在線裂解-冷肼捕集-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法分析桂花凈油熱裂解揮發(fā)性成分

(廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廣州 510385)

桂花屬木犀科木犀屬,是我國(guó)特有的常綠闊葉灌木或小喬木經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，主要分布于廣西、江蘇、浙江、湖南、湖北等地[1]。桂花香精廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、香皂香精，也可用于酒用香精及煙用香精中，是我國(guó)特產(chǎn)的天然香料之一[2]。桂花香精香氣幽雅濃郁而留長(zhǎng)，具有幽清香韻的甜清花香，以紫羅蘭酮類的柔甜為主，兼帶玫瑰的清甜和醇甜。

在桂花凈油或精油香氣成分的研究方面，施婷婷等[3]綜述了桂花花朵香氣成分的研究進(jìn)展，包括桂花花朵香氣成分的物質(zhì)種類、影響因素、提取與分析方法等，并綜述了桂花花朵香氣成分的提取與分析方法主要有：水蒸氣蒸餾法、揮發(fā)性有機(jī)溶劑萃取法、動(dòng)態(tài)頂空法、超臨界萃取法、固相微萃取法以及活性炭吸附絲吸附法等；麥秋君[4]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了桂花凈油的香氣成分，共鑒定出35種香味成分，主要包括順式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、茶香螺烷B、茶香螺烷A、芳樟醇、芳樟醇環(huán)氧化物、β-二氫紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮、棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等特征成分；徐繼明等[5]用水蒸汽蒸餾法對(duì)江蘇產(chǎn)桂花精油進(jìn)行了提取，并用GC-MS 聯(lián)用儀對(duì)其有效成分進(jìn)行了測(cè)定，鑒定的香味成分主要是萜烯、醇類、氧化芳樟醇類、5-己基二氫呋喃-2-酮、紫羅蘭酮類、鄰苯二甲酸酯類等；張堅(jiān)[6]以干銀桂為原料，采用微波-同時(shí)蒸餾萃取和超臨界萃取兩種方法進(jìn)行桂花精油的提取，分析精油的成分及其相對(duì)百分含量，并與固相微萃取中的揮發(fā)性成分相比較，并確定了精油的主要芳香成分。固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC/MS)是分析精油或凈油中揮發(fā)性香味成分的有效手段。

熱裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可有效模擬燃燒產(chǎn)物的分析，已廣泛應(yīng)用于香精香料、煙用輔料及煙絲等樣品的模擬燃燒產(chǎn)物的揮發(fā)性成分鑒定與半定量測(cè)定[7-10]。桂花凈油作為卷煙煙絲配方設(shè)計(jì)中常用的煙用香精之一，其參與燃燒裂解后揮發(fā)性成分的組成情況是配方人員需了解掌握的，以便于調(diào)整配方設(shè)計(jì)。桂花凈油的熱裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分分析研究的文獻(xiàn)較少，本實(shí)驗(yàn)采用在線裂解-冷肼捕集-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法分析桂花凈油熱裂解揮發(fā)性成分，旨為桂花凈油的應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

儀器：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)Agilent公司，7890A-5975C)；CDS 5250T熱裂解儀(美國(guó)CDS公司)；分析天平(感量0.0001 g，瑞士METTLER TOLEDO公司)。

試劑：無(wú)水乙醇、正己烷、甲醇(分析純，德國(guó)Merck公司)；高純氦氣(純度>99.999%)、液氮、氮氧混合氣(氧氣占9%)(佛山科的氣體化工有限公司)。

材料：桂花凈油(廣東中煙提供)。

1.2 試驗(yàn)方法1.2.1 熱裂解條件

熱裂解測(cè)試條件[7,10]：

使用微量注射器準(zhǔn)確吸取2 μL桂花凈油注入載有石英棉的石英裂解管內(nèi)，在氮氧混合氣(氧氣占9%)氛圍下進(jìn)行熱裂解。裂解升溫程序：初始溫度300℃(保持5 s)，以30℃/s的速率升至900 ℃，保持5 s；載氣流量：70 mL/min；冷阱(液氮制冷)：捕集溫度：-60 ℃；冷阱進(jìn)樣條件：在5 min內(nèi)由-60 ℃升至280℃。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀條件：

a)色譜柱：DB-5MS彈性毛細(xì)管柱；規(guī)格，30m(長(zhǎng)度)×0.25mm(內(nèi)徑)×0.25μm(膜厚)；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3 min，以10 ℃/min的速率升至240 ℃，再以20 ℃/min的速率升至280℃，保持15 min；分流比：100∶1；質(zhì)譜傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150℃；質(zhì)量掃描范圍： 29～450a.m.u；溶劑延遲時(shí)間：3 min。

1.2.2 桂花凈油成分分析

使用微量注射器準(zhǔn)確吸取2 μL桂花凈油注入氣相色譜儀進(jìn)樣口，按1.2.1中氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀條件進(jìn)行分析，采用NIST 2008 和WILEY07標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索定性，采用峰面積歸一化法半定量。

1.2.3 熱裂解產(chǎn)物定性及半定量分析

熱裂解產(chǎn)物應(yīng)用質(zhì)譜譜庫(kù)進(jìn)行檢索定性，采用RTE積分方式，峰面積歸一化百分含量半定量計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 桂花凈油成分分析結(jié)果

根據(jù)GC/MS分析得出桂花凈油成分響應(yīng)總離子流色譜圖(圖1)，結(jié)合NIST 2008和WILEY07標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索定性及響應(yīng)峰面積歸一化百分比含量得出桂花凈油成分定性半定量結(jié)果(表1)。

