玫瑰醇-β-D-吡喃葡萄糖苷的卷煙增香及緩釋作用

段海波，解萬翠，姜 黎，楊乾栩，冒德壽，丁美玉，李明爽，楊錫洪，雷 聲*

1.云南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，昆明市五華區(qū)紅錦路181號 650231

2.青島科技大學海洋科學與生物工程學院，山東省青島市市北區(qū)鄭州路53號 266042

玫瑰醇（3，7-二甲基-6-辛烯醇，L-香茅醇）是一種重要的單萜烯醇香原料，具有典型的花香、玫瑰香等香氣特征，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品和煙草等領(lǐng)域，但存在揮發(fā)性強、留香時間短等問題［1］。糖苷類香料前體是重要的潛香物質(zhì)，一般條件下不易揮發(fā)，穩(wěn)定性較好，但特定條件下能夠釋放香氣成分，具有較強的耐高溫能力，可以達到緩釋香氣的效果［2-3］。糖苷類香料前體對卷煙品質(zhì)和風格特征有較好的改善作用，可明顯增強“甜味”“舒適性”“煙草本香”等典型品質(zhì)和風格特征。因此，糖苷類香料前體的應(yīng)用對凸顯卷煙特征風味和調(diào)節(jié)香氣緩釋性能均具有一定意義。

目前糖苷類潛香物質(zhì)研究已有一些報道。Herron［4］采用化學法合成了葡萄糖香蘭素苷并將其添加到卷煙紙中。Chan［5］合成了含有肉桂醛和香蘭素結(jié)構(gòu)的葡萄糖苷并將其添加到卷煙中，增加了煙氣的香氣。趙華新等［6］和李富欣等［7］將金蓮花糖苷用于卷煙加香，發(fā)現(xiàn)其能夠明顯改善卷煙香氣、降低刺激性和掩蓋雜氣。李斌［8］將乙基香蘭素葡萄糖苷添加到低焦油卷煙中，使香氣風格更加突出，豐富性增加，起到了香味補償作用，同時煙氣圓潤性和滿足感也得到了提高。解萬翠等［9］將香葉醇糖苷添加到卷煙中，發(fā)現(xiàn)煙氣中含有香葉醇；該糖苷釋香均勻，且使卷煙香氣飽滿。因此，糖苷類化合物作為穩(wěn)定型香原料應(yīng)用于卷煙，具有增強煙香、減少刺激、釋放均勻等效果，可以解決香料單體不耐高溫和難以長效釋香的問題［10］。

玫瑰醇-β-D-吡喃葡萄糖苷是玫瑰醇糖苷鍵合態(tài)風味前體物質(zhì)，廣泛存在于茶葉、鮮花等植物中，目前尚缺乏其在卷煙中的應(yīng)用研究。為此，基于實驗室合成的天然等同結(jié)構(gòu)的玫瑰醇-β-D-吡喃葡萄糖苷（以下簡稱玫瑰醇糖苷），以玫瑰醇香料單體為對照，將玫瑰醇糖苷定量添加于卷煙中，通過GC/MS 手段測定并比較卷煙主流煙氣中的粒相物的整支轉(zhuǎn)移率和逐口轉(zhuǎn)移率，并結(jié)合感官評吸探討糖苷的緩香作用，旨在為玫瑰醇糖苷類香料前體物的卷煙加香應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

“玉溪”品牌空白卷煙樣品，由云南中煙工業(yè)有限責任公司提供。

玫瑰醇糖苷（99.23%，由本實驗室合成［11］）；玫瑰醇單體（≥95.0%，上海源葉生物科技有限公司）；玫瑰醇標準品（≥98.0%）、煙酸甲酯（色譜純）、甲基叔丁基醚（色譜純）（美國Sigma 公司）；無水乙醇（AR，國藥集團化學試劑有限公司）。

CIJECTOR 香精香料注射機（德國Burghart 公司）；RM20H 吸煙機（德國Borgwaldt-KC 公司）；Agilent 7890-5975 GC/MS 聯(lián)用儀（美國 Agilent 公司）；KBF240 恒溫恒濕箱（德國Binder 公司）；0.45 μm、0.22 μm 有機相微孔濾膜（天津津騰實驗設(shè)備有限公司）；FA1004B 電子天平（感量：0.1 mg，上海佑科儀器儀表有限公司）；200 和 1 000 μL 移液器（德國Eppendorf 公司）；Netzsch TG 209F1 熱重分析儀（德國Netzsch 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙加香

