现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S1) : 169-174. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S1.029

科研与开发

不同萃取技术结合GC-MS分析卷烟加香料液的挥发性成分

赫林林 ¹ ,
郑海伟 ¹ ,
杨杰 ¹ ,
唐芳丽 ¹ ,
黄勃 ¹ ,
张晓平 ² ,
武云杰 ²^,^* ,
崔升 ¹^,^*

作者信息 +

Analysis of volatile components in cigarette flavoring liquid by different extraction techniques combined with GC-MS

HE Lin-lin ¹ ,
ZHENG Hai-wei ¹ ,
YANG Jie ¹ ,
TANG Fang-li ¹ ,
HUANG Bo ¹ ,
ZHANG Xiao-ping ² ,
WU Yun-jie ²^,^* ,
CUI Sheng ¹^,^*

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2026-01-12		2026-05-31
Issue Date	Revised Date
2026-06-05	2026-01-12

PDF (1791K)

摘要

卷烟加香工艺中香精香料挥发性成分的精准分析对产品质量调控与品质稳定性至关重要。以柳州卷烟厂真龙品牌典型卷烟加香料液为对象,系统对比并优化同时蒸馏萃取(SDE)、液液萃取(LLE)和顶空固相微萃取(HS-SPME)3种前处理方法对挥发性成分的提取效果,并利用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)进行成分分析。研究发现,LLE经溶剂极性与工艺参数优化后,3种料液萃取效率均有所提升;SDE在2 h萃取时长下虽挥发性成分含量略低于1.5 h,但挥发性物质检出种类增加14.29%,更适用于特征风味成分的全面解析。综合比较显示,使用SDE方法料液检出112种成分,显著高于LLE与HS-SPME方法。以上结果表明,同时蒸馏萃取有助于高沸点组分的有效释放,在卷烟加香料液挥发性成分分析中具有显著优势。

Abstract

Accurate analysis of volatile components of flavors and fragrances in cigarette flavoring process is very important for flavor regulation and quality stability of products.In this study,a typical cigarette flavoring liquid of Zhenlong brand in Liuzhou Cigarette Factory,was taken as the object,and the extraction effects of volatile components by three pretreatment methods,namely simultaneous distillation extraction (SDE),liquid-liquid extraction (LLE) and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME),were systematically compared and optimized,and the components were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).It was found that the extraction efficiency of LLE was improved after solvent polarity and process parameters were optimized.Although the content of volatile components in SDE was slightly lower than that in 1.5 h under the extraction time of 2 h,the detected types of volatile components increased by 14.29%,which was more suitable for the comprehensive analysis of characteristic flavor components.It showed that 112 components were detected in flavoring liquid by SDE method,which was significantly higher than that by LLE and HS-SPME methods.The above results show that the simultaneous distillation and extraction method is helpful to the effective release of high-boiling components and has obvious advantages in the analysis of volatile components in cigarette flavoring liquid.

Graphical abstract

关键词

气相色谱-质谱联用仪 / 萃取 / 挥发性成分 / 卷烟加香料液

Key words

gas chromatography-mass spectrometry / extraction / volatile components / cigarette flavoring liquid

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赫林林,郑海伟,杨杰,唐芳丽,黄勃,张晓平,武云杰,崔升. 不同萃取技术结合GC-MS分析卷烟加香料液的挥发性成分[J]. 现代化工, 2026, 46(S1): 169-174 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S1.029

