（物理化学专业论文）烟用香精香料的高效液相指纹图谱及芳香类物质分析.pdf

预 卜 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图语及芳香类物质分析 ab s t 段c t t h i s p a p e r s t u d i e s 200s a m p l e s s u p p l i e d b yt e n c o o p e r a t o r s i n o r d e r t o c s t a b l i s b fi n gerp r i n t c h r o m a t o g r a p h y o f t o b a c c o l i q u i d s y s te m . a fi e rcom p a r i ngl i q u i d 一 l i q u i dext ra c t i o n 、free z e 一 d r y 一 d i s s o l ve a n d d i l u t i o n ， d i l u t i o n i s a d o p t e d a s p re 一 t rea t m c n t m e t h o dfi n a l l y. i n n c r 一 s t a n d a r d( 1 5 )i su s c dt od e t e rmi n er e l a t i v eq u a l i t yd u r i n gt h e m e t h o d 一 s e a re h i n g s t a ge. r e l a t i v e r e t e n t i o n t i m e ( r r t ) r s da n d r e l a t i v e p e ak aer a ( r p a ) r s dfor a c c u r a c yc x p e r i m e n t a r cr e s p e c t iv e l yu n d e r 0 . 1 9 %a n d 6 . 6 0 % ; r r tr s da n dr p ar s dfor r e i 协 ra t i o ne x p e r i m e n t a 比化 spe ct i 代l y u n d e r 0 5 8 %a n d 4 . 5 1 %; r r tr s da n d r p ar s dfor s t a b i l i t y e x p e r i m e n t a r e r e s p e c t i v e l y u n d e r 6 8 9 %a n d g . 6 %. a sad i s c u s s i o nr e s u l t ， i n t e r 一 s t a n d a r di sc h a n gedi n t oo u t e r 一 s t a n d a r d m e t h o dz 一 m e t h y l n a p h t h a l e n ei s u s e da s o u t e r 一 s t a n d a r d ， w o r kc u rv ei sy = 峭 1 众+ 1 2 7 2 9 5 ， rz= 0 9 9 “. c r oma t o 邵 a mcol u m n m o d e l i s s y m m e t r y c 1 8 4 ， 6 m m ( i d)* 2 5 0 m m5 料 m ;c o l u m nt e m per at u re i s4 0 ，c;a - ace t o n i t r i l c ，b 一 0 . 1 %f o r m i caci da re u s e d a sl i q u i dp h a s e ;d e t e rmi n e w ave l e n gth i s 2 5 4 n m; flo wi s l o m曰m i n ; g r a d i e n t c o n d i t i o n : 0 一8 0 m i n : 1 (j() %b ， 8 0 一9 9 m i n : 1 0 0 a ， 9 9 一1 0 0 m i n : 1 0 0 %b . u n d e r s a i d c o n d i t i o n ， s a m p l e s a b o u t d i ffer e n t d i r e c t i o n s 、s t o r a g e s a n d b a t c h e s are s tud i e d ， a n d gre a t a m o u n t o fd a t ai so b t a i n e d . i n s t u d y o f a r o m a t i c c o m p o u n d s ， n i t r o b e nze n c i s c b o s e n a s i n n e r 一 s t a n d a r dh p l cc o n d i t i o n i s t b e s a m e a s o u te r 一 s t a n d a r d m e t h o d . o u a l i t y a n d re c l a i