麦芽精油成分研究及其在卷烟中应用

邹鹏，郭东锋，舒俊生，何庆，徐华军，徐峻

安徽中烟工业有限责任公司技术中心，合肥市天达路9号 230088

麦芽精油成分研究及其在卷烟中应用

邹鹏，郭东锋，舒俊生，何庆，徐华军，徐峻

安徽中烟工业有限责任公司技术中心，合肥市天达路9号 230088

采用水蒸气蒸馏法提取普通麦芽、炒麦芽和焦香麦芽的精油组分，通过GC-MS方法分析不同麦芽精油的主要化学成分，并对制备出的精油进行了卷烟添加实验。结果表明：不同麦芽的精油中均含有棕榈酸及其酯类，但其他化学成分差异较大，焦香麦芽精油中含有大量的吡嗪类化合物、糠醛类衍生物和麦芽酚，加入到卷烟中表现出突出的焦甜香韵，是较好的焦甜香香原料。

麦芽；精油；GC/MS；吡嗪

麦芽为禾本科一年生草本植物大麦的成熟果实经发芽干燥制备而成。将麦粒在水中浸泡，保持适宜的温度、湿度，待幼芽长至0.5 cm时，干燥即得生麦芽[1]。对麦芽进行焙烤，可以制备成带有特种风味的麦芽产品，如炒麦芽、焦香麦芽等[2]，这些不同类型的麦芽产品已经广泛应用在啤酒酿造行业，作为酿酒原料以及特殊的风味来源[3]。麦芽的主要成分有氨基酸、蛋白质、淀粉、黄酮、淀粉酶、生育三烯酚、5-甲基糠醛、转化糖酶、多种维生素、细胞色素等[4]，这些丰富的天然成分，使得麦芽在啤酒、饮料[5]和医学[6]等方面的应用研究较多。同时麦芽提取物也是常见的烟用添加剂，被收录在国内外卷烟香精香料允许添加名录中[7-8]，但是将不同性状的麦芽制成烟用香料的研究报告相对较少，因此针对不同性状麦芽精油进行提取并研究其主要成分，将有利于拓宽麦芽提取物在烟草行业中的应用。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

HP6890/5975气相色谱/质谱联用仪（美国Agilent公司），配有Nist2008谱库和MSDchem化学工作站；AL204-1C型电子分析天平（感量：0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）；RE-52AA型旋转蒸发仪和SHZ-Ⅲ型真空泵（上海亚荣生化仪器厂）；微量进样器（10，25和100 μL，上海光正医疗仪器有限公司）；Cijector-01型烟用加香注射机（德国Burghart公司）；恒温恒湿箱（德国Binder公司）；水蒸气蒸馏系统（安徽省天长玻璃仪器厂）；电热恒温水浴锅（金坛市晶玻实验仪器厂）；KDM型调温电热套；高速中药粉碎机（瑞安市永历机械有限公司）。普通麦芽、炒麦芽、焦香麦芽购于济南双麦啤酒原料有限公司。二氯甲烷、无水硫酸钠（分析纯）、无水乙醇（分析纯）购于国药集团。

参比卷烟是不加香料的实验用卷烟，由80%的国内各主产区烟叶和10%的梗丝、5%的膨胀烟丝、5%的薄片配方组合而成。

1.2 实验方法

1.2.1 麦芽精油制备

将麦芽在50℃下干燥3 h后，进行粉碎，过40目筛，得到麦芽粉末。准确称取100 g的普通麦芽粉末，放置在500 mL的圆底烧瓶中，加入蒸馏水300 mL，静置浸泡5 h后，将烧瓶接入水蒸气蒸馏系统，加热至110℃至水沸腾，进行水蒸气蒸馏2 h后，分出油水分离器中的油相成分，并用二氯甲烷萃取水相3次，合并有机相。加入无水硫酸钠干燥进行干燥处理后，减压低温蒸馏除去有机溶剂，得到麦芽精油样品（Sample A）。

炒麦芽制备方法为将麦芽通过文火炒制，当麦芽表面变色为棕黄色，微带焦斑时，停止炒制，得到炒麦芽产物。将炒麦芽粉碎后，取100 g粉末在110℃下进行水蒸气蒸馏，制备出炒麦芽精油产品（Sample B）。

焦香麦芽为麦芽武火炒制而成，当麦芽炒到通体焦黄，有爆声，停止炒制，得到焦香麦芽产物。将焦香麦芽粉碎后，取100 g粉末在110℃下进行水蒸气蒸馏，得到焦香麦芽精油产品（Sample C）。

1.2.2 GC-MS分析

称取0.1 g精油以及1 mL(1.1623 mg/mL)内标乙酸苯乙酯溶液，超声溶于二氯甲烷中，并定容至20 mL。加入适量无水硫酸钠干燥，并取上清液过0.45µm的微孔滤膜进GC-MS分析。GC-MS条件如下，色谱柱：HP-5MS (30 m × 0.25 mm，0.25 µm) 毛细管柱；进样口温度：250℃；载气：He 1 mL/min；进样量：1 μL，分流比10∶1；升温程序：初始温度60℃，保持5 min，然后以5℃/min升到260℃，保持15 min。传输线温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；电离能：70 eV；扫描方式：SCAN模式；质量数范围：40-450 amu；溶剂延迟：3 min。

