在线裂解-冷肼捕集-气相色谱/质谱联用法分析桂花净油热裂解挥发性成分
2019-04-04
(广东中烟工业有限责任公司技术中心，广州 510385)
桂花属木犀科木犀属,是我国特有的常绿阔叶灌木或小乔木经济树种，主要分布于广西、江苏、浙江、湖南、湖北等地[1]。桂花香精广泛应用于食品、化妆品、香皂香精，也可用于酒用香精及烟用香精中，是我国特产的天然香料之一[2]。桂花香精香气幽雅浓郁而留长，具有幽清香韵的甜清花香，以紫罗兰酮类的柔甜为主，兼带玫瑰的清甜和醇甜。
在桂花净油或精油香气成分的研究方面，施婷婷等[3]综述了桂花花朵香气成分的研究进展，包括桂花花朵香气成分的物质种类、影响因素、提取与分析方法等，并综述了桂花花朵香气成分的提取与分析方法主要有：水蒸气蒸馏法、挥发性有机溶剂萃取法、动态顶空法、超临界萃取法、固相微萃取法以及活性炭吸附丝吸附法等；麦秋君[4]采用气相色谱-质谱联用技术分析了桂花净油的香气成分，共鉴定出35种香味成分，主要包括顺式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、茶香螺烷B、茶香螺烷A、芳樟醇、芳樟醇环氧化物、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸、亚麻酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等特征成分；徐继明等[5]用水蒸汽蒸馏法对江苏产桂花精油进行了提取，并用GC-MS 联用仪对其有效成分进行了测定，鉴定的香味成分主要是萜烯、醇类、氧化芳樟醇类、5-己基二氢呋喃-2-酮、紫罗兰酮类、邻苯二甲酸酯类等；张坚[6]以干银桂为原料，采用微波-同时蒸馏萃取和超临界萃取两种方法进行桂花精油的提取，分析精油的成分及其相对百分含量，并与固相微萃取中的挥发性成分相比较，并确定了精油的主要芳香成分。固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术(SPME-GC/MS)是分析精油或净油中挥发性香味成分的有效手段。
热裂解-气相色谱/质谱联用技术可有效模拟燃烧产物的分析，已广泛应用于香精香料、烟用辅料及烟丝等样品的模拟燃烧产物的挥发性成分鉴定与半定量测定[7-10]。桂花净油作为卷烟烟丝配方设计中常用的烟用香精之一，其参与燃烧裂解后挥发性成分的组成情况是配方人员需了解掌握的，以便于调整配方设计。桂花净油的热裂解产物挥发性成分分析研究的文献较少，本实验采用在线裂解-冷肼捕集-气相色谱/质谱联用法分析桂花净油热裂解挥发性成分，旨为桂花净油的应用提供理论数据支撑。
1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料
仪器：气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司，7890A-5975C)；CDS 5250T热裂解仪(美国CDS公司)；分析天平(感量0.0001 g，瑞士METTLER TOLEDO公司)。
试剂：无水乙醇、正己烷、甲醇(分析纯，德国Merck公司)；高纯氦气(纯度>99.999%)、液氮、氮氧混合气(氧气占9%)(佛山科的气体化工有限公司)。
材料：桂花净油(广东中烟提供)。
1.2 试验方法1.2.1 热裂解条件
热裂解测试条件[7,10]：
使用微量注射器准确吸取2 μL桂花净油注入载有石英棉的石英裂解管内，在氮氧混合气(氧气占9%)氛围下进行热裂解。裂解升温程序：初始温度300℃(保持5 s)，以30℃/s的速率升至900 ℃，保持5 s；载气流量：70 mL/min；冷阱(液氮制冷)：捕集温度：-60 ℃；冷阱进样条件：在5 min内由-60 ℃升至280℃。
气相色谱-质谱联用仪条件：
a)色谱柱：DB-5MS弹性毛细管柱；规格，30m(长度)×0.25mm(内径)×0.25μm(膜厚)；升温程序：初始温度40 ℃，保持3 min，以10 ℃/min的速率升至240 ℃，再以20 ℃/min的速率升至280℃，保持15 min；分流比：100∶1；质谱传输线温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150℃；质量扫描范围： 29～450a.m.u；溶剂延迟时间：3 min。
1.2.2 桂花净油成分分析
使用微量注射器准确吸取2 μL桂花净油注入气相色谱仪进样口，按1.2.1中气相色谱-质谱联用仪条件进行分析，采用NIST 2008 和WILEY07标准谱库检索定性，采用峰面积归一化法半定量。
1.2.3 热裂解产物定性及半定量分析
热裂解产物应用质谱谱库进行检索定性，采用RTE积分方式，峰面积归一化百分含量半定量计算。
2 结果与讨论
2.1 桂花净油成分分析结果
根据GC/MS分析得出桂花净油成分响应总离子流色谱图(图1)，结合NIST 2008和WILEY07标准谱库检索定性及响应峰面积归一化百分比含量得出桂花净油成分定性半定量结果(表1)。
由表1可知，桂花净油主要成分包括顺式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇环氧化物、香叶醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、对甲氧基苯乙醇、β-二氢紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰醇、γ-癸内酯、β-紫罗兰酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、4-羟基-β-紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰酮、3-氧代-α-二氢紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰醇、棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸、亚麻酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等成分，其中顺式