豆蔻天竺葵不同部位挥发油成分分析及在卷烟加香中的应用

殷鸿飞 陈建中 李耀光 - 刘穗君 赵万莹 陈孟起 袁要红 李怀奇 苏同福 景延秋

(1. 河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2. 河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南 南阳 473007；3. 河南中烟工业有限责任公司技术中心, 河南 郑州 450016；4. 河南农业大学理学院，河南 郑州 450002)

豆蔻天竺葵[Pelargoniumodoratissimum(L.) L’Her．ex Ait]是牻牛儿苗科天竺葵属亚灌木状多年生草本植物，原产于非洲南部，因触碰其叶片可散发似苹果香味，又名苹果香草、碰碰香。豆蔻天竺葵可入药，味辛性温，具有提神醒脑、清热解暑、消炎消肿的功效，同时具有独特的香味，香气甜蜜而持久稳定[1]，其叶所提取的精油常被用于调味品、驱虫剂、香水制作以及芳香疗法[2]。豆蔻天竺葵挥发油具有抗菌[3]、抗真菌[4]、杀虫和抗氧化[5]等特性，Pombo等[6]采用水蒸气蒸馏法从豆蔻天竺葵叶和花中提取挥发油，并运用气相色谱—质谱联用技术鉴定出32种成分；Khalid等[7]研究发现土壤水分缺失可促进豆蔻天竺葵叶中挥发油含量及其主要成分的积累。目前，中国有关与豆蔻天竺葵同属的香叶天竺葵挥发油的研究较多[8-11]，而有关豆蔻天竺葵挥发油的提取及运用的研究尚未见报道。

文章拟运用同时水蒸气蒸馏—溶剂萃取法(SDE)提取豆蔻天竺葵种子、叶和茎不同部位中的挥发油，通过气质联用技术对其化学成分进行分析鉴定，并对豆蔻天竺葵挥发油在卷烟加香中的应用效果进行研究，旨在为国内特色天然烟用香料的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

豆蔻天竺葵盆栽及种子：市售；

单料烟样品烟丝：河南南阳烟站；

二氯甲烷、无水硫酸钠：分析纯，富宇精细化工有限公司；

乙酸苯乙酯：99%，阿拉丁试剂(中国)有限责任公司；

电热鼓风干燥箱：101-1AB型，泰斯特仪器有限公司；

电子分析天平：JA2003型，感量0.001 g，上海衡平仪器有限公；

电子调温电热套：98-1-B型，天津市泰斯特仪器有限公司；

旋转蒸发仪：RE-2C型，天津市泰斯特仪器有限公司；

气相色谱/质谱联用仪：GCMS-QP2020NX型，日本Shimadzu公司；

吸烟机：RM200A型，德国Borgwaldt公司。

1.2 试验方法

1.2.1 挥发油提取 采用同时水蒸气蒸馏—溶剂萃取法(SDE)[12]提取豆蔻天竺葵种子、叶和茎挥发油。试验重复3次,结果取其平均值。

1.2.2 GC-MS分析

(1) 色谱条件：Rtx-5ms色谱柱，柱长30 m，内径0.25 mm，膜厚0.25 μm；进样口温度250 ℃，分流比10∶1；柱箱温度采用程序升温，初始温度50 ℃保持5 min，以2 ℃/min升温至80 ℃保持0 min，以3 ℃/min升温至230 ℃保持16 min，以12 ℃/min升温至280 ℃保持8 min；载气为氦气，流速1.93 mL/min。

(2) 质谱条件：电子轰击离子源为EI源，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，电子能量70 eV，倍增器电压0.9 kV，扫描范围50～650 amu。

(3) 定性及定量分析：挥发性成分采用图谱库NIST17s检索定性，选取匹配度大于90%的化合物进行分析，以乙酸苯乙酯作为内标进行定量分析，计算各部位挥发油中化学成分的相对含量。