m i n g r a t e o fv a n i l l i n、 3 一 e t h o x y 一 4 一 h y d r o x ybe n z a l d e h y d e、 t r a n s 一 c i n n a m i c a c i d 、b e nzy l c i u n a m a t e a n d p 一 a n i s a l d e h y d e i nt h e s a m p l e a r e d e t e rmi n e d . s a i d s t a n d a r d m a t t e r s w o r k curve s re s p e c t i v e l ya re: y =1 3 0 9 8 x + 1 9 3 6 5 0 ， r z = 0 .9 9 9 9 ;y = 1 乃 4 4 x + 5 3 7 5 5 ， 对= 0 .9 9 9 9 ;y = 4 9 8 6 8 x + 7 1 7 3 5 1 ， rz二 0 .9 9 5 5 ;y = 3 4 2 5 4 x + 3 3 0 0 3 7 ， 对二 0 .9 9 9 5 : y 二 2 5 0 瓶 + 乃5 5 9 7 ， 护= 0 . 9 9 9 7 . s a i d fi v e m a tt e r s ， l o westd e t e rmi n e l i m i t s re s p e c t i v e l y a r e :1 3 . 5 、1 6 .5 、3 .4 、0 6 、8 . l u g/ g . r s d fo rr e i t e r a t i o ne x p c r i m e n ti s 0 . 2 1 % 一 1 . 3 1 % . r e c l a i m i n g r a t e o f s a i d s t and a rdm a t t e r s i s l 0()，6 % 一 1 1 . 8 % key w o r d s : t o b a cco l i q u i dh p lc fi n 罗rpr i n t cbr o m a t o gra p h ya rom a t i c com pou n d i l 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知， 在本学位论文中，除 了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人 己 经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学 位或学历而使用过的材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出 的贡献均 己在论文 中作 了明确 的说 明。 研 “ 生 签 “ 健身 羊 厂 年月日 学位论文 使用授权 声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借 阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容 ，可 以向有关部 门或机 构送交并授权其保存、借阅或 上 网公布本学位论文的部分或全部内 容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 : 冉年一年月日 硕 卜 论文 烟用吞精香料的高效液相指纹图璐及芳香类物质分析 1引言 l l烟用香精香料研究 l l i研究背景和意义 烟草在世界上的种植历史已有 1 5 0 0多年。我国是一个烟草大国，烟草种 植历史有4 0 0多年了， 烟叶和卷烟产量均居世界首位。 在世界经济发展中， 烟 草业是一个非常庞大的产业。目前， 全球约有 1 20 多个国家种植烟草， 有 132 个国家和地区生产卷烟， 所有国家和地区都销售卷烟川。 烟草制品在人们的生 活和经济发展中举足轻重。 烟草业在我国国民经济中占有重要地位。 西部一些 地区，尤其在云南、贵州等西南地区烟草行业更是支柱产业或重要产业。 香烟的香味一般随着烟油和尼古丁含量成比例增加，自 从20世纪流行病专 家揭示了吸烟与健康的矛盾，各国反吸烟呼声日益高涨，在此巨大的冲击下， 国际上的烟草工业都竭力设法降低烟气中的焦油含量， 焦油卷烟称为烟草工业 生存和发展必须遵循的方向。卷烟焦油量降低，减轻了对人体的危害，同时也 降低了烟气的香味和劲头。 缺乏香味和劲头的卷烟很难为消费者所接受， 因此， 生产低焦油卷烟的首要任务就是必须通过加料加香来弥补香味损失， 恢复和提 高 烟 气香味 121 。 二十世纪6 0 、7 0 年代，随着有机化学的发展，烟草香味化学兴起并迅速 发展起来。 烟草香味化学涉及烟草烟气中的化学成分和香味成分的分析、 分离、 鉴定; 香味物质的人工合成: 各种加工工艺过程对烟草中香味成分的影响; 烟 叶中化学成分在烟支燃烧时的裂解机理以及把这些知识运用于烟用香精的调 香等。 科学技术的发展也为各项研究工作提供了必要的手段和条件。 近几十年 来国内外对烟草致香物质和香精香料的研究和应用获得了很大的进展。但是， 由于烟草、 烟气中化学成分极其复杂， 香料香精是依靠所含的多种化学成分发 挥致香作用的，因此仅凭一种化学成分的定性和定量无法对其质量进行评价， 分析鉴定工作十分艰巨，烟草香味化学许多方面有待进一步发展和完善p 一。 