高压制备烟草裂解油及其挥发性成分分析

杜 赫,董 露,王嘉绍**,赵怡凡,许艳冉,陈 晨,郭春生,王非易

(1.内蒙古昆明卷烟有限责任公司,内蒙古 呼和浩特 010020; 2.内蒙古烟草质量监督检测站,内蒙古 呼和浩特 010020)

卷烟燃烧产生的热解产物是形成卷烟特殊香味与吃味的重要原因，在复杂的热解过程会产生许多香气化合物包括吡啶类、呋喃类、芳香胺类、酚类和羰基化合物等产物。目前烟草研究行业多利用热裂解色质技术模仿卷烟燃吸过程，但是该技术不能大量制备裂解产物。高压液相裂解技术是模拟卷烟燃吸过程的高温裂解，在高温高压条件下，通过直接加热烟草原料，使其发生热裂解反应，得到高产量的烟草裂解油，所制备的裂解油能够保留小分子烟草香气成分[1-2]。

近年来，电子烟被认为是传统卷烟的替代品，主要结构为烟杆和烟油两部分[3]。烟油感官质量是评价电子烟吸食品质的关键因素，绝大多数电子烟的烟油与传统卷烟相比，存在烟草香气物质基础不足，在燃吸过程烟草香味欠缺，刺激性、杂气较大等缺点[4]。通过新型技术手段从烟草中提取烟碱及烟草特有香味成分，对于改善卷烟品质具有重要意义。因此，本文以烟草为原料，采用高压液相裂解技术制备烟草裂解油，通过气相色谱质谱联用技术对裂解油挥发性成分进行分析鉴定，以期为裂解油在电子烟烟油中的应用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

烟草原料为车间筛分出的烟末样品；二氯甲烷(色谱级，天津迪马科技有限公司)；无水乙醇(色谱级，天津市大茂化学试剂厂)；乙酸苯乙酯(色谱级，北京百灵威科技有限公司)；

高压反应釜(MC-MRH-X，北京满仓仪器有限公司)；电子天平(PL 203，美国Mettler Toledo公司)；气相质谱联用仪(7890B/5977A，美国Agilent公司)；超声波萃取仪(KQ5200DE，昆山市超声仪器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 制备工艺优化研究

1)提取时间的选择

准确称取 50 g 烟草粉末置于高压反应釜中，加入 100 mL 的95%乙醇，反应时间分别设为10、20、30、40、50 min，反应温度为 250 ℃，提取裂解油。

2)提取温度的选择

准确称取 50 g 烟草粉末置于到高压反应釜中，加入 100 mL 的95%乙醇，反应时间为 30 min，反应温度分别为100、150、200、250、300 ℃，提取烟末裂解油。

1.2.2 烟草裂解油得率计算方法

1.2.3 烟草高压裂解油前处理

称取高压裂解油 0.1 g 于 50 mL 具塞锥形瓶中，向锥形瓶中加入 10 mL 带内标(乙酸苯乙酯)二氯甲烷超声萃取 30 min，静置后，将适量萃取液过有机膜置于色谱瓶，待上样分析。

1.2.4 气相色谱质谱条件

色谱柱：HP-5MS(60 m×φ0.25 mm,0.25 μm)；载气：氦气；柱流速：1.0 mL/min；进样口温度：280 ℃；分流比：5∶1；程序升温：初始温度 40 ℃ 保持 5 min，以 4 ℃/min 升温至 260 ℃ 保持 10 min；进样量：1.0 μL。

电子轰击离子源(EI)；电能：70 eV；电子倍增器电压：1750 V；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；传输线温度：280 ℃；溶剂延迟：6 min。

2 结果与分析

2.1 提取时间对烟草裂解油得率的影响

提取时间对烟草裂解油提取效果的影响见图1。由图1可知，随着提取时间的延长，烟草裂解油提取率呈现先增加后减小的趋势，在30 min时达到最大。综合考虑能耗及经济性效益，提取时间选择为30 min比较合适。

图1 提取时间对烟草裂解油得率的影响

2.2 提取温度对烟草裂解油得率的影响

提取温度对烟草裂解油提取效果的影响见图2。由图2可知，随着提取温度的增加，烟草裂解油的提取率呈上升趋势，在 250 ℃ 时基本保持稳定。因此选择 250 ℃ 为最佳提取温度。

图2 提取温度对烟草裂解油得率的影响

2.3 烟草裂解油挥发性成分分析

制备的烟草裂解油经过气相色谱质谱分析，总离子流图见图3，挥发性成分分析结果如表1所示。

图3 烟草裂解油总离子流图

由表1可知，制备的烟草裂解油中共检测出89种成分，其主要化学成分为5-甲基呋喃醛(5.85 %)、烟碱(5.40 %)、5-羟甲基糠醛(4.77 %)、2,3-二甲基-2-环戊烯酮(4.27%)、糠醇(4.20 %)、巨豆三烯酮(3.92 %)、糠醛(3.92 %)、3-甲基-2-环戊烯-1-酮(3.30 %)。其中，甲基呋喃醛、羟甲基糠醛、糠醛、甲基环戊烯酮等物质具有烤香、焦甜香香气，是卷烟调香常用添加剂，使烟气细腻柔和，掩盖杂气，明显改善感官品质[5-6]；巨豆三烯酮是烟草特有香气成分之一，在卷烟中使用能增强烟香、柔和烟气，降低刺激性，并赋予一定烟草香和辛香香韵[7]；烟碱是烟草特有成分，也是调配电子烟烟油的有效成分，增强吸烟者吸食感受。

表1 烟草裂解油挥发性成分分析表

3 结论

首次采用高压液相裂解提取技术制备烟草裂解油，确定烟草高压裂解油的最佳工艺参数为提取时间 50 min、提取温度 280 ℃；利用GC-MS技术对烟草裂解油挥发性成分进行检测分析，共检测出89种成分，其主要香味成分5-甲基呋喃醛、5-羟甲基糠醛、2,3-二甲基-2-环戊烯酮、糠醇、巨豆三烯酮、糠醛、3-甲基-2-环戊烯-1-酮等赋予烤香、焦香、烟草香及辛香等特征香韵[8]，弥补烟草香气物质基础；烟碱是烟草特有成分，有效提升卷烟吸食满足感。将制备的烟草裂解油应用于电子烟烟油中[9]，对于改善卷烟品质具有重要意义，本研究可为电子烟的开发和使用提供参考。