麥芽精油成分研究及其在卷煙中應用

鄒鵬，郭東鋒，舒俊生，何慶，徐華軍，徐峻

安徽中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，合肥市天達路9號 230088

麥芽精油成分研究及其在卷煙中應用

鄒鵬，郭東鋒，舒俊生，何慶，徐華軍，徐峻

安徽中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，合肥市天達路9號 230088

采用水蒸氣蒸餾法提取普通麥芽、炒麥芽和焦香麥芽的精油組分，通過GC-MS方法分析不同麥芽精油的主要化學成分，并對制備出的精油進行了卷煙添加實驗。結果表明：不同麥芽的精油中均含有棕櫚酸及其酯類，但其他化學成分差異較大，焦香麥芽精油中含有大量的吡嗪類化合物、糠醛類衍生物和麥芽酚，加入到卷煙中表現(xiàn)出突出的焦甜香韻，是較好的焦甜香香原料。

麥芽；精油；GC/MS；吡嗪

麥芽為禾本科一年生草本植物大麥的成熟果實經發(fā)芽干燥制備而成。將麥粒在水中浸泡，保持適宜的溫度、濕度，待幼芽長至0.5 cm時，干燥即得生麥芽[1]。對麥芽進行焙烤，可以制備成帶有特種風味的麥芽產品，如炒麥芽、焦香麥芽等[2]，這些不同類型的麥芽產品已經廣泛應用在啤酒釀造行業(yè)，作為釀酒原料以及特殊的風味來源[3]。麥芽的主要成分有氨基酸、蛋白質、淀粉、黃酮、淀粉酶、生育三烯酚、5-甲基糠醛、轉化糖酶、多種維生素、細胞色素等[4]，這些豐富的天然成分，使得麥芽在啤酒、飲料[5]和醫(yī)學[6]等方面的應用研究較多。同時麥芽提取物也是常見的煙用添加劑，被收錄在國內外卷煙香精香料允許添加名錄中[7-8]，但是將不同性狀的麥芽制成煙用香料的研究報告相對較少，因此針對不同性狀麥芽精油進行提取并研究其主要成分，將有利于拓寬麥芽提取物在煙草行業(yè)中的應用。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

HP6890/5975氣相色譜/質譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司），配有Nist2008譜庫和MSDchem化學工作站；AL204-1C型電子分析天平（感量：0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）；RE-52AA型旋轉蒸發(fā)儀和SHZ-Ⅲ型真空泵（上海亞榮生化儀器廠）；微量進樣器（10，25和100 μL，上海光正醫(yī)療儀器有限公司）；Cijector-01型煙用加香注射機（德國Burghart公司）；恒溫恒濕箱（德國Binder公司）；水蒸氣蒸餾系統(tǒng)（安徽省天長玻璃儀器廠）；電熱恒溫水浴鍋（金壇市晶玻實驗儀器廠）；KDM型調溫電熱套；高速中藥粉碎機（瑞安市永歷機械有限公司）。普通麥芽、炒麥芽、焦香麥芽購于濟南雙麥啤酒原料有限公司。二氯甲烷、無水硫酸鈉（分析純）、無水乙醇（分析純）購于國藥集團。

參比卷煙是不加香料的實驗用卷煙，由80%的國內各主產區(qū)煙葉和10%的梗絲、5%的膨脹煙絲、5%的薄片配方組合而成。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥芽精油制備

將麥芽在50℃下干燥3 h后，進行粉碎，過40目篩，得到麥芽粉末。準確稱取100 g的普通麥芽粉末，放置在500 mL的圓底燒瓶中，加入蒸餾水300 mL，靜置浸泡5 h后，將燒瓶接入水蒸氣蒸餾系統(tǒng)，加熱至110℃至水沸騰，進行水蒸氣蒸餾2 h后，分出油水分離器中的油相成分，并用二氯甲烷萃取水相3次，合并有機相。加入無水硫酸鈉干燥進行干燥處理后，減壓低溫蒸餾除去有機溶劑，得到麥芽精油樣品（Sample A）。