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烟用香精香料被广泛运用于烟草制品中,是提升卷烟香气特征、改善烟气协调性和掩盖不良气味的重要工艺环节,以确保烟草制品在燃吸时能够展现出良好的香味和口感^[1-2]。卷烟作为一种特殊的消费品,其感官品质与消费者的接受度密切相关。加香料液中的挥发性成分不仅是构成卷烟特征香气的核心物质基础,更直接影响烟气的柔和度、甜润感和余味舒适性。然而烟用香精香料挥发性成分丰富多样且气味错综复杂,因此选择合适的方法对挥发性成分进行准确的定性定量分析显得尤为重要。气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)是一种将气相色谱(GC)和质谱(MS)串联起来的双光谱技术,惠康进等^[3]采用GC-MS法确定烟用香精的代表性香味成分和质量要求。该技术既能保留质谱技术灵敏度高、特异性强的优点,又能弥补气相色谱难以定性识别复杂未知组分的不足^[4]。但值得注意的是,GC-MS分析结果的准确性与样品前处理技术密切相关,不同萃取方法对挥发性成分的提取效果和物质种类存在一定差异,直接影响最终组分的完整性。因此,系统比较不同萃取技术在卷烟料液分析中的适用性,对于优化试验方法、提升检测准确性具有重要意义。

传统的对香精样品进行前处理的方法主要包括蒸馏法^[5-6]、萃取法^[7-8]、吸附法^[9-10]等。顶空固相微萃取^[11-12]和同时蒸馏萃取^[13-14]是近年来发展起来的处理样品的方法。在本文卷烟料液挥发性成分分析中,使用到的前处理技术有液液萃取、顶空固相微萃取和同时蒸馏萃取。液液萃取通过溶剂的极性选择实现成分分离,具有操作简单、成本低廉的特点,但其对低沸点挥发性成分的提取效率较低,且易引入溶剂干扰。顶空固相微萃取作为一种绿色无溶剂的萃取方法,通过纤维涂层吸附顶空中的挥发性物质,尤其适用于痕量成分的富集,但其对高沸点或极性较强的化合物捕获能力有限。同时蒸馏萃取结合了蒸馏与溶剂提取的优势,常应用于香精香料中挥发性、半挥发性组分分析,是一种提取、分离和富集试样中挥发性、半挥发性成分较为有效的方法,但对热敏性物质可能存在分解风险^[15]。刘哲等^[16]采用顶空固相微萃取(HS-SPME)分析了烟草提取物中的酯类成分,杨君等^[17]采用超声辅助液液萃取法适用于烟用香精香料成分的提取,由于卷烟加香料液中的挥发性成分较为复杂,不同萃取方法对获得的挥发性成分物质种类和相对含量各有差异,故现有的提取方法在检测中都具有可行性,但是各有优缺点^[18]。

本研究选取真龙某牌号卷烟加香过程中具有代表性的卷烟料液为研究对象,分别采用液液萃取、顶空-固相微萃取和同时蒸馏萃取3种前处理技术,结合GC-MS进行挥发性成分的定性与定量分析,旨在明确3种萃取技术对料液中挥发性成分的提取效果差异,系统解析料液的主要挥发性成分组成。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

真龙品牌卷烟的香料液,由柳州卷烟厂提供。

试剂:二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯(均为色谱纯),购自上海麦克林生化科技股份有限公司;氘代萘,购自赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

1.2 仪器与设备

GCMS-QP2020 NX型四极杆型气相色谱质谱联用仪:岛津企业管理(中国)有限公司;HZK-FA210型电子天平:华志(福建)电子科技有限公司;有机相13 μm×0.22 μm针型过滤器:江苏翌哲教学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 料液挥发性成分的液液萃取条件单因素试验

样品的萃取:电子天平称取1.00 g料液,根据不同料液比加入内标液(称取1.00 mg氘代萘用二氯甲烷/正己烷/乙酸乙酯定容至100 mL,即为内标工作液),于摇床上振荡萃取不同时间,静置分层。使用注射器将1.00 mL萃取液上清液通过0.22 μm有机相膜过滤到GC-MS进样瓶(2 mL)中,进行 GC-MS分析。

液液萃取条件优化:加香料液中含有多种不同种类的挥发性物质,为了获取更多挥发性成分用于分析,分别考察萃取溶剂(二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯)、萃取时间(3、5、7、9、11 min)、料液比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4)对料液挥发性成分种类及萃取峰面积影响。