一組學生觀察圖片新聞“北京市2012年7月21日遭遇特大暴雨水災(zāi)”，思考：在災(zāi)難面前，人們怎么辦？災(zāi)難來臨之前我們能做什么準備？

稱取玫瑰醇樣品約0.1 g，玫瑰醇糖苷樣品約0.2 g，分別加入1.5 mL 無水乙醇，超聲波輔助溶解后，采用CIJECTOR 香精香料注射機將香料溶液注入未加香空白卷煙樣品中，每支卷煙加香10 μL，起始加香點2 mm，終止加香點58 mm。注射完畢將加香處理過的煙支置于相對濕度（60±2）%、溫度（22±2）℃條件下的恒溫恒濕箱中平衡48 h 以上待測。空白對照取等量無水乙醇采用相同方式加香。

1.2.2 轉(zhuǎn)移率分析

1.2.2.1 整支轉(zhuǎn)移率

取空白卷煙、玫瑰醇和玫瑰醇糖苷加香試驗卷煙，用RM20H 吸煙機在標準條件下抽吸卷煙，每次抽吸30 支，用劍橋濾片捕集卷煙煙氣。抽吸完畢，將每只捕集30 支卷煙煙氣粒相物的劍橋濾片折疊，放入250 mL 錐形瓶中，加入40 mL甲基叔丁基醚，同時加入2.136 mg/mL 煙酸甲酯內(nèi)標溶液0.15 mL，于搖床中室溫下持續(xù)振搖60 min 萃??；萃取后取 2 mL 用 0.45 μm 微孔濾膜過濾，進行GC/MS 檢測。根據(jù)公式（1）計算玫瑰醇和玫瑰醇糖苷在卷煙主流煙氣粒相物中的轉(zhuǎn)移率Y：

式中：Y—主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率，%；M1—加香卷煙抽吸主流煙氣粒相中香料量，μmol；M0—空白卷煙抽吸主流煙氣粒相中香料量，μmol；M—加香量，μmol。

1.2.2.2 逐口轉(zhuǎn)移率

取空白卷煙、玫瑰醇和玫瑰醇糖苷加香試驗卷煙，用RM20H 吸煙機在標準條件下分別設(shè)定抽吸口數(shù)為3 口和5 口，每次抽吸30 支，進行卷煙的逐口抽吸實驗，劍橋濾片的處理同前。GC/MS 分析后，綜合玫瑰醇和玫瑰醇糖苷加香樣品燃吸的總口數(shù)，測定不同口數(shù)收集的粒相物中目標香料物質(zhì)的量，計算主流粒相逐口轉(zhuǎn)移率，并以燃吸口數(shù)對逐口轉(zhuǎn)移率作圖。

1.2.3 GC/MS 標準曲線繪制

1.2.4 GC/MS 分析條件選擇

色譜條件：色譜柱HP-Innowax（30 m×250 μm×0.25 μm），進樣量1 μL，進樣口溫度250 ℃，分流比：10∶1，流速1 mL/min；升溫程序為50 ℃保溫1 min，以 10 ℃/min 升溫至 130 ℃，3 ℃/min 升溫至170 ℃，20 ℃/min 升溫至230 ℃，保持 30 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI），電離能量69.8 eV，四極桿溫度150 ℃，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，掃描范圍 30～200 amu，定性分析采用全掃描模式，定量分析采用SIM 模式。

1.2.5 感官評吸

稱取玫瑰醇樣品約0.1 g，玫瑰醇糖苷樣品約0.2 g，分別加入1.5 mL 無水乙醇，超聲波輔助溶解后，各取50 μL，加入無水乙醇稀釋至5 mL，再取50 μL，加入無水乙醇稀釋至5 mL，按照1.2.1 的卷煙加香方法進行加香處理。參照GB 5604.4—2005《卷煙 第4 部分：感官技術(shù)要求》，在制備的足量試驗卷煙中隨機抽取一定數(shù)量，組織紅云紅河煙草（集團）有限責任公司技術(shù)中心評吸委員會進行評吸，評吸人數(shù)不少于7 人。依照光澤、香氣、諧調(diào)、雜氣、刺激性及余味等指標進行定性描述，記錄整個抽吸過程中的感官感受，比較抽吸前后的差異。

1.2.6 玫瑰醇糖苷和玫瑰醇的熱分析

分別稱取5 mg 玫瑰醇糖苷和玫瑰醇至氧化鋁盤中，對照為空白氧化鋁盤。以高純氮氣為載氣，流速 30 mL/min，以10 ℃/min 的速率從 30 ℃升溫至500℃，記錄TG-DTG 曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 GC/MS標準曲線的繪制及分析

