豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)油成分分析及在卷煙加香中的應(yīng)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(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司南陽卷煙廠，河南 南陽 473007；3. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心, 河南 鄭州 450016；4. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)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(chǎn)于非洲南部，因觸碰其葉片可散發(fā)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(wěn)定[1]，其葉所提取的精油常被用于調(diào)味品、驅(qū)蟲劑、香水制作以及芳香療法[2]。豆蔻天竺葵揮發(fā)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(fā)油，并運用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)鑒定出32種成分；Khalid等[7]研究發(fā)現(xiàn)土壤水分缺失可促進豆蔻天竺葵葉中揮發(fā)油含量及其主要成分的積累。目前，中國有關(guān)與豆蔻天竺葵同屬的香葉天竺葵揮發(fā)油的研究較多[8-11]，而有關(guān)豆蔻天竺葵揮發(fā)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(fā)油，通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對其化學(xué)成分進行分析鑒定，并對豆蔻天竺葵揮發(fā)油在卷煙加香中的應(yīng)用效果進行研究，旨在為國內(nèi)特色天然煙用香料的開發(fā)提供理論依據(jù)。

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(diào)溫電熱套：98-1-B型，天津市泰斯特儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-2C型，天津市泰斯特儀器有限公司；

氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)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(fā)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(fā)油。試驗重復(fù)3次,結(jié)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(nèi)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(zhì)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(fā)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(nèi)標進行定量分析，計算各部位揮發(fā)油中化學(xué)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(fā)油按照煙絲質(zhì)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(huán)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(fā)油的卷煙主流煙氣總粒相物、焦油、煙堿和水分等常規(guī)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(shù)據(jù)分析 揮發(fā)油成分在NIST17s質(zhì)譜庫中匹配與分析，確定化合物種類，采用內(nèi)標法計算各成分相對含量。使用Excel 2019和 SPSS 26.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)油提取率

利用SDE法提取豆蔻天竺葵不同部位的揮發(fā)油，其中種子、葉、莖中揮發(fā)油提取率分別為1.15%，0.96%，0.86%，種子中揮發(fā)油提取率遠高于莖和葉，而葉中揮發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)油成分及含量與莖、葉中的存在較大差異，種子中揮發(fā)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(fā)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(fā)性成分總量的80%。偽檸檬烯和肉豆蔻酸是種子揮發(fā)油中的獨有成分，在葉、莖中均未檢出。

圖1 不同部位揮發(fā)油的總離子流色譜圖

表1 豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)油成分分析結(jié)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)境條件不同造成的。莖揮發(fā)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(fā)油物質(zhì)總量的90%，其中莖揮發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)油中相對含量較高，而在莖揮發(fā)油中未檢出。

2.3 豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)油對卷煙感官品質(zhì)的影響

由表3可知，當種子、葉、莖揮發(fā)油添加量分別為0.04%，0.06%，0.06%時，卷煙的感官質(zhì)量改善最佳，說明添加豆蔻天竺葵不同部位的揮發(fā)油可不同程度地改善和修飾煙氣，提高香氣質(zhì)和香氣量，降低刺激性和雜氣等。適量的種子揮發(fā)油能夠賦予卷煙藥草香和辛香，增加卷煙的香氣質(zhì)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(fā)油在卷煙應(yīng)用中表現(xiàn)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(xiàn)力存在較大差別，葉揮發(fā)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(fā)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(xiàn)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(fā)油在卷煙中的感官評吸結(jié)果

2.4 豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)油對卷煙煙氣化學(xué)成分的影響

由表4可知，添加種子、葉、莖揮發(fā)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(fā)油顯著高于對照，莖、葉揮發(fā)油與空白對照無顯著差異；添加種子揮發(fā)油與莖揮發(fā)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(nèi)[18-19]?？偭Ｏ辔锖徒褂秃吭黾又饕且驗闃悠肪頍熢诔槲鼤r，添加的揮發(fā)油通過自身香味物質(zhì)揮發(fā)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(fā)性粒相物和焦油含量增加[20]。雖然添加種子揮發(fā)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(fā)油，這可能是由于豆蔻天竺葵種子揮發(fā)油與莖、葉揮發(fā)油的成分差異較大。

表4 豆蔻天竺葵不同部位揮發(fā)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(fā)油添加入卷煙后由于其自身所具有的不同的香味物質(zhì)揮發(fā)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(fā)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(fā)油獨特的藥草香。D-檸檬烯是莖揮發(fā)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(fā)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(fā)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(zhì)[26-29]，這些物質(zhì)共同作用最終使莖、葉揮發(fā)油賦予卷煙獨特的清香。

3 結(jié)論

對豆蔻天竺葵不同部位提取的揮發(fā)油成分進行分析，結(jié)果表明，種子揮發(fā)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(fā)油相比于種子和莖揮發(fā)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(fā)油的提取效率較低，不能滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的需求。后續(xù)可針對提取方法進行選擇和優(yōu)化，確定最佳提取方式和提取條件。