卷烟调香学 第四章 烟草香味的分离与鉴定

(六)顶空分析 这是一种分析易挥发性低沸点成分的 有效方法。将易挥发成分采用适当方法收 集起来，然后对收集的成分再用其它方法 分离、再鉴定。 上述几种分离方法联合起来使用如下：
精密分馏与柱层析联合使用； 柱层析和气相色谱联合使用； 化学分离法和气相色谱联使用。
在实际工作中应根据具体情况，灵活使 用。
二、 烟草香味成分产生的途径 （一）烟草中西柏烷类化合物的存在、降 解和转化 西柏烷（Cembrane）也称西松烷或烟 草烷。属单环二萜类化合物。结构骨架如 图：
该类化合物是烟草中一类重要的二萜类 物质。烟草中主要存在的西柏烷类化合物有 下面几种：
三烯 西柏三烯
西相二烯 （+）-S-西柏三烯
西相二烯—4—醇 西柏三烯—4—醇
类脂物在光、空气和酶等的作用下可以 转化成挥发性的成分，它与植物的香气有关。 类脂的降解有多种途径。 例如三磷酸甘油酯及其它化合物的水解 可 以 产 生 脂 肪 酸 。 脂 肪 氧 合 酶 对 具 有 cis 、 cis—1、4—戊二烯体系的分子氧化有催化作 用，例如对亚油酸、亚麻酸的催化氧化作用。 这种氧化作用伴于类胡萝卜素氧化降解过程 中，形成环氧化合物。环氧化合物的分解可 以产生许多化合物、例如饱和或不饱的脂肪 醇和醛。
图２ 西柏三烯的生物降解过程
茄酮是烟草中很重要的香味物质，它的 进一步反应产物大多也具香味，在酸的催化 作用下，茄酮端基烯健与水作用生成一个环 氧化的中间产物，此中间产物不稳定，它的 酮基与环氧基反应可形成一个杂氧的双环化 合物，这一结构的化合物具有特别的香味， 在改变烟草香味方面很有用处。 另外，在单线态氧化作用，茄酮发生分 子重排反应，形成一个环状化合物——茄呢 呋喃，这也是一个很重要的香味化合物。
(四)烟草提取物酸性、中性、碱性的分组 利用烟草成分的酸碱不同而将其粗分 成几大组。例如：用酸处理烟草提取物可 将碱性成分分开；用NaOH强碱可将酸性 成分分离开。 (五)色谱分离技术(包括柱色谱) 这是利用有机物极性不同而将其分离 的一种现代分析方法。常使用有气相色谱、 高压液相和色质联用。以AL203或硅胶充 填的柱色谱也适用于烟草香味成分分析。
c b a
d(香紫苏醇Biblioteka 或硬尾a醇)b
c
d
C-18
C-15 香紫苏内酯
C-14
降龙涎香醚 C-16
（四） 与木质素降解有关的 β—氨基苯丙酸的降解及转化
在烤烟中含有大量的挥发性芳香族 成分，大部分是单取代的产物，可 能与木质素降解产物β—氨基苯丙 酸的代谢有关，其过程如下：
（五） 类脂物的降解——高级 脂肪酸类
西柏三烯—4，6—二醇（非对映异构体） 西柏三烯-4，6-二醇（非对映异构体）
西柏烷类化合物最初是以无味物质存在 于鲜烟叶中，经过调制和陈化，烟草中的一 些物质会发生反应从而转化为其它物质。 西柏烷类也不例外，例如西柏三烯-4， 6-二醇在一定条件下也可以转化成茄酮。
又如：西柏三烯经生物降解，发生二 重断裂可以生成C18 、C15 、C14 和C13 的低 级化合物（图2）经过降解后生成的降解 产物的总数可超过60种。 西柏三烯的降解产物（C13 ）是大家 熟知的烟草中的重要香味物质茄酮。它在 烟草香味中起着重要作用。
(二)白肋烟水蒸气蒸馏物的分离监定
白肋烟水蒸汽蒸馏物的分离流程如下：
上述分离得到的各种组分分离可得到 200多种化合物。
三、香料烟香味物质的分离与鉴定 香料烟香味物质的分离流程如下
酸性部分在硅胶柱色谱上用苯—甲醇溶剂进 行色谱分离。把酸性组分分成56个组，16—36组 全部酸性部分占总酸性部分的60％，并且代表香 料烟的香气特征。
第四章 烟草香味成分 及分离鉴定
主要内容 一、烟草成分分离鉴定技术 二、不同烟草香味物质的分离鉴定 三、烟草香味物质的存在、降解和 转化
第一节
烟草成分分离鉴定技术
一、分离方法 二、鉴定技术 三、分离与鉴定的程序
研究烟草香味物质是为了找出影响烟草 香味的物质究竟有哪些？起主导作用的有哪 些？从而为改进烟草香味质量服务。因此， 必须分离鉴定烟草香味成分，以达到提高烟 草品质的目的。分离方法的应用对研究的开 展有重要作用。
