桉樹煙熏液的制備工藝研究

王 路，劉 輝，諶素華，王維民，*，王小明，2

(1.廣東海洋大學食品科技學院，廣東湛江524025; 2.廣東省華海糖業發展有限公司，廣東湛江524132)

桉樹煙熏液的制備工藝研究

王 路1，劉 輝1，諶素華1，王維民1，*，王小明1，2

(1.廣東海洋大學食品科技學院，廣東湛江524025; 2.廣東省華海糖業發展有限公司，廣東湛江524132)

以桉樹枝為原料制備干餾液，采用單因素和正交實驗對桉樹枝干餾液制備過程中影響因素進行優化，以酚類物質、羰基化合物和3，4－苯并芘含量為衡量指標，并對干餾液的成分進行了分析。結果表明:干餾溫度為400℃，電壓220V，粒徑2.00cm的條件下制得的煙熏液品質最佳，酚類物質含量:15.56mg/mL，3，4－苯并芘:20.73μg/mL，羰基化合物:16.55g/100mL。

桉樹枝，干餾，酚類物質，羰基化合物，多環芳烴

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桉樹 采于湛江市湖光巖后山，經干燥、粉碎、過篩分級后備用;異辛烷、二甲基亞砜 廣州化學試劑廠;2，4－二硝基苯肼(2，4－DNPH)、愈創木酚 國藥化學試劑有限公司;2，6－二氯醌氯亞胺 四川成都西亞試劑有限公司，以上均為分析純;3，4－苯并芘標準品，東京化成工業株式會社。

722s分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;UV751－GD紫外分光光度計 上海欣益儀器儀表廠;精密pH計 德國賽多利斯;GZX－9246MBE數顯鼓風干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;KDM型恒溫電熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司;RT－34型連續投料粉碎機等。

1.2 實驗方法

1.2.1 桉樹基本成分的測定 水分的測定:參見GB/T5009.3－2003;灰分的測定:參見GB/T5009.4－2003;纖維素的測定:濃硫酸水解法［5］;半纖維素的測定:鹽酸水解法［5］;木質素的測定:濃硫酸法［5］。

1.2.2 桉樹煙熏液的成分分析

1.2.2.1 酚類物質的測定 根據修正的吉布斯法(QB/T1122－2007)，在25mL的比色管中加入5mL pH=8.3的硼酸－氯化鉀緩沖溶液，然后分別加入5mL一系列濃度的愈創木酚標準溶液，空白用蒸餾水代替，加入1mL質量分數為0.6%的NaOH溶液，調節pH為9.8;取1mL 2，6－二氯醌氯亞胺乙醇液，用蒸餾水稀釋到15mL，在混合液中立即加入1mL稀釋了的顯色劑，混勻，在室溫下放置25min形成色澤后，在560nm處測其吸光度。以愈創木酚濃度(X)為橫坐標，吸光度(Y)為縱坐標做標準曲線，建立的回歸方程為:Y=0.0491X+0.009，R2=0.9985;煙熏液稀釋后，取5mL樣品按上述步驟操作，在560nm處測其吸光度，煙熏液中酚的含量以2，6－二甲氧基酚計。因此可將愈創木酚的濃度換算成2，6－二甲氧基酚的濃度。如式(1)所示。

其中:C－以2，6－二甲氧基酚表示的酚含量(mg/mL);C0－以愈創木酚表示的酚含量(mg/mL); M1－2，6－二甲氧基酚的相對分子質量;M2－愈創木酚的相對分子質量。

1.2.2.2 羰基化合物的測定 根據修正的－修正蘭譜－克拉克法(QB/T1122－2007)，用無羰基甲醇配制2－丁酮標準溶液，在50mL比色管中加入1mL 2，4－DNPH，然后加入1mL不同濃度的2－丁酮的標準溶液，空白用無羰基甲醇代替。向每支試管中均加入0.05mL濃鹽酸，充分搖勻，置于60℃水浴中反應30min，加熱完成后，立即用流水冷卻，均加入5mL KOH無羰基甲醇溶液，最后用無羰基甲醇稀釋至25mL，搖勻。在室溫下反應15min，然后于430nm處測定其吸光度，以吸光度(Y)為縱坐標，2－丁酮濃度(X)為橫坐標，做標準曲線，回歸方程為:Y= 0.2029X－0.0149，R2=0.9964;煙熏液稀釋后，取1mL樣品按上述步驟操作，于430nm處測定其吸光度。一般煙熏液中羰基化合物的含量以庚醛計，兩者之間的換算關系如式(2)所示。