2.1.1 標準曲線與線性相關(guān)系數(shù)

取5 個系列標準品溶液進行GC/MS 檢測，由各標樣的峰面積（y，106）對相應(yīng)的玫瑰醇質(zhì)量濃度（x，μg/mL）進行回歸分析，得到標準曲線y =2.0x-0.759 8，相關(guān)系數(shù)為0.998 9?？梢?，在11.00～110.00 μg/mL 的濃度范圍內(nèi)，方程的線性良好。

2.1.2 GC/MS 分析

將玫瑰醇標樣溶液和加香卷煙主流煙氣粒相物的萃取液按照GC/MS 條件進行分析，并根據(jù)所得總離子流色譜圖上的保留時間和香料單體標準品的質(zhì)譜圖進行定性分析，確定玫瑰醇-β-D-吡喃葡萄糖苷裂解產(chǎn)生了玫瑰醇。玫瑰醇標樣溶液的總離子流色譜圖如圖1a所示，由圖1a 可知，玫瑰醇與內(nèi)標煙酸甲酯達到了良好的分離。

糖苷潛香化合物在卷煙燃吸過程中的主要裂解產(chǎn)物是其對應(yīng)的香料單體化合物，如圖1b～d所示，未添加玫瑰醇或糖苷的空白卷煙煙氣中不含有玫瑰醇，而添加了玫瑰醇和玫瑰醇糖苷的卷煙中均產(chǎn)生具特征香味的玫瑰醇，表明添加玫瑰醇糖苷卷煙在燃吸過程中糖苷鍵發(fā)生裂解產(chǎn)生特征香味物質(zhì)玫瑰醇，與本課題組前期的研究結(jié)果［9］一致。圖1d 中加入玫瑰醇糖苷卷煙與圖1c 中加入玫瑰醇卷煙燃吸產(chǎn)生的玫瑰醇相比較，強度較小，可能是玫瑰醇糖苷轉(zhuǎn)移到主流煙氣中的量較少導致的。

2.2 主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率的計算

主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率可能與燃燒期間卷煙內(nèi)的氣流模式直接相關(guān)。主流煙氣中熱解和燃燒產(chǎn)物的濃度低可能是由于卷煙抽吸時煙氣突然反轉(zhuǎn)，導致其發(fā)生揮發(fā)損失，僅有少量燃燒產(chǎn)物進入主流煙氣［12］。在燃燒的過程中，隨著煙氣的轉(zhuǎn)移，部分煙氣揮發(fā)至空氣中成為側(cè)流煙氣，使熱解產(chǎn)生的相應(yīng)單體醇轉(zhuǎn)移至主流煙氣中的量減少，導致轉(zhuǎn)移率降低。由表1 可知，玫瑰醇糖苷的釋香量低于玫瑰醇單體，根據(jù)公式（1）計算，玫瑰醇單體和玫瑰醇糖苷燃吸后產(chǎn)生的玫瑰醇向主流煙氣粒相物中的轉(zhuǎn)移率分別為10.80%和2.21%。

圖1 玫瑰醇標準溶液（a），未加香卷煙（b）及添加玫瑰醇（c）和玫瑰醇糖苷（d）卷煙主流煙氣的總離子流圖Fig.1 TIC chromatograms of standard solution of rhodinol（a）and mainstream smoke of unflavored（b）and flavored cigarettes with rhodinol standard（c）and rhodinol-β-D-glucoside（d）

表1 卷煙燃吸過程中香氣成分的釋放情況①Tab.1 Release of aroma component during cigarette smoking

黃龍等［13］測定了6 種牌號薄荷型卷煙樣品的濾嘴、煙絲、TPM 和煙蒂中的薄荷醇含量，所得薄荷醇的主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率為8.67%～23.15%；林文強等［14］測定的不同焦油含量的薄荷型卷煙中薄荷醇在卷煙主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率為5.33%～45.79%。蔡君蘭等［15］測定的15 種醇的主流煙氣粒相轉(zhuǎn)移率為9.70%～19.78%，其中反-2-己烯-1-醇10.62%，順-3-己烯-1-醇9.91%，苯甲醇9.70%，2-甲基芐醇13.72%，芳樟醇19.13%，橙花醇19.52%，香葉醇18.65%。毛多斌等［16］測定的8 種葡萄糖苷裂解后產(chǎn)生的相應(yīng)配糖體向主流煙氣粒相物中的轉(zhuǎn)移率，為0.43%～2.37%，其中苯甲醇、苯乙醇、肉桂醇、大茴香醇、香葉醇、橙花醇、薄荷醇和葉醇對應(yīng)糖苷的結(jié)果分別為 1.56%、2.37%、1.99%、2.25%、0.55%、0.43%、2.37%和1.07%。本實驗中玫瑰醇轉(zhuǎn)移率為10.80%，與蔡君蘭所測定的順-3-己烯-1-醇接近，低于芳樟醇、橙花醇、香葉醇的轉(zhuǎn)移率；玫瑰醇糖苷的轉(zhuǎn)移率略高于毛多斌所測定的萜烯醇葡萄糖苷的轉(zhuǎn)移率，但低于苯乙醇和薄荷醇葡萄糖苷轉(zhuǎn)移率，這可能與玫瑰醇糖苷結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。

