在线热裂解－气相色谱／质谱联用技术分析葫芦巴净油的热裂解产物

第54卷第2期中山大学学报(自然科学版)Vol.54 No.22015年3月ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENIMar.2015D0I:10. 13471/j cnki. acta. snus. 2015. 02. 017在线热裂解-气相色谱/质谱联用技术分析葫芦巴净油的热裂解产物叶荣飞'，程侠”，宋森川”，李峰'，黄飞”，任成龙，宋化灿(1.广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东广州510385 ;2.中山大学化学与化学工程学院，广东广州510275)摘要:采用在线热裂解-气相色谱/质谱( Py-CC/MS) 联用技术研究了氦气氛围中葫芦巴净油在300、400、500、600、 700、800 C下的热裂解行为。结果表明:①在上述条件下共鉴定出86种裂解产物，主要是酯、酸、醇、烯烃类化合物;②裂解温度低于500 C时，检测到的成分基本相同;③裂解温度从600 C升至800 C,检测到危害性的苯系物种类增多、相对含量增大。此外，对葫芦巴净油裂解产物的致香机理和苯系物的形成机理进行了简单讨论。关键词:热裂解-气相色谱/质谱联用技术;葫芦巴净油;热裂解;致香机理中图分类号: 0656. 21文献标志码: A文章编号: 0529 -6579 (2015) 02 -0083 -06Analysis of Pyrolysates from Fenugreek A bsolute by On-LinePyrolysis-Gas Chromatography /Mass SpectrometryYE Rongfei'，CHENH Xia2 , SONG Senchuan', LI Feng', HUNNG Fei',REN Chenglong 2, SONG Huacan2(1. Technical Center of China Tobacco Guangdong Industrial Co. Ltd. ，Guangzhou 510385，China;2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275 , China)Abstract: Fenugreek absolute was pyrolyzed under helium atmospheres at 300, 400, 500, 600, 700 and800 C，respectively. The pyrolysates were analyzed by on-line gas chromatography/ 'mass spectrometry( GC/MS). The results showed that, first, eighty-six constituents were identified, and the major of thepyrolysates were esters, acids ，alcohols and alkenes. Second, the pyrolysates were almost same at lowertemperature (300 ~500 C). Third, more and more benzene derivates were identified with higher per-centage with increasing temperature (600 ~ 800 C). In addition, the flavor mechanism and the attribu-tion of benzene compounds were investigated.Key words: Py-GC/ MS; fenugreek absolute; pyrolysis; flavor mechanism葫芦巴( Trigonella foenum-graecum L.),系豆枫槭的香甜韵，抑制烟叶的辛辣刺激性，在烟用香科蝶形花亚科- -年生草本植物，具驱寒除湿、降糖原料中占有 十分重要的地位。关于葫芦巴和葫芦巴降脂和抗氧化等功效1[-5);同时它又是- -种广泛种浸膏、葫芦巴酊剂的研究已有报道[6-10]，多是采植的香料，被广泛用于食品、饮料、卷烟等中。葫用GC/MS分析葫芦巴的挥发性成分，对其在不同芦巴净油略带黄色，具有浓甜、香辣、枫槭样的特温度下的热裂解研究鲜见报道。