劉珊，張軍濤，胡軍，胡有持

1 中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001；2 廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，廈門市海滄新陽工業(yè)區(qū) 361026

我國(guó)擁有豐富的海洋植物資源——海藻。研究表明，將海藻提取物加入卷煙后具有生津降刺、改善口感、提高吸食品質(zhì)的作用[1-3]。為了進(jìn)一步研究海藻多糖在煙草中是如何發(fā)揮作用的，本文以裙帶菜多糖為研究對(duì)象，進(jìn)行了多糖的熱裂解分析研究，即在模擬卷煙燃燒的條件下，考察裙帶菜多糖在熱裂解過程中香味物質(zhì)的生成情況，同時(shí)進(jìn)行了多糖的卷煙應(yīng)用研究，為卷煙香料研究提供技術(shù)參考依據(jù)。

1 材料、儀器與方法

1.1 主要材料和儀器

裙帶菜（Undaria pinnati fida，大連沿海）；空白卷煙（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供）。

無水乙醇、95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇(AR，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)；正丁醇、三氯甲烷（AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；D-葡萄糖，D-果糖，D-半乳糖，D-半乳糖醛酸，D-甘露糖，L-鼠李糖，D-木糖，L-巖藻糖（分析純生化試劑，Sigma）；硅烷化試劑，三氟乙酸，吡啶等（均為國(guó)產(chǎn)分析純）。

CP224S型電子天平（感量：0.0001 g，北京賽多利斯公司）；GC-2010氣相色譜儀（日本島津）；Pyroprobe 5000熱裂解儀（CDS Analytical, Oxford,PA）；HP6890/5973 GC/MS聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司）。

1.2 方法

1.2.1 裙帶菜多糖的制備方法

裙帶菜依次經(jīng)洗凈、除雜、晾曬、烘干和粉碎后，過20目篩。稱取一定量裙帶菜干粉，加水回流提取3 h，提取液過濾濃縮后加入95%乙醇，靜置過夜，過濾并干燥得到裙帶菜粗多糖。將粗多糖溶于水中，加入一定量的三氯乙酸，放置過夜，過濾除去沉淀的蛋白質(zhì)，濾液濃縮后加入乙醇靜置過夜，過濾后將沉淀干燥即得裙帶菜多糖。

1.2.2 裙帶菜多糖的單糖組成分析方法

稱取多糖樣品2 mg ，加入三氟乙酸高溫水解120 min，冷卻，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)蒸干。先加入吡啶，待樣品溶解后，加入硅烷化試劑制備衍生化樣品。以肌醇為內(nèi)標(biāo)。單糖標(biāo)準(zhǔn)品同法衍生化并進(jìn)行氣相色譜分析。

GC工作條件：色譜柱：RTX-5（30 m × 320 μm，0.25 μm）毛細(xì)管柱；進(jìn)口溫度：230℃；檢測(cè)器溫度：230℃；升溫程序： 130℃保持1.0 min，以2℃ /min升至180℃，保持3 min，再以10℃ /min升至220℃，保持3 min；載氣流速3.0 mL/min；不分流模式。

1.2.3 裙帶菜多糖的熱裂解方法

取專用石英管一根，裝填2 mg多糖樣品，兩端塞入適量的石英棉，將樣品調(diào)整至裂解石英管中央位置。

裂解條件：氧氮混合氣（氧氣和氮?dú)獍大w積比9:91混合），裂解初溫為50℃，保持5 s，然后以30 ℃/s的升溫速率，將終溫分別升至300℃，600℃，900 ℃，并保持5 s。吸附阱設(shè)置：吸附溫度-60 ℃，脫附溫度300 ℃，保持1 min，脫附氣為氦氣。裂解腔附件的初始溫度：50 ℃，最終溫度：250 ℃，保持8 min。反應(yīng)氣的流量：20 mL/min。

GC工作條件：色譜柱：DB-5ms（30 m × 250 μm，0.25 μm）毛細(xì)管柱；進(jìn)樣口溫度：280 ℃；升溫程序：40 ℃保持3 min，以10 ℃/min升至240 ℃，再以20 ℃/min升至280 ℃，保持5 min；載氣流速：1.2 mL/min；分流比50∶1。