采用Nist98谱库检索法进行定性分析，匹配度≥85%的认为是可信的。对所有样品进行初步成分分析，发现成分中未含有乙酸苯乙酯成分，且添加乙酸苯乙酯后，该物质出峰位置为16.7 min左右，基本没有明显干扰峰，因此选择乙酸苯乙酯为检测内标，采用内标法对成分含量进行定量，定量公式为Mi=C内标Ai/（A内标Fi）。式中，Mi为i物质在精油中的质量含量（mg/g）；C内标为内标加入精油中在精油中的质量含量（mg/g）；Fi为相对校正因子，假定校正因子为1;Ai和A内标分别为i物质和内标的峰面积。

1.2.3 卷烟加香和感官评价

将Sample A、Sample B和Sample C用75%的乙醇稀释，用Cijector加香注射机按照不同的用量将样品注射到参比卷烟中，加香烟支在温度为（22±1）℃，相对湿度为（60±2）%的环境中平衡48 h，对照样品为注射相同量溶剂的参比卷烟。由安徽中烟技术中心评吸委员会7名评委组成的评吸小组，分别针对香气质、香气量、浓度、杂气、刺激、余味和焦甜香特征等各项指标进行评价。

2 结果及讨论

2.1 麦芽精油制备

采用相同条件制备得到不同的麦芽精油Sample A、Sample B和Sample C,对它们的产率和物性进行比较，结果如表1所示。3种麦芽精油收率相比，普通麦芽精油收率较高，其他两种相对收率较低。Sample A为无色油状产物，带有明显的油脂气息和谷物气息，放置较长时间会发出油脂酸败味。Sample B为浅黄色油状产物，香气表现为类似谷物蒸煮的烘烤香，并带有明显的油脂气息。Sample C为淡黄色油状产物，带有明显的焦甜香和烘烤香，基本不表现出油脂气息，长时间放置气味基本不发生变化。

表1 水蒸气蒸馏法制备的不同麦芽精油性状比较Tab.1 Properties of different types of malt essential oils extracted by steam distillation

2.2 麦芽精油GC/MS结果

对3个样品进行GC-MS分析，图1为3个样品的总离子流情况。比较各个样品的GC-MS色谱图，Sample A的色谱图中保留时间在0～20 min的区域出现较强的物质峰，在30～40 min，出现峰值最高的物质；Sample B保留时间0～20 min的区域出现系列小峰，而更多的成分保留时间达到了30～40 min；Sample C主要的离子峰集中在0～20 min区域，在30～40 min区域物质相对峰值较小。对比来看，此3种麦芽精油GC谱图有较大的差别，具体化学成分上有一定的差异。

将得到的GC-MS谱图1a、1b和1c对比检索NIST98图谱库，鉴定出所含有的主要化学成分，结果如表2所列。普通麦芽精油中共检测出30种主要化学成分，其中酯类和内酯11种、有机酸6种、杂环类化合物6种、醛和缩醛化合物5种和醇类2种等。含量最高的成分为棕榈酸，每克精油中含有棕榈酸169 mg，其次为糠醛，相对含量有111 mg/g，此外如糠酸甲酯、苯乙醛、苯乙醛缩醛等化合物含量相对较高。从炒麦芽精油中共鉴定出35种主要化学成分，其中酸类化合物9种，酯类化合物6种，醛和缩醛类化合物7种，杂环化合物6种（吡嗪类3种），酮类化合物4种，醇类化合物3种等。从含量来看，棕榈酸含量最高，在精油中含量达到了472 mg/g，其次为棕榈酸乙酯，含量为83 mg/g，其他化合物相对含量较低。部分化合物如麦芽酚和杂环类化合物虽然含量不高，但是阈值较低，因此其气味将影响精油产品嗅香的具体表现。从焦香麦芽中共鉴定出56种主要化学成分，其中杂环类化合物22种（吡嗪类15种），酮类化合物8种，酚类化合物6种，醛类化合物6种，酯类化合物6种，酸类化合物5种等。从含量来看，含量最高的是5-甲基糠醛和糠醛，相对含量分别达到了156 mg/g和97 mg/g，其次为2,6-二甲基吡嗪，在精油总质量中占到65 mg/g，愈创木酚含量约36 mg/g，甲基吡嗪相对含量为27 mg/g，值得一提的是棕榈酸含量仅为33 mg/g。焦香麦芽精油中还含有大量的吡嗪衍生物，它们虽然相对含量不是特别高，但是由于阈值低，将影响精油产物的香气表现。