炒麥芽制備方法為將麥芽通過文火炒制，當麥芽表面變色為棕黃色，微帶焦斑時，停止炒制，得到炒麥芽產物。將炒麥芽粉碎后，取100 g粉末在110℃下進行水蒸氣蒸餾，制備出炒麥芽精油產品（Sample B）。

焦香麥芽為麥芽武火炒制而成，當麥芽炒到通體焦黃，有爆聲，停止炒制，得到焦香麥芽產物。將焦香麥芽粉碎后，取100 g粉末在110℃下進行水蒸氣蒸餾，得到焦香麥芽精油產品（Sample C）。

1.2.2 GC-MS分析

稱取0.1 g精油以及1 mL(1.1623 mg/mL)內標乙酸苯乙酯溶液，超聲溶于二氯甲烷中，并定容至20 mL。加入適量無水硫酸鈉干燥，并取上清液過0.45μm的微孔濾膜進GC-MS分析。GC-MS條件如下，色譜柱：HP-5MS (30 m × 0.25 mm，0.25 μm) 毛細管柱；進樣口溫度：250℃；載氣：He 1 mL/min；進樣量：1 μL，分流比10∶1；升溫程序：初始溫度60℃，保持5 min，然后以5℃/min升到260℃，保持15 min。傳輸線溫度：280℃；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；電離能：70 eV；掃描方式：SCAN模式；質量數(shù)范圍：40-450 amu；溶劑延遲：3 min。

采用Nist98譜庫檢索法進行定性分析，匹配度≥85%的認為是可信的。對所有樣品進行初步成分分析，發(fā)現(xiàn)成分中未含有乙酸苯乙酯成分，且添加乙酸苯乙酯后，該物質出峰位置為16.7 min左右，基本沒有明顯干擾峰，因此選擇乙酸苯乙酯為檢測內標，采用內標法對成分含量進行定量，定量公式為Mi=C內標Ai/（A內標Fi）。式中，Mi為i物質在精油中的質量含量（mg/g）；C內標為內標加入精油中在精油中的質量含量（mg/g）；Fi為相對校正因子，假定校正因子為1;Ai和A內標分別為i物質和內標的峰面積。

1.2.3 卷煙加香和感官評價

將Sample A、Sample B和Sample C用75%的乙醇稀釋，用Cijector加香注射機按照不同的用量將樣品注射到參比卷煙中，加香煙支在溫度為（22±1）℃，相對濕度為（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h，對照樣品為注射相同量溶劑的參比卷煙。由安徽中煙技術中心評吸委員會7名評委組成的評吸小組，分別針對香氣質、香氣量、濃度、雜氣、刺激、余味和焦甜香特征等各項指標進行評價。

2 結果及討論

2.1 麥芽精油制備

采用相同條件制備得到不同的麥芽精油Sample A、Sample B和Sample C,對它們的產率和物性進行比較，結果如表1所示。3種麥芽精油收率相比，普通麥芽精油收率較高，其他兩種相對收率較低。Sample A為無色油狀產物，帶有明顯的油脂氣息和谷物氣息，放置較長時間會發(fā)出油脂酸敗味。Sample B為淺黃色油狀產物，香氣表現(xiàn)為類似谷物蒸煮的烘烤香，并帶有明顯的油脂氣息。Sample C為淡黃色油狀產物，帶有明顯的焦甜香和烘烤香，基本不表現(xiàn)出油脂氣息，長時間放置氣味基本不發(fā)生變化。

表1 水蒸氣蒸餾法制備的不同麥芽精油性狀比較Tab.1 Properties of different types of malt essential oils extracted by steam distillation

2.2 麥芽精油GC/MS結果

對3個樣品進行GC-MS分析，圖1為3個樣品的總離子流情況。比較各個樣品的GC-MS色譜圖，Sample A的色譜圖中保留時間在0～20 min的區(qū)域出現(xiàn)較強的物質峰，在30～40 min，出現(xiàn)峰值最高的物質；Sample B保留時間0～20 min的區(qū)域出現(xiàn)系列小峰，而更多的成分保留時間達到了30～40 min；Sample C主要的離子峰集中在0～20 min區(qū)域，在30～40 min區(qū)域物質相對峰值較小。對比來看，此3種麥芽精油GC譜圖有較大的差別，具體化學成分上有一定的差異。

