烤烟花挥发性成分的萃取及分析

许春平，肖源，孙斯文，刘绍华

1 郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州东风路5号 450002；2 广西中烟工业有限责任公司技术中心，广西南宁 53001

烤烟花挥发性成分的萃取及分析

许春平1，肖源1，孙斯文1，刘绍华2

1 郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州东风路5号 450002；2 广西中烟工业有限责任公司技术中心，广西南宁 53001

通过CO2超临界萃取法萃取烤烟花中的挥发性成分,然后用蒸馏萃取法对其萃取物进行前处理，通过GC-MS分析萃取物的挥发性成分。分析结果鉴定出，挥发性成分中含有醇类11种，酯类7种，酸类8种，烷烃类8种，萜烯类8种，酮类5种，醛类2种，氮杂环化合物4种。

烤烟花蕾；CO2超临界萃取法；挥发性成分；GC-MS

烟草香味是评价烟叶及卷烟感官质量的重要指标，特别是酮类化合物以及部分醛类、醇类、内酯类物质，对于卷烟的吸味具有较强的影响，对于烟气品质起着关键性作用[1]。由于烟草中香味成分繁多并且复杂，又因为许多挥发性香味物质的含量很小，所以前处理方法和检测方式必需合适选择。目前，水蒸气蒸馏法[2]、同时蒸馏萃取法[3]、固相微萃取法[4]等是萃取烟草中挥发性香味物质的常规前处理方法，但水蒸气蒸馏法和同时蒸馏萃取法耗时较长，且需较高萃取温度，会产生副反应[5]，固相微萃取法重现性不好，不能批量分析多个样品。

CO2超临界萃取(SFE)是一种新型分离技术，近年来发展迅速。该技术利用CO2流体的特有性质，它在温度、压力高于其临界点时能选择性地萃取目标物中的有效成分[6]，且有易操作，条件温和，萃取效率高，安全环保等优点，已在食品[7]、医药[8]、植物精油提取[9]等领域有效应用。在烟草领域，菲莫公司的“NEXT”以及“De-Nic”这两种卷烟产品就利用了甲醇改性的二氧化碳超临界萃取法将烟丝中大部分烟碱脱除[10]。

1992年Brunnemann等研究了甲醇改性的超临界二氧化碳萃取结合气相色谱/热能分析仪测定烟草特有亚硝胺(TSNA)的方法[11]。1995年田景州等利用超临界二氧化碳技术从烟草中萃取烟草精油，且已投入应用[12]。同年，高勇等报道利用超临界二氧化碳对烟草进行二级萃取，得到净油，并且将之加入卷烟中，可起到增进烟香，使烟气饱满并去除杂气的作用[13]。

烟草打顶弃去的花蕾和烟叶一样含有丰富的香料物质，是天然植物香源之一。国外对烟草花蕾的基因工程[14]、生理活性[15]、生物活性[16]等领域有大量的研究。国内方面，康武成等对花蕾中提取香膏，目前已形成白肋烟花蕾香膏、烤烟花蕾香膏和白肋烟浸膏等“三膏”产品，并已在卷烟加香中应用,但未对香膏成分做出定量分析[17]。本文以二氧化碳超临界萃取法提取烟草花蕾中挥发性成分，通过同时蒸馏萃取法对萃取物进行前处理，并采用内标法利用GC-MS对其挥发性成分进行定性定量分析。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：2012年，内蒙古赤峰市生产烤烟花蕾，品种：龙江911。

试剂：氯化钠（天津市恒兴化学试剂制造有限公司)；无水乙醇、二氯甲烷、乙酸苯乙酯（AR，天津市富宇精细化工有限公司）。

仪器：SHB-3循环水多用真空泵（郑州杜甫仪器厂）；Q-100A3旗箭粉碎机（上海冰都电器有限公司）；HS-4恒温水浴锅（上海医疗器械五厂）；PL203电子分析天平（梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司）；DGX-9143电热恒温鼓风干燥箱（上海福玛设备有限公司）；同时蒸馏萃取装置（郑州科技玻璃仪器厂）；6890/5973气相色谱仪/质谱仪（安捷伦科技有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