产生西柏烷类化合物能力的遗传
产生西柏烷类化合物能力的遗传 产生西柏烷类化合物 能力的遗传
产生赖百当类化合物能力的遗传 产生赖百当类化合物 能力的遗传
N. 普通烟草 白肋烟
N. 普通烟草 白肋烟 烤烟 香料烟
图1 普通烟草遗传背景
烤烟
N=24
N=24
香料烟
图1
普通烟草遗传背景
上述遗传行为决定了西柏烷类 化合物可存在于白肋烟、烤烟和香 料烟中，而赖百当化合物只存在于 香料烟中。各种烟草中的双萜类化 合物含量差别是很大的。这对与此 相关的精油和香气的感官质量有重 要的影响。
有关茄酮的反应不仅可以发生在两个双键 上，其羰基也是比较活泼的。茄酮与过氧酸作 用，再经碱性还原就得到较茄酮少两个碳原子 的醇。此醇经氧化变成C10 的含烃基的a，β不 饱和酮，在酸性介质中。它可以环化成为四氢 吡喃的羟基衍生物，若经进一步氧化，就可以 得到烟草中有名的香味物质α—异丙基丁酸内 酯。
氧代依杜兰 (oxo—edulan)
氧代依杜兰(oxo—edulan)
（三）赖百当类化合物的存在、 降解及其转化
赖百当（Labdane）类化合物是香料烟中独 有的香味物质。其基本分子骨架为：
16 12 11 20 1 10 2 3 4 5 18 6 17 9 8 7 13 14 15
19
它属于双环二萜 类化合物，也称之为 半日花烷类化合物。 该类化合物支链降解 可以形成降解产物， 故赖百当属于一类数 目众多的香味物质。
烟草化学成分大体上可以分为两类：
一类是挥发性的，例如生物碱类、 类脂的降解物等。 另一类是非挥发性的。例如碳水化 合物、氨基酸等。 我们知道，由于烟草成分受遗传背 景、生长条件、调制方法三种因素的控 制，因此，烟草中的香味物质的质量和 数量因烟草品种和质量不同而有差异， 非挥发性的致香化合物可以向挥发性的 香味成分转变是必然的。
c b a
a
aa
b
c
硬尾醇在ａ位断裂 即生成减少2个碳原子 的环醚，此环醚的顺 式香味显著 ，反式无 味； 在b位断裂得到的是 香紫苏内酯 ，香紫苏 内酯还原生成很重香 味成分降龙涎香醚。 c、d位断裂分别得 到C—15的1，2，5， 9— 四 甲 基 —2— 羟 基—十氢萘和C—14的 2—羟基补身酮。这些 分子大多数基团同处 于分子一面 。若处于 异面时，其香味大大 减弱。这是嗅觉三轴 向现象。
2. 生长条件与调制加工因素
烟草精油的化学成分不仅取决于遗传， 而且也取决于采摘后的调制陈化等加工过程。 西柏烷类和赖百当类双萜最初是以无味的表 皮蜡质的形式储存于新鲜烟叶中，在经过调 剂和陈化之后才转化成为香味物质。 在晾、晒、烤制等过程中，所发生的无数 光化、酶化、氧化还原反应是各不相同的。 经过这些反应，许多原有的烟叶物质转化为上 千种其它化合物，这些化合物就形成了各种不 同烟草的独特香味。
a
a
a
a
b
b
c
c b
d
d
六氢番茄红素 六氢番茄红素 cc
a
b
d
d
a
a
bcd
d
b c
e
e
α—胡萝卜素（α—carotene） α—胡萝卜素（α—carotene）
a
a
b
b
c
c
d
d
e
e
a
a
b
b
新叶黄素（neoxanthin） 新叶黄素（neoxanthin）
b a
a
b
(violaxanthin)
(violaxanthin)
(二)水蒸汽蒸馏物的研究
烤烟水蒸汽蒸馏流程如下 :
二、白肋烟香味物质的分离与鉴定
(一)白肋烟氯仿提取物的分离和鉴定
白肋烟氯仿提取物的分离和鉴定流程如下：
上述分离出的1-D，1-R，M-1，M-2和 M-3经进一步分析，结果如下所述。 酸性l-D组分：鉴定出下列物质：α甲基丁酸、β-甲基丁酸 、正戊酸、正已 酸、苯甲酸．苯乙酸。 l-R组分：苯甲酸、苯乙酸、香兰酸、 壬二酸、香兰素、莨菪亭。 中性M-2组分：石蜡烃、新植二烯、 希伯烷类、二氢猕猴桃内酯、β—谷甾醇、 豆甾醇等物质。 M—3组分：烃类化合物、新植二烯、 茄呢酯、二十九酸对羟乙基苯酯等物质。
赖百当化合物的典型代表有硬尾醇， E-13-赖百当烯—8，15—二醇，泪柏醇、 冷杉醇等。
