煙草薄片用鐵觀音茶梗漿熱裂解產(chǎn)物分析

朱東來(lái) 何雪峰 沈靖軒 馬濤 溫光和

摘要：將鐵觀音茶梗機(jī)械漿分別在300、600、900℃下進(jìn)行熱裂解，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)其裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析和半定量分析，為鐵觀音茶梗在煙草薄片中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，鐵觀音茶梗漿可裂解出大量的香味成分，其中包括多種構(gòu)成鐵觀音茶獨(dú)特茶香韻的主要成分。鐵觀音茶梗漿的裂解產(chǎn)物構(gòu)成卷煙香味的同時(shí)也賦予了卷煙煙氣獨(dú)特的茶香韻，并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：煙草薄片；鐵觀音茶梗；熱裂解產(chǎn)物

中圖分類(lèi)號(hào)：TS426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）08-1931-04

福建省盛產(chǎn)烏龍茶，其中鐵觀音茶是烏龍茶中極品，在鐵觀音茶葉生產(chǎn)中，廢次茶葉、茶末、茶梗比例約占50%，且價(jià)格低廉。如何有效地提高茶葉的綜合利用率、提升茶產(chǎn)業(yè)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益是目前迫切需要解決的問(wèn)題[1]。將茶梗作為煙草薄片制造的原料，可以拓展卷煙原料來(lái)源、降低卷煙制造成本、改善卷煙抽吸品質(zhì)，并能有效提高茶資源的綜合利用。但茶梗作為制造煙草薄片的原料，在燃燒過(guò)程中，會(huì)發(fā)生一系列熱裂解反應(yīng)，從而影響薄片的吸味。因此，了解茶梗的熱裂解產(chǎn)物對(duì)煙草薄片的燃燒及卷煙的吸味品質(zhì)等具有重要指導(dǎo)作用。已有報(bào)道多以鐵觀音茶梗為原料，分析茶原料的理化特性，制備茶葉再造薄片，進(jìn)行煙氣和感官評(píng)價(jià)，并應(yīng)用于卷煙產(chǎn)品[2-4]。目前，煙草薄片用鐵觀音茶梗熱裂解產(chǎn)物研究未見(jiàn)報(bào)道，研究煙草薄片用鐵觀音茶梗漿的熱裂解行為，具有較好參考價(jià)值。

卷煙熱裂解蒸餾區(qū)的溫度在200～900 ℃之間，煙氣成分主要來(lái)源于這個(gè)區(qū)，一般認(rèn)為在典型的卷煙燃燒過(guò)程中，其燃燒中心處于無(wú)氧的裂解狀態(tài)，溫度通常在700～900 ℃，裂解溫度在400～700 ℃，靠近抽吸端的蒸餾區(qū)溫度一般低于400 ℃[5]。該試驗(yàn)采用裂解氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Py-GC-MS），選取卷煙燃燒有代表性的3個(gè)溫度300、600和900 ℃，模擬卷煙不同位置的溫度差異，對(duì)煙草薄片用鐵觀音茶梗漿的熱裂解產(chǎn)物進(jìn)行分析，從化學(xué)角度客觀地對(duì)它在煙草薄片中的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析其應(yīng)用的可行性和安全性。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

鐵觀音茶梗機(jī)械漿購(gòu)于福建安溪世信茶廠。

6890/5973N GC-MS聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司）；毛細(xì)管柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm，美國(guó)Agilent公司）；Pyroprobe 2000熱裂解儀（美國(guó) CDS 公司）；SPME裝置：75 μm CAR/PDMS（美國(guó)SUPELCO公司）。

1.2 方法

1.2.1 熱裂解條件 熱裂解探頭初始溫度30 ℃，升溫速率10.00 ℃/ms，裂解溫度300 ℃、600 ℃、900 ℃，持續(xù)時(shí)間15 s，裂解環(huán)境為大氣環(huán)境。

1.2.2 GC-MS條件 進(jìn)樣口溫度240 ℃；載氣He（99.999%）；流速1 mL/min；分流比10∶1；GC-MS接口溫度250 ℃；升溫程序：50 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至100 ℃，保持1 min；以8 ℃/min升至260 ℃，保持5 min；離子源為EI源；電子能量為70 eV；掃描范圍：35～455 amu；標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫(kù)為NIST，WILEY譜庫(kù)。

1.2.3 樣品分析 稱(chēng)取一定量樣品（2 mg）于裂解專(zhuān)用石英管中，然后將石英管置于熱裂解儀的加熱絲中，在設(shè)定的溫度下熱裂解，裂解完后將固相微萃取頭置于自行設(shè)計(jì)的裂解瓶中70 ℃萃取30 min后，將SPME進(jìn)樣針插在氣相色譜高溫汽化室中進(jìn)行解吸附2 min，裂解產(chǎn)物進(jìn)氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析，并檢索標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)，計(jì)算產(chǎn)物相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱裂解溫度對(duì)裂解產(chǎn)物的影響

選取卷煙燃燒有代表性的3個(gè)溫度300、600、900 ℃對(duì)鐵觀音茶梗漿進(jìn)行熱裂解，用GC-MS對(duì)其裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分進(jìn)行了定性分析，并用峰面積歸一化法測(cè)定了裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分的百分含量，結(jié)果見(jiàn)表1。圖1為3個(gè)溫度下鐵觀音茶梗漿裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分的總離子流圖。