1.3.2 料液挥发性成分的同时蒸馏萃取条件优化

装置蒸馏端接盛有5.00 mL料液及500 mL水于1 000 mL平底烧瓶,加2.00 g柠檬酸,使用电热套加热。装置另一端接盛有40.00 mL二氯甲烷的250 mL烧瓶,并加入0.25 mL内标溶液(准确称取0.70 g氘代萘用二氯甲烷定容至100 mL,后稀释40倍即为工作液),水浴60℃加热。蒸馏萃取完成后,二氯甲烷萃取溶液中加入无水硫酸钠干燥,将上清液转入浓缩瓶中于旋转蒸发仪(水浴温度48℃,不超过50℃)浓缩至约1.00 mL,转入色谱瓶中。

同时蒸馏萃取条件优化:采用单因素试验,考虑不同萃取时间(0.5、1、1.5、2、2.5 h)对萃取峰面积及料液挥发性成分种类影响。

1.3.3 料液挥发性成分的顶空固相微萃取条件优化

电子分析天平准确称取料液1.00 g(精确至1.000 0 g)于20 mL样品瓶中,然后加入10 μL内标液(0.05 g氘代萘溶于5.00 mL甲醇,后稀释200倍即为内标工作液),于70℃的加热箱(岛津企业管理(中国)有限公司)平衡10 min后,将聚二甲基硅氧烷/聚二乙烯基苯(PDMS/DVB)萃取头插入样品瓶中萃取40 min,然后将萃取头拔出并置于260℃进样口中解吸3 min。

色谱柱:DB-5MS型(60 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度260℃,载气为高纯度氦气,控制模式:线速;柱流速1.98 mL/min,分流比:无分流。程序升温:初温50℃,保持3 min;以3℃/min的速率升温至210℃;1 min后以10℃/min升至270℃,保持 5 min。溶剂延迟3 min,电子轰击离子源(EI),电子电压70 eV,离子源温度230℃,接口温度270℃,扫描质量范围50~550 m/z。

顶空固相微萃取条件优化:考虑稀释变量(料液不稀释/稀释5倍、/稀释10倍)对萃取效果的影响。

1.3.4 料液挥发性成分的气相色谱质谱联用仪分析

气相色谱条件:DB-5MS色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度:250℃;载气:99.99%高纯度氦气,流速1.0 mL/min;进样方式为分流进样,分流比10∶1,进样量为1 μL。升温程序:初始温度为50℃保持2 min,然后以5℃/min的升温速度升至250℃,保留20 min结束。

质谱条件:采用SCAN模式,传输线温度250℃;离子源温度为170℃;离子源为电子轰击电离(EI),电子能量为70 eV;溶剂延迟时间为5 min;扫描范围30~500 amu。

定性分析:采用Nist20标准谱库、Smart Aroma Database香味数据库和本地数据检索定性^[19],匹配度>80%。

定量分析:采用内标法半定量。根据内标峰面积和浓度,通过计算样品中的峰面积与内标峰面积的比值,对各挥发性成分的含量进行定量。

1.3.5 数据分析

试验进行3次平行试验,峰面积数据以平均值形式表示。采用Office Excel 2016进行数据计算,使用Origin Pro 2021进行图表绘制。

2 结果与讨论

2.1 液液萃取单因素试验

2.1.1 萃取溶剂的选择

二氯甲烷、正己烷和乙酸乙酯3种不同极性溶剂在液液萃取法(LLE)中对料液中挥发性成分的萃取效果如表1所示。不同溶剂萃取料液的物质总含量由大到小分别为:二氯甲烷>正己烷>乙酸乙酯。而萃取物质种类由多至少分别为:二氯甲烷>乙酸乙酯>正己烷。非极性溶剂正己烷的萃取总含量虽较极性溶剂乙酸乙酯高,但其萃取的物质种类少于两种极性溶剂。而极性较强的二氯甲烷无论是萃取总含量还是物质总类优于其他两种萃取溶剂。综上,二氯甲烷是液液萃取法萃取料液挥发性成分的最佳溶剂。

