GC-MS结合智能辅助调香软件对烟用香精的仿香研究.pdf

香料香精化妆品 年月第期 ，研究报告 结合智能辅助调香软件对烟用香精的仿香研究中南大学化学化工学院，湖南长沙 ；湖南中烟工业有限责任公司技术中心，湖南常德 孙琼卢红兵李燕春黄建国严军王梦夏钟旋郭芳遒梁逸曾作 者 简 介孙琼（），女，硕士，主要从事香精香料解析及调配系统研究。通讯作者：梁逸曾（），男，博士，教授，研 究 方 向：化 学 计 量 学 及 中 药研究。联系电话：采用 分析方法以及基于化学计量学建立的“烟用香精香料智能辅助调香系统”，结合气味特征和调香经验仿配香精。从化学组成及气味特征两个方面对仿配香精进行考察，结果表明，仿配香精与原香精的 总离子流图基本一致，保留时间重现性良好，另经专业调香小组品析，其气味特征与原香精基本一致。研究可为调香师的仿香工作提供一种可靠便利的方法，对实际调香有着指导意义，在烟草、食品及日化行业中有一定实用价值。气质联用分析香精调配软件配方解析仿香 （，；，）：，“”，：基金项目：国家烟草局资助项目（编号：）收稿日期：；修回日期：调香是将不同的单体香料和天然香料按一定配比调和成香气稳定、香味令人满意的香精。它主要包括两个过程 仿香和创香。对调香师来说，仿香是为了更好地创香。通过大量的仿香工作，掌握当今世界香型的流行趋势，调香师就能够胸有成竹地进行创造性工作。仿香包括两个方面：一是复杂未知香精定性分析；二是香原料定量分析及仿配。早期的调香师只能完全靠鼻子嗅闻仿香，通常需要调香师多次反复调配才能达到较高的“象真度”，这不但要求调香师具有较高水平，而且耗时耗力，对于比较复杂的香研究报告香料香精化妆品 年月第期 ，精，难度更大。随着科学技术的快速发展，气相色谱技术被广泛应用于香精领域，使得现代仿香工作能够方便快速地进行，但是对于天然香原料的确定仍是一大难题。为了解决这一难题，本实验室和湖南中烟联合开发了“烟用香精成分剖析及计算机智能调香系统”。该软件包含常用烟用香精香料 指纹图谱数据库和多元分辨、配料分析等模块，数据库中现包含烟草行业最常用的香原料单体、精油、净油、酊剂、浸膏、提取物等共 多种，可以实现对部分成品烟用香精的计算机智能解析及模拟调配。因而，本研究首先使用 对未知复杂香精进行分析，同时利用“香精香料成分解析及调配系统”剖析其复杂组成成分，然后对初步定性出的物质的香韵、调香用途进行确定，得到香精的整体香型，最终确定其可能存在的配方组成，以期达到对香精进行仿制的目的。本文在识别出的配方香料组分的基础上，采用外标一点法对香精进行定量分析，并通过原香精的指纹图谱与仿配香精的指纹图谱进行对比，来检验其结果的可靠性。结果表明，仿配香精与原香精的色谱指纹图谱高度相似，另经专业调香小组品析，其气味特征与原香精基本一致。该方法简便快捷，以模仿香精的香气香味为出发点，将传统的调香工作与计算机智能软件相结合，为调香师解析香精及仿香工作提供一种可靠便利的方法，对实际调香有着指导意义，在烟草、食品及日化行业中有一定的实用价值。试验部分 试剂与仪器 气相色谱质谱联用仪，气相色谱仪带 检测器，美国安捷伦公司；电子分析天平，瑞士梅特勒托利多公司；移液枪。成品香原料，由华宝香料公司提供；香精，由湖南中烟工业有限责任公司技术研发中心提供。