其中:C－以庚醛計羰基化合物的含量(g/100mL);C0－以2－丁酮計羰基化合物的含量(g/100mL);M1－庚醛的相對分子質量;M2－2－丁酮的相對分子質量。

1.2.2.3 3，4－苯并芘(B(a)P)的測定 根據萃取－紫外分光光度法［6］，配制不同濃度的3，4－苯并芘標準溶液:100、200、500、1000、2000、2500、4000、5000ng/mL，然后在383nm處測定吸光度，以3，4－苯并芘濃度(X)為橫坐標，吸光度(Y)為縱坐標，做標準曲線，回歸方程為:Y=0.0001X+0.0046，R2=0.9998。

1.3 實驗設計

稱取桉樹木塊20g，以酚類物質、羰基化合物和3，4－苯并芘為指標，分別考察溫度250、300、350、400、450℃，粒徑0.045、0.09、1、2、3cm，以及干餾電壓100、130、160、190、220V的條件下，對桉樹煙熏液品質的影響，并設計L9(34)正交實驗，以確定桉樹煙熏液制備的最佳條件。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments design

2 結果與討論

2.1 桉樹基本成分的含量

其中，桉樹的含水量對干餾液的產量有一定的影響，為減少干餾液中的水分，需要將物料干燥至含水率10%以下。有研究顯示，稻草在燃燒過程中，水分含量對3，4－苯并芘的釋放有一定的影響，隨水分含量的增加而快速下降，達到5%時釋放量趨緩［7］。

表2 桉樹基本成分含量(%)Table 2 Elementary compositions content of Eucalyptus(%)

2.2 單因素實驗

2.2.1 溫度對煙熏液的影響 研究表明，隨著溫度的升高，纖維素、半纖維素和木質素熱解程度增大，酚類物質、3，4－苯并芘和羰基化合物質量濃度均明顯增加。由圖1可知，酚類物質和羰基化合物的含量在終溫高于400℃后，開始略微下降，可能由于在450℃時，這類物質的穩定性受到影響。而吳逸民研究得出木質素的熱解產物:酚類物質(主要是鄰甲氧基苯酚)的濃度隨溫度的升高而增大［8］，與本實驗結果的差異可能是桉樹所含木質素等組分多，各組分熱解產物間的相互作用引起的。而3，4－苯并芘的含量在400℃以后卻略微增加，高溫下，未分解的纖維素可能發生芳環化反應，同時，裂解產生的小分子自由基之間發生聚合反應生成多環芳烴。另外，多環芳烴具有高沸點和低蒸氣壓的特點，低溫下以顆粒狀態被吸附在桉木炭上，在高溫時隨揮發成分析出并被冷凝下來。考慮煙熏液中酚類物質、羰基化合物及3，4－苯并芘的含量，選擇400℃作為制備的溫度條件。

圖1 溫度對煙熏液酚、羰基化合物和苯并芘含量的影響Fig.1 Effect of temperature on phenols、carbonyl compounds and B(a)P content of Eucalyptus fumeol

2.2.2 電壓對煙熏液的影響 升高電壓有利于揮發性組分的生成，由圖2可知，當電壓較低時，酚類物質和3，4－苯并芘含量增加緩慢，在電壓達到160V后，酚類物質的含量急劇增加，而3，4－苯并芘的含量在130V時急劇增加，到160V后趨勢漸緩。當電壓較低時，升溫速率過慢，達不到設定的溫度且延長了物料在低溫區的停留時間，纖維素和木質素主要產生酚類物質和羰基化合物;升高電壓，物料顆粒到達裂解溫度的響應時間變短，有利于木質素裂解生成酚類物質。同時，揮發成分在高溫區停留的時間增加，纖維素、木質素和半纖維素裂解可能產生一些烴類化合物通過聚合反應生成多環芳烴。而煙熏液中羰基化合物的含量隨電壓的升高呈上升趨勢，可能是因為纖維素的降解溫度區間較窄且溫度相對較低。隨著電壓的升高，纖維素熱解程度逐漸加深。由此可知，當電壓為220V時，煙熏液的質量較好。