2.1.2 萃取时间和料液比的选择

不同萃取时间(3、5、7、9、11 min)和不同料液比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4)对料液挥发性成分的影响见图1。

由图1可知,萃取时间和料液比对料液萃取挥发性物质的量有影响。萃取时间上,3~5 min呈现上升趋势,5 min以后呈下降趋势,萃取时间为5 min时所含挥发性物质的量均大于其他萃取时间。当萃取时间为5 min时,不同料液比萃取料液的挥发性物质的量从大至小分别为:1∶3>1∶4>1∶2>1∶1。故料液最佳萃取时间为5 min,最佳料液比为1∶3。

2.2 同时蒸馏萃取结果单因素试验

对料液进行0.5、1、1.5、2、2.5 h的提取,萃取效果如表2所示。由表2可知,同时蒸馏萃取(SDE)萃取挥发性物质总含量为:2.5 h>1.5 h>2 h>0.5 h>1 h,萃取出挥发性物质总数为:2 h>1.5 h>1 h>0.5 h>2.5 h,萃取1.5 h提取出物质总数较2 h少16种,说明2 h的萃取时间较为合适,挥发性物质与溶剂蒸汽混合时间充分,萃取挥发性成分较为完全。而时间太长可能造成热敏性物质降解、水解或损失。

2.3 顶空固相微萃取单因素试验

顶空固相微萃取控制稀释变量(不稀释、稀释5倍、稀释10倍)对料液成分进行分析,结果如表3所示。顶空固相微萃取料液挥发性物质总含量为:原液>稀释10倍>稀释5倍,分别为79.66、54.53、49.31 μg/g,提取出物质总数均为:原液>稀释5倍>稀释10倍,分别为82、71、63种。

2.4 3种方法萃取料液的挥发性成分比较

对比LLE、SDE和HS-SPME分别进行料液中挥发性风味成分种类分析,LLE提取54种,SDE提取112种,HS-SPME提取82种挥发性成分。从数量上来看,SDE和HS-SPME优于LLE方法。

如图2所示,进一步分析提取料液的挥发性成分发现:SDE萃取烷烃类、吡嗪类、醇类、酸类、酮类和醛类化合物效果较佳;LLE萃取醚类和呋喃类化合物效果较佳;HS-SPME萃取酚类和其他(萜类、杂环类化合物等)化合物效果较佳。

综上,无论从挥发性化合物种类、提取出物质总数及萃取效果来看,SDE及HS-SPME均显著优于LLE。SDE对烷烃类、醇类、醛类和酮类、酸类物质的提取更有利,HS-SPME对酚类和其他化合物(烯烃、腈、酰胺等)提取效果更好。SDE及HS-SPME两种前处理方法对加香料液的定性分析有一定的互补性,这两种方法结合提取料液中挥发性成分可以更全面。考虑到SDE具有良好的重复性、较高的萃取量、操作简便等特点,SDE更为符合要求。

2.5 SDE法提取加香料液挥发性成分分析

酯类、醇类、醛类和酮类为主要呈香物质,为了得到加香料液的主要挥发性成分,进而对SDE的萃取结果进行更具体的分析。SDE前处理方法结合GC-MS对料液挥发性成分分析可以基本反映出料液样品组成见表4。