从5 0年代中期开始，国际上各大烟草公司和有关科研部门，基金会和学 术团体都集中精力要把提高烟气香味作为重点研究对象151。 与国际先进水平相 比，国内在这方面的研究还刚起步， 研究的深度和广度均有较大局限性。 要使 我国尽快从烟草大国变为烟草强国， 必须始终坚持把大力发展烟草科技、 加快 科技进步放在行业发展首位，紧紧把握世界烟草科技发展的潮流和趋势。 硕1: 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 l l z烟草加料作用和加料依据 烟叶本身虽有独特的香味，但是即使完全选用优质烟叶制造香烟，在燃烧 时也必然会产生具有刺激臭、异臭、不快臭等气味的物质，这是植物燃烧时不 可避免的现象。当几种甚至数十种烟叶组成叶组配方时，经组合的烟叶配方其 化学成分并不能完全达到平衡，抽吸时会表现出不同侧面和不同程度的缺陷， 另外，一个完美的叶组配方，如果想具有特征风味，也必须依赖加料调香。烟 用香精和卷烟制品之间相辅相成。卷烟工艺中加料过程如下: ( 由不同类型和等级烟叶混合而成) 其他辅助 材料选用 遵丘 ( 不同工艺处理制得) 塑逃望丝 ( c o z 处理制得) ( 调味剂、保润剂、香料等) ( 由不同香料调制而成) 图1 1 2 卷烟加料 f 艺过程 fi g l . 1 . z p r o ccs s o f fl a v o r 一 a d d i n g i n tab a c c o p r o d u c t 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 制香精的原料。 烟用香料可以调和使用，也可单独使用，作用主要是增强烟草 制品的香气和改善烟草吸味。 烟用香精是把两种或两种以上的烟用香料， 按照一定的配比并加入适当的 辅料 ( 溶剂、色素、增味剂等)所组成的，专供各种烟草制品加香矫味使用， 使之在然吸时产生优美的香气和舒适吃味的一类烟草制品添加剂。从本质上 看， 加料香精实际是在改善吃味方面作用比较突出的香料， 如鲜、 干果浓缩液、 中草药提取物、辛香料提取物、豆香料、某些植物的叶子与根茎的抽取物、棕 化反应物、合成香料等。 料液是指在叶片上施加的一种水溶性添加剂 加剂与丙二醇、乙醇和水调配混合而成的液体ioj 通常是用两种以上的烟用添 按作用划分为调味料、增香 硕 1 : 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 料、保润料、助燃料、防霉料;按加料对象划分为烤烟料液、混合型料液 ( 里 料、表料) 、雪茄型料液、梗丝料液及其他。 卷烟加料是在卷烟生产制作过程中，将料液均匀施加到烟叶 ( 叶片)上并 使其充分吸收的工艺过程。用于喷洒的料液，通常是两种以上的烟用添加剂与 丙二醉、乙醇和水调配混合而成的液体。加料是针对烟叶或叶组配方存在的缺 陷进行的一次修饰，目的是减轻烟气的刺激性、改进吃味、增进香气以及改善 烟草的韧性、燃烧性，提高烟草防腐能力等iv 。 香料的开发、 调香技术、 烟叶配合技术， 在香烟制造过程当中都是至关重 要的环节。 对于香烟调香而言， 除了选择的香料必须和原料烟丝的气味协调相 称， 具有增强烟香和抑制不快气味外， 在制造工艺方面确定适当的香料用量取 得最佳加香效果， 以及香烟在保存期间的稳定性和对人体的安全性等都是必须 慎 重 考 虑的问 题 181 。 烟草加料的依据主要有以下几个方面件明: ( 1) 烟草的化学成分和物理性质 不同类型、品种、等级、部位的化学成分差异巨大，化学成分不协调是导 致烟叶或者配方吸食品质缺陷的根本原因， 而加料的目的是使烟叶或叶组配方 的化学成分趋于协调。例如，在叶组配方过程中我们强调 “ 酸碱平衡” ，即通 过烟叶间的合理配比使酸性化合物与碱性化合物之间达到平衡，实际上， 通过 配方常常不能完全满足上述要求，需要通过加料进行完善，这就需要根据配方 的酸碱平衡情况决定加料物质的种类和数量。如果配方的含糖量低、碱性化合 物含量高，加料时应考虑多加糖类物质、酸性物质，减轻刺激性、苦涩味，反 之，如果配方本身的含糖量高， p h 值呈酸性，加料时应少加或不加搪类物质。 从物理方面考虑主要是根据配方特点加一些助燃剂、保润剂等，以弥补配 方在物理性质方面存在的不足，或达到特殊设计的要求。 (2) 叶组配方和产品风格 产品的类型等级不同，使用烟叶的类型和等级也不同。因此加料的目的和 要求也不同。 例如高档烤烟型卷烟需要通过加料达到协调香气、减轻刺激性和 醇和烟气的目 的: 低档烤烟型卷烟的加料是为了掩盖杂气、 增加香气、 去除苦、 辣、 涩味和刺激性: 对于混合型卷烟，需要通过加料调节p h 值、 协调不同类型 硕 l 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 烟叶的香气、减轻刺激性和改善吃味;外香型卷烟的加料，不仅要考虑配方的 要求，还要考虑产品的加香风格。 加料时还必须考虑产品的风格， 加料物质不能和产品的风格相抵触或一直 产品的风格。例如，清香型卷烟产品中不能使用奶油或可可类物质，否则会使 卷烟的清香遭到破坏或掩盖。浓味型混合型卷烟加料时，要控制糖类和酸类物 质的用量，否则会降低烟气浓度，影响产品风格。 