（分析化学专业论文）色谱指纹图谱结合化学计量学对烟用香精香料配方剖析的研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 烟用香精香料在生产中分为三类：香原料单体，分供方产品和企 业加香加料产品。香原料单体来源一般不具有唯一性；而分供方产品 来源具有唯一性。企业加香加料产品是由调香师对分供方产品进行二 次调配后得到的。本课题的目的在于通过对香原料单体和分供方产品 化学成份的彻底剖析，逐步从现阶段用分供方产品调配企业加香加料 产品过渡到直接用香原料单体调配企业加香加料产品。解决这个问题 的关键在于对复杂香精配方进行剖析。香精配方剖析需要从一种复杂 体系( 香精) 中定性另一种复杂体系( 精油、浸膏、酊剂等) ，联用 仪器结合化学计量学方法则成为香精配方剖析的必然选择。本文比较 了各种前处理方法对烟用香精香料的适用性，确立了以正己烷超声提 取对烟用香精香料进行前处理，以g c m s 分离检测的样品分析方法， 并对烟用香精香料配方剖析进了初步探索。 论文第一章绪论部分介绍了烟用香精香料的的分类，综述了烟用 香精香料行业现状和香精香料前处理方法研究现状，阐述了化学计量 学在香精香料配方剖析中的重要性。 第二章比较了正己烷超声提取、二氯甲烷超声提取、同时蒸馏萃 取，固相微萃取，正己烷溶剂萃取和二氯甲烷溶剂萃取等前处理方法 对乌梅浸膏分析结果的影响。通过对g c 肿s 分析结果和稳定性的考 察，选择正己烷超声提取作为建立特征色谱指纹图谱数据库的前处理 方法。对乌梅浸膏挥发性物质的固相微萃取条件进行了研究，确定了 乌梅浸膏固相微萃取的最佳条件：萃取纤维头为聚二甲基硅氧烷 ( p d m s ) ，平衡温度为7 0 ，采样时间4 5 m i n 。 第三章利用色谱指纹图谱技术和化学计量学方法建立精油特征 色谱指纹图谱数据库，并对混配香精中的精油进行智能识别。 第四章对两种配方用香精进行了剖析，真实图谱与模拟图谱的相 似度均在o 9 以上且气味扫描仪测定归为一类。实现了烟用香精的配 方定性识别，初步探索了剖析复杂配方的方法。 关键词烟用香精香料，指纹图谱，配方剖析，化学计量学 a b s t r a c t t o b a c c of l a v o u r sa n de s s e n c e si n p r o d u c t i o na r ec l a s s i f i e da s m o n a d i cp e 墒m e ，p r o d u c t so fs u b - s u p p l i e r sa n dp r o d u c t so ff e e d i n g p e r 如m eb yt o b a c c oe n t e 印r i s e s m o n a d i cp e r 如m ei sg e n e r a l l yn o tu n i q u e ； a n dp r o d u c t so fs u b s u p p l i e r s 舶mu n i q u e p r o d u c t so ff e e d i n gp e m m e b yt o b a c c oe n t e 印d s e s a r e p r o d u c t so ft h es e c o n dd e p l o y m e n tb y p e r 向m e ru s i n gt h ep r o d u c t so fs u b s u p p l i e r s t h ep u 叩o s eo ft h i ss u b j e c t i st h et r a n s i t i o ng r a d u a l l y 缸) mt h ec u r r e md 印l o y m e n to fe n t e r p r i s e p r o d u c t su s i n gp r o d u c t so fs u b s u p p l i e r st ot h es i n 9 1 ed e p l o y m e n tu s i n g m o n a d i cp 曲m e d i r e c t l yb ya n a l y s i n gc o m p l e t e l ym o n a d i cp e r 如m ea n d p r o d u c t so fs u b s u p p l i e r s s o l u t i o nt ot h i sp r o b l e ml i e si na n a l y s i n gt h e r e c i p eo f t o b a c c of l a v o u r sa n d e s s e n c e s a n a l y s i so ft h er e c i p eo ft o b a c c o f l a v o u r sa n de s s e n c e sn e e dq u a l i t a t i v ea n a l y s i sm ) mac o m p l e xs y s t e m ( n a v o u ra n de s s e n c e ) t oo m e rc o