为此我们用在线热征香味，稍呈焦糖香和坚果香，可赋予卷烟坚果和裂解 -气相色谱/质谱联用技术研究了氦气氛围中收稿日期: 2014-05-168中山大学学报(自然科学版)第54卷葫芦巴净油在300、 400、 500、 600、 700、 800葫芦巴净油在300 C时，基本以挥发为主。如C11-21下的热裂解行为，并分析了其主要的裂解对比图1 (b)与(a)可以看出，图1 (b)中保产物，为葫芦巴净油产品在卷烟中的应用提供理论留时间在21.0~21.2、34.0 ~35.0和41.5 ~42. 0支撑。和44.0 ~45.0 min范围内组分含量减少，说明这些物质在600C时相对于300C时其裂解比例有所1实验部分:增加。1.1 试剂、仪器与条件葫芦巴净油(.上海彼艾孚实业发展有限公司)24 -! (a)制备成10 mg/mL样品。Agilent ( 美国) 7890A -205975C气相色谱-质谱联用仪; Frontier (日本)16 .PY - 2020iD型热裂解仪。12HP-5MS毛细管色谱柱(30 m x0.25 mm,40.25 m);载气He (99. 999%)，流量l mL/min,1015202530354045分流比100: 1; 升温程序，40 C保持2 min, 以201 (b10C/min升至240C保持5min,以20C/min升16至280 C保持21 min。 离子源(EI)， 电子能量70eV;离子源温度230 C;四级杆温度150 C;扫描范围35~550amu;传输线温度280C1.2实验方法用进样针(10 μL)吸取2 μL葫芦巴净油样01015202530354045(C)品注人裂解室中，分别在300、400、 500、 600、700和800 C下进行瞬间裂解。裂解产物被氦气导12-人GC-MS中进行分离和鉴定，通过WILEY09与NIST08串联检索鉴定裂解物种类，用峰面积归--化法进行半定量分析。00 1520253035 40 45lg/min2结果与讨论图1 300C (a), 600 C (b), 800 C (c),2.1葫芦巴净油热裂解产物的分析时葫芦巴净热裂解产物的总离子流色谱图葫芦巴净油在300、600、800 C热裂解产物总Fig. 1Total ion chromatogram of pyrolysates of fenugreek离子流图见图1。在300、400、500、600、700、absolute at 300 C (a), 600 C (b), 800C (c)800 C时测定得到的裂解产物信息列于表1。表1葫芦巴净油裂解产物Table 1 Pyrolysates of fenugreek absolute at different temperatures不同温度1/C下归一化后的质量分数nw/%序号In/ min化合物名称匹配度/%3004005006007008006.239乙苯920.049 0. 134 .6.458间二甲苯)30. 0580.081 0. 1446.822环已醇840. 0510.0670.064 0.065 0.073 0. 056930. 0650.075 0.217 .7.487 ;a-侧柏烯)10. 0410.048 0.0537. 634ax-蒎烯0. 0660.0610. 0378. 110间甲基乙苯890. 0448.598戊酸0.0540. 0570.081 0. 083 :0. 0690. 0658. 722正己酸乙酯860. 0450.0650.060 0.0580.067 0. 101第2期叶荣飞等:在线热裂解-气相色谱/质谱联用技术分析葫芦巴净油的热裂解产物85续上表不同温度t/C下归-一化后的质量分数u/% .tp/ min化合物名称匹配度/%3004005006007008009. 316柠檬烯890.0310.0430.053 0. 0430. 014129.593茚900. 1101310. 2101, 1-二乙氧基己烷80. 0310.0410. 0420.0550.039 0. 0431410. 275正十一醇0.037 0. 0401510. 493葫芦巴内酯880. 229).256 0.231 0. 1780.175 0. 159 .1611. 898辛酸乙酯90.0780. 0830.0730.070.1520.131113. 3752,4-癸二烯醛0.0390.043 0.037 0.0390.027 0. 