比较3个样品的化学成分可得，Sample A和Sample B中棕榈酸都是含量最高的成分，在Sample B中相对含量更是达到了472 mg/g，而在Sample C中，棕榈酸含量相对较低，仅为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。从主要致香成分来看，Sample A主要成分有棕榈酸，带有油脂气息，其次为糠醛、苯乙酸、糠酸甲酯等，赋予精油以部分烘烤香和焦甜香气息；Sample B的主要成分是棕榈酸，带有明显的油脂气息，其次为含有较多的杂环类化合物，特别是吡嗪类化合物，赋予精油一定的烘烤香气息；Sample C中含有大量的5-甲基糠醛和糠醛，以及大量的吡嗪类化合物和麦芽酚等，这些化合物均表现为焦甜香和烘烤香香气特征，从而造成了Sample C精油的主要香气表现为焦甜香。

图1 不同麦芽精油的GC-MS谱图Fig.1 The GC-MS spectrums of different types of malt essential oils

表2 不同麦芽精油化学成分比较Tab.2 Comparison between chemical components of different malt essential oils

表2 （续）

表2 （续）

2.3 卷烟感官评价结果

将提取的精油按照一定比例添加到卷烟中，进行小组评价，评吸结果如表3所示。Sample A添加到卷烟中，添加量在5 mg/kg时，有焦甜风格表现，更大添加量时，舒适性指标变差，卷烟香气中带有油脂气和粉气；Sample B添加到卷烟中，添加量为5 mg/kg时，表现烘烤香和焦甜香风格，更多添加时，同样表现为油脂气，并伴随着口感涂层的增加；而Sample C添加到卷烟中，5 mg/kg开始香气质有所改善，赋予卷烟协调的焦甜香风格，添加到20 mg/kg焦甜香表现明显，香气量明显增加，甜感增加，当添加到50 mg/kg时，刺激性增加，香气指标有所下降。

表3 添加不同精油产品在烤烟中的评吸结果Tab.3 Flavoring evaluation of different types of malt essential oils in flue-cured cigarettes

综合上述感官评价结果，普通麦芽精油可以以5 mg/kg少量添加在卷烟中；炒麦芽虽然表现出明显的焦甜香风格，但是油脂气息较重，添加到卷烟中香气虽然有增加，但会造成口感指标变差；焦香麦芽精油添加到卷烟中，能增加卷烟的焦甜香风格，改善口感，降低刺激性，掩盖杂气，20 mg/kg 的添加量相对较为适宜。

3 结论

以水蒸气蒸馏法制备普通麦芽、炒麦芽和焦香麦芽等3种麦芽精油，通过GC-MS检测出3种精油的主要化学成分，其中普通麦芽30种、炒麦芽35种、焦香麦芽56种。普通麦芽精油中含有较多的棕榈酸和其他酸性成分，炒麦芽精油中棕榈酸和棕榈酸酯的含量更高，可见适度的烘烤有利于较高分子量有机酸的生成。与之相比，焦香麦芽中棕榈酸含量相对较低，说明较高强度的烘烤将使得有机酸含量下降。焦香麦芽精油与其他两种精油相比，含有大量的吡嗪类化合物，如甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪等，说明较高强度的烘烤炒制工艺有利于吡嗪类化合物的生成。从香气来看，焦香麦芽精油中含有大量的5-甲基糠醛等糠醛类化合物、吡嗪类衍生物、麦芽酚等，这些化学成分均表现为焦甜香气息，使得焦香麦芽精油整体表现为焦甜香香气特征。将3种麦芽精油添加到卷烟中，普通麦芽和炒麦芽的精油使得卷烟带有麦芽气息和烘烤香气息的同时，均带来较强的油脂气息，会造成卷烟香气质的下降和口感涂层的增加，而焦香麦芽精油能赋予卷烟焦甜香特征，增加香气量，掩盖杂气，同时油脂气息较弱，是较好的焦甜香特征烟用香料。

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典(一部)[M].北京:中国医药科技出版社,2010,145-146.

[2]贺丹霞，荣亮，秦民坚，等.大麦籽粒、生麦芽、炒麦芽和焦麦芽中黄酮类化合物的含量分析[J].中药材，2012(11),1747-1751.

[3]陈之贵,张五九.特种麦芽风味化学的研究[J].啤酒科技 ,2001(7)：19-22.

[4]凌俊红,王金辉,王楠,等.大麦芽的化学成分[J].沈阳药科大学学报,2005(4)：267-270.

[5]粟婉媛,张菊芳.麦芽提取物在发酵饮料中的应用[J].饮料工业,2011(7)：15-17.

[6]王晓飞,周金影,金向群,等.麦芽的药理研究及临床应用[J].中成药,2007(11)：1677-1679.

[7]谢剑平.国内外烟用添加剂法律法规汇编[M].北京: 化学工业出版社.2010: 126-271.

[8]谢剑平.国内外烟用添加剂法律法规汇编[M].北京: 化学工业出版社.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 文献标志码：A 文章编号：1004-5708（2014）02-0047-07

中式卷烟增香保润重大专项子项目“通过加香加料提高膨胀烟丝使用价值”(No：110201201014)

邹鹏（1982—），博士，工程师，研究方向为烟用香料和烟草科学，Tel：0551-65738641，Email：atrpraft@163.com

2013-08-28