m p l e xs y s t e m s ( e s s e n t i a lo i l s ，e x t r a c t s ， t i n c t u r e s ，e t c ) ，s oh y p h e n a t e dc h r o m a t o g r 印h i ci n s t r u m e n t sc o m b i n e d w i t hc h e m o m e t r i cm e t h o d sh a sb e c o m ea ni n e v i t a b l ec h o i c ef o r a n a l y s i n g t h e r e c i p eo ft o b a c c o n a v o u r sa n de s s e n c e s i nt h i s p a p e r ， t h e 印p l i c a b i l i t yo fv a r i o u sp r e t r e a t m e n t so nt o b a c c of l a v o u r sa n de s s e n c e s i s c o m p a r e d a n dh e x a n eu l t r a s o n i ce x t r a c t i o na s p r e t r e a t m e n ta n d g c m sa st h em e t h o do fs e p 删i o na n dd e t e c t i o na r ee s t a b l i s h e d b e s i d e ， a n a l y s i so ft h er e c i p eo ft o b a c c of l a v o u r sa n de s s e n c e si sp r e l i m i n a w d i s c u s s e d i nt h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e i r ，t h ec l a s s i f i c a t i o no ft o b a c c on a v o u r s a n de s s e n c e sa n dt h ec o m p a r i s o no ft h em e t h o d st oe x t r a c tt o b a c c o n a v o u r sa n de s s e n c e sa r ei n t r o d u c e df 0 1 1 0 w e db yt h ei m p o r t a n c eo f 印p l 姐n gc h e m o m e t r i cm e t h o d si n 锄a l y s i so ft h er e c i p eo ft o b a c c o n a v o u r s i nc h 印t e r 柳o ，t h ei m p a c t so fd i f i f e r e n tp r e t r e a t m e n t sw h i c hc o n t a i n h e x a n eu l t r a s o n i c e x t r a c t i o n ，d i c h l o r o m e t h a n eu l t r a s o n i ce x t r a c t i o n s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ，s 0 1 i d _ p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，h e x a n e s o l v e n te x t r a c t i o na n dd i c h l o r o m e t h a n es o l v e n te x t r a c t i o no na n a l v s i s r e s u l to ff m c t u s m m n ec o n c r e t e a r e c o m p a r e d h e x a n eu l t r a s o n i c i l 硕士学位论文a b s t r a c t e x t r a c t i o ni sd e t e m l i n e da s1 ) r e - t r e a t m e n tt oe s t a b l i s ht h ec 1 1 i o m a t o 舒邳h i c f i n g e r p r i n td a t a b a s e o p t i m a lc o n d i t i o n sf o rt h ee x t r a c t i o no fv o l a t i l e c o n s t i t u e n t s 行o mf r u c t l j s m u m ec o n c r e t e u s i n gs o l i d - p h a s e m i c r o - e x t r a c t i o nm e