將得到的GC-MS譜圖1a、1b和1c對比檢索NIST98圖譜庫，鑒定出所含有的主要化學成分，結果如表2所列。普通麥芽精油中共檢測出30種主要化學成分，其中酯類和內酯11種、有機酸6種、雜環(huán)類化合物6種、醛和縮醛化合物5種和醇類2種等。含量最高的成分為棕櫚酸，每克精油中含有棕櫚酸169 mg，其次為糠醛，相對含量有111 mg/g，此外如糠酸甲酯、苯乙醛、苯乙醛縮醛等化合物含量相對較高。從炒麥芽精油中共鑒定出35種主要化學成分，其中酸類化合物9種，酯類化合物6種，醛和縮醛類化合物7種，雜環(huán)化合物6種（吡嗪類3種），酮類化合物4種，醇類化合物3種等。從含量來看，棕櫚酸含量最高，在精油中含量達到了472 mg/g，其次為棕櫚酸乙酯，含量為83 mg/g，其他化合物相對含量較低。部分化合物如麥芽酚和雜環(huán)類化合物雖然含量不高，但是閾值較低，因此其氣味將影響精油產品嗅香的具體表現(xiàn)。從焦香麥芽中共鑒定出56種主要化學成分，其中雜環(huán)類化合物22種（吡嗪類15種），酮類化合物8種，酚類化合物6種，醛類化合物6種，酯類化合物6種，酸類化合物5種等。從含量來看，含量最高的是5-甲基糠醛和糠醛，相對含量分別達到了156 mg/g和97 mg/g，其次為2,6-二甲基吡嗪，在精油總質量中占到65 mg/g，愈創(chuàng)木酚含量約36 mg/g，甲基吡嗪相對含量為27 mg/g，值得一提的是棕櫚酸含量僅為33 mg/g。焦香麥芽精油中還含有大量的吡嗪衍生物，它們雖然相對含量不是特別高，但是由于閾值低，將影響精油產物的香氣表現(xiàn)。

比較3個樣品的化學成分可得，Sample A和Sample B中棕櫚酸都是含量最高的成分，在Sample B中相對含量更是達到了472 mg/g，而在Sample C中，棕櫚酸含量相對較低，僅為33 mg/g。Sample C的主要成分是5-甲基糠醛和糠醛，以及大量的吡嗪衍生物。從主要致香成分來看，Sample A主要成分有棕櫚酸，帶有油脂氣息，其次為糠醛、苯乙酸、糠酸甲酯等，賦予精油以部分烘烤香和焦甜香氣息；Sample B的主要成分是棕櫚酸，帶有明顯的油脂氣息，其次為含有較多的雜環(huán)類化合物，特別是吡嗪類化合物，賦予精油一定的烘烤香氣息；Sample C中含有大量的5-甲基糠醛和糠醛，以及大量的吡嗪類化合物和麥芽酚等，這些化合物均表現(xiàn)為焦甜香和烘烤香香氣特征，從而造成了Sample C精油的主要香氣表現(xiàn)為焦甜香。

圖1 不同麥芽精油的GC-MS譜圖Fig.1 The GC-MS spectrums of different types of malt essential oils

表2 不同麥芽精油化學成分比較Tab.2 Comparison between chemical components of different malt essential oils