2.3 糖苷裂解產(chǎn)物在卷煙主流煙氣中的釋放行為

卷煙燃吸裂解產(chǎn)物如表2所示，卷煙燃吸后檢測到揮發(fā)性產(chǎn)物共31 種，其中醛酮類最多，達到16種。Mitsui等［17］使用MassHunter 對色譜峰進行去卷積處理，在4～15 min 檢測出150 多個物質(zhì)洗脫峰。朱浩等［18］以感官導向分析方法研究了卷煙主流煙氣總粒相物中的煙熏香成分，鑒定出26 種煙熏香成分。孫玉利等［19］采用串聯(lián)冷阱捕集-氣相色譜/質(zhì)譜法分析卷煙主流煙氣氣相成分，共檢測出134 種成分。宋凌勇［20］采用GC/MS 法對卷煙主流煙氣進行分析，共檢測出47 種粒相揮發(fā)性香味成分；韓冰等［21］以熱脫附法捕集卷煙主流煙氣氣相成分，利用GC/MS 對卷煙主流煙氣氣相成分進行了分析，共鑒定出65種成分。Baker等［22-23］研究表明，在一定條件下進行熱解研究可以作為一種有用的篩選工具，適用于研究卷煙燃吸時發(fā)生顯著分解的成分。

表3 和圖2 顯示，在燃吸過程中，隨著抽吸口數(shù)的增加，玫瑰醇單體前3 口平均每口的釋香量為342.01 μg，平均每口占總釋香量的百分比為16.01%；第4～5 口平均每口的釋香量為 480.03 μg，平均每口占總釋香量的22.47%；第6.00～7.34 口平均每口的釋香量為64.37 μg，平均每口占總釋香量的3.01%；玫瑰醇糖苷前3 口平均每口的釋香量為57.18 μg，平均每口占總釋香量的 13.42%；第 4～5口平均每口的釋香量為61.13 μg，平均每口占總釋香量的14.35%；第6.00～7.19口平均每口的釋香量為60.36 μg，平均每口占總釋香量的14.17%；玫瑰醇3個階段平均每口釋香所占百分比為16.01%、22.47%、3.01%，玫瑰醇糖苷3 個階段平均每口釋香所占百分比為13.42%、14.35%、14.17%。這說明添加玫瑰醇的卷煙釋香不均勻，呈前多后少的趨勢，而添加玫瑰醇糖苷的卷煙釋香均勻，表明玫瑰醇糖苷具有緩釋作用。曾世通等［24］將β-紫羅蘭醇和β-紫羅蘭醇葡糖苷應(yīng)用于卷煙，并采用GC/MS考察了裂解產(chǎn)物中香味成分在卷煙主流煙氣中的釋放情況，β-紫羅蘭醇卷煙相應(yīng)的特征香味成分不同口數(shù)間釋放量的差異較大，呈前多后少的趨勢；β-紫羅蘭醇葡糖苷卷煙相應(yīng)的特征香味成分各口數(shù)的釋放量基本一致，與本實驗結(jié)果一致。

表2 試驗卷煙逐口抽吸釋放物的GC/MS 檢測結(jié)果Tab.2 Results of puff-by-puff emissions of test cigarettes by GC/MS （μg·支-1）

表3 試驗卷煙煙氣中玫瑰醇和玫瑰醇糖苷的釋放量與抽吸口數(shù)的關(guān)系Tab.3 Relationships between releases of rhodinol and its glycoside in cigarette smoke and puff number

圖2 抽吸口數(shù)與煙氣中玫瑰醇和玫瑰醇糖苷釋放量的關(guān)系Fig.2 Relationships between puff number and releases of rhodinol and its glycoside in cigarette smoke

