豆蔻天竺葵不同部位揮發油成分分析及在卷煙加香中的應用

殷鴻飛 陳建中 李耀光 - 劉穗君 趙萬瑩 陳孟起 袁要紅 李懷奇 蘇同福 景延秋

(1. 河南農業大學煙草學院，河南 鄭州 450002；2. 河南中煙工業有限責任公司南陽卷煙廠，河南 南陽 473007；3. 河南中煙工業有限責任公司技術中心, 河南 鄭州 450016；4. 河南農業大學理學院，河南 鄭州 450002)

豆蔻天竺葵[Pelargoniumodoratissimum(L.) L’Her．ex Ait]是牻牛兒苗科天竺葵屬亞灌木狀多年生草本植物，原產于非洲南部，因觸碰其葉片可散發似蘋果香味，又名蘋果香草、碰碰香。豆蔻天竺葵可入藥，味辛性溫，具有提神醒腦、清熱解暑、消炎消腫的功效，同時具有獨特的香味，香氣甜蜜而持久穩定[1]，其葉所提取的精油常被用于調味品、驅蟲劑、香水制作以及芳香療法[2]。豆蔻天竺葵揮發油具有抗菌[3]、抗真菌[4]、殺蟲和抗氧化[5]等特性，Pombo等[6]采用水蒸氣蒸餾法從豆蔻天竺葵葉和花中提取揮發油，并運用氣相色譜—質譜聯用技術鑒定出32種成分；Khalid等[7]研究發現土壤水分缺失可促進豆蔻天竺葵葉中揮發油含量及其主要成分的積累。目前，中國有關與豆蔻天竺葵同屬的香葉天竺葵揮發油的研究較多[8-11]，而有關豆蔻天竺葵揮發油的提取及運用的研究尚未見報道。

文章擬運用同時水蒸氣蒸餾—溶劑萃取法(SDE)提取豆蔻天竺葵種子、葉和莖不同部位中的揮發油，通過氣質聯用技術對其化學成分進行分析鑒定，并對豆蔻天竺葵揮發油在卷煙加香中的應用效果進行研究，旨在為國內特色天然煙用香料的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

豆蔻天竺葵盆栽及種子：市售；

單料煙樣品煙絲：河南南陽煙站；

二氯甲烷、無水硫酸鈉：分析純，富宇精細化工有限公司；

乙酸苯乙酯：99%，阿拉丁試劑(中國)有限責任公司；

電熱鼓風干燥箱：101-1AB型，泰斯特儀器有限公司；

電子分析天平：JA2003型，感量0.001 g，上海衡平儀器有限公；

電子調溫電熱套：98-1-B型，天津市泰斯特儀器有限公司；

旋轉蒸發儀：RE-2C型，天津市泰斯特儀器有限公司；

氣相色譜/質譜聯用儀：GCMS-QP2020NX型，日本Shimadzu公司；

吸煙機：RM200A型，德國Borgwaldt公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 揮發油提取 采用同時水蒸氣蒸餾—溶劑萃取法(SDE)[12]提取豆蔻天竺葵種子、葉和莖揮發油。試驗重復3次,結果取其平均值。

1.2.2 GC-MS分析

(1) 色譜條件：Rtx-5ms色譜柱，柱長30 m，內徑0.25 mm，膜厚0.25 μm；進樣口溫度250 ℃，分流比10∶1；柱箱溫度采用程序升溫，初始溫度50 ℃保持5 min，以2 ℃/min升溫至80 ℃保持0 min，以3 ℃/min升溫至230 ℃保持16 min，以12 ℃/min升溫至280 ℃保持8 min；載氣為氦氣，流速1.93 mL/min。

(2) 質譜條件：電子轟擊離子源為EI源，離子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃，電子能量70 eV，倍增器電壓0.9 kV，掃描范圍50～650 amu。

(3) 定性及定量分析：揮發性成分采用圖譜庫NIST17s檢索定性，選取匹配度大于90%的化合物進行分析，以乙酸苯乙酯作為內標進行定量分析，計算各部位揮發油中化學成分的相對含量。