此外，烟草产品的生产和销售季节对于加料也有一定影响。如潮湿和梅雨 季节， 必须加防腐剂， 防止卷烟受潮变霉; 在干操季节和地区， 应多加保润剂， 以保持烟丝水分，而防霉剂可以少加或不加。 不同厂家、不同品种、不同等级的产品所使用的料液中的添加剂及其用量 是不同的，表1 列出本次研究所用的三种料液配方: 表l l . 2三种料液配方 tab l el . 1 2 t h r e ek i n d s o f tob a c c os t u ffl i q u i dp r e s c r i p t i o n 料液 1 林 ( 6 5 7 3 9 1 )料液 2 并( 7 5 3 1 5 1 )料液 3 井( h a s l l 7 9 2 ) 组分 弗吉尼亚提取物 梅子提取物 杏子提取物 山植浸膏 枣配 香英兰显配 独活盯 苹果汁 丙二醇 水 总址 比例 % 组分 麦芽提取物 枫械浸膏 可可提取物 无花果提取物 酸角浸青 10# 反应料 甘草浓缩物 枣配 丙二醇 水 总址 比例% l 0 组分 云烟浸育 烟末配 枣子配 西蕃莲提取物 啤酒花配 黄养菊浸膏 蜜糖香膏 丙二醉 水 比例% 8 20202065 00tl)( llll5(浓00 555215752515 4736co433015 1 0 0总址 注: 以上料液由郑州烟草研究院提供 l l 3烟用香精香料分析行业现状 对香料及用来制造香料的原材料进行分析和评价， 不仅可以使人们获得最 基本的关于香料原材料和赋香产品的化学信息，还能为人们在原材料利用和产 硕 1 : 论文 烟用香稍香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 品开发中科学利用、合理调配这种香气物质提供科学依据。 有关香料香精的主要分析范围与目的包括:研究从天然来源( 如香精油) 或合成来源化合物成分组成、含量、以及从生物特性和经济特性上判别香气质 量，以发展可能的新香料化学品:天然与合成香料生产过程中的质量控制:香 料香精组分稳定性的测定及功能性质的研究; 对规章限制的物料进行专门的鉴 定，如用于安全性试验等:模拟天然香料组成，配制新型香精，剖析某些受人 喜欢的赋香产品香气成分，以借鉴于新型赋香产品开发上;对香气成分研究方 法所取得的成果，扩展其应用领域， 如气味污染、昆虫信息素、烟雾、动物分 泌物气味成分等鉴定。 对烟用香精香料香味组分的全组分分析一直是个行业难点， 不仅因为它们 含有的组分数量众多， 而且各组分所属的化学种类各异， 按官能团可分为醇类、 醚类、醛类、酮类、酷类、酸类、杂环类等，再加上各组分在香精香料中含量 跨度范围大， 沸点分布广。因此， 对烟用香精香料香味成分的全组分分析成了 分析化学领域最具有挑战性的课题之一。 香料香精分析一般包括样品预处理、香气化合物的采集、浓缩、分离、鉴 定( 含定量)、综合评价等步骤。化学和越来越进步的仪器方法( 例如气相色谱 法、 质谱法、 光谱学等)之间的密切联系， 使香料香精分析技术不断取得进展。 l l 4前处理方法棍述 传统的香精香料样品的前处理方法主要包括蒸汽蒸馏法、 萃取法、 吸附法 等 1 1 1 1 。 一、蒸馏法 蒸馏法主要有共水蒸馏法、水扩散燕汽燕馏法和分子蒸馏法等几种。 ( 1)共水燕馏法是最早使用的一种蒸馏法。 由于在此方法中原料直接受热， 温度较高， 容易导致原料焦化并造成某些香气成分的分解、 破坏以及低沸点头 香成分的损失，因此目前己经很少采用。 ( 2)水扩散燕汽蒸馏法是在共水蒸馏法的基础上发展起来的另一种燕馏方 法， 其特点是水和原料不直接接触， 蒸汽呈渗透形式扩散和传质， 可避免精油 长时间在高温下发生破坏性分解、 水解或聚合反应， 使精油的质量和提取效率 都得到了一定的提高。 ( 3 )分子蒸馏法也称为薄膜蒸馏法，是一种在高真空度下 ( 绝对压力 硕 1: 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图谱及芳香类物质分析 0 ， 133 p a )进行分离操作的连续蒸馏过程，是目 前较好的一种燕馏方法。由于 待分离组分在远远低于常压沸点的温度下挥发， 且装置中加热蒸发面和冷凝面 具有较短的距离，经过较短时间就能达到冷凝系统，因此这种方法特别适合用 于分离高沸点、 高粘度、 热敏性的天然产物。陆韩涛1 21 等利用分子燕馏的特点 对多种精油进行了一系列精制提纯研究，成功去除了产品中的杂味和颜色，避 免了传统加工方法的缺陷，得到了色浅、味纯、主成分含量高的高质量精油。 二、萃取法 因为萃取技术较为简单， 而且一般不损坏试样成分， 所以广泛应用于香料 领域， 已经组装了各种类型的仪器， 供比水重和比水轻的溶剂作取液一液连续 萃取之用。 萃取法主要包括普通溶剂萃取法、同时蒸馏萃取法、 超临界流体萃 取法、固相微萃取法和微波萃取法。 常用的萃取溶剂有乙醚、 环己烷、 三氯氟 甲烷( c 几a3 ) 、二氯甲烷、异戊烷、戊烷等。 ( 1) 普通溶剂萃取法不仅操作十分简单，而且可以通过选择不同的萃取 溶剂而有选择地提取致香成分。 例如。 e a n stark 萃取装置11 3 只使用少量溶剂， 在不形成严重乳浊液的情况下， 彻底萃取水溶液中的香料成分; 在苹果香精的 萃取中，异戊烷对低级醇类的回收率就高于其它萃取剂1 川。