0361813. 5281-甲基萘0. 0410.052 0. 0641913. 7102, 4-癸二烯醛0.0950.076 0. 0622013. 7511-乙烯基-1-氢茚0. 0452114. 1109-癸烯酸0.052 0. 0712214. 5921, 2-二甲基哌啶7:0.1650. 186 0. 1520.1950.1830.1612314. 868未知物10.2540.290 0.274 0.274 0.228 0.2422415. 633苊烯912515. 857a-紫惠槐烯0.0380.0320.039 0. 0332616. 598二氢猕猴桃内酯0.0500.056 0. 0470. 0500.050 0. 038.2717. 151正癸酸乙酯760.0560.0660. 0630.0610.052 0. 0392817. 257石竹烯氧化物0. 0890. 104 0.0980.075 0. 0652917. 551未知物20.3530.4200. 3840. 3570.311 0. 2913017. 886T-杜松醇860. 1540. 1480. 1380. 1330.124 0. 1093118. 6863, 7, 11-三甲基正十二醇0.018 0. 0243218. 992肉豆蔻酸820. 0640. 0810.076 0. 0710.073 0. 0743319. 386肉豆蔻酸乙酯0.1740. 2030. 1910.1790.1710.158.3419. 568菲940. 0343519.857乙酸叶绿醇酯780. 0350.036 0.046 0. 0540.039 0. 0473619.9156, 10，14-三甲基-2-十五酮920.1640.180.1830.1770.159 0.146320. 427正十五酸乙酯0.1010.1240. 1130. 113 0. 100 0. 1023821. 098棕榈酸1. 5611. 684 1. 5201.7312. 106 2.6203921. 427棕榈酸乙酯7.1107.277.7047.5006. 6966. 3904(21.85617-十八炔酸0.0810.0830.0790.0710.083 0. 09322. 051十七烷酸0. 0790.084 0.072 0. 0810.088 0. 1044222. 15710-十七烯酸甲酯830.217). 2520.1980.200 0. 199.22. 386十七烷酸乙酯010.3700.430 0. 3940.3900.3830. 3844422. 4686-十八烯酸甲酯750.073 0.065 0.068 0.076 0. 0784522.574叶绿醇0.1900.2240.1890.1970.1880.199.422. 845亚油酸3.7973.5883. 2713.95:4.6755. 6874722. 909油酸4.0434.;1803.7353.6445.6666.4724823.151亚油酸乙酯9524.026 23. 949 23. 61423. 55523.938 23. 0724923. 221油酸乙酯8420.764 21. 754 21. 97121. 443 21. 632 21. 9835023. 339棕榈酸酰胺810.315 0.325 0.421 0. 3300.512 0. 5145123. 480硬脂酸乙酯932. 9603.216 3.2143.049 3. 0963. 2415225. 121未知物30. 5820.618 0. 456). 4710.501 0. 4381- (9-十八烯基) - 25325. 2210.446 0.467 0. 3610.383 0.442 0. 405-吡咯烷酮5425.880油酸酰胺0.2020.199 0.171 0.211 0.236 0.2615525. 98613 -二十烯酸甲酯0.2450. 2650.219 0. 2430. 277 0. 2855626.43319-甲基二十烷酸甲酯0. 8840.9800.7800. 8941.181 1. 1548中山大学学报(自然科学版)第54卷续上表不同温度t/C下归-一化后的质量分数u/% .tp/ min化合物名称匹配度/%3004005006007008005827. 291亚油酸单甘油酯7(0. 0920.0970.0800. 0660.0720.115927. 