鹤庆五味子提取物在卷烟中的应用研究

杨光宇,肖伟烈,孙汉董

(1.云南烟草科学研究院云南省烟草化学重点实验室,云南昆明 650106;2.昆明植物研究所植物化学与西部植物资源国家重点实验室,云南昆明 650204)

目前中草药在食品、化妆品、体育用品等领域都有较快的发展[1-3],并且在烟草行业也得到了广泛应用[4-7].某些中草药添加剂在卷烟燃吸过程中热解产生新物质,使烟气柔和细腻,杂气、余味得到改善,使烟香丰满,差异化突出[8-9].随着吸烟与健康问题日益受人关注,卷烟行业在不断地探索研究后,目标逐渐转移到我国丰富的中草药资源上,多数卷烟厂家都采用中草药提取精制后添加到烟丝中制成卷烟的方法,其作用主要是减低或缓解因吸烟而引起身体的不适和危害.目前主要采用中草药添加剂的中式低害卷烟有“金圣”、“中南海”、“五叶神”等.其中“金圣”品牌卷烟取得了较大的成功[10-12].

五味子是重要的中药材,最早列于神农本草经上品,中药功效在于滋补强壮之力,药用价值极高[13-14].我们对鹤庆五味子化学成分研究发现,五味子中富含木脂素、三萜酸及其内酯、黄酮等多种活性成分[15-16];而且 GC-MS测定结果表明五味子中香气物质丰富,如：檀烯、苯甲醇、β-蒎烯、柠檬烯、桉叶素、芳樟醇、异佛尔酮、氧化异佛尔酮、柠檬醛、异胡薄荷醇、β-紫罗兰酮、四氢猕猴桃内酯、二氢猕猴桃内酯、金合欢醇、乙酸金合欢酯、六氢金合欢基丙酮等均是烟草中常用的香气成分;因此添加五味子提取物可能会在突出卷烟风格、降低卷烟烟气有害成分等方面有积极的作用;文中对五味子添加剂的提取工艺进行了优化,并对五味子添加剂在卷烟中的应用进行了研究,发现五味子添加剂具有能改善卷烟抽吸品质,清除自由基和降低烟气有害成分的作用,本研究为卷烟工业寻找新型添加剂提供了依据.

1 原料与浸提工艺流程

鹤庆五味子采自云南鹤庆县马耳山东坡,切片晒干,粉碎到 0.441mm(40目),供提取样品共50 kg,实验中所用试剂均为国产分析纯,浸提工艺流程见下图.

2 提取工艺条件选择

浸提工艺受多种因素的影响,主要包括浸提物料比、提取次数、提取时间等.结合样品的特性,考虑到工业生产需要,采用加热浸提方法,提取时间为每次 2～6 h,提取次数为 1～4次,浸提物料比选取五味子∶浸提溶剂 =1∶2～1∶6.综合这 3种影响因素,确定的实验方案见表 1.

表1 五味子浸提实验方案

从第 1组实验可以看出,第 1次浸提得膏率约占总量的 56.8%,第 2次浸提得膏率约占总量的31.2%,第 3次浸提得膏率约占总量的 9.27%,第 4次仅占总量的 2.76%.尽管第 4次浸提可得少量浸膏,但若考虑到所耗用的人工、水电、溶剂损耗及设备占用等因素,则没有必要进行第 4次提取 .第 2组试验结果表明,在浸提物料比及浸提次数保持不变的前提下,虽然每次浸提时间延续为 4 h和 6 h的得膏率比每次浸提 2.0 h的得膏率增加 5.53%和6.43%,但考虑到各种消耗因素,选择每次浸提时间为2.0 h更为适宜.从第 3组实验结果看,采用浸提物料比 1∶4的浸提得膏率比 1∶2的有明显增加,而采用 1∶6的不仅与 1∶4的结果相差不大,而且给浓缩工艺造成了困难,增加了物耗.综合考虑各种工艺因素及以上多批浸提操作试验表明,提取五味子粗提物的最佳工艺条件是以 95%的乙醇为溶剂,物料比为 1∶4,在加热条件下提取 3次,每次 2.0 h,可获得较高的浸膏提取率.

3 浸膏的特性和成分

3.1 物理特性

3.2 五味子浸膏中挥发性成分的测定 (同时蒸馏萃取法)

3.2.1 样品处理

将五味子浸膏 10.0 g放入同时蒸馏萃取装置中(图 1),一端的 500 mL圆底烧瓶中加入样品和 250 mL蒸馏水,用电热套加热;装置的另一端为盛 25 mL二氯甲烷的 100 mL圆底烧瓶,在 60℃下水浴加热,同时蒸馏萃取 3.0 h.二氯甲烷萃取液用无水硫酸钠干燥,置于 4℃过夜,过滤,滤液倒入浓缩瓶中用 Vigreux柱浓缩至约 1.0mL,浓缩液用于 GC-MS分析.

3.2.2 GC-MS分析条件

仪器为安捷仑 6890N/5973 GC-MS联用仪 (美国安捷仑公司);

弹性毛细管柱 50m ×0.20mm id×0.33μm df,固定液 (Ultra-2);进样量：2.0μL,分流进样 ,分流比 5∶1;进样口温度：280℃;载气：氮气,恒流,流速 1.2 mL/min;程序升温：初始温度 60℃,保持 5min,升温每分钟5℃至 260℃,保持 5min.质谱检测器条件：电离电压70 eV,离子源温度：230℃,传输线温度：280℃,溶剂延迟 6min;扫描离子范围：33～350 amu,使用 NIST谱库进行图谱检索,结合标准质谱图确定挥发性成分,并用色谱峰面积归一化法定量计算得各挥发性成分在挥发油中的相对百分含量.总离子流图见图 2,五味子中的挥发性成分见表 2.