但是，从萃取液 中有效地去除溶剂， 同时尽量降低致香成分的损失是溶剂直接萃取法面临的重 要问题。 ( 2 )同时燕馏萃取装置 ( s d e) 的优点是样品用量少，g c 图形好，易定量 化。 缺点是含香物质可能长期受热化学成分发生变化1151 。 在该装置中水燕气和 溶剂蒸汽充分混合后同时被冷凝，由于水与溶剂不相混溶而被分流，从而只需 要少量溶剂就可以同时蒸馏萃取， 同时使致香成分得到浓缩。 丁德生等1 “ 1 在提 取山植香味成分的研究中发现，利用s d e 法不仅可以得到具有典型特征香味德 提取物，而且回收率比 普通溶剂萃取法高。朱旗等1171 用s d e 法提取的茶叶香精 油中的香气总量、 数量及回收率均优于普通溶剂萃取法， 特别是醇类和酷类香 气成分尤为突出。但是，刘百战1 81 用s de法从芥末膏中分离风味成分发现， 对 水溶性成分如丙二醇提取效率低，而且有热解或水解副反应产物。 ( 3 )超临界流体萃取 ( s u p e r c r i t i c a l fl u i d e x t r a c t i o n ， s fe)是以临界温 度和压力下的超临界流体作为萃取剂进行萃取的方法。 利用这个方法， 可以得 到纯度高、 芳香成分损失少的呈香物质， 对于易氧化、 热敏性物质的萃取尤为 有利.由于超临界流体的密度和液体近似， 粘度和扩散系数接近于气体， 溶质 在其中的扩散系数是在液体中的 1 0 0 倍， 因此它的萃取能力和萃取速度高于一 硕 1 : 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 般溶剂。同时，由于在温度或压力发生改变时， 超临界流体很容易从流体状态 转变成气态，可以方便地将萃取剂从提取物中去除，从而得到纯净的提取物。 超临界的 c o z 流体粘度稍高于气体，但是明显低于液体，所以对物料的渗透 性较好， 与水分离性叶很好， 没有乳化现象。 尤其是沸点和目标成分差距较大， 不形成共沸物， 操作简单方便: 二氧化碳流体的蒸发潜热小、 比热低、 无腐蚀、 不可燃、可回收使用，节省能源。由于具有上述特点，超临界状态的 c o z 成 为一种最常用的萃取剂。与传统萃取方法相比， s f e 一c o z 法特征是:香料 成品无残留溶剂，无异味，保持头香原貌，有更多尾香成分，香料收率更高。 例如用传统水燕气蒸馏法从生姜中只能获得姜油， 而用s f e -c o z 法则能同时 提取姜油和姜辣素1 gj ，所以提取物能更好地保持生姜的独特风味。虽然 s fe 一coz 法较许多其它萃取法具有难以比拟的优越性，但是，由于设备投资大， 所以在天然产物萃取中的应用主要还处于实验室研究和小规模生产的水平。 ( 4 )固相微萃取法 ( s o l i d p b a s e mi c r o e x t r a t i o n ，s p me )是一种9 0 年代发 展起来的新型样品前处理方法120】 ， 原理与气相色谱相似， 一些香味成分被固相 微萃取装置中的固定液吸收， 然后直接在气相色谱的进样口内解吸，达到分析 目的。固相微萃取技术集采样、萃取、浓缩及进样等多个过程于一体，不需要 溶剂，分析速度快，操作步骤少，大大简化了样品前处理过程，而且能很方便 地与oc、 h p lc等仪器联用。此方法在香精香料香气成分分析中有很多实用的例 子12 ， 1 。 j e 价e y c l a r k l2 2 1 利用s p m 曰 o c/m s 联用测定t 3 1 种常用烟草香味添加剂 的检测限， 其中最低达到1 0 n g / 9 ， 结果表明它对许多成分的取样灵敏度超过了 传统方法。另外，由于固相微萃取装置可以更换不同极性的萃取头，可以根据 萃取对象的性质，通过选择适当极性的萃取头来消除或者降低其它组分的干 扰，实现选择性萃取。 ( 5) 微波萃取的基本原理是微波直接与被分离物作用，微波的激活作用 导致样品基体内不同成分的反应差异使被萃取物与基体快速分离， 并达到较高 的产率。微波萃取时，不同的基体，所使用的溶剂完全不同。从植物物料中萃 取精油或其他有用物质，一般选非极性溶剂，因非极性溶剂介电常数小，对微 波透明或半透明，这样微波就能自由通过溶剂到达植物内部。微波萃取的主要 特点是节能、省时、节省溶剂，有利于萃取热不稳定的物质。p a re 等123一 5 1 申请 了微波辅助提取天然产物及挥发油等一系列专利， 他们在研究中指出，在萃取 薄荷精油时，用环己烷为溶剂，2 05的微波萃取与zh的水蒸汽蒸馏及6 h 索氏萃 取相当，且产物质量优于后两者。 三、吸附法 硕 卜 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 吸附法是利用只吸附香气成分的吸附剂提取低沸点香气成分， 其最大优点 是能富集、提取沸点较低的香气成分且吸附过程中不会破坏香气组分和性质， 但是沸点高的组分较少，因此精油的收率一般较低1261。 目前常用的吸附剂有氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛和一些多孔聚合物， 如p o r a o a k 一 q 、 t e n a x g c 及c d x 系列高聚物多孔树脂等1 2 7 1 。 吸附树脂是一类人工 合成的具有多孔网状结构和表面活性的材料，它的造价低，能够反复使用数千 次。