1.2.3 卷烟试验样品的制备 将已提取的不同部位的豆蔻天竺葵挥发油按照烟丝质量的0.02%，0.04%，0.06%，0.08%用喉头喷雾器均匀地喷洒至烟丝上。将加香烟丝和未加香烟丝(喷洒相同量的乙醇)于温度(22±1) ℃和相对湿度(60±2)%的环境下平衡48 h，用卷烟器制成烟支以备评吸检测。

1.2.4 主流烟气指标测定 参照文献[13-16]的方法测定添加豆蔻天竺葵不同部位挥发油的卷烟主流烟气总粒相物、焦油、烟碱和水分等常规成分释放量，平行3次。

1.2.5 感官评价 参照文献[17]。

1.2.6 数据分析 挥发油成分在NIST17s质谱库中匹配与分析，确定化合物种类，采用内标法计算各成分相对含量。使用Excel 2019和 SPSS 26.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 豆蔻天竺葵不同部位挥发油提取率

利用SDE法提取豆蔻天竺葵不同部位的挥发油，其中种子、叶、茎中挥发油提取率分别为1.15%，0.96%，0.86%，种子中挥发油提取率远高于茎和叶，而叶中挥发油提取率略高于茎。

2.2 豆蔻天竺葵不同部位香味成分

豆蔻天竺葵不同部位挥发油的总离子流色谱图见图1。由表1、表2可知，豆蔻天竺葵种子、叶和茎3个不同部位挥发油中共鉴定出81种化合物，种子、叶、茎中分别为53，50，47种，其中种子、叶和茎三者中共有化合物25种。豆蔻天竺葵种子中挥发油成分及含量与茎、叶中的存在较大差异，种子中挥发油成分以烯烃类、醇类、醚类为主，酚类、酯类、酸类相对含量较少。种子挥发油中相对含量较高的成分有4-萜烯醇(110.54 mg/g)、肉豆蔻醚(81.81 mg/g)、b-水芹烯(58.33 mg/g)、榄香素(54.78 mg/g)、γ-松油烯(46.27 mg/g)、甲基丁香酚(42.91 mg/g)，伪柠檬烯(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)，黄樟素(29.83 mg/g)占挥发性成分总量的80%。伪柠檬烯和肉豆蔻酸是种子挥发油中的独有成分，在叶、茎中均未检出。

图1 不同部位挥发油的总离子流色谱图

表1 豆蔻天竺葵不同部位挥发油成分分析结果

表2 豆蔻天竺葵不同部位精油成分的相对含量

豆蔻天竺葵叶、茎中挥发油成分种类相似，均以醇类、烯烃为主，但相对含量存在较大差异。叶挥发油中相对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-柠檬烯(33.86 mg/g)，与文献[6]相比，叶中挥发油主要成分相似但含量有所不同，可能是由于所选豆蔻天竺葵样品的温度、相对湿度、采收时间、土壤等环境条件不同造成的。茎挥发油中鉴定出47种成分，有33种成分与叶相同，共有成分含量占茎挥发油物质总量的90%，其中茎挥发油成分以D-柠檬烯(45.56 mg/g)、芳樟醇(13.26 mg/g)、二氢芳樟醇(12.11 mg/g)和松油烯(11.93 mg/g)为主。茎、叶挥发油共有成分中，除D-柠檬烯(叶33.86 mg/g；茎45.56 mg/g)在叶挥发油中含量低于茎外；其余芳樟醇(叶90.04 mg/g；茎13.26 mg/g)、肉豆蔻醚(叶59.09 mg/g；茎0.08 mg/g)、4-萜烯醇(叶13.23 mg/g；茎4.68 mg/g)、二氢芳樟醇(叶33.34 mg/g；茎12.11 mg/g)、β-杜松烯(叶24.64 mg/g；茎6.78 mg/g)、松油烯(叶21.68 mg/g；茎11.93 mg/g)、乙酸龙脑酯(叶21.68 mg/g；茎11.93 mg/g)等成分在叶挥发油中的含量均远高于茎。此外，邻伞花烃(23.15 mg/g)、大牛儿烯D(22.89 mg/g)、甲基丁香酚(14.70 mg/g)、叶绿醇(14.67 mg/g)和异丁香酚甲醚(10.39 mg/g)等主要成分在叶挥发油中相对含量较高，而在茎挥发油中未检出。