774亚油酸正丁酯790.0480.0530.058 0. 0510.069 0. 0596C28. 327棕榈酸甘油酯820.2580.1970.1900.2150.295 0. 44528. 538邻苯二甲酸异辛醇二酯90.1600.162 0.142 0. 166 0.190 0. 1946228. 944芥子酸乙酯830. 0820. 0860.070 0. 0830.092 0. 1716329. 185二十二酸乙酯8(0. 2410.4920. 5740.2140.280 0. 3166430. 174一0.833 0. 6046530. 221油酸单甘油酯760. 7840.73:0.705 0.6221.503 1. 3156031.185芥子酸酰胺740.0790. 0720.0660.1220.087 0. 07732. 020未知物40.1860.1850.16 0. 1950.206 0. 2416832. 291未知物50. 1620.149 0. 1570. 2920.374 0. 497634.326781. 4341.3151. 3631. 24(0.788 0. 6627035. 044β -香树脂醇0. 5080.258 0.299 0. 3020.427 0. 4067135. 914a-香树脂醇1. 0341.081. 1911. 2041.333 1. 4887236. 097未知物60.3310.3640. 4770. 4680.501 0. 7357336. 673胆甾醇870.316 0. 1850.273 0. 3990.296 0. 30136.908.未知物70. 2580. 2660. 1940.1180.088.7537.1264-甲基胆甾-2-烯-4-醇.800.184 0.1920. 2930.287 0. 27637. 9556-甲基胆甾-5-烯-3-醇0.272 0.357 0.356 0. 368 0. 3657739.191菜油甾醇901.006 ;1. 0761. 1221. 4661.096 0. 95239. 914二甲基胆甾烯醇811. 0820.6110.7921. 2090.922 0. 81241. 149β-豆甾醇0.3380.259 0.363 0. 3580.244 0. 23341. 720γ-谷甾醇939. 7469.6569.431 8. 9816.8715. 76542. 83824-甲基环木菠萝醇861. 4801. 3951. 3471. 3221.051 0.88943. 714未知物8-0. 2271.020 0.812 0. 7429，19-环-9β-木菠萝-44. 302853. 4933. 0483. 5113. 1992. 064 1. 88624-烯-3β-醇8444. 484羽扇豆醇3. 0832.516 2. 2442. 300 1. 826 1. 58445.861豆甾-3, 5-二烯2.0511.6121.4361.0780.911 0. 79946. 496维生素E880.7290.6910.6860.4770.443 0. 345芳香物总含量0.164 .0.257 0. 797从表1看出，w超过3%的有8种物质，这些醛，但再检测不到a-蒎烯、a-侧柏烯;其他物组分是脂肪酸与脂肪酸酯，相对较难发生裂解。w质与500C条件下的裂解产物相同。超过1%的其他组分，如甾醇类、菠萝醇类和羽扇700 C时开始检测到乙苯，间二甲苯、苯乙豆醇等，由于其含有多个相并和的脂肪环，热裂解烯、1-甲基萘的相对含量大于高于600 C;同时时通过断裂开键，脱去氢和取代基，可形成相应的检测到正十一醇、9-癸烯酸、3, 7, 11-三甲基.苯系和萘系物质。正十二醇、亚油酸单甘油酯。300 C时，在葫芦巴净油中检测到68种物质，在800 C时，芳香族物质种类进一一步增加，如与文献[7]报到的相近。从400 C开始，相关组间甲基乙苯、邻甲基苯乙烯、茚、苊烯、菲;柠檬分开始裂解，在400、500、600、700和800 C时烯未检出，其他物质与700C条件下的裂解产物相所检测到物质种类分别增加到70、71、73、78、同。83种裂解产物。2.2葫芦巴净油裂解产物的致香机理分析当裂解温度升高时，产物逐渐增多。从600 C葫芦巴净油的热裂解产物中有许多具有特殊香开始，芳香族物质( 如间一甲某、苯乙烯、1 -甲第2期叶荣飞等:在线热裂解-气相色谱/质谱联用技术分析葫芦巴净油的热裂解产物37香味物质;十一醇具有淡甜脂腊香、玫瑰花香和柑物，得到大量的苯系化合物，也证实了这一点。