圖2 電壓對煙熏液酚、羰基化合物和苯并芘含量的影響Fig.2 Effect of voltage on phenols、carbonyl and B(a)P content of Eucalyptus fumeol

2.2.3 粒徑對煙熏液的影響 粒徑的變化影響物料的升溫速率，由圖3可見，粒徑較大，顆粒內部升溫遲緩，低溫區停留的時間長，桉樹中的纖維素、木質素主要發生碳化反應，酚類物質和羰基化合物含量緩慢上升，當粒徑足夠小時，酚類物質和羰基化合物含量不再變化。當粒徑由1cm減小到0.09cm時，顆粒升溫速率加快，3，4－苯并芘含量急劇上升，但隨著粒徑的繼續減小，則粒徑對升溫速率的影響可忽略不計，粒徑的變化對于熱解產物的影響很小，所以酚類化合物、羰基化合物和苯并芘的含量基本不變。

圖3 粒徑對煙熏液酚、羰基化合物和苯并芘含量的影響Fig.3 Effect of particle size on phenols、carbonyl compounds and on B(a)P content of Eucalyptus fumeol

2.3 正交實驗

其中，酚類物質以k1、k2、k3、R表示;羰基化合物以k1'、k2'、k3'、R'表示;3，4－苯并芘以k1″、k2″、k3″、R″表示;見表3。

由R可知，對煙熏液中酚類物質含量影響主次順序:電壓＞粒徑＞溫度，最佳組合:A3B3C1，即干餾溫度為400℃，干餾裝置電壓選用220V，桉樹粒徑為2cm;由R'可見，對羰基化合物含量的影響程度是:溫度＞電壓＞粒徑，最佳組合:A3B1C2，即最佳條件是溫度選擇400℃，干餾裝置的電壓選擇160V，粒徑為1cm;由R″可知，對3，4－苯并芘含量影響程度依次為:溫度＞電壓＞粒徑，最佳條件是:A1B1C1，:溫度為300℃，干餾裝置的電壓選擇160V，桉樹的粒徑為2cm。

表3 以酚類物質、羰基化合物和3，4－苯并芘為指標的正交實驗結果Table 3 Result of orthogonal experiments using phenols、carbonyl compounds and B(a)P as index

綜合考慮三種因素對三個指標的影響，酚類物質是煙熏液中最重要的呈味物質，羰基化合物主要起成色作用，因此，這兩種物質含量越高越好。而苯并芘具有致癌性，在煙熏液中含量越低越好。在400℃和220V時得到的煙熏液中酚類物質、3，4－苯并芘和羰基化合物含量都是最高的;當粒徑為2cm時，煙熏液中的酚類物質和羰基化合物是最多的，而此時3，4－苯并芘的含量是最低的。

對照山楂核煙熏香味料酚6～18mg/mL、羰基6～17g/100mL的質量要求［9］，在此條件下制備的桉樹煙熏液中酚(15.56mg/mL)、羰基(16.55g/100mL)的含量相對較高;而香菇蒂煙熏液的酚含量高達20.9mg/mL，羰基卻低至6.07g/100mL［10］，由此推斷，桉樹煙熏液在香氣和呈味方面比香菇蒂煙熏液稍弱，而在形成色澤方面的能力比香菇蒂煙熏液要好，與山楂核煙熏香味料相當。由于是粗制煙熏液，未經過靜置、過濾、精餾等處理，所以3，4－苯并芘的含量略高。

3 結論

3.1 從本研究的內容可知，不同條件對煙熏液中主要組分的影響程度差異明顯，電壓對酚類物質的影響最大;而溫度對羰基化合物和3，4－苯并芘的影響最大;粒徑對三個組分的影響相對較小。在一定的粒徑范圍內，粒徑和升溫速率對煙熏液中三種組分的影響規律相似。

3.2 制備桉樹煙熏液的最佳條件是:溫度400℃，干餾裝置電壓220V，粒徑為2cm。所得的桉樹煙熏液中，酚類物質含量為15.56mg/mL，3，4－苯并芘含量為20.73μg/mL，羰基化合物的含量為16.55g/100mL。

［1］彭萬喜，武書彬，吳義強，等.尾巨桉新舊木片苯/醇抽提物的Py－GC/MS分析［J］.華南理工大學學報:自然科學版，2009，37(3):67－74.