MS工作條件：質(zhì)譜傳輸線溫度：280 ℃；電離方式：EI；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離能量：70 eV；掃描范圍：33～350 amu；溶劑延遲5 min。

采用Wiley和NIST05數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，以匹配度≥85%者定性，峰面積歸一化法定量。

1.2.4 裙帶菜多糖的感官評(píng)價(jià)方法

多糖以水稀釋后，采用香精注射機(jī)按照煙絲質(zhì)量的0.008%均勻地注入空白卷煙，對(duì)照樣加入相同量的水，加料煙支于溫度（22±1）℃ 和相對(duì)濕度（60±20）% 環(huán)境中平衡48 h后，由7名具有省級(jí)及省級(jí)以上卷煙感官評(píng)價(jià)資格的評(píng)委進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用單體香料評(píng)價(jià)方法，主要從香氣特性、煙氣特性和口感特性3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果和討論

2.1 裙帶菜多糖的單糖組成

通過與單糖標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間相比較與峰面積的計(jì)算，可得到裙帶菜多糖所含單糖單元的種類以及含量，如下表所示。由表1可知，裙帶菜多糖主要由葡萄糖構(gòu)成，并含有一定量的木糖與少量的甘露糖、半乳糖、半乳糖醛酸、果糖以及巖藻糖。

表1 裙帶菜多糖的單糖組成 （%）

2.2 裙帶菜多糖裂解結(jié)果分析

在典型的卷煙燃燒過程中，其燃燒錐中心處于無氧的裂解狀態(tài)，溫度通常在700～900 ℃，裂解區(qū)周圍的溫度在400～700 ℃，靠近抽吸端的蒸餾區(qū)溫度一般低于400 ℃[4]。在裂解過程中設(shè)定不同的溫度可一定程度上模擬這一過程。為此，在實(shí)驗(yàn)中選取卷煙燃燒有代表性的300℃、600℃和900 ℃進(jìn)行比較，分別代表揮發(fā)性物質(zhì)開始進(jìn)入煙氣、煙草開始燃燒和抽吸時(shí)最高溫度這3個(gè)典型溫度[5]。

圖1所示為300℃、600℃和900 ℃下裙帶菜多糖裂解總離子流圖。表2為裙帶菜多糖3個(gè)不同溫度裂解后GC-MS檢索分析結(jié)果。其中化合物的定性采用Wiley和NIST05數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，以匹配度≥85%定性，峰面積歸一化法相對(duì)定量，表2所示為檢索出的化合物種類與面積百分比含量。

圖1 裙帶菜多糖300℃、600℃和900 ℃下裂解總離子流圖

從圖1和表2可看出，在300 ℃時(shí)，產(chǎn)生的化合物種類較少，主要是呋喃類化合物，其中糠醛的峰面積占到總峰面積的60%以上，相對(duì)含量較高的化合物還包括5-甲基糠醛和5-羥甲基糠醛。當(dāng)裂解溫度上升至600 ℃與900 ℃時(shí)，產(chǎn)生的化合物種類顯著增加，與300 ℃相比，增加了許多低分子量的物質(zhì)，主要是一些酮類化合物，但是呋喃類化合物仍處于主導(dǎo)地位，其峰面積仍占據(jù)總峰面積的20%以上。600 ℃的裂解產(chǎn)物中含量較高的有糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛、1,4:3,6-雙脫水-α-D型吡喃葡萄糖等。900 ℃的裂解產(chǎn)物中含量較高的主要有糠醛、5-甲基糠醛、甲基環(huán)戊烯醇酮、1,4:3,6-雙脫水-α-D型吡喃葡萄糖、3,5-二羥基-2-甲基-4(H)-吡喃-4-酮等。

表2 裙帶菜多糖熱裂解產(chǎn)物分析 （%）

續(xù)表2

從裙帶菜多糖的熱裂解產(chǎn)物分析結(jié)果看，主要熱裂解產(chǎn)物以呋喃類、酮類、有機(jī)酸類、醛類為主。多糖裂解時(shí)，首先進(jìn)行鏈剪切作用，發(fā)生逆醇醛縮合反應(yīng)，再進(jìn)行下一步的裂解，形成小分子[6]。裙帶菜多糖主要由葡萄糖構(gòu)成，因此其裂解產(chǎn)物主要由葡萄糖裂解產(chǎn)生。其中呋喃類物質(zhì)的產(chǎn)生，例如糠醛和5-羥甲基糠醛，可能是由多糖中的葡萄糖單元結(jié)構(gòu)通過裂解形成[7,8]，并且隨著溫度的升高，大分子的呋喃類物質(zhì)可進(jìn)一步裂解形成小分子物質(zhì)或者發(fā)生聚合[9]。

