液相色譜富集分離再造煙葉生產(chǎn)濃縮蒸發(fā)冷凝液中的香味成分

張利濤，李華雨*，田泱源，王毅博

1.河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司技術(shù)中心，河南省許昌市金葉大道666號461000

2.北京理工大學(xué)珠海學(xué)院材料與環(huán)境學(xué)院，廣東省珠海市香洲區(qū)金鳳路6號519088

再造煙葉生產(chǎn)過程中，煙草原料經(jīng)過水三級逆流提取，提取液濃縮后涂布在基片上形成產(chǎn)品。國內(nèi)再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)在濃縮工藝段大多采用多效濃縮蒸發(fā)器或蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器［1］，在提取液濃縮過程中，有30%以上的煙草香味成分進(jìn)入濃縮蒸發(fā)冷凝液中［2］，另外，提取液濃縮時(shí)溫度在55～85℃之間，有助于發(fā)生不同程度的美拉德反應(yīng)［3］。因此，濃縮蒸發(fā)冷凝液中富含煙草香味成分，富集分離這些香味成分對于再造煙葉品質(zhì)提升具有重要意義。中壓制備色譜的操作壓力低（0～1.38 MPa），主要用于產(chǎn)品的分離與純化［4］。大孔吸附樹脂是不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹脂，具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可選擇性吸附水溶液中的有機(jī)物，目前已在環(huán)保［5］、食品［6］、醫(yī)藥［7］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外有關(guān)茶葉和葡萄酒在濃縮過程中香味成分的回收已有研究報(bào)道［8-11］，但再造煙葉濃縮蒸發(fā)冷凝液中煙草香味成分的回收研究鮮見報(bào)道。為此，利用中壓制備色譜及大孔吸附樹脂，將濃縮蒸發(fā)冷凝液中的香味成分富集、分離并制備成含有不同煙草香味成分的乙醇溶液，以期為再造煙葉濃縮蒸發(fā)冷凝液中不同煙草香味成分的富集、分離提供一種方法，并為再造煙葉產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司某品牌產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的濃縮蒸發(fā)冷凝液；X-5大孔吸附樹脂（鄭州勤實(shí)科技有限公司）。

二氯甲烷、丙酮（AR，鄭州派尼化學(xué)試劑廠）；無水硫酸鈉（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠）；氯化鈉（AR，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司）；乙酸苯乙酯（標(biāo)準(zhǔn)品，99.3%，美國Sigma公司）；無水乙醇（≥99.7%，鄭州派尼化學(xué)試劑廠）；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

Reveleris X2 Flash中壓制備色譜儀［內(nèi)置蒸發(fā)光散射（ELSD）和紫外檢測器，美國Grace公司］；氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（GC/TOFMS）（美國Leco公司）；自動(dòng)進(jìn)樣器（美國Gerstel公司）；0.22 μm有機(jī)相針頭過濾器（天津富集色譜技術(shù)發(fā)展公司）。

1.2 方法

1.2.1 濃縮蒸發(fā)冷凝液富集分離條件

流動(dòng)相A為蒸餾水，B為無水乙醇；梯度洗脫：0～30 min內(nèi)B溶液由0升高至100%，保持10 min；流速：20 mL/min；檢測波長：UV1為220 nm、UV2為254 nm、UV3為280 nm；平衡時(shí)間：2 min；收集瓶體積：25 mL；收集瓶數(shù)量：25個(gè)；收集模式：收集所有溶液。

1.2.2 內(nèi)標(biāo)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取1.045 g乙酸苯乙酯，用乙醇溶解，并定容至100 mL，置于4℃冰箱中保存。

1.2.3 樣品處理與分析

（1）濃縮蒸發(fā)冷凝液。量取50 mL濃縮蒸發(fā)冷凝液置入500 mL分液漏斗中，分3次向分液漏斗中加入60 mL二氯甲烷進(jìn)行香味成分萃??；合并萃取液，加入15μL內(nèi)標(biāo)溶液及適量無水硫酸鈉，置于冰箱中干燥過夜；過濾，將萃取液在46℃水浴中濃縮至2.0 mL，用有機(jī)濾膜過濾；進(jìn)行GC/TOFMS分析。