t h o d ( s p m e ) a r es t u d i e d p d m s 助e rs 锄p l i n g 4 5 m i ni nm ee q u i l i b r i u mt e m p e r a t u r eo f7 0 i sd e t e m l i n e da st h e o p t i m u me x 仃a c t i n gc o n d i t i o n i n c h a p t e rt h r e e ，t h ec h r o m a t o g r 印h i cf i n g e 印r i n td a t a b a s e o f e s s e n t i a lo i l si se s t a b l i s h e d b yu s i n gc h r o m a t o g r a p h i cf i n g e 印r i n t t e c h n o l o s a n dc h e m o m e t r i cm e t h o d s t h ee s s e n t i a lo i l so fb l e n d i n g f o n l l u l aa r ei d e n t m e di n t e l l e c t u a l l v i nt h e1 a s t c h a p t e r ，t w ok i n d so fp i o d u c t s o fs u b s u p p l i e r sa r e a n a l y z e d t h e i rs i m i l a r i t y o fr e a l c h r o m a t o g r a m a n ds i m u l a t i v e c h r o m a t o g r a ma r eb o t hm o r et h a nn i n e t yp e r c e n ta n dt h e i rs m e na r e m e a s u r e dt h es a m ec l a s sb yo d o rs c a n n e r t h eq u a l i t a t i v ei d e n t i f i c a t i o no f t h er e c i p eo ft o b a c c on a v o u r sa n de s s e n c e si sr e a l i z e da n da n a l y s i so ft h e i e c i p eo ft o b a c c on a v o u r sa n de s s e n c e si sp r e l i i i l i n a r yd i s c u s s e d k e yw o l u d st o b a c c on a v o u r sa n de s s e n c e s ， f i n g e 印r i n t s ，r e c i p e a n a l y s i s ，c h e m o m e m c s l i i 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 烟用香精香料是专供各种烟草制品加香矫味使用，使之在燃吸时产生良好烟 气效果的一种烟草制品的添加剂，它是卷烟产品的“灵魂”，是卷烟制品形成风格 特色的奥秘所在。烟用香精香料是卷烟生产不可缺少的原料，其配方也是各大香 精香料公司和烟草工业企业的核心技术之一。我国“中式卷烟”追求在原料和工艺 上形成中国特色的核心技术。这“灵魂”在“中式卷烟”研制和生产中将发挥着独特 的关键作用i l 圳。 1 1 烟用香精香料概述 香料是从带香物质中提取或以人工合成方法得到的致香物质的总称，是配置 香精的原料，因此也称之为烟用香原料。通常根据香料的来源，可将其分为天然 香料和合成香料两大类，目前已知天然香料有3 0 0 0 多种，合成香料更达到7 0 0 0 余种，并且新的品种还在不断涌现。天然香料是从各种天然植物的花、果、叶、 茎、根、皮或动物的分泌物中提取出来的致香物质【2 】。合成香料又分为天然等同 香料和合成香料：天然等同香料是指自然界中已经发现，但是由人工合成的香料， 目前卷烟工业使用的多为这类物质为主；合成香料是指人工合成的尚未在自然界 中发现的香料物质，合成香料一旦在自然界被发现，便应归属于天然等同香料。 烟用香精香料在生产中分为三类：香原料单体，分供方产品和企业加香加料 产品。香原料单体来源一般不具有唯一性；而分供方产品来源具有唯一性。企业 加香加料产品是由调香师对分供方产品进行二次调配后得到的。 常用的烟用香原料按照产品形态，可以分为精油、净油、浸膏、酊剂、树脂、 香膏等。 1 ) 精油( e s s 铋t i a lo i l ) ：亦称挥发油或芳香油。是一种从芳香植物中提取 出来的挥发性油状液体，是植物性天然香料的主要品种。精油的制法主要有两种： 一种是以植物的花、叶、枝、皮、茎、草、根、果、籽、树脂等为原料，经水蒸 气蒸馏制取。例如玫瑰油、茉莉油、薄荷油、薰衣草油、鸢尾油、八角茴香油、 冷杉油等的生产；另一种是将柑桔类的全果或果皮，经压榨法制取，例如柑桔油、 甜橙油、圆柚油、柠檬油、香柠檬油等的生产。