色谱质谱条件 气相色谱质谱联用载气：；色谱柱：（）；升温程序：保留 ，以 升温至 ，保持 ；柱流量：；进样量：；进样口温度：；分流比：。离子源：；电离电压：；离子源温度：；扫描范围：。气相色谱载气：；色 谱 柱：石 英 毛 细 管 柱 （）；升温程序：保留 ，以 升温至 ，保持 ；柱流 量：；进 样 口 温 度：；分 流比：。样品前处理 香 精 为 棕 红 色 液 体，溶 于 无 水 乙 醇。取香精样品，用无水乙醇稀释至，摇匀，静置，经孔径 微孔滤膜过滤，取进气质联用仪进行分析。结果与讨论 复杂香精 的 总离子流图与解析结果将复杂香精 经前处理后，进行 分析，得到如图的总离子流图，并与 谱库进行质谱匹配度检索，对各个组分进行初步定性分析，解析结果见表。共鉴定出 种成分，主要包括醇和酯类等，并采用面积归一化法定量。图香精 总离子流图 调香系统的配料分析模块对 香精的定性识别调香系统 中 的 配 料 分 析 模 块 可 实 现 香 精 成分的定性识别，主要原理是基于移动窗口正交投影定性 算 法，可 参 考 本 实 验 室 之 前 的 研 究。其中有个参数需要设置，分别为允许保留时间偏差、移 动 窗 口 大 小、主 成 分 数 目、投 影 接 受 阈值。前个参数分别选取为、。经过多次试验验证，对于单体香原料阈值为 和 时进行数据库检索所得到的结果较为可靠，而天然产物由于成分复杂、用量少、浓度低，因此将阈值放大到 和 进行数据库检索时得到的结果较为可靠。按 以上 条件 对 香 精 进 行 数据库检索，得到表的识别结果。由表可知，在阈值为 （即相似度为）时共搜索出 种单体；在阈值为 时共搜索出 种单体、种天然产物；在阈值为 时，共搜索出 种天然产物。香料香精化妆品 年月第期 ，研究报告 表经 分析鉴定得到的 香精中挥发性成分峰序号 保留时间 成分名峰面积百分比相似度 乙酸少量 乙酸乙酯 丙酸乙酯 ，异丁酸乙酯 叶醇 戊酸乙酯 乙酰基呋喃 苯甲醇 乙酰丙酸乙酯 ，异戊酸异戊酯 乙酸苄酯 苯甲酸 乙基麦芽酚 对甲氧基苯甲醛 紫苏醛 丁香酚 大马烯酮 二氢大马酮 香兰素 肉桂酸 乙基香兰素微量 甜没药烯 乙酸丁香酚酯 细辛脑微量 苯甲酸苄酯 十六酸乙酯 肉桂酸苄酯 亚油酸乙酯 油酸乙酯 “烟用香精色谱指纹图谱数据库”结合 定性识别是对香精解析的初步判断，定性识别出的这些单体香原料可能是单独加入的，也可能来自于天然香原料。因而需要从单体香原料含量结合可能存在的天然香原料角度来确定含有哪些单体香原料。香精中天然香原料的定性识别对于 香精在系统中共搜索出 种天然香原料，根据它们的成分差异及香韵香味差异可以分为类，即：（）丁香油、丁香花蕾油；（）秘鲁浸膏、秘鲁香膏、吐鲁浸膏、吐鲁香膏、安息香浸膏；（）香荚兰提取物、香荚兰豆酊；（）胡萝卜籽油。表软件定性识别结果及相应的 检索结果序号香原料名称阈值 阈值 阈值 检索结果单体异戊酸异戊酯 甲基丁酸戊酯异丁酸乙酯乙酸苄酯乙基香兰素乙基麦芽酚香兰素戊酸乙酯顺己烯醇（叶醇）十六酸乙酯 肉桂酸苄酯 肉桂酸 对甲氧基苯甲醛 苯甲酸 苯甲醇 乙酰基呋喃 丁香酚 异戊酸乙酯 突厥烯酮（大马酮）甲位突厥酮 苯甲酸苄酯 丙酸乙酯 乙酸乙酯 香茅醇 乙酸芳樟酯 戊酸戊酯 乳酸乙酯 肉桂酸乙酯 玫瑰醇 莰烯 芳樟醇 丁酸异戊酯 硬脂酸乙酯 苧烯 乙酸龙脑酯 香叶醇 黄葵内酯 丁酸乙酯 薄荷酮 蒎烯天然产物丁香油丁香花蕾油秘鲁浸膏秘鲁香膏安息香浸膏吐鲁浸膏吐鲁香膏香荚兰提取物香荚兰豆酊 胡萝卜籽油注：“”表示可以检索到该物质；“”表示没有检索到该物质；“”表示未在该条件下进行检索研究报告香料香精化妆品 年月第期 ，根据它们的成分差异、谱图中检索到的物质以及调香师的调香经验初步判断如下：（）谱图中检索到丁香酚和乙酸丁香酚酯，而这些都是丁香油和丁香花蕾油中的特征性物质，因而认为可能存在其中一种。