它既具有活性炭的吸附能力，又比离子交换剂更容易再生，因而广泛应用 于天然产物有效成分的分离制备。 张丽霞等128】 运用多孔树脂吸附法、 溶剂浸提 法、sde 法制备茉莉花香精油，其研究结果表明吸附法所获得的头香及其香气 组分的组成与含量比例是构建自然花香型茉莉花香精油的理想模式。 三种方法 相比， 吸附法所制备的头香品质最好， 是制备高档茉莉香精油的有效方法之一。 l z烟用料液指纹图谱研究 l 2. 1 研究背景和愈义 卷烟是通过燃吸产生烟气刺激嗅觉器官和味觉器官使吸食者达到一定程 度的生理满足， 烟用香精添加剂是卷烟生产中必不可少的物质， 其配方更是卷 烟行业的核心技术，香料香精工业的特点是: 产品品种多，质量要求高， 特别 是香气香味要好1 州.在过去的二十年间，人们越来越多地使用它。许多新的 成分被加入到香精当中来改变卷烟的物理化学性质， 修饰香烟的基本香型， 来 建立该产品的风格，这在一定程度上可以影响消费者对香烟香型和味道的品 尝， 并且香料的成分构成受到产地、处理条件等等因素的影响。 就烟用香精的 管理而言， 除了保证其可用性及稳定产品质量外， 还应保证其安全性。因此无 论是天然香料还是合成香料，都要进行严格的质量检验， 常规 分 析 指 标 有 130 1 : 1物理指标的测定方法包括色泽检定法、相对密度测定法、折光指数测定 法、比旋光度测定法、凝固点测定法、熔点测定法、闪点测定法、溶解度测定 法、不挥发物测定法。 2化学指标测定法包括醇测定法、酚测定法、醛酮测定法、酸值测定法、 醋测定法、微量氯测定法、重金属限量检测法、铅测定法、砷测定法。 3感官评价方法。 由上述检测指标可见，目前香精香料行业中，料液质量控制的标准很大程 度上停留在感性认识上，如气味、颜色、透明度、密度等物理指标及一些简单 硕1: 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 片面的化学指标1311 。 现在的化学质量控制模式， 一般是用某一种或几种有效成 分作为质量控制的指标，给予定性或定量的分析，借以判断香精香料的质量， 这是一种线性的质量控制模式，往往是几种化学成分的加合， 或者说是一种正 相相关或者说是一种线性相关132】 。 对于香精香料，却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1331 ， 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，产品质量可 能有一定波动性，难以从其物性指标或感官对其内在质量进行有效的控制l3l。 再者，感官检验 ( 香气、香味和外观检验)人为的不确定因素和理化指标 ( 相 对密度、折射率、醇值、酷值等)的允许范围相对较大，致使检验结果的重复 性和可比较性较差135 。 所以发展更优化的烟用香精质量控制分析方法就显得格 外迫切。 由于化学指纹图谱具有指纹特征分析、宏观推断分析等特点，故适合于分 析复杂化学物质组成的稳定性181。尤其是近些年来指纹图谱在中药质量控制方 面的应用取得了很大成果， 为烟用香精香料的指纹图谱研究提供了可供借鉴的 宝贵经验 。 指纹图谱能基本反映香精香料的全貌， 使其质量控制指标由原有的单一成 分的测定上升为对整个内在品质的检测， 实现对香精香料内在质量的综合评价 和全面控制，从而确保卷烟品质的稳定1301 。 对于香精香料的指纹图谱研究，不少学校、院所、单位已经进行了一些零 零散散的研究。武汉大学和武汉烟草集团利用气相色谱及气相色谱/ 质谱法对 1 7 种品牌卷烟的62 种香精进行了分析，研究了香精特征组分的确定方法，并 进一步探讨了香精组分对吸味的影响，建立了香精质量控制方法，设计了烟用 香精的质控软件对香精质量进行自动判断;常德卷烟厂、颐中烟草集团、江西 南昌卷烟厂、云南瑞升公司和曲靖卷烟厂也分别利用色谱/ 质谱指纹图谱对烟 用香精香料质量控制和卷烟产品质量控制进行了研究137】 . 虽然目前用于烟用香 精香料质量控制的指纹图谱研究还不成熟， 这些研究为今后形成一套较为科学 的香精质量控制检测方法提供了很好的参考和借鉴。 国外对化学指纹图谱分析技术的研究虽然起步早，但研究面较窄，目前也 主要用于单体香原料的质控，尚未形成理论和技术方法学体系。因此，开展香 硕 卜 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 精香料品质控制的研究，加快建立和形成行业香精香料产品质量控制体系，不 仅有利于卷烟企业对香精香料产品的理性把握和合理使用， 而且有利于香精香 料企业和卷烟企业对香精香料产品品质稳定性的控制， 从而促进卷烟产品质量 稳定性的提高。为此，国家烟草专卖局将 烟用香精香料品控技术体系研究 列入2 005年烟草科学研究与技术开发项目计划中，由科教司牵头，郑州烟草 研究院技术总负责。郑州烟草研究院、中科院大连化学物理研究所、中科院上 海有机化学研究所、郑州轻工业学院、上海中医药大学为合作研究单位，瑞升 科技有限公司、天士力公司、上海烟草集团、辽宁红塔公司、华宝公司、澳华 达公司、广州市华盛轻化有限公司、冠利达波顿公司、日岛公司、华芳公司、 宏亿实业有限公司为协作研究单位，共同开展 烟用香精香料品控技术体系研 究项目 研究工作。可以预见，随着项目的全面开展和研究的不断深入，指纹 图谱技术将成为烟用香精香料品质控制的重要组成， 将对建立行业香精香料质 量控制体系起到十分重要的作用。 