表2 （續(xù)）

表2 （續(xù)）

2.3 卷煙感官評價結果

將提取的精油按照一定比例添加到卷煙中，進行小組評價，評吸結果如表3所示。Sample A添加到卷煙中，添加量在5 mg/kg時，有焦甜風格表現(xiàn)，更大添加量時，舒適性指標變差，卷煙香氣中帶有油脂氣和粉氣；Sample B添加到卷煙中，添加量為5 mg/kg時，表現(xiàn)烘烤香和焦甜香風格，更多添加時，同樣表現(xiàn)為油脂氣，并伴隨著口感涂層的增加；而Sample C添加到卷煙中，5 mg/kg開始香氣質有所改善，賦予卷煙協(xié)調的焦甜香風格，添加到20 mg/kg焦甜香表現(xiàn)明顯，香氣量明顯增加，甜感增加，當添加到50 mg/kg時，刺激性增加，香氣指標有所下降。

表3 添加不同精油產品在烤煙中的評吸結果Tab.3 Flavoring evaluation of different types of malt essential oils in flue-cured cigarettes

綜合上述感官評價結果，普通麥芽精油可以以5 mg/kg少量添加在卷煙中；炒麥芽雖然表現(xiàn)出明顯的焦甜香風格，但是油脂氣息較重，添加到卷煙中香氣雖然有增加，但會造成口感指標變差；焦香麥芽精油添加到卷煙中，能增加卷煙的焦甜香風格，改善口感，降低刺激性，掩蓋雜氣，20 mg/kg 的添加量相對較為適宜。

3 結論

以水蒸氣蒸餾法制備普通麥芽、炒麥芽和焦香麥芽等3種麥芽精油，通過GC-MS檢測出3種精油的主要化學成分，其中普通麥芽30種、炒麥芽35種、焦香麥芽56種。普通麥芽精油中含有較多的棕櫚酸和其他酸性成分，炒麥芽精油中棕櫚酸和棕櫚酸酯的含量更高，可見適度的烘烤有利于較高分子量有機酸的生成。與之相比，焦香麥芽中棕櫚酸含量相對較低，說明較高強度的烘烤將使得有機酸含量下降。焦香麥芽精油與其他兩種精油相比，含有大量的吡嗪類化合物，如甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪等，說明較高強度的烘烤炒制工藝有利于吡嗪類化合物的生成。從香氣來看，焦香麥芽精油中含有大量的5-甲基糠醛等糠醛類化合物、吡嗪類衍生物、麥芽酚等，這些化學成分均表現(xiàn)為焦甜香氣息，使得焦香麥芽精油整體表現(xiàn)為焦甜香香氣特征。將3種麥芽精油添加到卷煙中，普通麥芽和炒麥芽的精油使得卷煙帶有麥芽氣息和烘烤香氣息的同時，均帶來較強的油脂氣息，會造成卷煙香氣質的下降和口感涂層的增加，而焦香麥芽精油能賦予卷煙焦甜香特征，增加香氣量，掩蓋雜氣，同時油脂氣息較弱，是較好的焦甜香特征煙用香料。

[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(一部)[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2010,145-146.

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[8]謝劍平.國內外煙用添加劑法律法規(guī)匯編[M].北京: 化學工業(yè)出版社.2010: 36-81.

Application of malt essential oil in cigarette

ZOU Peng,GUO Dongfeng,SHU Junsheng,HE Qing,XU Huajun,XU Jun
Technology Center,China Tobacco Anhui Industrial Co.,Ltd.,Tianda Street the 9th,Hefei 230088,China

Essential oils extracted from common malt,torrefied malt and caramel malt by steam distillation method were added into cigarettes with components of different essential oils being determined by GC-MS.Results showed that cetylic acid and cetylate were found in all essential oils,while other components differed greatly in terms of variance and amount which resulted in diversity of additive effect.Essential oil extracted from caramel malt contained plenty of pyrazine compounds,furfural derivatives and maltol,thus showing strong flavor of caramel when added into cigarettes.It was concluded that caramel malt was the best flavor substance.

malt; essential oil; GC/MS; pyrazine

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.02.007

TS264.3 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）02-0047-07

中式卷煙增香保潤重大專項子項目“通過加香加料提高膨脹煙絲使用價值”(No：110201201014)

鄒鵬（1982—），博士，工程師，研究方向為煙用香料和煙草科學，Tel：0551-65738641，Email：atrpraft@163.com

2013-08-28