（
（--）—硬尾醇
E—13—
赖百当烯—8，15—二醇
+）泪柏醇
（
+）—（2）冷杉醇
泪柏醇的降解可以形成环醚，也可成醛。 这些产物大多具有旋光性，右旋C—18和C— 19降解产物有明显的香味，而左旋的异构体 几乎是无味的。
一、 烟草中的香味物质存在
1、遗传因素 考虑到烟草的遗传背景，一般商用 烟草与野生烟草的生长显然不同，1974 年格雷及其同事们已证实了烟草是起源 于美花烟草（N.syiestis）和拟茸花烟草 （N.tomentosiformis）的双染色体杂交的 假设。 在同一期间，佩德等人发现了美花 烟草选择性地将产生西柏烷类双萜的能 力遗传到各种烟草中，而拟茸花烟草则 将产生赖百当双萜的能力遗传到香料烟 中（图1）。
第三节 烟草香味物质的 存在、降解和转化
概述 一、烟草中的香味物质存在 二、烟草香味成分产生的途径 三、烟草香味物质的转化
概
述
抽吸时烟气的化学成分决定了卷烟的品质， 而烟气成分是由烟草本身的成分所决定的。因此， 了解烟草香味物质的存在、降解和转化是必要的。 烟草是一种成分复杂的有机体，含有各类有机化 合物。 到目前为止，已从烟草和烟气中鉴定出5000 种以上化合物，有1000种以上的化合物是在烟叶 中发现的。这里的大多数化合物对烟草的香味有 贡献。其中有些有重要作用。
研究发现，天然食品的香味物 质，例如：萜类、醇类、醛类、酮 类、内酯 类、羟酸类、氨类和含硫 化合物是在水果与蔬菜中经酶催化 而生成的。而加工食品产生的香味 物质是这些食品本身所含的某些成 分之间经加热反应而产生的，也即 由非酶棕化反应所产生的。
一、分离方法
(一)溶剂萃取法 将一定量的烟叶放入提取器中有机溶剂 进行萃取。萃取后的萃取液经除去溶剂即得 烟草浸膏。一般萃取工作完成后往往将酸性、 中性、碱性成分分组而进行下步工作。
(二)蒸汽蒸馏法
蒸汽蒸馏法也是将香味物质从烟叶中分 离出来的一种有效方法。所根据的原则，就 是香味物(有机物)与水蒸气形成共沸物而随 蒸汽带出来。 (三)分馏技术(包括减压分馏) 分馏可以将烟草香味成分按沸程分为若 干组，例如可将其分成低沸程馏分、中沸程 馏分和高沸程馏分，具体地如低沸程为60℃ 以下，中沸程为60—90℃，高沸程90℃以上。
第二节 不同烟草香味物质分离鉴定
一、烤烟香味物质的分离与鉴定 二、白肋烟香味物质的分离与鉴定 三、香料烟香味物质的分离与鉴定
一、烤烟香味物质的分离与鉴定
1976年，美国劳埃德等分别采取蒸馏 提取法和直接溶剂提取法进行了致香物的 分离与鉴定。
(一)氯仿提取物的研究 用氯仿直接进行提取香味成分是为了 避免挥发性强的致香物损失，同时也为了 避免由于水蒸气对某些成分的破坏。 烤烟氯仿提取物分离鉴定如下：
α—异丙基丁酸内酯
α—异丙基丁酸内酯
茄酮类化合物分子中的双键不仅可以被 单线态氧化，而且也可以与三线态氧发生作用， 即发生普通的氧化作用。例如降茄二酮被氧化 可以生成双环氧化合物。降茄二酮也可以被还 原、重排、最后生成六氢吡喃的衍生物。
（二） 烟草中类胡萝卜素的存在、 降解和转化
烟草中存在的类胡萝卜素主要有六氢番 茄红素、叶黄素、α、β—胡萝卜素、新叶 黄素、叶红素等。
a
b
（六）与烟碱有关的降解
（七） 香料烟中的大环内酯的 构成
（环十五内酯）exaltolide
9(z)—十八（碳）烯酸内 酯
9（z）—Octadecenolide
（八） Maillard反应
1912 年 ， 法 国 化 学 家 梅 拉 德 （Louis Maillard）曾发现甘氨酸与葡 萄糖混合加热时，形成褐色的类黑精。 后来，人们发现这类反应不仅影响食 品的颜色，而且对食品的香味有重要 影响，并将此反应称为非酶棕化反应 或梅拉德反应。
二、鉴定技术
鉴定一般采用仪器分析法，常用的方 法有：气相色谱—质谱联合鉴定法(GC／ MS)；气相色谱—红外联合鉴定法(GC／ FTIR)；四谱鉴定法(MS、IR、NMR、 UV)；气相色谱保留值测定法。 除仪器分析法外，也可使用经典化学 分析法，但这种方法费时费力。
三、分离与鉴定的程序
烟草致香物分离和鉴定如下所示：