1.2.3 卷煙試驗樣品的制備 將已提取的不同部位的豆蔻天竺葵揮發油按照煙絲質量的0.02%，0.04%，0.06%，0.08%用喉頭噴霧器均勻地噴灑至煙絲上。將加香煙絲和未加香煙絲(噴灑相同量的乙醇)于溫度(22±1) ℃和相對濕度(60±2)%的環境下平衡48 h，用卷煙器制成煙支以備評吸檢測。

1.2.4 主流煙氣指標測定 參照文獻[13-16]的方法測定添加豆蔻天竺葵不同部位揮發油的卷煙主流煙氣總粒相物、焦油、煙堿和水分等常規成分釋放量，平行3次。

1.2.5 感官評價 參照文獻[17]。

1.2.6 數據分析 揮發油成分在NIST17s質譜庫中匹配與分析，確定化合物種類，采用內標法計算各成分相對含量。使用Excel 2019和 SPSS 26.0軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 豆蔻天竺葵不同部位揮發油提取率

利用SDE法提取豆蔻天竺葵不同部位的揮發油，其中種子、葉、莖中揮發油提取率分別為1.15%，0.96%，0.86%，種子中揮發油提取率遠高于莖和葉，而葉中揮發油提取率略高于莖。

2.2 豆蔻天竺葵不同部位香味成分

豆蔻天竺葵不同部位揮發油的總離子流色譜圖見圖1。由表1、表2可知，豆蔻天竺葵種子、葉和莖3個不同部位揮發油中共鑒定出81種化合物，種子、葉、莖中分別為53，50，47種，其中種子、葉和莖三者中共有化合物25種。豆蔻天竺葵種子中揮發油成分及含量與莖、葉中的存在較大差異，種子中揮發油成分以烯烴類、醇類、醚類為主，酚類、酯類、酸類相對含量較少。種子揮發油中相對含量較高的成分有4-萜烯醇(110.54 mg/g)、肉豆蔻醚(81.81 mg/g)、b-水芹烯(58.33 mg/g)、欖香素(54.78 mg/g)、γ-松油烯(46.27 mg/g)、甲基丁香酚(42.91 mg/g)，偽檸檬烯(40.06 mg/g)、α-蒎烯(38.42 mg/g)、肉豆蔻酸(36.07 mg/g)、松油烯(30.83 mg/g)、β-蒎烯(29.99 mg/g)及萜品油烯(29.83 mg/g)，黃樟素(29.83 mg/g)占揮發性成分總量的80%。偽檸檬烯和肉豆蔻酸是種子揮發油中的獨有成分，在葉、莖中均未檢出。

圖1 不同部位揮發油的總離子流色譜圖

表1 豆蔻天竺葵不同部位揮發油成分分析結果

表2 豆蔻天竺葵不同部位精油成分的相對含量

豆蔻天竺葵葉、莖中揮發油成分種類相似，均以醇類、烯烴為主，但相對含量存在較大差異。葉揮發油中相對含量最高成分有芳樟醇(90.04 mg/g)、肉豆蔻醚(59.09 mg/g)、4-萜烯醇(39.69 mg/g)和D-檸檬烯(33.86 mg/g)，與文獻[6]相比，葉中揮發油主要成分相似但含量有所不同，可能是由于所選豆蔻天竺葵樣品的溫度、相對濕度、采收時間、土壤等環境條件不同造成的。莖揮發油中鑒定出47種成分，有33種成分與葉相同，共有成分含量占莖揮發油物質總量的90%，其中莖揮發油成分以D-檸檬烯(45.56 mg/g)、芳樟醇(13.26 mg/g)、二氫芳樟醇(12.11 mg/g)和松油烯(11.93 mg/g)為主。莖、葉揮發油共有成分中，除D-檸檬烯(葉33.86 mg/g；莖45.56 mg/g)在葉揮發油中含量低于莖外；其余芳樟醇(葉90.04 mg/g；莖13.26 mg/g)、肉豆蔻醚(葉59.09 mg/g；莖0.08 mg/g)、4-萜烯醇(葉13.23 mg/g；莖4.68 mg/g)、二氫芳樟醇(葉33.34 mg/g；莖12.11 mg/g)、β-杜松烯(葉24.64 mg/g；莖6.78 mg/g)、松油烯(葉21.68 mg/g；莖11.93 mg/g)、乙酸龍腦酯(葉21.68 mg/g；莖11.93 mg/g)等成分在葉揮發油中的含量均遠高于莖。此外，鄰傘花烴(23.15 mg/g)、大牛兒烯D(22.89 mg/g)、甲基丁香酚(14.70 mg/g)、葉綠醇(14.67 mg/g)和異丁香酚甲醚(10.39 mg/g)等主要成分在葉揮發油中相對含量較高，而在莖揮發油中未檢出。