丁香油与丁香花蕾油成分基本一致，但是丁香花蕾油价格比较昂贵，一般来说，丁香油较为常用，故认为 香精中使用的是丁香油。（）秘鲁浸膏、秘鲁香膏、吐鲁浸膏、吐鲁香膏、安息香浸膏种天然香料成分大致相同，较难区分，但是他们主要成分之间的含量比却大不相同，因而本文采用标准品进行定性分析，用气相色谱仪分析这种天然香原料，得到其指纹图谱。把 香精谱图与这种天然香原料的谱图进行对比，根据主要成分的含量比来判断哪种香原料存在于 香精中，指纹图谱对比结果见图。图 香精和天然香原料的指纹图谱对比图由图可以看出，只有秘鲁浸膏中主要成分之间含量比与 香精接近，而其他几种原料的图谱中，保留时间 处苯甲醇含量相对于其他峰来说太高。色谱指纹图谱是一种综合的、可量化的色谱鉴定手段，它所反映的是香精香料的整体质量信息，强调的不是绝对的“个体特异性”，而是作为香精香料的“共有特征性”，从指纹图谱的对比可以确定 香精中包含秘鲁浸膏。（）香荚兰提取物与香荚兰豆酊成分基本一致，但是各成分含量不同，香荚兰提取物颜色较深，一般用在淡棕色和其他棕褐色的调味料中。香精颜色较深，为棕红色，而且 分析中检索到乙基香兰素和香兰素，故可以确定 香精中使用的是香荚兰提取物。（）胡萝卜籽油的特征性物质为甜没药烯和细辛脑，这些在谱图中都存在，故认为胡萝卜籽油存在于 香精中。由于有些天然香料数据未录入数据库或者是有些天然香料的气相色谱分析非常困难，因而还需结合有经验的调香师的嗅闻比对来考虑。调香师根据谱图检索及嗅闻分析，确定 香精中还含有白（酸）柠檬油。经以上分析，得出 香精中存在的天然香原料为：丁香油、香荚兰豆酊、秘鲁浸膏、胡萝卜籽油以及白（酸）柠檬油。香精中单体香原料的初步判断利用已获得信息我们可以对 香精的化学组成做一个初步判断，在天然产物中存在的、且含量较少的主要单体不再以单体香原料的形式加入香精中。剔除在天然产物中存在且含量较少的单体，结合 信 息 和 数 据 库 检 索 结 果 进 行 初 步判断。剔除已确定存在于天然香原料中且含量较少的单体后，剩余单体若在数据库中阈值 项下检出，且在谱图中存在时（相似度高于），则判断该单体一定存在于该香精中。经以上分析，存在的单体有乙酸乙酯、乙酸、丙酸乙酯、异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、戊酸乙酯、乙酰基呋喃、乙酰丙酸乙酯、异戊酸异戊酯、乙酸苄酯、乙基麦芽酚、大马烯酮、二氢大马酮、对甲氧基苯甲醛、油酸乙酯、香兰素（香兰素存在于香荚兰提取物中，但是由谱图可知，香兰素含量较高，因而认为还以单体形式加入了部分香兰 素）、紫 苏 醛。另 外 叶 醇 虽 然 匹 配 度 只 有，但是根据调香师嗅闻，香精有很强烈的青草香韵，因而认为叶醇也存在于 香精中，匹配度较低可能是由于峰高较低而被噪声干扰或是峰形重叠所影响。