精油的生产是天然香料工业的重 要组成部分。 硕士学位论文第一章绪论 2 ) 浸膏( e x 仃a c t ) ：从广义上说，是指用有机溶剂浸提香料植物器官( 有时 包括香料植物的浸出物树胶或树脂) 所得到的香料制品。所得到的香料制品中应 不含原有的溶剂和水分。浸膏中除含有香成份精油外，还含有相当数量的植物蜡、 色素等。在室温时，它呈蜡状固态，有时有结晶物质析出，也不会溶于乙醇中。 浸膏的生产是天然香料工业的重要组成部分。例如罗望子浸膏、树苔浸膏、赖百 当浸膏、桂花浸膏、茉莉浸膏等的生产。 3 ) 酊剂( t i n 咖e ) ：用一定浓度乙醇，在加热( 一般 6 0 ) 或加热回流的 条件下，浸提芳香植物、植物的渗出物以及动物的分泌物，乙醇浸提液经冷却、 澄清过滤或过滤后部分浓缩的制品。例如枣酊、香荚兰酊、黑香豆酊等。 4 ) 净油( a b s o l u t eo i l ) ：用乙醇萃取浸膏或香树脂、香脂、含香蒸馏水的 萃取液，经冷冻处理，滤去不溶于乙醇的全部物质，然后在减压下低温蒸去乙醇， 所得的产物统称为净油。它们是：浸膏净油、香树脂净油、香脂净油和含香蒸馏 水净油。 5 ) 香膏( b a l m ) ：香膏是香料植物由于生理或病理的原因而浸出带有含香 成分的树脂样物质。香膏大半呈半固态或粘稠液态，不溶于水，而全溶或几乎全 溶于乙醇中；在烃类溶剂中只部分溶解。 6 ) 树脂( r e s i n ) ：树脂有天然树脂和人工制备的树脂。天然树脂是植物渗 出植株外的萜类化合物因受空气氧化而形成的固态或半固态物质，不溶于水。如 黄连木树脂、和枫香树脂等，但大多数天然树脂是没有香气的。制备的树脂是将 天然树脂中的精油去除后的制品，典型的样品如松香。 烟用香精香料按其功用可分为酮类、醇类、酯类、醛类、烃类、醚类、氰类 等香料，也就是常说的用途不同的添加剂，如甜味剂、酸味剂、增香剂、保润剂、 助燃剂、防腐剂等。烟用香精香料的应用非常讲究，通常是按o 3 3 的比例， 根据不同卷烟的风格特性和叶组特点，添加性能不同的烟用香精香料。添加什么 样的烟用香精香料，添加多少，按什么样的比例来添加，都是以科学的工艺流程 和工艺特色为依据。如果主料烟与香精香料搭配不当，或比例不协调，放多或放 少，早放迟放，调配程序不对等，都将影响卷烟的“色、香、味”。 烟用香精按其添加到烟叶的工序和对抽吸产生的不同效果，可分为烟用加表 香精和烟用加料香精【3 j 。 1 ) 烟用加表香精( t o pd r e s s i n gf l a v o r ) ：香烟用的香精。为突出香烟品牌的 特色而使用。香烟加表香精则是用于消除加料香精所不能抑制的刺激性和粗糙 感，调出合适的香味，是决定各种品牌香型的香精，在烟叶切细后卷绕前加香( 二 次加香) 。一般的加表香精是挥发油、净油、合成香料为中心的醇溶性或稀醇可 溶的香精。配方示例( g ) ：乙酸乙酯2 、庚酸乙酯1 、郎姆醚o 5 、香叶油o 0 3 、 2 硕士学位论文第一章绪论 树苔净油o 5 、桂叶油0 0 5 、丁香花蕾油o 0 8 、黑香豆酊5 、吐鲁浸膏0 1 、秘 鲁浸膏2 、枣子酊1 5 、乙酸1 、云烟净油1 、酸枣酊5 、7 0 乙醇6 6 7 4 ，合计 l o o g 。指喷洒加香所用香精。香精喷洒在烟丝上，然后进入卷烟工序。 2 ) 烟用加料香精( c a s i n gn a v o r ) 又名包装沙司。烟草业用语，是和在烟叶 调制最后阶段添加( 二次加香) 的加表香精相对应的用语。加料香精的使用目的 是协调使用原料的成份的组成、形成圆润的香味，在烟叶切细之前( 一次加香) 以达到提高烟叶的物理性能和改善烟叶的香味。为了改善香烟的口味，最初添加 于原料烟叶的水溶性液体( 一次加香) 。以水、甘油、丙二醇等水溶性溶剂为基 质加入大量的糖类以及各种果汁浓缩物、甘草浸膏、槭糖浆、可可粉、各种香料 浸出物等进行复杂的配合。配合的内容根据对象烟叶的种类、品质经过严密研究 确定加入。常用香料有乙二醇、丙三醇、山梨醇、乳酸等保湿剂，柠檬酸、苹果 酸、酒石酸等酸味剂，白糖、葡萄糖、糖蜜等甜味剂，可可、甘草、缬草根、无 花果、葡萄、大枣等浸液及槭糖、蜂蜜、树脂等烟气矫正剂以及各种食用香料等。 在烟叶预处理过程中添加，然后进入切丝工序。 烟用香精香料通常按其对烟草的品吸贡献分不同的系列，不同的烟用香精系 列具有不同的作用。见表1 1 。 表1 1 烟用香精的系列及作用 系列作用 复烤烟用香精系列保润、防霉、防虫、缩短片烟醇化周期 低次烟叶处理烟用香精系列 减少低次烟叶的杂气和刺激性，改善吸味，提高香气质量 降焦剂系列在不改变原有香气、吃味和劲头的基础上，降低烟草中的 焦油含量 烤烟型烟用香精系列改善吸味，减少刺激性，使余味舒适，提高香气质，增加 香气浓度 烤烟型表香香精系列去除杂气，使嗅香与吸香谐调一致；改善吃味，减轻刺激 性，提高香气质 混合型里料香精系列可补充白肋烟的不足成份，改善白肋烟的品质和提高白肋 烟的吸味 混合型表料香精系列能谐调烤烟与晾晒烟的香味 梗丝烟用香精系列去除杂气，减少刺激性，去除辛辣味 梗丝表香香香精系列去除杂气，减少刺激性，改善余味，补充烟香 硕士学位论文第一章绪论 续上表 膨胀丝烟用香精系列改善吸味，减少刺激性，去除杂气 膨胀丝表香香精系列减少刺激性，改善余味，去除杂气 烟草薄片烟用香精系列掩盖或削弱薄片的各种杂气，衬托和增补烟香，改善吃味 烟草薄片表香香精系列 卷烟改良剂 烟草增香剂 去除或削弱杂气，增补烟香，调剂薄片和烟丝燃烧时烟香 的协调性 减少刺激性，改善吃味和余味，降低杂气 衬托烟香，提高香气质，增加香气浓度 烟用香料香精的添加对烟草的品吸贡献不可忽略，是构成香烟品牌风格的重 要因素，因而对烟用香精香料的分析和质量控制对香烟生产和品牌的保证具有非 常重要的作用。