（2）柱后流出液。量取600 mL柱后流出液置入1 000 mL分液漏斗中，處理方法同濃縮蒸發(fā)冷凝液。

（3）含水的回收溶液。量取9 mL回收溶液放入100 mL分液漏斗中，分3次向分液漏斗中加入9 mL二氯甲烷進(jìn)行香味成分萃?。缓喜⑤腿∫?，加入15μL內(nèi)標(biāo)溶液及適量無水硫酸鈉，在4℃冰箱中過夜；用有機(jī)濾膜過濾，進(jìn)行GC/TOFMS分析。

（4）不含水的回收溶液。量取9 mL回收溶液，加入15μL內(nèi)標(biāo)溶液及適量無水硫酸鈉，于4℃冰箱中過夜，用有機(jī)濾膜過濾，進(jìn)行GC/TOFMS分析。

（5）GC/TOFMS分析條件。色譜柱：Rxi-5sil MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；進(jìn)樣口溫度：250℃；載氣：高純氦氣；載氣流速：1.0 mL/min；爐溫平衡時(shí)間：1 min；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣；分流比：50∶1；進(jìn)樣量：1μL；升溫程序：50℃280℃（5 min）；電離方式：EI；電離能量：70 eV；采集速率：10 spec/s；檢測器電壓：1 550 V；離子源溫度：250℃；傳輸線溫度：280℃；掃描離子范圍：35～600 amu；溶劑延遲：3 min；質(zhì)譜掃描方式：全掃描模式；平滑譜圖所需點(diǎn)數(shù)：6；峰寬：6 s。

對樣品中的香味成分利用NIST08標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索，相似度800以上的化合物結(jié)合煙草中含有物質(zhì)的相關(guān)文獻(xiàn)［12-18］定性分析，特征峰作為定量離子，特征離子的峰面積作為相對量的參考，各化合物相對量采用化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積比值處理。

1.2.4 富集分離溶液的感官評價(jià)

將富集分離的溶液按照0.5%添加到再造煙葉絲中，采用YC/T 530—2015［19］的方法對回添了富集分離溶液的再造煙葉進(jìn)行感官質(zhì)量評價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 濃縮蒸發(fā)冷凝液中香味成分的富集、分離和制備

將40 g樹脂在丙酮中浸泡過夜后慢慢裝入填充柱，壓緊，利用中壓制備色譜儀依次用200 mL乙醇和200 mL蒸餾水活化柱子，以80 mL/min流速將4 L濃縮蒸發(fā)冷凝液加載到填充柱，收集柱后流出液，然后以不同比例的乙醇水溶液洗脫，洗脫梯度見1.2.1節(jié)。圖1為梯度洗脫時(shí)富集分離溶液的瓶號及紫外吸收、ELSD譜圖。

圖1富集分離溶液樣品的紫外吸收光譜和蒸發(fā)光散射譜圖Fig.1 UV absorption and ELSD evaporative light-scattering spectra of enriched and separated solution samples

根據(jù)圖1紫外吸收及ELSD譜圖，把富集分離的溶液分為6段，表1為富集分離溶液的分段、每 段溶液的保留時(shí)間，對應(yīng)圖1中的瓶號及富集分離溶液的體積。

表1富集分離溶液的保留時(shí)間及體積Tab.1 Retention time and volume of enriched and separated solution

2.2 富集分離溶液的香味成分分析

2.2.1 Ⅰ段富集分離溶液

Ⅰ段富集分離溶液的GC/TOFMS總離子流圖譜見圖2，共鑒定出24種香味成分，測定的化合物見表2?？芍患蛛x出的呋喃類及其衍生物種類較多，其中呋喃類化合物2種、呋喃醛類2種、呋喃醇類2種、呋喃酮類8種，呋喃類化合物是具有特殊氣味的一類物質(zhì)［17-18］；苯甲醇及苯乙醇相對量較高，芳香醇類化合物是烤煙揮發(fā)油中最重要的具有較平和花香味的物質(zhì)［18］；2-乙?；量┫鄬α扛撸驶ㄏ沩?，是對煙草香氣有一定作用的物質(zhì)［17］。

圖2Ⅰ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion current chromatogram of enriched and separated solution from SectionⅠ