其他少数单体既不存在于天然香原料中，也不符合单体判断标准，则认为其不存在于该香精中。经以上分析，得出未知成品香精的解析配方包括 种确定存在的单体香原料和种确定存在的天然香原料。仿香在仿香过程中，应把重点放在香比强值（香气强度）大和峰面积（百分比）大的香料上，它们构成了香气的主体。参照本文的定性结果，以主体香韵为主导，适当添加辅助香韵的香味物质，多次修饰，使香气变得和谐、圆滑，最终达到仿配香精的香气香味与原香精一致。本文采用外标一点法进行定量 分 析，经 过 多 次 调 配 试 验，最 终 配 方 如 表 所示。按表所述比例加入各香原料，摇匀，静置几天。所得仿配香精 与 香精颜色相近，都香料香精化妆品 年月第期 ，研究报告 为棕红色。对仿配香精 和 香精进行气相色谱质谱联用分析，对二者的总离子流图进行比较，见图。表仿香香精 配方表成分序号成分名称质量分数乙酸（）乙酸乙酯 丙酸乙酯 异丁酸乙酯 异戊酸乙酯 戊酸乙酯 叶醇（）乙酰基呋喃（）乙酰丙酸乙酯 异戊酸异戊酯 乙酸苯甲酯 乙基麦芽酚 大马烯酮 对甲氧基苯甲醛（）油酸乙酯 丁香油 胡萝卜籽油（）香荚兰提取物 香兰素（）秘鲁浸膏 乙醇（溶剂）适量 丙二醇（溶剂）适量图仿配香精 与 香精的总离子流图对比对于 香精色谱图中的一些“杂碎峰”，经过 分析发现没有香比强值大的香料，它们可能只是“大宗”香料带来的杂质，因 而 在 调 香 中 可 以根据气味特征适当忽略这些“杂碎峰”。由对比谱图可知，除了一些杂碎峰外，仿配香精 中的主体物质与 香精基本一致，用此配方配制的香精与标准品对比，整体香气的相似度较高，因而最终确定 为仿配配方。结论本文从“化学组成”和“气味特征”两个方面综合分析复杂香精的大致配方组成。在仿香过程中，参照本文定性结果，以主体香韵为主导，适当添加辅助香韵的香味物质，多次修饰，使香气变得和谐、圆滑，最终达到仿配香精的香味与原香精一致。结果表明，调配出来的香精可以达到比较满意的效果。从对 香精的解析及仿配结果来看，该方法以模仿香精的香气香味为出发点，将传统的调香工作与计算机智能软件相结合，为调香师解析香精及仿香工作提供了一种可靠便利的方法，对实际调香有着指导意义，在烟草、食品及日化行业中有一定的实用价值。参考文献林翔云调香术北京：化学工业出版社，陈爱明，梁逸曾，张良晓，等烟用香精香料指纹图谱质量控制系 统 的 构 建 计 算 机 与 应 用 化 学，（）：吴先伟，梁逸曾，陈爱民，等气相色谱质谱结合化学计量学解析方法用于植物精油成分分析分析科学学报，（）：梁逸曾白灰黑复杂多组分体系及其化学计量学算法长沙：湖南科学技术出版社，赵剑超，钟科军，杨彦宁，等气相色谱质谱法结合智能调香软件对未知香精定性及香味分析分析科学学报，（）：周能，梁逸曾，王平转换移动窗口因子分析法用于中药组分前后 成 分 变 化 分 析 分 析 科 学 学 报，（）：董丽，朱书奎，粟学俐，等复杂精油 丁香油的挥发性成分分析分析科学学报，（）：刘博，陈开勋，陈谓萍，等超临界 萃取丁香花蕾的工艺研究及对萃取物的 分析香料香精化妆品，（）：高芸，陈加林秘鲁浸膏精油化学成分的 分析分析仪器，（）：王峰，方振峰安息香化学成分研究中国实验方剂学杂志，（）：高芸，刘百战，朱晓兰，等吐鲁浸膏中精油化学成分的 分析分析测试学报，（）：