香精香料分析一般包括样品预处理、香气化合物的采集、浓缩、 检测，定性定量、综合评价等步骤。 1 2 烟用香精香料行业现状分析 国际上著名的香料公司有：美国的i f f 、瑞士的奇华顿( g i v a u d 砌和芬美益 ( f i n n e i l i c h ) 、英国的q r l l e s t 和b b a ( b u s h b o o l 演l l e l l ) 、日本的高砂( t a k a s a g o ) 和长 谷川( h a s e g a w a ) 、馨森和德威龙等。世界八大香料公司占有世界2 3 的市场份额， 其它数百个公司的业务构成了剩下的l 3 。世界香料工业在2 0 世纪8 0 年代还是 一个高度分散的工业，但随着世界香料工业集团的合并和重组，这些公司的销售 额都大为提高，他们在本土( 地区) 的销售额仅占3 0 5 0 ，其余5 0 7 0 的香料香精产品销售到其他国家和地区。并且几大香料公司都非常重视科研创 新，每年的科研创新的费用都是其销售额的5 到1 0 ，广招人才，改进生产条 件，装备更先进的仪器设备，市场逐年扩大，而且各大公司都是融香精和香料于 一体，视香精为最终产品，以香精占领市场的目标十分明确【4 】。 国内香料香精生产的科技含量不高，能供应烟用香料香精的企业多半是浅加 工国外已调配好的香精，深加工的比较少。随着我国宽领域、多层次的改革开放， 国内很多香料香精企业纷纷开展与国外公司的业务往来，直接进口国外调配好的 香精，再根据卷烟企业的需要进行简单加工，为国内卷烟企业提供了可选择的进 口香料香精。其次，全世界的烟草行业都高度重视烟用香料香精的开发和应用， 4 硕士学位论文第一章绪论 而且把能生产高品质香精香料的技术当作自己的秘密武器，以谋求在激烈的市场 竞争中占据有利的地位。 目前，国内烟草行业的仿香和调创香技术主要依赖于调香师的个人经验和品 味，尚无系统的客观的方法去对未知香精进行剖析，更谈不上对仿香和创香提供 理论基础。目前，在调香行业已积累了很多经验，如图1 1 和图1 2 所示。图1 1 为林翔云【5 】在参考捷里聂克香气分类体制和叶心农等的香气理论的基础上总结 出的气味“对角补缺”和“相邻补强”性质图。图1 2 为林翔云【5 】总结的自然界香味 的相生相克关系图。这些香味关系图反映了调香师的丰富经验的积累，但是尚未 用到烟草行业。另外，对于每种香料，都有香味评价指标，如香比强值，香品值 和留香值，这些有益的数据亦尚未应用到烟草行业。随着计算机的快速发展和调 香经验的日益丰富，我们认为：调香经验的数据库化与计算机辅助模拟的结合， 势必对调香技术的发展产生重大影响，会大大促进烟用香料香精的发展，而且能 够将调香师从繁重的仅依赖于经验的仿香实验中解脱出来，充分利用现有的各种 香料数据，高效的进行仿香和创香工作。但是，这一块研究在烟草行业仍处于空 白，应是以后发展的重点方向，可望为烟草行业带来可观的经济效益。 图1 1 自然界气味关系图 硕士学位论文 第一章绪论 图1 2 自然界香味相生相克关系图 1 3 香料香精的前处理方法研究现状 传统的香料香精的提取分为两类，一类是从是以致香植物的花、枝、叶、草、 根、皮、茎、籽或果实等为原料，用水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨法、吸收法等 方法，提炼成精油、浸膏、酊剂、香脂、香树脂和净油等，如玫瑰油、茉莉浸膏、 香荚兰酊、白兰香脂、吐鲁香树脂、水仙净油等，统称为一次提取物；另一类是 对一次提取物进行再处理，获得能直接用于现代仪器分析的样品，统称为二次提 取物。因为烟草企业直接使用的是成品的香精香料产品，是卷烟生产企业不可或 缺的原料，因此对烟用香精香料的化学组成进行准确的定性和定量分析具有非常 重要的意义。除精油和部分表香香精等可以直接稀释后进行g c m s 分析外，大 部分香料香精都需要进行适当的前处理，有效提取出特征香味成分后，才能进行 g c m s 分析，常见的前处理方法有以下几种： 1 ) 蒸馏法 蒸馏法主要包括共水蒸馏、水蒸气蒸馏、分子蒸馏。 共水蒸馏法中原料直接受热，易焦化并会破坏某些香气成分，目前很少使用。 水蒸汽蒸馏法则避免了香精香料长时间在高温下发生破坏性分解、水解或聚 合，使香精香料的质量和提取效率都得到了一定的提高。吕金顺【6 】等用水蒸汽蒸 馏法对江苏产桂花精油进行了提取，并用c c m s 联用仪对其有效成分进行了测 定。 6 硕士学位论文 第一章绪论 分子蒸馏法是目前较好的一种蒸馏方法，该方法特别适合分离沸点高、黏度 大、热敏性的天然产物。它是根据分子运动的平均自由程的差别，在极高真空条 件( 绝对压加o 1 3 3 p a ) 使液体在远低于其沸点的温度下分离。