2.4 感官評吸

感官描述見表4?？梢钥闯?，3 個樣品在香氣、雜氣、刺激性和余味上存在差異；添加玫瑰醇和玫瑰醇糖苷的卷煙香氣較豐滿，同時雜氣和刺激性得到改善；添加玫瑰醇糖苷卷煙的煙氣前后一致性好，逐口抽吸差異不明顯?？梢?，添加玫瑰醇糖苷卷煙既可以提供特征香氣改善口感，又可明顯改善抽吸的前后一致性。

2.5 玫瑰醇糖苷和玫瑰醇的TG-DTG曲線及穩(wěn)定性分析

玫瑰醇糖苷和玫瑰醇的TG-DTG 曲線（圖3）顯示，玫瑰醇糖苷和玫瑰醇的TG 曲線均只有1 個臺階且DTG 曲線只有1 個吸收峰，表明兩種物質(zhì)的熱降解過程都是一步完成。對TG 曲線做切線可得到，玫瑰醇質(zhì)量開始損失時的溫度約為50 ℃，最終質(zhì)量損失的溫度約150 ℃；同時，從DTG 曲線中可以得到其質(zhì)量損失速率最大時的溫度為121.4 ℃。玫瑰醇糖苷質(zhì)量開始損失時的溫度約為200 ℃，最終質(zhì)量損失的溫度約330 ℃；同時，從DTG 曲線中可以得到其質(zhì)量損失速率最大時的溫度為296.3 ℃。說明二者的熱降解過程均為熔融與降解同時進行的一步反應(yīng)。綜上可知，與玫瑰醇相比，玫瑰醇糖苷的熱穩(wěn)定性顯著提高，這對于提高其在卷煙中的應(yīng)用效果有重要意義。

表4 添加玫瑰醇及其糖苷試驗卷煙的感官評價結(jié)果Tab.4 Sensory evaluation results of test cigarettes containing rhodinol or its glucoside

圖3 玫瑰醇和玫瑰醇糖苷的TG-DTG 曲線Fig.3 TG-DTG curve of rhodinol and its glycoside

通過對卷煙燃燒過程中致香成分釋放量的研究，發(fā)現(xiàn)玫瑰醇糖苷通過燃燒產(chǎn)生特征致香成分玫瑰醇。Xie 等［25］對糖苷風味前體的熱行為和熱解機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)糖苷的熱解可以釋放對應(yīng)的芳香醇，熱解的機理屬于O-糖苷鍵的斷裂。因此推測玫瑰醇糖苷在高溫條件下可能發(fā)生了O-糖苷鍵的斷裂，從而釋放致香成分玫瑰醇。玫瑰醇糖苷的可能裂解機制如圖4所示。

卷煙燃吸時的溫度可高達700 ℃，玫瑰醇在220～240 ℃的高溫中極易揮發(fā)，當卷煙抽吸時，部分煙草經(jīng)受大約250 ℃/s 的溫度變化。煙氣在通過未燃燒煙草的過程中，余溫會使未燃燒區(qū)域的部分玫瑰醇也進入主流煙氣，并且被劍橋濾片吸附收集，從而使添加玫瑰醇的卷煙釋香不均勻，呈前多后少的趨勢；而玫瑰醇糖苷耐高溫性能較好，在200 ℃開始裂解，600～700 ℃大量裂解，在卷煙燃吸過程中隨著煙草的燃燒被逐漸分解，并均勻地釋放香料單體。

圖4 玫瑰醇糖苷的熱裂解反應(yīng)機理Fig.4 Pyrolysis reaction mechanism of rhodinol-β-D-glucoside

3 結(jié)論

將玫瑰醇和玫瑰醇糖苷添加于卷煙，燃吸后，卷煙煙氣中均能夠釋放出特征香氣物質(zhì)玫瑰醇；玫瑰醇單體和玫瑰醇糖苷燃吸后產(chǎn)生的相應(yīng)單體向主流煙氣粒相物中的轉(zhuǎn)移率分別為10.80%和2.21%；通過逐口抽吸，檢測到揮發(fā)性產(chǎn)物31 種，發(fā)現(xiàn)添加玫瑰醇的卷煙釋香不均勻，呈前多后少的趨勢；添加玫瑰醇糖苷的卷煙釋香均勻，緩釋了揮發(fā)性香味物質(zhì)，保證了釋香穩(wěn)定性。感官評吸結(jié)果表明，兩種卷煙均有明顯的玫瑰類香氣特征，香氣豐滿、細膩，雜氣和刺激性有所改善；添加玫瑰醇糖苷卷煙的煙氣前后一致性較好，釋香穩(wěn)定性較高。因此，玫瑰醇糖苷可以作為一種釋香穩(wěn)定性煙用香料前體，本研究結(jié)果可為卷煙加香提供參考。