SDE法萃取料液,得到的挥发性物质中相对含量最高的为醛类,其次是酯类和醇类。料液中致香成分含量较高的主要有紫苏醛、薄荷脑、紫苏葶、苯乙酸苯乙酯、苯甲酸苄酯等。料液共检测出112种挥发性化合物,其中40种具有明确香气特征,包括3种脂肪族化合物(己酸、庚酸、正戊酸)、10种萜烯及衍生物(长叶烯、桉树醇、L-薄荷醇、薄荷脑、松油醇、γ-萜品醇、反式-橙花叔醇、蓝桉醇、紫苏葶、萜品油烯)、3种芳香族化合物(β-苯乙醇、苯甲醇、2-甲氧基-5-(丙-2-烯-1-基)苯酚)、4种杂环化合物(2-乙酰基呋喃、2,3-二甲基吡嗪、2-甲氧基-3-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪)、8种醛酮类化合物(糠醛、3-甲基-1,2-环戊二酮、苯乙酮、紫苏醛、β-突厥酮、(E)-β-紫罗兰酮、β-大马士酮、3-甲基-6-(1-甲基亚乙基)环己-2-烯-1-酮)、11种酯类化合物(丁酸乙酯、醋酸丁酯、2-甲基丁酸乙酯、异戊酸乙酯、苯乙酸乙酯、乙酸桂酯、异戊酸异戊酯、2-甲基丁酸-2-甲基丁酯、肉桂酸苄酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯)和1种其他重要香气成分[(E)-3-亚丁基-4,5-二氢-1(3H)-异苯并呋喃酮]。

比较LLE、SDE、HS-SPME 3种前处理方法对真龙牌卷烟加香料液挥发性成分的提取效果。SDE法在经萃取时间条件优化后,得出挥发性成分种类有明显增加,尤其是高沸点组分(如烷烃类、酯类、醇类)的提取更具有优势。而HS-SPME法对酸类和酚类等低沸点成分更加敏感,与SDE法在化合物种类上呈现出互补。LLE法经过萃取溶剂等条件优化后萃取效果有所提升,但得出的化合物种类低于SDE法与HS-SPME法。所以综合来看,SDE法因为它对高沸点呈香物质(醇类、醛类和酮类)的释放程度较高,所以更加适用于卷烟加香料液的分析,而HS-SPME法则可以作为辅助手段来补充料液中酚类等物质的检测。

同时蒸馏萃取法是目前烟草行业内使用较多的一种香味成分提取方法,钟洪祥^[20]通过SDE并且结合GC-MS分析烟用浸膏,发现SDE法对中性香味成分的定性定量分析具有较高的准确性,尤其适用于复杂基质的样本。这与本研究结果显示的同时蒸馏萃取更能反应料液挥发性成分具有相对一致性。而孙正光等^[21]在加拿大与云南烟叶中性香味成分分析中使用了同时蒸馏萃取和液液萃取法,两种前处理方法共同鉴定出中性香味成分。在此基础上,曲国福等^[22]比较SDE与HS-SPME时指出,SDE因高温蒸馏特性可有效释放热稳定性较高的萜烯类化合物,这对成分较为复杂的卷烟加香料液使用SDE法能更好提取出挥发性成分奠定出理论依据。但同时蒸馏萃取方法操作繁琐,耗时较长,溶剂消耗量大,在提取过程中可能会在糖类、氨基酸之间发生美拉德反应,使副产物增多,不利于组分的定量分析。这些问题也为该香味物质检测技术的标准化带来挑战^[23]。

3 结论

通过对比LLE、SDE、HS-SPME这3种不同前处理方法,发现LLE法处理时间短,萃取物质种类最少;HS-SPME法萃取物质含量较低,萃取物质种类中等,但其中主要呈香物质(酯类、醇类、醛类和酮类)相对含量仅有8.47 μg/g;SDE法萃取物质含量中等,萃取化合物种类最为丰富(112种),且其中主要呈香物质(酯类、醇类、醛类和酮类)相对含量高达97.96 μg/g,故SDE法是萃取卷烟加香料液挥发性成分的最佳前处理方法。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	杨雪燕, 冯萍, 田飞宇, 等. 烟用香精香料指纹图谱的数据分析方法研究进展[J]. 香料香精化妆品, 2025,(3):38-42.

[2]	杨鹏飞, 张增辉, 何春雨, 等. 基于分子感官科学的烟用香精关键香气活性成分分析[J]. 轻工学报, 2021, 36(2):34-42.