菜橘、菠萝样的果香;9-癸烯酸呈显著脂肪酸和蜡油甾醇a-香树脂醇豆甾-3，5-二烯羽扇豆醇香，略有果香和乳香;亚油酸、油酸、肉豆蔻酸、24-甲基环木菠萝醇9, 19-环-9β-木菠萝-24十七烷酸等高级脂肪酸具有淡甜柔和的吸味。葫芦-烯-3β-醇二甲基胆甾烯醇。巴内酯是“焦糖香、枫槭香特征香”最主要的贡献者[6]。大量存在的脂肪酸酯类如肉豆蔻酸乙酯、HO-棕榈酸乙酯、棕榈酸甘油酯、亚油酸乙酯、油酸乙HO-'酯、硬脂酸乙酯、正十七烷酸乙酯、亚油酸丙酯可菜油甾醇a-香树脂醇以抑制烟叶辛辣刺激性的重要物质。从400C开始，裂解产物中出现了4-甲基胆甾-2-烯-4-醇、6-甲基胆甾-5-烯-3-醇、豆甾-3, 5-二烯、a-香树脂醇和2, 4-癸二烯醛，这些物质豆甾-3,5-二烯24 -甲基环木菠萝醇可能会增加或改变气相物质的味道。2.3芳香族物质产生的可能机理分析HO一H入研究工作证明糖类、烃类、类脂等化合物，高TH题羽扇豆醇9,19-环一9β -木菠萝-24-烯- 3β -醇温时会裂解产生苯系物13-141。a-蒎烯和ax-侧柏烯在裂解温度上升至600 C时未检出，说明这二种物质几乎全部裂解转化为其他物质。根据它们的结构推测，二者此条件下可能转化为苯系物(图2)。二甲基胆甾烯醇图3葫芦巴净油中结构类似于 γ-谷甾醇的其他组分的结构苯系物Fig. 3 Structures of the other components similar toa-蒎烯γ-sitosterol in fenugreek absolute脱水a-侧柏烯γ-谷甾醇图2ax-蒎烯和ax-侧柏烯热裂解为苯系物Fig2 Pyrolysis of a-pinene and a-thujene脱去甲基to benzene compounds进一步、脂肪酸与脂肪酸酯含量较大，它们的分子结构裂解比较稳定，此环境下裂解的比例较小。甾醇类、菠萝醇类和羽扇豆醇等(图3)，它们分子内均含有羟基和多个相并合的脂肪环。该类分子中的羟基高或温时很容易脱水消除转化为环烯烃类物质，接着消进一步装解+苯系物除去氢或其他取代基形成苯环体系。有机分子裂解时温度越高，分子越易裂解，同时较长的碳链首先图4 r-谷 甾醇裂解转化为苯系物断裂[I5]。由于裂解形成苯系物，从热力学上是有Fig4 Pyrolysis of ry-sitosterol to benzene compounds利的，这也促进了有机物的裂解。如γ-谷甾醇含量较高，w=9. 746%，但是当裂解温度上升到7003结论C时，w只有6.871%，接近30%的γ-谷甾醇发生了裂解。根据其结构特点推测，其中部分可能转利用热裂解-气相色谱/质谱联用技术，重点8中山大学学报(自然科学版)第54卷主要的裂解产物，结果表明:裂解产物主要是酯、(38): 5119 -5127.酸、醇、烯烃类化合物，在温度较低(300 ~ 500[6]黄伟，SDE/GC-MS法对两种不同葫芦巴浸膏香气成C)时，检测到的裂解产物基本相同;随着温度分的分析[J].上海应用技术学院学报:自然科学版，2005(4) :80 -83.的升高，裂解产物种类增多，当温度升高至600 C时开始检测到苯系化合物;800C时裂解形成的芳[7]姚健,马君义,张继，等.发酵对葫芦巴挥发性化学成分的影响[J].食品科学,2006(12):177- 181.香化合物总含量最大值为0. 797%。相对于其它只[8]苏勇,冒德寿,李智宇，等.搅拌棒磁子萃取-热脱附分析其挥发性成分的方法而言，更接近实际应用，-气相色谱/质谱联用分析葫芦巴酊剂的挥发性成分根据不同温度下得到的裂解产物分析了其致香机[J].香料香精化妆品,2012(4):9-14.理，探讨了芳香物质可能的形成机理，为葫芦巴净[9] 苏勇,冒德寿,曲荣芬,等.搅拌棒磁子萃取-热脱附油产品在卷烟中的合理利用提供理论支撑。-气相色谱质谱联用分析葫芦巴浸膏的挥发性成分[J].食品工业科技,2012(13):40 -42.参考文献:[10]刘世巍,黄述州，丁建海.葫芦巴挥发油成分的GC-[1] 兰卫，,高晓黎,毛新民，葫芦巴药理作用的研究进展MS分析[J].华西药学杂志,2013, 28(5):504 -[J].西北药学杂志,2008(5):81 -83.505.[2]BASCH E, ULBRICHT C, KUO C, et al. 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