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇环氧化物等成分具有典型的花香香气，香气清新飘逸并有淡弱的柑橘类果香韵调；茶香螺烷具有松木样木香、薄荷脑样气息，并有微弱的凉香香气；β-二氢紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰醇、β-紫罗兰酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、4-羟基-β-紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰酮、3-氧代-α-二氢紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰醇等成分具有紫罗兰花香气，并有木香香韵，香气清甜浓郁；γ-癸内酯具有令人愉快的桃子特征香气，浓度低时还有奶油样香气；棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸、亚麻酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等高级脂肪酸及其酯类具有微弱的蜡质的甜的花果香香气。以上主要成分共同构成桂花净油特征香气味。
图1 桂花净油总离子流色谱图
序号保留时间裂解化合物名称CAS号百分含量(%)18.75己酸142-62-10.0729.19己酸乙酯123-66-00.06310.50顺式芳樟醇氧化物34995-77-21.77410.77反式芳樟醇氧化物5989-33-31.86510.96芳樟醇78-70-60.75611.18苯乙醇60-12-80.35711.95对乙基苯酚123-07-90.67812.12芳樟醇环氧化物14049-11-70.73912.18芳樟醇环氧化物14049-11-71.121012.52α-松油醇98-55-50.111113.28香叶醇106-24-10.531213.43壬酸112-05-00.101313.654-乙基愈创木酚2785-89-90.111413.91壬酸乙酯123-29-50.091514.11茶香螺烷B36431-72-80.57
续表1
2.2 桂花净油热裂解产物分析
根据Py-GC/MS分析得出桂花净油热烈解产物成分响应总离子流色谱图(图2)，结合NIST 2008和WILEY 07标准谱库检索定性及响应峰面积归一化百分比含量得出桂花净油热裂解产物主要成分定性半定量结果(表2)。
图2 桂花净油热裂解产物总离子流色谱图
由表2可知，桂花净油热裂解产物主要挥发性成分包括顺式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇环氧化物、香叶醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、对甲氧基苯乙醇、β-二氢紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰醇、γ-癸内酯、β-紫罗兰酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、4-羟基-β-紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰酮、3-氧代-α-二氢紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰醇、棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸、亚麻酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等桂花净油原有特征香味成分，这些成分可能在热裂解测试中发生原形转移。热裂解测试与桂花净油原有成分总离子流色谱图中最大的区别是原有成分中含量很高的高级脂肪酸棕榈酸与亚麻酸在热裂解测试产物中的含量极低或未检出，表明这两种成分可能发生了热裂解或转化生成了其它成分。同时，在热裂解产物主要挥发性成分中发现有正己醛、正庚醛、对甲氧基苯乙烯、对丙基苯甲醚、2,6-Dimethyl-1,7-octadien-3,6-diol、Ethyl 9-oxononanoate等成分，可能为热裂解转化而来。
表2 桂花净油热裂解主要产物成分及半定量结果
续表2
续表2
2.3 方法重复性评价
根据上述Py-GC/MS方法，分别取5份桂花净油样品进样分析，以考察本方法的重复性，选取热裂解产物中涵盖低、中、高含量的9种主要挥发性成分进行计算，结果见表3。
表3 桂花净油热裂解测试重复性评价结果
由表3可知，5次平行实验条件下，含量在1%以下的挥发性成分重复性RSD小于20%，含量在1～10%之间的挥发性成分的重复性RSD为2.66～7.22%，含量在大于10%的挥发性成分重复性RSD小于5%。因此，本方法满足桂花净油热裂解产物主要挥发性成分的分析测试要求。
3 结论
本实验采用在线热裂解-冷肼捕集-气质联用技术分析了桂花净油热裂解产物中主要挥发性成分，从桂花净油热裂解产物中共鉴定并半定量了46种主要挥发性成分，主要包括顺式芳樟醇氧化物、反式芳樟醇氧化物、芳樟醇、芳樟醇环氧化物、香叶醇、茶香螺烷A、茶香螺烷B、对甲氧基苯乙醇、β-二氢紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰醇、γ-癸内酯、β-紫罗兰酮、3-氧代-α-紫罗兰醇、4-羟基-β-紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰酮、3-氧代-α-二氢紫罗兰酮、3-氧代-β-二氢紫罗兰醇、棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸、亚麻酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等桂花净油原有特征香味成分，这些成分可能在热裂解测试中发生原形转移，而原有成分中含量很高的高级脂肪酸棕榈酸与亚麻酸在热裂解测试中可能发生了热裂解或转化生成了其它成分。本方法重复性较好，可满足桂花净油热裂解产物主要挥发性成分的分析测试要求。