表2Ⅰ段富集分離溶液中香味成分的相對量①Tab.2 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅠ

2.2.2 Ⅱ段富集分離溶液

收集的Ⅱ段富集分離溶液GC/TOFMS總離子流圖譜見圖3，共鑒定出71種香味成分，見表3?？芍?，富集分離出的香味成分較多，尤其是含氮雜環(huán)類、酸類、酚類及烷烴類化合物。含氮雜環(huán)類化合物共19種，其中吡嗪類化合物8種，以二取代和三取代吡嗪為主，相對量均較低。吡啶類化合物6種，其中2,3'-聯(lián)吡啶相對量高。有機(jī)酸類化合物15種，約占此富集分離溶液總揮發(fā)成分的5.6%，其中戊酸、己酸及十六酸相對量較高，甲基丁酸、苯甲酸、苯乙酸次之。酚類化合物8種，其中2,4-二叔丁基苯酚相對量依然較高，其次是2-甲氧基-4-乙烯基苯酚。脂肪烴類化合物15種，占此溶液總揮發(fā)成分的23.6%，酮類化合物8種，異佛爾酮及2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1,4-二酮的相對量高，醇類化合物3種，但相對量均較高。

2.2.3 Ⅲ段富集分離溶液

圖3Ⅱ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.3 Total ion current chromatogram of enriched and separated solution from SectionⅡ

表3Ⅱ段富集分離液中香味成分的相對量Tab.3 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅡ

表3（續(xù)）

Ⅲ段富集分離溶液GC/TOFMS總離子流圖譜見圖4，共鑒定出25種香味成分，見表4?？芍?，富集分離出的化合物主要為酮類和酯類，其中酮類12種，異 佛 爾 酮、3-羥 基-α-大 馬 酮 及9-羥基-4,7-巨豆二烯-3-酮相對量較高；酯類4種，但二氫獼猴桃內(nèi)酯的相對量非常高，占此富集分離溶液中總揮發(fā)成分的36.7%。1-甲基-4-（1-甲基乙烯基）環(huán)己醇的相對量高，占溶液中總揮發(fā)成分的27.6%。其他如酚類、酸類、烯類、烯醛類及呋喃類化合物種類少且相對量也較低。

圖4Ⅲ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.4 Total ion current chromatogram of enriched and separated solution from SectionⅢ

表4Ⅲ段富集分離溶液中香味成分的相對量Tab.4 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅢ

2.2.4 Ⅳ段富集分離溶液

Ⅳ段富集分離溶液GC/TOFMS總離子流圖譜見圖5，共鑒定出18種香味成分，見表5?？芍?，Ⅳ類富集分離出的化合物主要為高級脂肪醇、萜醇類及少部分的酮類化合物，其中2-甲基-1-十一醇及2-甲基-5-辛炔-4-醇的相對量高，醇類化合物占此溶液總揮發(fā)成分的28%；回收成分中茄尼酮等3種酮類化合物相對量均較高，其他如酸類、酚類、氧雜環(huán)類及酯類化合物種類少且相對量較低。

圖5Ⅳ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.5 Total ion current chromatogram of enriched and separated solution from SectionⅣ

表5Ⅳ段富集分離溶液中香味成分的相對量Tab.5 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅣ

2.2.5 Ⅴ段富集分離溶液

保留時(shí)間在21.0～27.0min時(shí)，紫外220、254及280 nm均有較強(qiáng)的紫外吸收，在25.0～27.0 min時(shí)蒸發(fā)光譜圖也有吸收峰，因此Ⅴ段富集分離溶液包括了2部分溶液，分別進(jìn)行了GC/TOFMS分析，圖6為2部分溶液的總離子流色譜圖，共鑒定出31種香味成分，見表6?？芍?，Ⅴ段富集分離出的化合物主要為類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物，酮類共15種，其中可增加煙草花香香味的關(guān)鍵致香成分β-大馬酮相對量非常高，占此溶液總揮發(fā)成分的46%，茄尼酮及6,10-二甲基-5,9-十一雙烯-2-酮的相對量也比較高，巨豆三烯酮的4個(gè)同分異構(gòu)體均在此解析溶液中。高級脂肪酸有3種，氧雜環(huán)化合物有2種，相對量均比較高，其他如醇、醛、烯及酯類化合物種類少且相對量較低。