1 :2指纹圈谱的概念和特征 指纹图谱是随着现代分析技术发展而诞生的一种从整体上研究复杂物质 体系的技术1381 ， 色谱指纹图谱系指很多复杂分析体系 ( 如中药及其制剂、香精 香料、植物萃取剂等)所共有的，具有特异性的组分群体( 某类或数类成分) 经 过色谱测定得到的特征谱或图象1391 。 化学指纹图谱分析不同于一般的仪器分析， 它通常由指纹图谱获取及指纹 图谱鉴别计算两部分组成，前者是指采用色谱、光谱及色质联用等仪器分析方 法，获取能够表征样品化学组成特征的组分群体分析图谱或图像;后者是应用 计算分析技术对所获得的图谱数据进行处理，通过筛选和简化，获得专属、宏 观、整体的化学特征综合信息，并对样品化学组成的总体波动情况进行估测 140 书 】 .比如指纹图谱在高效液相色谱上的应用就是利用h p lc 的高分离度，把 化学成分进行分离而形成高低不同的峰，进而组成一张色谱图，这些色谱峰的 高度和峰面积分别代表了各组分化学成分及其含量。整个色谱图表征了该样品 所含化学成分的多少和量的大小，它是一种综合的、可量化的色谱鉴定手段， 借以鉴别真伪，评价产品质量均一性和稳定性。 指纹图谱的基本属性是整体性和模糊性i3l 。 所谓整体性， 是指要把所得指 纹图谱作为一个整体进行评价，而不是孤立地看其中单一峰的有无、高低来判 断物质的质量;而模糊性是指个体样品本身就存在着差异，难以精确地进行测 硕 1 : 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 量， 绝大多数的指纹图谱本身就存在着模糊性，不能保证所得的指纹图谱中每 个峰都没有重叠，而且也不能保证所得的图谱包含了样品的所有特征，只要能 固定图谱中关键部分就可对样品进行质量控制。 用指纹图谱监控体系质量，并不要求指纹图谱中每一个组分都清楚，也不 要求对每一组分都精确测定，但要求图谱具有指纹特征，即要求专属、稳定、 实用。类似的，复杂烟用香精香料的大多数化学成分也很难都进行定性分析， 而且从质量控制角度看，保持产品的稳定性和延续性是质量控制的核心目的 144一1 。 采用指纹图谱评价复杂物质体系的品质 ( 如香精香料或中药) 所依据的 是同种样品其化学性质成分的相似性和差异性1471。 利用现代色谱、 光谱、 波谱 和质谱分析等得到的物质群指纹图谱，能在尚不清楚全体化学成分的情况下， 实现对物质群整体的控制。几个物质群在相同仪器、 相同实验条件、相同实验 方法下所得的指纹图谱相同性，即可反映这些物质群的同属性。虽然对其图谱 中每个指定峰的成分并不了解，但这并不影响对物质群一致性的判断【，8。 与此同时，随着化学计量学的迅速发展，面对各种多组分体系，在充分利 用化学测量仪器所产生的化学信号特点的基础上， 化学计量学运用统计学和应 用数学和计算机， 最大限度地从中抽取不同特征样品中的定性、 定量化学信息， 从而实现了对复杂物质体系的质量控制i9l 。 l 2. 3色谱指纹图谱质t控制的一般步蕊 1 、选择适当的前处理及分析方法，包括各种分析条件，然后进行化学检 测，要求尽可能地获取所有有效成分的原始数据。 2 、建立标准指纹图谱，要求足够多个批次的标准样品进行检测，把获取 的原始图谱 ( 图像)进行平均得出标准图谱。 3 、据上一步，每一标样与标准图谱进行比较，据此设立待测样品的合格 性允差范围。 4 、待测样品与标准图谱进行分析比较。 5 、判定待测样品的质量。 l 2. 4分析方法的选取 构建指纹图谱的主要方法是色谱法和光谱法1 明。 常见的色谱方法有薄层色 硕 卜 论文 烟用香梢香料的高效液相指纹图讲 及芳香类物质分析 谱 ( t lc) 、 h p lc、 气相色谱( o c ) 等1 川。 t lc可用于定性也可用于定量， 具 有分离和鉴别双重功能， 且快速、 经济、 使用范围广， 不足之处是灵敏度欠佳; g c 主要用于挥发性成份的分离鉴定，是目前较为常用的方法，尤其是o c 一 ms 的联用，对于大部分的物质可以做出定性【 52 531;h p lc是目前最常用的指纹图 谱构建方法，主要用于半挥发性、非挥发性物质，其优点是高灵敏度、高选择 性、高效、快速给出的是高分辨率的轮廓图谱，重现性好，操作相对容易，封 闭系统色谱， 在线操作外界因素小， 色谱稳定性好， 在线检测设备可选性较大， 很适合指纹图谱的实验研究和应用154 . 其它方法有高效毛细管电 泳、 红外光谱、 紫外光谱、分子生物学方法等等1551 。 色谱、 质谱和光谱的先进的指纹数据库， 需要通过对大量信息的提取、 加工， 刁 能形成。除以上最常用的方法外， g c / ms 、l c / m s 、g c / fti r 、l c / u v 、 a pi一 lc/ m s/m s 、 l c/n m r及c e/m s 等联用技术都将为混合物化学成分的 研究提供大量的 信息。高效液相色谱一 核磁共振( h p lc 一 n m r) 在线联用技术 是同时进行未知混合物的分离和结构鉴定的最好手段之一， 它的进一步发展， 可 以实现不用取得纯品， 直接用多种色谱联用技术就能确认混合物中各化学成分 的结构。 c e一 n mr联用技术也是一个很有发展前景的分析方法， 它提供了 一种 利用快捷有效的分离获取丰富的结构信息的方法， 在分析复杂混合物上有着广 泛 的 应 用 前 景 15 6 ， 7 1 。 