许松林【7 】利用分子蒸 馏的特点对多种精油进行一系列精制提纯研究，成功除去了产品中的杂味和颜 色，避免了传统提纯方法的缺陷。 2 ) 萃取法 萃取法主要包括同时蒸馏萃取法( s d e ) 、溶剂萃取法( s e ) 、超临界流体萃 取法( s p e c 0 2 ) 等。 同时蒸馏萃取法将水蒸气蒸馏和馏出液的溶剂萃取两步合二为一。同时，由 于s d e 法所获得的组分是通过有机溶剂萃取所得的溶液，体积较大，便于操作， 避免了通常蒸馏法提取精油时在器壁上吸附损失及转移微量精油时的操作困难。 另外，s d e 法的溶剂可以循环使用，提高了溶剂的利用率；s d e 法是相对密封 的系统里面进行的，因而对易挥发的香精香料组分的损失比较小。由此可见，同 时蒸馏萃取的方法的提取效率将会比较高。黄建国【8 】等以二氯甲烷作溶剂，采用 同时蒸馏萃取法提取，用g c 和g c m s 检测，建立了烟用香精中挥发性成分的 定性和定量分析方法，共鉴定了5 9 种成分。 溶剂萃取法的优点是操作简单，且可通过选择不同的萃取溶剂而有选择地提 取致香成分。但是萃取液的残留和萃取过程中香气成分的损失是萃取法的缺陷。 从萃取液中有效地除去溶剂且尽量降低致香成分的损失是溶剂萃取法面临的重 要问题。溶剂萃取法可以加辅助条件，以提高其提取效率，减低香气成分的损失。 例如，超声溶剂萃取，可以在减少人工操作的同时采用半封闭系统，减少致香成 分的损失；连续液液萃取，在封闭的系统里面连续萃取，溶剂可以循环使用，可 以减低溶剂的使用量，提高溶剂的使用率，朱晓型9 】等利用连续液液提取技术分 离山楂酊的香味成分，共鉴定出3 8 种化合物。余开辉【lo 】等用连续液液萃取提取 咖啡因，该方法操作简便；减少溶剂消耗，降低实验成本；更不容易损坏；提取效率 高，缩短实验时间的优点。 超声溶剂萃取分为液一液、液固萃取，应用较多的是液固萃取，多用于植物 类中的化学成分提取，储国海【i i 】等以二氯甲烷超声溶剂萃取提取烟草致香成分， 用h p 6 8 9 0 5 9 7 3 g c m s 进行了定性分析，鉴定出茄酮等1 1 2 种致香成分。超声 溶剂液液萃取的应用比较少，未见有报道用于香精香料的液一液超声萃取。邓义 敏【1 2 】采用超声波萃取富集水样中苯并( a ) 芘，具有萃取效果好，操作简便、快速、 通用性强的特点，用于自来水、河水和水源水的分析结果令人满意。 超临界流体萃取是以处于临界温度和压力状态的超临界流体作萃取剂进行 萃取的。该方法特别适合于易氧化、热敏性物质的萃取，可得到纯度高、安全性 7 硕士学位论文 第一章绪论 好、芳香成分损失少的呈香物质。o o z i 一1 3 l 等研究了从薄荷叶中提取薄荷油，讨 论了温度、压力、时间、c 0 2 用量以及夹带剂对精油萃取的影响。 另外，最近也见有文献报道微量液液萃取法提取香精香料。利用饱和食盐 水为介质，用微量的萃取剂充分萃取香精香料，再通过毛细管取样，溶剂操作简 单、快速、准确且环保。李掣h 】采用微量液液萃取法对某种烟用香精的香味成 分进行分离和鉴定，确认了其中的2 9 种成分。结果证明，该方法是烟用香精质 量控制中的一种快速、准确的分析方法。 3 ) 萃取吸附法 萃取吸附法包括固相微萃取法和顶空吸附法。 固相微萃取是在固相萃取的基础上发展起来的一种新的萃取分离技术，通过 石英纤维头表面涂渍高分子层对样品中有机成分进行萃取预富集，然后在g c 进 样器中直接进行热解吸。其关键在于选择石英纤维上的涂层，要使目标化合物能 吸附在涂层上，而干扰化合物不吸附。与液液萃取和固相萃取相比，具有操作时 间短，样品量小，无需萃取剂，适用于分析挥发性与非挥发性物质等优点。 t ，j e 伍0 b 】等采用s p m e g c m s 法对香烟中添加的香精香料进行定性定量分析。 检测出3 1 种典型的烟用香气成分。 顶空技术( h p ) ，分为静态顶空、动态顶空。静态顶空：在一个密闭容器中， 其中样品上方气体达到平衡用气密性注射器抽取样品上方气体进行分析测定技 术。静态顶空又称为“一步气体萃取”用于定性分析非常简便，但定量测定比较繁 杂，样品基体会产生干扰。动态顶空：使用吹扫气体连续萃取样品，将一些组分 吹出，然后通过冷冻浓缩技术或使用吸附浓缩技术将这些组分浓缩，最后用快速 加热( 闪蒸) 的方法释放出这些组分，进行g c 分析。c a r e e i l 【1 6 】等采用h p s p m e g c m s 法对烟草添加物进行分析检测，通过3 2 组样品的分析，检测出1 7 类常 用添加物。顶空技术具有操作简单、方便易于自动化等特点。静态顶空可用于气、 液、固相中挥发性物质分离。 1 4 化学计量学在香精香料配方剖析中的应用 分析化学学科正随着各类新的分析仪器的出现，特别是能产生高维数据的联 用色谱仪( 如色谱质谱联用仪，色谱紫外联用仪，色谱色谱质谱联用仪等) 的出现，而发生着深刻的变化。现代分析仪器既能具有色谱的分离特性又可同时 提供波谱，如核磁共振谱，质谱和紫外可见光谱的信息，我们就可以同时在波谱 和色谱空间来研究样本数据中所包含的全部信息，再结合化学计量学多种算法， 我们就可以对各种复杂多组分体系定性定量。基于g c m s 、h p l c m s 、 硕士学位论文第一章绪论 h p l c d a d 等二维联用仪器和化学计量学方法，已广泛应用于中药等复杂体系 的分析【1 7 之o 】。