表2 五味子提取物 GC-MS分析结果

(续表 2)

据表 2可知,五味子浸膏中共出 263个明显的色谱峰,所得质谱图经计算机质谱数据库检测与标准图谱核对,确认了其中的 91种成分,根据文献[18-19],檀烯 (0.036),α-蒎烯 (1.671),苯甲醇 (2.218),β-蒎烯(3.668),柠檬烯 (0.436),桉叶素 (1.218),芳樟醇(0.163),异佛尔酮 (0.143),氧化异佛尔酮 (1.554),柠檬醛 (0.087),异胡薄荷醇 (0.208),香茅醇 (0.203),δ-榄香烯 (0.089),β-紫罗兰酮 (0.403),四氢猕猴桃内酯(0.826),二氢猕猴桃内酯 (0.463),金合欢醇(1.477),乙酸金合欢酯 (0.368),六氢金合欢基丙酮(0.684)等主要成分均是重要的致香物质.该分析结果表明五味子浸膏致香成分含量丰富,适合用于卷烟加香.

4 五味子提取物对卷烟烟气有害成分的影响

4.1 有害成分分析方法

1)卷烟主流烟气焦油按“YC/T 29—1996,卷烟-用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油”的方法测定,用 Burghart公司 RM/20吸烟机捕集主流烟气的总粒相物,收集的总粒相物扣除水分和烟碱即为卷烟焦油;

2)卷烟主流烟气一氧化碳按“ISO8454：1995,卷烟烟气气相中一氧化碳的测定 -非散射红外法”测定,采用吸烟机自带烟气一氧化碳分析仪;

3)3,4-苯并芘含量采用半制备色谱分离,高效液相色谱 -荧光检测法;

4)烟气自由基采用自旋共振质谱法,以 0.05 mol/L N-特丁基 -α-苯基氮硐的苯溶剂作为卷烟气相自由基的辅集剂,然后把捕获的自由基在ESR仪上,于选定的条件下检测;

5)亚硝胺的测定采用气相色谱/热能分析仪法.

4.2 卷烟的制备和添加实验

取待试烟丝 (叶组 1或叶组 2)各 4份,每份250 g,均匀铺在不锈钢盘中,浸膏先用 95%乙醇稀释 (稀释量不可过大,以能将 250 g烟丝喷洒均匀为度),然后按所设定的五味子浸膏与烟丝的质量比,用喷雾器准确把五味子浸膏添加到烟丝上,对照样喷洒等量的 95%乙醇,充分混匀,放置 5.0 h后,在恒温恒湿箱中将试样平衡到含水率 12.0%±0.5%,然后分别卷制成烟支 (烟支质量 0.7±0.02 g),在恒温恒湿箱中 (湿度 60% ±2%,温度 (22±1)℃平衡 24 h.在标准条件下进行吸烟,分别检测卷烟烟气焦油 (mg/支)、一氧化碳 (mg/支)、自由基ESR值高度 (cm)、3,4-苯并芘 (ng/支)和亚硝胺(ng/支)含量,结果见表 3.

表3 添加五味子浸膏对卷烟烟气有害成分的影响

从表 3分析结果可看出,对于所试验的叶组,随添加五味子浸膏的增加,焦油、一氧化碳、自由基、苯并芘、亚硝胺都有降低趋势,而且五味子浸膏的用量在 2%～3%范围内均匀较好的效果,焦油降低率在8.3%～15.6%之间,一氧化碳降低率在 2.7%～8.7%之间,自由基降低率在 13.5%～28.9%之间,3,4-苯并芘降低率在 7.6%～39.4%,亚硝胺的降低率在 21.6%～28.8%之间,说明五味子添加剂具有很好的降低焦油、降低一氧化碳,清除自由基,降低有害成分的效果 .

5 五味子提取物对卷烟感官评吸的影响

取待试烟丝 (单体烟叶云南 B2F、云南 X2F、云南 C3F、河南 C3F,和卷烟叶组 1、叶组 2、叶组 3)若干份,每份 250.0 g,均匀铺在不锈钢盘中,浸膏先用 95%乙醇溶解,然后按所设定的五味子浸膏与烟丝的质量比,用喷雾器准确把五味子浸膏添加到烟丝上,对照样喷洒等量的 95%乙醇,充分混匀.5 h后在恒温恒湿箱中将试样平衡到含水率12.0% ±0.5%,分别卷制成烟支,烟支在恒温恒湿箱中 (湿度 60% ±2%,温度 (25±1)℃平衡 24 h.由评吸委员会对各试验卷烟进行评吸,评吸结果和未添加的对照样进行对比,结果见表 4.通过以上试验可看出,在卷烟中添加五味子提取物能明显增补烟香,丰满香气,与烟香较易谐调,对去除卷烟杂气、减少刺激有良好效果,是一种理想的烟用添加剂.

表4 五味子浸膏加料试验评吸结果

6 结语

五味子提取物对卷烟的添加实验表明：在卷烟中添加五味子提取物能明显增补烟香,丰满香气,与烟香较易谐调,对去除卷烟杂气、减少刺激有良好效果.而且五味子提取物还具有降低焦油、降低一氧化碳,清除自由基,降低有害成分的效果.是一种理想的烟用添加剂.

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