[3]	惠康进, 甘学文, 陈晶波, 等. 烟用香精的气相色谱-质谱监控[J]. 烟草科技, 2004,(9):27-28.

[4]	刘飞. 气相色谱-质谱联用技术在食品分析中的应用探讨[J]. 现代食品, 2020,(11):167-168.

[5]	Cai J B, Liu B Z, Ling P, et al. Analysis of free and bound volatiles by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry in uncased and cased tobaccos[J]. Journal of Chromatography A, 2002, 947(2):267-275.

[6]	吴晓菊, 和文娟, 杨清香, 等. 水蒸气蒸馏法提取神香草精油的工艺研究[J]. 食品研究与开发, 2016, 37(14):39-41.

[7]	杨荣华. 柚子果皮油挥发性成分的气相色谱-质谱分析[J]. 分析化学, 2001, 29(3):313-316.

[8]	Yonei Y, Ohinata H, Yoshida R, et al. Extraction of ginger flavor with liquid or supercritical carbon dioxide[J]. The Journal of Supercritical Fluids, 1995, 8(3):156-161.

[9]	李拥军, 施兆鹏. 吸附法和SDE法提取茶叶香气的研究[J]. 湖南农业大学学报, 2001, 27(4):295-299.

[10]	王林祥, 刘杨岷, 袁身淑, 等. 天津红枣香气成分的分离与鉴定[J]. 无锡轻工大学学报, 1995, 14(1):49-56.

[11]	Coleman III M W, Dube F M. Headspace solid-phase microextraction analysis of artificial flavors[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2005, 85(15):2645-2654.

[12]	Filip O V, Tatlana P, Guido A, et al. Characterization of novel single-variety oxygenated sesquiterpenoid hop oil fractions via headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry/olfactometry[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(44):10555-10564.

[13]	Li Y, Pang T, Guo Z M, et al. Accelerated solvent extraction for GC-based tobacco fingerprinting and its comparison with simultaneous distillation and extraction[J]. Talanta, 2009, 81(1/2):650-656.

[14]	Zhu Y, Lv H P, Dai W D, et al. Separation of aroma components in Xihu Longjing tea using simultaneous distillation extraction with comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry[J]. Separation and Purification Technology, 2016,164:146-154.

[15]	朱春阳, 李河霖, 任瑞冰, 等. 同时蒸馏萃取法结合气-质联用分析碰碰香精油成分[J]. 农产品加工, 2023,(7):69-73.

[16]	刘哲, 张凤梅, 刘志华, 等. 朱砂烟叶和普通烟叶香气成分的 HS-SPME-GC/MS对比分析和感官差异[J]. 烟草科技, 2020, 53(7):54-61.

[17]	杨君, 蒋健, 王军淋, 等. 超声辅助液液萃取-气相色谱-质谱指纹图谱应用于烟用香精香料的检测[J]. 理化检验(化学分册), 2012, 48(5):559-562.

[18]	王衍彬, 陈雅丹, 秦玉川, 等. 不同萃取方法下绿萼梅花蕾挥发性成分的差异研究[J]. 浙江林业科技, 2024, 44(1):33-41.

[19]	郭瑞, 李盼盼, 张炜, 等. 基于挥发性成分和多元统计分析法鉴别稻谷新陈度[J]. 分析化学, 2024, 52(9):1244-1253.

[20]	钟洪祥. 烟草化学中挥发性香味成分的分析研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2004.

[21]	孙正光, 席高磊, 王泽宁, 等. 加拿大与云南烟叶中性香味成分的差异性分析[J]. 江苏农业科学, 2024, 52(10):197-203.

[22]	曲国福, 陆舍铭, 孟昭宇, 等. 气相色谱-质谱联用法测定烟用香精成分——烟草用香精前处理方法比较[J]. 理化检验(化学分册), 2009, 45(1):79-81,84.