而香精配方剖析则更为复杂，它需要从一种复杂体系( 香精) 中 定性另一种复杂体系( 精油、浸膏、酊剂等) ，联用仪器结合化学计量学方法则 成为香精配方剖析的必然选择。 化学计量学( c h e m o m e t r i c s ) 是瑞典化学家s w o l d 和美国化学家b r k o w a l s l 【i 于上世纪7 0 年代中期共同创立的，它运用数学、统计学与计算机科学 的方法来设计或选择最优化学量测方案，并通过解析化学测量数据以最大限度地 获取化学及相关信息【2 m 5 1 。进入9 0 年代，计算机科学的快速发展使化学计量学 算法逐步推广应用，从而可以有效地处理和利用化学实验中得到的海量量测数 据，提取其中蕴含的丰富化学信息，解决许多实际的科学问题。基于g c m s 联 用仪所产生的二维数据，近年来发展了大量化学计量学多元分辨技术，利用这些 二维数据结构所具有的某些特殊约束，从而获得有物理意义的唯一解。这些化学 计量学多元分辨技术，有m a e d e r 提出的渐近因子分析法( e v o l v i n gf a c t o r a 1 1 a l y s i s ，e f a ) 2 睨引，梁逸曾等提出的直观推导式演进特征投影算法( h 砌s t i c e v o l v i n gl a t e n tp r o j e c t i o n s ，h e l p ) 【2 9 3 们，m a l i n o w s l 【i 提出的窗口因子分析法 ( w i n d o wf a c t o r 锄a l y s i s ，w f a ) 3 1 】，m 猢e 提出的子窗口因子分析法( s u b w i n d o w f a c t o ra i l a l y s i s ，s f a ) 【3 2 ，3 3 】等。利用二维联用色谱仪器，结合化学计量学方法进行 解析的新手段不断应用于新的领域【3 6 1 ，其中对于没有先验信息的复杂分析任 务，特别是所谓黑色分析体系【2 1 1 ，如中草药、香精香料等复杂多组分体系定性 定量己成为人们关注的热点【3 7 3 9 】。 对于香精香料，并不是多种有效化学成分的简单相加，它是一种整体的综合 性的作用结果，具有明显的非线性，不确定性及数学模糊性，任何单一的致香成 分或指标成分都难以有效地表征香精香料的香气特征m 】，而且烟用香精香料多 数取材于天然香料，受到产地、加工工艺等多种因素的影响，会给香精香料配方 剖析造成一定的困难。化学计量学方法则成为香精配方剖析的必然选择。 1 5 课题来源、意义和主要研究内容 本论文是湖南中烟工业责任有限公司技术中心“香精香料分析和调配系统的 构建”课题的一部分研究内容，该课题是在国家烟草局开展的“大力发展中式卷烟 核心技术”这一背景下提出来的，课题旨在利用不同的样品前处理方法以及化学 计量学数据处理方法对天然香原料单体和部分烟用香精香料成品进行以g c 、 g c m s 、h p l c d a d 等为主要分析手段的分析方法研究，选定合适的分析方法， 确定稳定的谱图及数据，建立详尽的香原料单体和部分烟用香精香料对应特征指 纹图谱数据库，利用色谱指纹图谱技术、化学计量学技术，在企业经验丰富的调 9 硕士学位论文第一章绪论 香师的指导下，对分供方产品进行详尽的剖析，并采用计算机辅助调香技术，以 指纹图谱相似和气味扫描仪“嗅香一致”为指导下，调配出几种对降低生产成本起 到关键作用的香精香料，以期在生产中能够部分替代现有烟用香精香料，从而拥 有自己的核心技术，降低对分供方产品的依赖程度，保障生产的正常运转。课题 重点在于建立一整套烟用香精香料分析方法和配方剖析系统。不论是分析方法的 建立还是智能识别系统的建立，本课题都是在国内首次系统性的研究烟用香精香 料的成分分析问题，并首次利用计算机数据库技术和化学计量学分辨技术系统性 的分析烟用香精香料化学成分。本课题还创新地利用了化学计量学多元分辨技 术，使得从一种复杂体系中识别出其它复杂体系成为可能。 本论文主要研究内容如下： 第一章绪论部分介绍了烟用香精香料的的分类，综述了烟用香精香料行业现 状和香精香料前处理方法研究现状，阐述了化学计量学在香精香料配方剖析中的 重要性。 第二章比较了正己烷超声提取、二氯甲烷超声提取、同时蒸馏萃取，固相微 萃取，正己烷溶剂萃取和二氯甲烷溶剂萃取等前处理方法对乌梅浸膏分析结果的 影响，并对乌梅浸膏挥发性物质的固相微萃取条件进行了研究 第三章利用色谱指纹图谱技术和化学计量学方法建立精油特征色谱指纹图 谱数据库，并对混配香精中的精油进行智能识别。 第四章对两种配方用香精进行了剖析，实现了烟用香精的配方定性识别，初 步探索了剖析复杂配方的方法。 1 0 硕士学位论文第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 2 1 引言 第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 天然香料中存在着大量的挥发性和半挥发性化学成份，其中有些物质是天然 香料的独一无二的特征香味物质，更多的化学物质是通过各种各样的组合方式使 得天然香料具有各自独特的香味和功效。这些化学成分的定性和定量分析有助于 调香师模拟天然植物资源的香味调配出广泛适用的香精香料，也有利于对工业香 精香料生产过程中的质量进行良好的控制【5 】。 