表6Ⅴ段富集分離溶液中香味成分的相對量Tab.6 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅤ

圖6Ⅴ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.6 Total ion current chromatogram of enriched and separated solution from SectionⅤ

表6（續(xù)）

2.2.6 Ⅵ段富集分離溶液

保留時(shí)間在27.0～31.5 min時(shí)，紫外與蒸發(fā)光均無吸收，GC/TOFMS分析結(jié)果顯示（圖7）富集分離溶液中不含致香成分。31.5～35.0 min有一較大的220 nm紫外吸收及蒸發(fā)光色譜峰（圖1），GC/TOFMS分析結(jié)果顯示，保留時(shí)間在26.67 min處有一相對豐度較大的峰，分析其成分為植醇，占溶液總揮發(fā)成分的61.1%，植醇具有清香、輕度辛辣味道［18］，其他成分有降植烯及植物呋喃（表7）。

圖7保留時(shí)間27.0～31.5 min及Ⅵ段富集分離溶液的總離子流色譜圖Fig.7 Total ion current chromatogram of and enriched and separated solution from SectionⅥat retention time of 27.0-31.5 min

表7Ⅵ段富集分離溶液中香味成分的相對量Tab.7 Relative contents of aroma components in enriched and separated solution from SectionⅥ

2.3 富集分離溶液的感官質(zhì)量評價(jià)

以再造煙葉絲為對照，回收溶液按照0.5%添加，感官評價(jià)結(jié)果見表8。Ⅰ類回收溶液中富含呋喃類、呋喃類衍生物及芳香醇類化合物，可增加煙香。Ⅱ類回收溶液中富含吡嗪類、吡啶類等氮雜環(huán)化合物，增加產(chǎn)品的煙味厚實(shí)感，富含酸類、酚類及高級烷烴類化合物，使產(chǎn)品偏酸性，增加產(chǎn)品潤度。Ⅲ類回收溶液中富含酮類和酯類化合物，二氫獼猴桃內(nèi)酯含量高，酮類化合物增加甜香，二氫獼猴桃內(nèi)酯增加煙香。Ⅳ類回收溶液中含較多的高級脂肪醇類、萜醇類及少量酮類化合物，使產(chǎn)品透發(fā)性較強(qiáng)、清新感稍增。Ⅴ類回收溶液中富含類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物，此類產(chǎn)物與香氣質(zhì)呈極顯著正相關(guān)且正面影響較大［20］。Ⅵ類回收溶液中植醇含量高，增加產(chǎn)品清香感。成分的分析結(jié)果與添加產(chǎn)品后的感官評價(jià)結(jié)果一致。表8說明不同的富集分離溶液對再造煙葉產(chǎn)品具有不同的作用，優(yōu)化使用可以提升產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。

表8 6段富集分離溶液的感官質(zhì)量評價(jià)描述Tab.8 Description of sensory quality evaluation of enriched and separated solutions from six sections

2.4 濃縮蒸發(fā)冷凝液中香味成分的回收率

4 L濃縮蒸發(fā)冷凝液加載到柱子后，收集柱后流出液約4 L，按照1.2.3節(jié)處理和分析樣品，以［1-（柱后流出液峰面積總和×濃縮蒸發(fā)冷凝液中內(nèi)標(biāo)的峰面積）/（12×濃縮蒸發(fā)冷凝液峰面積總和×柱后流出液中內(nèi)標(biāo)的峰面積）］計(jì)算香味成分的回收率為83.51%，說明填料富集回收濃縮蒸發(fā)冷凝液中香味成分的回收率良好。

3 結(jié)論

①利用X-5大孔吸附樹脂富集再造煙葉濃縮蒸發(fā)冷凝液中的煙草香味成分，回收率為83.51%。②利用中壓制備色譜及大孔吸附樹脂可根據(jù)產(chǎn)品需求將濃縮蒸發(fā)冷凝液中的煙草香味成分富集分離為6段含有不同香味成分的溶液。③以再造煙葉絲為對照品，對富集分離的6段溶液進(jìn)行感官評價(jià)，6段富集分離溶液對再造煙葉產(chǎn)品感官質(zhì)量具有不同的正向作用，均可提升產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。