2.3 豆蔻天竺葵不同部位挥发油对卷烟感官品质的影响

由表3可知，当种子、叶、茎挥发油添加量分别为0.04%，0.06%，0.06%时，卷烟的感官质量改善最佳，说明添加豆蔻天竺葵不同部位的挥发油可不同程度地改善和修饰烟气，提高香气质和香气量，降低刺激性和杂气等。适量的种子挥发油能够赋予卷烟药草香和辛香，增加卷烟的香气质和香气量，但在一定程度上掩盖了卷烟本身的烟香。叶和茎挥发油在卷烟应用中表现的香韵类型比较一致，均赋予卷烟清香、果香和木香，但两者香韵表现力存在较大差别，叶挥发油香韵更为丰富，能够赋予卷烟较好的清甜感，提升烟气细腻程度，明显改善卷烟的香气和刺激性，有效抑制了杂气。而茎挥发油对改善卷烟香气的效果较为薄弱，只有添加量>0.06%时才显现出清香和木香，且对烟气、刺激性、杂气的改善效果较弱。

表3 豆蔻天竺葵不同部位挥发油在卷烟中的感官评吸结果

2.4 豆蔻天竺葵不同部位挥发油对卷烟烟气化学成分的影响

由表4可知，添加种子、叶、茎挥发油的卷烟烟气中总粒相物较空白对照均显著增加(P<0.05)；烟气中的焦油含量只有种子挥发油显著高于对照，茎、叶挥发油与空白对照无显著差异；添加种子挥发油与茎挥发油的卷烟烟气中水分含量与对照呈显著差异(P<0.05)，而其他烟气指标烟碱和一氧化碳含量与对照相比变化幅度均较小，皆在正常卷烟烟气变化幅度之内[18-19]。总粒相物和焦油含量增加主要是因为样品卷烟在抽吸时，添加的挥发油通过自身香味物质挥发和烟气洗脱等方式将香味成分带到烟气中，使烟气中的挥发性粒相物和焦油含量增加[20]。虽然添加种子挥发油的卷烟烟气中总粒相物含量高于叶和茎，但其焦油含量也高于茎和叶，从而使得感官不如叶挥发油，这可能是由于豆蔻天竺葵种子挥发油与茎、叶挥发油的成分差异较大。

表4 豆蔻天竺葵不同部位挥发油在卷烟中加香后主流烟气成分†

豆蔻天竺葵种子、叶、茎挥发油添加入卷烟后由于其自身所具有的不同的香味物质挥发进入烟气中，从而赋予卷烟独特的香味气息和抽吸感官，如在种子挥发油中含有肉豆蔻醚、榄香素、甲基丁香酚、黄樟素、月桂烯、异丁香酚甲醚等重要的致香成分[21-23]，这些成分综合作用形成了种子挥发油独特的药草香。D-柠檬烯是茎挥发油中相对含量最高的成分，其本身具有清新的柠檬果香[24]；叶挥发油中的主要成分芳樟醇具有典型的花香香气和淡弱的柑橘类果香韵[25]；叶和茎挥发油中共有成分中还存在α-乙酸松油酯、乙酸龙脑酯、叶绿醇、β-蒎烯、石竹烯、甲基丁香酚等众多致香物质[26-29]，这些物质共同作用最终使茎、叶挥发油赋予卷烟独特的清香。

3 结论

对豆蔻天竺葵不同部位提取的挥发油成分进行分析，结果表明，种子挥发油的提取率远高于茎和叶，但从香味成分和卷烟加香方面看，叶挥发油相比于种子和茎挥发油对卷烟增香、降低刺激性和杂气、改善吃味有更为显著的效果，是一种理想的天然烟用香料。但其挥发油的提取效率较低，不能满足目前工业生产的需求。后续可针对提取方法进行选择和优化，确定最佳提取方式和提取条件。