由表1、圖2和圖3可知，鐵觀音茶梗漿在熱裂解過(guò)程中可以釋放出鐵觀音茶的致香成分，這些成分能影響卷煙的抽吸品質(zhì)，隨著裂解溫度的升高，裂解越來(lái)越復(fù)雜。

300 ℃裂解產(chǎn)物中共鑒定出61種裂解產(chǎn)物，占總峰面積的79.79%，含量最高的物質(zhì)為醛類(lèi)（24.30%），其次是醇類(lèi)（15.50%）和烴類(lèi)（11.70%）。單一成分中，（E，E）-2，4-庚二烯醛（8.20%）相對(duì)含量最高，并且鐵觀音茶的致香成分苯乙醇（3.09%）、反式-橙花叔醇（4.82%）、吲哚（1.53%）在此溫度下含量也較高，其中（E，E）-2，4-庚二烯醛有清香、醛香，苯乙醇具有溫和協(xié)調(diào)的薔薇花香，橙花叔醇具有木質(zhì)類(lèi)的木香，吲哚具有淡淡的花香[6-8]。這些特征香味成分構(gòu)成了鐵觀音茶獨(dú)特的茶香韻，與煙香具有較好的諧調(diào)性，在卷煙煙氣中，能突顯鐵觀音茶香獨(dú)特風(fēng)格，整體改善卷煙抽吸品質(zhì)。

600 ℃裂解產(chǎn)物中，檢測(cè)到91種裂解產(chǎn)物，占總峰面積的72.28%，含量最高的物質(zhì)為醛類(lèi)（25.20%），其次是酚類(lèi)（17.50%）和呋喃類(lèi)（5.96%）。單一成分中，糠醛（13.85%）的相對(duì)含量最高，糠醛有似焦糖、谷物烘烤氣息、果香和面包香，可賦予卷煙木香、花香、果香和甜香。此溫度下，茶梗漿熱裂解產(chǎn)物種類(lèi)增加，其中酚類(lèi)和雜環(huán)類(lèi)種類(lèi)和數(shù)量明顯增加，并出現(xiàn)了苯類(lèi)和稠環(huán)類(lèi)等有害物質(zhì)，但相對(duì)含量較低，而醇類(lèi)種類(lèi)和含量明顯下降，呋喃類(lèi)、烴類(lèi)、酸類(lèi)含量也出現(xiàn)了下降。

900 ℃裂解產(chǎn)物中，檢測(cè)到87種裂解產(chǎn)物，占總峰面積的74.63%，含量最高的物質(zhì)為酚類(lèi)（23.60%），醛類(lèi)（22.20%）和酯類(lèi)（5.96%）。此溫度下，茶梗纖維熱裂解基本完成，各類(lèi)裂解產(chǎn)物數(shù)量變化不大，含量略有變化，酸類(lèi)、醇類(lèi)略有降低，酯類(lèi)、苯類(lèi)、酚類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)含量增加。單一成分中，具有重要致香成分的糠醛（12.89%）的相對(duì)含量仍然最高。

2.2 熱裂解的重現(xiàn)性試驗(yàn)

分別在300、600、900 ℃下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，選取3個(gè)溫度下都能裂解出的裂解產(chǎn)物糠醛、2-甲基-呋喃、2-環(huán)己烯-1-醇、2-乙烯基-苯并呋喃、香蘭素等5種化合物作為代表，計(jì)算其在典型裂解溫度下含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，所選取典型溫度下的5種有代表性的裂解產(chǎn)物含量的RSD最大為4.02%，表明本方法具有良好的重復(fù)性。

3 結(jié)論

采用Py-GC-MS對(duì)鐵觀音茶梗機(jī)械漿在不同溫度（300、600、900 ℃）下的熱裂解產(chǎn)物揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明，鐵觀音茶梗漿可裂解出大量的糠醛、（E，E）-2，4-庚二烯醛、苯乙醇、反式-橙花叔醇、吲哚等致香成分。其中苯乙醇、反式-橙花叔醇、吲哚等是構(gòu)成鐵觀音茶獨(dú)特茶香韻的主要成分，這些物質(zhì)構(gòu)成了卷煙香味的同時(shí)也賦予了卷煙煙氣獨(dú)特的茶香韻，并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質(zhì)[9，10]。各裂解產(chǎn)物中主要的致香物質(zhì)隨裂解溫度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中以300 ℃時(shí)致香成分最多，當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃后，裂解反應(yīng)趨向于芳環(huán)化和炭化降解，這時(shí)糖苷鍵、C-H鍵和C-O鍵斷裂加劇，芳環(huán)化的結(jié)果導(dǎo)致了致香成分的減少和有害物質(zhì)的增加。總之，鐵觀音茶梗漿熱裂解產(chǎn)物的揮發(fā)性成分與卷煙煙氣諧調(diào)并能改善卷煙吸味，提升其抽吸品質(zhì)，但也會(huì)產(chǎn)生少量的有害物質(zhì)。一定程度上表明其在煙草薄片中應(yīng)用是可行性的，為鐵觀音茶梗漿在煙草薄片中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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