1 :2数据分析棍述 数据分析是对检测数据进行处理， 找出共性和异点， 确定评价指标。 一、重要参数 ( 1) 共有峰。是指香精香料指纹图谱中多个样品所具有的相同相对保留 值的色谱峰。 ( 2 ) 重叠率。标准样品与供试样品二者的共有峰数乘以2， 除以二者出 峰数之和。重叠率反映指纹图谱的相似度， 重叠率越大， 指纹图谱越相似。 ( 3 )n强峰。是指在众多的色谱峰中， 按其面积的大小选择的前n 个峰面 积之和占总峰面积的比例 70% 的色谱峰。 它反映香精香料中各主要成分相对含 量的情况。 (4)特征指纹峰。 是一系列共有色谱峰的集合， 即样品间的共性， 反映了香 精香料品种的特性， 可实现用多组分来表征香精香料内在特征。 ( 5) 特征指纹峰的相似率与差异率。 特征指纹峰的相似率是指供试样品与 硕 1 : 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 标准样品图谱中某特征指纹峰的面积之比， 通过它可显示出两种样品在特征指 纹上的相似性。 差异率是指供试样品的每个特征指纹峰与标准样品相应的特征 指纹峰面积之差的绝对值与标准样品特征指纹峰面积的比值， 用来表示二者的 差异程度 。 二、常用的数据分析方法 直观比较法158.5 ” : 根据图谱外观和所得数据， 对供试样品与标准样品指纹 图谱的特征进行直观的分析、比较、判断。此法适用于样品的定性快速鉴别或 图谱中数据比较少的情况; 量化数据比较法: 即引入共有峰、重叠率等量化数据， 对供试样品与标准 样品指纹图谱进行分析、 比较、 判断。 此法较为客观、 准确， 具有一定的实用性; 如清华大学柴逸峰等1 网对知母药材的h p lc指纹图谱研究就采用了共有峰和相 似度理论对指纹图谱进行了分析，研究了各地药材的内在质量差异。 化学模式识别法: 是根据物质所含化学成分用计算机对其进行分类或描 述。 香精香料的指纹图谱相当复杂， 人工比较难免影响结果的准确性。 若将其与 数学统计学、 计算机图谱解析和识别技术结合起来， 其应用更为准确可靠、 快速 方便。目 前， 该法己开始运用于香精香料指纹图谱的研究101赦1 ，香精香料指纹 图谱质量控制的关键在于最终数据的处理和归类， 也是该项研究的难点和关键。 三、色谱指纹图相似度评价方法研究概况 特征指纹峰的相似率是表示供试样品图谱与标准图谱相似程度的数值， 它 集定性信息与定 性数据于一体， 是最终鉴定的重要依据163 1 。 随着色谱指纹图谱 分析技术所形成的理论和技术涉及多个前沿研究领域和交叉学科， 成为当前进 行复杂物质体系质量控制及研究的重要手段， 对于其评价体系的研究也越来越 深入和规范【 641. 夹角余弦、 相关系数和欧氏距离相似度是最早引入的常用指纹 图谱相似度的单变量衡量指标。三者的理论基础和相似性度量原理截然不同。 其它尚有以峰数目作为特征变量进行相似度计算的n ei系数法和峰重叠率等相 似度计算法1051 。 目前也有许多直接针对色谱曲线采样数据进行相似度分析的可 行方法166一 7 1 。 田 润涛等【68 一】 通过计算机拟合技术合高效液相色谱法对不同相似 度评价方法的性能和指纹图谱特征指标的选择标准进行了考察， 在以色谱峰面 积作为指标进行的相似度计算中，推荐使用夹角余弦和相关系数法，在指纹图 谱特征变量的选择方面，推荐采用色谱峰面积。 对常用色谱指纹图谱相似度方 法的特想和使用范围进行了阐述和界定。 倪立军等【 701考核了峰面积比值法、 峰 硕 1 二 论文 烟用香精香料的高效液相指纹图讲及芳香类物质分析 面积定量法和相似系数法对中药制剂质量评价结果的影响。 发现峰面积比值法 评价的正确率最高且最严格，相似系数法次之，峰面积定量法评价正确率最低 也最为宽松且与现行评价方法的结果较为符合。 研究结果表明不同的评价方法 会导致质量评价结果的较大差异。 综合所有研究表明仅凭简单的单变量的相似度评价方法， 无法完整描述和 区分中药指纹图谱中所包含的错综复杂的成分分布规律和相互关系171】 。因此， 对于指纹图谱评价体系的深入研究、 对模式识别等特征判别和分类技术的应用 和开展成为指纹图谱技术发展迫切需要解决的问题。 l 2. 指纹圈谱在烟用香精香料质t控制方面的应用实例 香精香料的指纹图谱指的是香精香料经过适当处理，如同时燕馏萃取 ( s d e )液液萃取 ( l l e ) ，微量液液萃取 ( ml l e ) 、固相微萃取 ( s p me ) ， 然后采用一定的分析手段如:g c 、g c/ms等分析其中的香味成分，从中获得 能表征样品化学组成的组分群体的指纹图谱， 借以化学计量学、 统计学、应用 数学及其他数学方法来判别香精香料的稳定性阵7j。 近年来，指纹图谱也日益成为烟用香精香料质量控制的研究热点，并取得 了十分有益的成果。 谢培山， 梁逸曾等ivs， 川提出建立指纹图谱的计算机模拟识 别系统，评价指纹图谱的相关性，以相关性判断供试品合格与否，简便客观， 克服了人工计算繁琐易错的缺憾。 2 0 0 5 年钟科军ivsl 在m a t l a b 基础上建立了烟用 香精 指纹图 谱的 评 价与 识别 系 统。 廖垒等 【701 利用 h p lc一 d ad对 十个批次的香 精样品进行了分析，并利用所得的指纹图谱对香精质量稳定性进行了考察。 该实验共提取了23个峰