在較低溫度時(shí)，多糖處于熱裂解初期，主要發(fā)生脫水和解聚反應(yīng)，糖醛酸側(cè)鏈斷裂，其內(nèi)在結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化。隨著溫度的升高，多糖熱裂解程度加劇，產(chǎn)物也變得復(fù)雜。在此階段，多糖結(jié)構(gòu)中的主要糖苷鍵和C-C鍵斷開，發(fā)生脫羥、脫羧和脫羰反應(yīng)，形成一些羰基和羧基化合物[10]，例如4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、肉豆蔻酸等。

此外，裙帶菜多糖熱裂解過程中還產(chǎn)生了含硫物質(zhì)(Z)-3-(苯硫基)-1,3-戊二烯與含氮物質(zhì)7-甲基-2,4-二羥基蝶啶。由于海藻與陸生植物相比具有較高的硫元素含量水平，主要以多糖硫酸酯的形式存在，門曉媛等[11]報(bào)道裙帶菜多糖硫酸基的含量高達(dá)10%左右，它們?cè)诟邷貤l件下可能發(fā)生裂解等一系列反應(yīng)生成較小分子的含硫化合物。而在裙帶菜多糖的提取過程中雖然進(jìn)行了脫蛋白處理，但仍可能殘留有少量的蛋白質(zhì)與氨基酸等含氮物質(zhì)，并且裙帶菜本身也含有一些含氮的色素類物質(zhì)，這些物質(zhì)都有可能在高溫過程中反應(yīng)生成新的含氮化合物。

裙帶菜多糖裂解結(jié)果表明，在裂解過程中產(chǎn)生了很多有利于改善卷煙感官品質(zhì)的香味物質(zhì)，例如5-羥甲基糠醛、2-乙?；秽?、糠醛、糠醇、肉豆蔻酸等。同時(shí)，裂解過程中也產(chǎn)生了酚類等有害成分，并且相對(duì)含量隨著裂解溫度的上升有增加的趨勢(shì)。

2.3 裙帶菜多糖試驗(yàn)卷煙感官評(píng)價(jià)結(jié)果

添加裙帶菜多糖的試驗(yàn)卷煙的感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明：裙帶菜多糖與煙香的諧調(diào)性較好，無異味。添加裙帶菜多糖對(duì)卷煙的香氣質(zhì)有一定改善，能夠明顯降低雜氣，提高細(xì)膩程度，降低干燥程度，增加回甜感（圖2），但是余味方面與空白卷煙相比稍顯不足。總體上看，裙帶菜多糖對(duì)卷煙的感官舒適度具有改善作用。

圖2 試驗(yàn)卷煙感官質(zhì)量評(píng)吸結(jié)果

3 結(jié)論

在模擬卷煙抽吸的溫度范圍內(nèi)，裙帶菜多糖的熱裂解產(chǎn)物隨溫度的提高而趨向復(fù)雜。裙帶菜多糖在熱裂解過程中產(chǎn)生豐富的香味物質(zhì)，如5-羥甲基糠醛、2-乙酰基呋喃、糠醛、糠醇、肉豆蔻酸等。裙帶菜多糖的卷煙感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果也表明，裂解產(chǎn)生的香味物質(zhì)能夠改善卷煙的感官質(zhì)量，能與煙香諧調(diào)，具有降低雜氣，提高煙氣細(xì)膩柔和度，增強(qiáng)回甜舒適感的作用。

[1]朱尊權(quán)，胡有持，劉惠民，等.羊棲菜水提取液及其在煙草中的應(yīng)用[P]，CN1961761.

[2]朱尊權(quán)，胡有持，張曉兵，等.羊棲菜乙醇提取液及其在煙草中的應(yīng)用[P]，CN1961762.

[3]朱尊權(quán)，胡有持，周細(xì)才，等.羊棲菜多糖及其在煙草中的應(yīng)用[P]，CN1962699.

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