2.3 豆蔻天竺葵不同部位揮發油對卷煙感官品質的影響

由表3可知，當種子、葉、莖揮發油添加量分別為0.04%，0.06%，0.06%時，卷煙的感官質量改善最佳，說明添加豆蔻天竺葵不同部位的揮發油可不同程度地改善和修飾煙氣，提高香氣質和香氣量，降低刺激性和雜氣等。適量的種子揮發油能夠賦予卷煙藥草香和辛香，增加卷煙的香氣質和香氣量，但在一定程度上掩蓋了卷煙本身的煙香。葉和莖揮發油在卷煙應用中表現的香韻類型比較一致，均賦予卷煙清香、果香和木香，但兩者香韻表現力存在較大差別，葉揮發油香韻更為豐富，能夠賦予卷煙較好的清甜感，提升煙氣細膩程度，明顯改善卷煙的香氣和刺激性，有效抑制了雜氣。而莖揮發油對改善卷煙香氣的效果較為薄弱，只有添加量>0.06%時才顯現出清香和木香，且對煙氣、刺激性、雜氣的改善效果較弱。

表3 豆蔻天竺葵不同部位揮發油在卷煙中的感官評吸結果

2.4 豆蔻天竺葵不同部位揮發油對卷煙煙氣化學成分的影響

由表4可知，添加種子、葉、莖揮發油的卷煙煙氣中總粒相物較空白對照均顯著增加(P<0.05)；煙氣中的焦油含量只有種子揮發油顯著高于對照，莖、葉揮發油與空白對照無顯著差異；添加種子揮發油與莖揮發油的卷煙煙氣中水分含量與對照呈顯著差異(P<0.05)，而其他煙氣指標煙堿和一氧化碳含量與對照相比變化幅度均較小，皆在正常卷煙煙氣變化幅度之內[18-19]。總粒相物和焦油含量增加主要是因為樣品卷煙在抽吸時，添加的揮發油通過自身香味物質揮發和煙氣洗脫等方式將香味成分帶到煙氣中，使煙氣中的揮發性粒相物和焦油含量增加[20]。雖然添加種子揮發油的卷煙煙氣中總粒相物含量高于葉和莖，但其焦油含量也高于莖和葉，從而使得感官不如葉揮發油，這可能是由于豆蔻天竺葵種子揮發油與莖、葉揮發油的成分差異較大。

表4 豆蔻天竺葵不同部位揮發油在卷煙中加香后主流煙氣成分?

豆蔻天竺葵種子、葉、莖揮發油添加入卷煙后由于其自身所具有的不同的香味物質揮發進入煙氣中，從而賦予卷煙獨特的香味氣息和抽吸感官，如在種子揮發油中含有肉豆蔻醚、欖香素、甲基丁香酚、黃樟素、月桂烯、異丁香酚甲醚等重要的致香成分[21-23]，這些成分綜合作用形成了種子揮發油獨特的藥草香。D-檸檬烯是莖揮發油中相對含量最高的成分，其本身具有清新的檸檬果香[24]；葉揮發油中的主要成分芳樟醇具有典型的花香香氣和淡弱的柑橘類果香韻[25]；葉和莖揮發油中共有成分中還存在α-乙酸松油酯、乙酸龍腦酯、葉綠醇、β-蒎烯、石竹烯、甲基丁香酚等眾多致香物質[26-29]，這些物質共同作用最終使莖、葉揮發油賦予卷煙獨特的清香。

3 結論

對豆蔻天竺葵不同部位提取的揮發油成分進行分析，結果表明，種子揮發油的提取率遠高于莖和葉，但從香味成分和卷煙加香方面看，葉揮發油相比于種子和莖揮發油對卷煙增香、降低刺激性和雜氣、改善吃味有更為顯著的效果，是一種理想的天然煙用香料。但其揮發油的提取效率較低，不能滿足目前工業生產的需求。后續可針對提取方法進行選擇和優化，確定最佳提取方式和提取條件。