由表1可知，桂花凈油主要成分包括順式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇環(huán)氧化物、香葉醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、對(duì)甲氧基苯乙醇、β-二氫紫羅蘭酮、β-二氫紫羅蘭醇、γ-癸內(nèi)酯、β-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇、4-羥基-β-紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-α-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭醇、棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等成分，其中順式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇環(huán)氧化物等成分具有典型的花香香氣，香氣清新飄逸并有淡弱的柑橘類果香韻調(diào)；茶香螺烷具有松木樣木香、薄荷腦樣氣息，并有微弱的涼香香氣；β-二氫紫羅蘭酮、β-二氫紫羅蘭醇、β-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇、4-羥基-β-紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-α-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭醇等成分具有紫羅蘭花香氣，并有木香香韻，香氣清甜濃郁；γ-癸內(nèi)酯具有令人愉快的桃子特征香氣，濃度低時(shí)還有奶油樣香氣；棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等高級(jí)脂肪酸及其酯類具有微弱的蠟質(zhì)的甜的花果香香氣。以上主要成分共同構(gòu)成桂花凈油特征香氣味。

圖1 桂花凈油總離子流色譜圖

序號(hào)保留時(shí)間裂解化合物名稱CAS號(hào)百分含量(%)18.75己酸142-62-10.0729.19己酸乙酯123-66-00.06310.50順式芳樟醇氧化物34995-77-21.77410.77反式芳樟醇氧化物5989-33-31.86510.96芳樟醇78-70-60.75611.18苯乙醇60-12-80.35711.95對(duì)乙基苯酚123-07-90.67812.12芳樟醇環(huán)氧化物14049-11-70.73912.18芳樟醇環(huán)氧化物14049-11-71.121012.52α-松油醇98-55-50.111113.28香葉醇106-24-10.531213.43壬酸112-05-00.101313.654-乙基愈創(chuàng)木酚2785-89-90.111413.91壬酸乙酯123-29-50.091514.11茶香螺烷B36431-72-80.57

續(xù)表1

2.2 桂花凈油熱裂解產(chǎn)物分析

根據(jù)Py-GC/MS分析得出桂花凈油熱烈解產(chǎn)物成分響應(yīng)總離子流色譜圖(圖2)，結(jié)合NIST 2008和WILEY 07標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索定性及響應(yīng)峰面積歸一化百分比含量得出桂花凈油熱裂解產(chǎn)物主要成分定性半定量結(jié)果(表2)。

圖2 桂花凈油熱裂解產(chǎn)物總離子流色譜圖

由表2可知，桂花凈油熱裂解產(chǎn)物主要揮發(fā)性成分包括順式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇環(huán)氧化物、香葉醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、對(duì)甲氧基苯乙醇、β-二氫紫羅蘭酮、β-二氫紫羅蘭醇、γ-癸內(nèi)酯、β-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇、4-羥基-β-紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-α-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭醇、棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等桂花凈油原有特征香味成分，這些成分可能在熱裂解測(cè)試中發(fā)生原形轉(zhuǎn)移。熱裂解測(cè)試與桂花凈油原有成分總離子流色譜圖中最大的區(qū)別是原有成分中含量很高的高級(jí)脂肪酸棕櫚酸與亞麻酸在熱裂解測(cè)試產(chǎn)物中的含量極低或未檢出，表明這兩種成分可能發(fā)生了熱裂解或轉(zhuǎn)化生成了其它成分。同時(shí)，在熱裂解產(chǎn)物主要揮發(fā)性成分中發(fā)現(xiàn)有正己醛、正庚醛、對(duì)甲氧基苯乙烯、對(duì)丙基苯甲醚、2,6-Dimethyl-1,7-octadien-3,6-diol、Ethyl 9-oxononanoate等成分，可能為熱裂解轉(zhuǎn)化而來(lái)。

表2 桂花凈油熱裂解主要產(chǎn)物成分及半定量結(jié)果

續(xù)表2

續(xù)表2

2.3 方法重復(fù)性評(píng)價(jià)

根據(jù)上述Py-GC/MS方法，分別取5份桂花凈油樣品進(jìn)樣分析，以考察本方法的重復(fù)性，選取熱裂解產(chǎn)物中涵蓋低、中、高含量的9種主要揮發(fā)性成分進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 桂花凈油熱裂解測(cè)試重復(fù)性評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可知，5次平行實(shí)驗(yàn)條件下，含量在1%以下的揮發(fā)性成分重復(fù)性RSD小于20%，含量在1～10%之間的揮發(fā)性成分的重復(fù)性RSD為2.66～7.22%，含量在大于10%的揮發(fā)性成分重復(fù)性RSD小于5%。因此，本方法滿足桂花凈油熱裂解產(chǎn)物主要揮發(fā)性成分的分析測(cè)試要求。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用在線熱裂解-冷肼捕集-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析了桂花凈油熱裂解產(chǎn)物中主要揮發(fā)性成分，從桂花凈油熱裂解產(chǎn)物中共鑒定并半定量了46種主要揮發(fā)性成分，主要包括順式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇環(huán)氧化物、香葉醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、對(duì)甲氧基苯乙醇、β-二氫紫羅蘭酮、β-二氫紫羅蘭醇、γ-癸內(nèi)酯、β-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇、4-羥基-β-紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-α-二氫紫羅蘭酮、3-氧代-β-二氫紫羅蘭醇、棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、亞油酸、亞麻酸、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯等桂花凈油原有特征香味成分，這些成分可能在熱裂解測(cè)試中發(fā)生原形轉(zhuǎn)移，而原有成分中含量很高的高級(jí)脂肪酸棕櫚酸與亞麻酸在熱裂解測(cè)試中可能發(fā)生了熱裂解或轉(zhuǎn)化生成了其它成分。本方法重復(fù)性較好，可滿足桂花凈油熱裂解產(chǎn)物主要揮發(fā)性成分的分析測(cè)試要求。