溫度的升高從最初的54.69%降至4.62%，變化起伏尤為明顯。此外，在600 ℃的熱裂解產物中，苯及其衍生物的相對含量和種類持續增加，特別是在900 ℃的熱裂解產物中新增了2，3-二氫-3，3-二甲基-1H-茚-1-酮、聯苯、芴、氧芴等基本上無致香作用的成分，說明高溫下熱裂解產物發生了芳香化反應和稠化反應。

2.2 嗅香評價效果

藍莓提取物嗅香評價結果見圖1。由圖1可知，藍莓提取物在果香方面表現突出，達到3分；膏香、清滋香為2分；奶香、甜香僅為1分；通常在中式卷煙中這幾種香型添加劑的使用都較為廣泛。根據煙草行業專家的嗅香評價結果，藍莓提取物具有比較理想的香型及香韻表現形式，具有在卷煙中添加的應用前景。

2.3 加香試驗結果

藍莓提取物在卷煙中的加香試驗評吸結果見表2。綜合表2評語，表明藍莓提取物能明顯改善和修飾卷煙的煙氣，增加甜潤感和煙香清晰度，并能減輕刺激性，特別是能賦予卷煙煙支一種自然的香韻。在用量方面，評吸專家小組綜合評價后，認為添加2 mg/mL的最好。

3 小結

試驗采用熱裂解-氣相色譜/質譜聯用（Py-GC/MS）分析方法（模擬卷煙燃燒的條件），對藍莓提取物進行了熱裂解成分分析。結果發現隨著熱裂解溫度的升高，在300、450、600、750、900 ℃的熱裂解產物中分別鑒定出14、34、76、83、87種化學成分，并且熱裂解溫度不同，其產物成分的含量亦不同，如從450 ℃起，5-羥甲基糠醛是主要的熱裂解產物，而糠醛含量隨著溫度的升高從最初的54.69%降至4.62%，變化非常明顯；同時熱裂解產物越來越復雜，熱裂解成分的化學類別包括醛類、呋喃類、酮類、酯類、醇類、烴類、酚類和含氮雜環類，這些化學成分具有果香、膏香、清滋香、奶香、甜香等各類香味特征，對煙草香氣香型及香韻表達可起到促進作用。

試驗還把藍莓提取物加入到卷煙煙支中，結果明顯地改善和修飾了卷煙的煙氣特性，增加了甜潤感和煙香清晰度、減小了煙氣的刺激性，特別是能賦予卷煙煙支一種自然的香韻。因此，從試驗效果來看，藍莓提取物在卷煙加香中具有可觀的開發應用前景。

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