对于天然香料的香味成分的分析，常常需要通过一定的前处理方法提取出香 料中的挥发性和半挥发性成分，再经过色谱分析获得相关数据，然后对这些数据 进行处理得到各种定性定量信息，对于联用色谱得出的二维数据，还可以采用化 学计量学的方法进行处理，从而进行更准确的定性定量和更精确的质量控制。 本课题对各类香原料采用了正己烷超声提取、二氯甲烷超声提取、同时蒸馏 萃取，固相微萃取，正己烷溶剂萃取和二氯甲烷溶剂萃取等方法进行前处理，再 通过g c m s 进行检测得到各色谱谱图，计算信息量。以信息量为指标比较各种 前处理方法，选择适合烟用香精香料的提取方法。本论文选取乌梅浸膏比较各种 前处理方法，并对乌梅浸膏挥发性物质的固相微萃取条件进行了研究。 2 2 理论部分 对于连续信号，根据s h a i l n o n 信息理论及不重叠的正态分布峰具有最大熵的 理论基础，其信息量矽可由下式表达【4 1 4 3 】： 矽= 一j 只l o g 出 ( 2 1 ) 其中，a 表示具有概率性质( 其积分等于1 ) 的连续信号。 对于一个色谱指纹图谱，先将所得色谱进行归一化处理后，其信息量可用下 式计算： 矽= 一je s u m ( e ) 】l o g s u m ( 只) 出 ( 2 2 ) 其中，a 为色谱指纹图谱中的色谱响应值，而s u m ) 表示色谱响应值 r 的总和，式2 2 所得缈值即为色谱指纹图谱中得到的信息量值。由此求得的 硕士学位论文第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 色谱指纹图谱的信息量既具有信息理论基础且计算简单，无需计算各色谱峰面 积，同时还考虑了色谱重叠峰的影响【4 4 1 。 2 3 实验部分 2 3 1 仪器与试剂 固相微萃取装置( 美国s u p e l c o 公司) ；6 5 p m 聚二甲基硅氧烷二乙烯基 苯( p d m s d v b ) ；7 5 p m 碳分子筛聚二甲基硅氧烷( c a r p d m s ) ；1o o m 聚 二甲基硅氧烷( p d m s ) ； 气相色谱质谱联用仪g c m s ：美国a 百l e n t 6 8 9 0 一5 9 7 3 气相色谱质谱仪 k d 浓缩器、超声波发生器，电子分析天平( 德国梅特勒) ，超纯水制备仪 ( 美国m i l l i p o r e ) ； 乌梅浸膏( 常德卷烟厂技术中心提供) ，正己烷( 分析纯) 、二氯甲烷( 分 析纯) 、无水硫酸钠( 分析纯) 。 2 3 2 样品前处理 1 ) 超声提取 用带塞的锥形瓶准确称量l g 乌梅浸膏，加入少量无水硫酸钠，再加入3 m l 正己烷，超声提取4 0 分钟，吸取正己烷，用o 2 2 岬微孔滤膜过滤；采用同样的 方法，用3 m l 二氯甲烷超声提取2 0 分钟。 2 ) 同时蒸馏萃取( s d e ) ：用电子天平准确称量5 9 乌梅浸膏样品于5 0 0 i i l l 圆底烧瓶中，并加入超纯水3 0 0 m l ，用4 0 i i l l 二氯甲烷同时蒸馏萃取乌梅浸膏 2 h 。加入无水硫酸钠除水，放入冰箱静置4 h 。过滤，4 5 下浓缩至2 m l 。 3 ) 固相微萃取：称取乌梅浸膏o 5 9 于1 5 m l 专用采样瓶中，用聚四氟乙烯 衬里的硅橡胶挚密封，7 0 恒温箱内平衡6 0 m i n 后，插入装有纤维头的手动 s p m e 进样器进行采样吸附6 0 m i n ，采样完毕立即进入g c ms 分析，纤维头于 2 5 0 脱附6 m i n 。 4 ) 溶剂萃取：称量5 9 样品于锥形瓶中，加入2 m l 饱和食盐水，加入3 m l 正己烷，置于摇床震摇3 0 1 1 1 i n ，取正己烷层l u l 进样；采用同样的方法，用3 m l 二氯甲烷液液萃取。 1 2 硕士学位论文 第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 2 3 3 色谱质谱条件 色谱条件：3 0 m 0 2 5 m m o 2 5 p m h p 5 弹性石英毛细管柱，载气h e ，进样口 以及检测器温度为2 5 0 ，程序升温：起始温度5 0 ，保持2 m i n ，以6 m i n 升至 2 8 0 ，维持2 m i n 。 质谱条件：e i 源电子轰击能量7 0 e v ；离子源温度2 3 0 ，倍增电压0 8 k v ；扫 描范围3 5 4 5 0 锄u ；扫描速度0 2 s s c a i l 。利用n i s t 0 2 谱库进行检索。 2 4 结果与讨论 2 4 1 乌梅浸膏的前处理方法比较 i n 走e n s i t ，x 1 06 图2 1 正己烷超声提取法提取乌梅浸膏的总离子流图 1 3 硕士学位论文 第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 i m e n s i t yx 1 0 7 h r t s i t yx 1 0t 图2 2 二氯甲烷超声提取法提取乌梅浸膏的总离子流图 t i l ，l i “ 图2 3 同时蒸馏苹取法提取乌梅浸膏的总离子流图 1 4 硕士学位论文 第二章烟用香精香料前处理方法比较研究 n s i t yx