［2］楊東升，謝曉紅，羅先群.海南桉葉活性物質的應用研究進展［J］.化學與生物工程，2007，24(6):11－14.

［3］Daniel Mourant，Zhouhong Wang，Min He，et al.Mallee wood fast pyrolysis:Effects of alkali and alkaline earth metallic species on the yield and composition of bio－oil［J］.Fuel，2011，90(9): 2915－2922.

［4］International Organization of the Flavour Industry.IOFI gurdelines for the preparation of smoke flavourings［S］.IOFI Code of Practice，1998.

［5］熊素敏，左秀鳳，朱永義.稻殼中纖維素、半纖維素和木質素的測定［J］.糧食與飼料工業，2005(8):40－41.

［6］齊邦峰，張會成，陳立仁，等.萃取－紫外分光光度法測定微晶蠟中3，4－苯并芘含量［J］.分析測試技術與儀器，2003，9 (3):169－172.

［7］Takashi Korenaga，Xiaoxing Liu，Zuyun Huang.The influence of moisture content on polycyclic aromatic hydrocarbons emission during rice straw burning［J］.Chemosphere－Global Change Science，2001(3):117－122.

［8］吳逸民，趙增立，李海濱，等.生物質主要組分低溫熱解研究［J］.燃料化學學報，2009，37(4):427－432.

［9］周洪仁，劉克勝，劉冰，等.QB/T 1122－2007食品添加劑山楂核煙熏香味料I號、II號［S］.中國:中國輕工業出版社，2007.

［10］芮漢明，賀豐霞，郭凱.香菇蒂抑菌性煙熏液的干餾工藝的研究［J］.食品工業科技，2009，30(2):219－222.

Study on preparing technique of Eucalyptus smoked liquid

WANG Lu1，LIU Hui1，CHEN Su－hua1，WANG Wei－min1，*，WANG Xiao－ming1，2
(1.College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524025，China; 2.Guangdong Province Huahai Sugar Industry Development Co.，Ltd.，Zhanjiang 524132，China)

The Eucalyptus in Zhanjiang as the raw material，and the single factor tests and orthogonal test were used to study the influencing factor of dry distillation，method with phenolic compounds，carbonyl compounds and B(a)p as index，analysing the ingredients of dry distillation liquid.Considering the factors and index，the results showed that temperature 400℃，voltage 220V，particle size 2.00cm，in the final smoked liquid:phenolic substances content 15.56mg/mL，3，4－benzopyrene 20.73μg/mL，carbonyl compounds 16.55g/100mL.

Eucalyptus;dry distillation;phenolic compounds;carbonyl compounds;pahs

TS201.1

B

1002－0306(2012)08－0274－04

桉樹是桃金娘科 (Myrtaeeae)桉樹屬(Euealyptus)樹種的總稱。由于桉樹具有成活率比較高、生長速度快、適應性比較強等特點，現在我國南方地區廣泛種植，是主要的速生木材品種。桉木中含有多種醇類及酚類化合物(如2，6－二甲氧基酚、2－甲氧基苯酚)等［1］，桉樹葉還用于提取桉葉油及黃酮［2］等，木材熱解過程中揮發出大量的酚類、醇類、酮類及有機酸等物質，這些是構成煙熏液的主要風味成分，木材熱解還會產生甲醛、苯并芘等有害物質，這些風味成分和有害物質的生成主要受溫度、粒徑、升溫速率、pH等因素的影響，目前桉樹主要用于造紙行業、建筑行業，但產生的零碎木材卻沒有得到合理的利用，尚未發現用桉樹制備煙熏液的報道。相關桉樹的研究主要集中于提高生物油產率［3］，對如何控制生物油中關鍵成分含量的研究較少。食用香料香精工業國際組織(International Organization of the Flavour Industry，簡稱IOFI)規定了桉樹可以作為制備煙熏液的植物木材［4］，這為充分利用桉樹資源提供了新的途徑。

2011－08－12 *通訊聯系人

王路(1984－)，男，在讀碩士，研究方向:食品加工及貯藏。