取适量烤烟花蕾，用蒸馏水清洗干净后放于烘箱中45℃干燥3 h，然后用粉碎机粉碎，过60目筛。

1.2.2 超临界提取烤烟花蕾挥发性成分

称取150 g样品，置于超临界萃取装置的萃取釜中，加入450 mL无水乙醇进行提取。CO2超临界萃取条件：HL-(5+1)L/50-IIIBQ型超临界萃取装置，压力20 MPa，温度50 ℃，二氧化碳温度-10 ℃，流量10 L/h，萃取时间2 h，流速0.3 mL/min，夹带剂500 mL无水乙醇。被萃取物烤烟花蕾粉末装入萃取池中，采用二氧化碳为萃取溶剂，CO2气体经热交换器冷凝为液体。用加压泵把压力提升至28 MPa，同时调节温度使其成为超临界C02流体。超临界流体从萃取釜底部进入与被萃取烟末充分接触，溶出挥发性化学成分,通过毛细管的口径大小控制流体的流出流量，流出液流入吸收池，最终得到深黄色液体，即为萃取物。

1.2.3 萃取物的前处理及GC/MS检测条件

量取烤烟花蕾萃取物30 mL，放入同时蒸馏萃取装置一端的1000 mL平底烧瓶中，加入300 mL蒸馏水，用电子调温电热套加热。装置的另一端蒸馏瓶中注入 30 mL二氯甲烷，于60 ℃水浴中加热。同时蒸馏萃取2.5 h后，在二氯甲烷萃取液中加入乙酸苯乙酯含量为0.3765 mg/mL 的二氯甲烷溶液1 mL，于60 ℃浓缩至约1 mL，低温密封保存，用于GC/MS进行定量分析。色谱柱HP-5MS（60 m×0.32 mm，0.25 μm），柱温40 ℃，保持3 min,以6 ℃/min上升到260 ℃，保持 5min，汽化温度270 ℃，载气(流量)（He）1 mL/min，分流比10:1，质谱检测器EI源，电子能量70 eV，源温230 ℃，质量范围30～700 amu。

1.2.4 香味物质含量的计算方法

由于烟草香味成分复杂，种类繁多，很难得到各种香味物质的标准品，使用Nist02 标准图库对其定性，采用内标法对其定量，假定相对校正因子(相对于内标)为1，对各种香味物质按照下式进行定量计算[18]。

2 结果与分析

夹带剂乙醇试剂的加入能够促使其与溶质分子间形成氢键及其他各种化学作用力,从而提高了超临界流体的萃取范围；此外, 改变温度、压力参数能够使超临界流体密度显著变化,而超临界流体的溶解能力与超临界流体密度有关，在较高温度、压力下多种极性较大的低挥发性香味物质能够更好地提取出来。因此选择合适的夹带剂(乙醇)以及设定较高的萃取温度和压力(50 ℃, 20 MPa)能够获得较多的挥发性成分[19-20]。由表1可知，烤烟花蕾萃取物中挥发性成分丰富，在烤烟花蕾中其总的挥发性成分高达1488.18 μg/g。其中，寸拜醇、1,5,9 -三甲基-12-（1-甲基乙基）-4,8,13-西松烯-1,3-二醇、植醇、石竹烯氧化物含量最高。

表1 烤烟花萃取物挥发性成分检测结果汇总表Table 1 Summary of volatile components from flue-cured tobacco flower extract

表1 （续）

表2 烤烟花萃取物中的成分类别及含量Table 2 Component categories and content from flue-cured tobacco flower extract

由表2可见，经过萃取的烤烟花蕾挥发性成分中一共含有53种化合物，在这些成分中，比例最高的是醇类，主要包括：苯乙醇、喇叭茶醇、橙花叔醇等。醇类化合物对烟草香气和吃味有一定作用，苯乙醇是烤烟挥发油中重要的致香物质，广泛应用于烟用香精中[21]。

酯类化合物，主要有二氢猕猴桃内酯、香紫苏内酯、金粟兰内酯等，金粟兰内酯，具有甜味，水果香味或酒味，特别是与烤烟香气协调，可使烟气醇和，可作为烟草的加香原料[22]，二氢猕猴桃内酯具有消除烟草刺激性的作用。香紫苏内酯是一种优良的烟草增香矫味剂，在混合型卷烟中, 可掩盖烟草的粗杂气,以改进和提高香味质量, 赋予烟草愉快的特征香气,使卷烟更加柔和, 醇绵入口[23]。

萜烯类化合物：主要包括姜黄烯、西松烯、新植二烯等。西松烯，香树烯等成分含量较多，是烟草制品的主要香气成分之一。新植二烯本身不仅具有一定的香气，且可分解转化形成低分子香味成分。它是烟草中含量最多的香味物质，但在花蕾中的含量低的多，这是由于烟草花蕾作为烟株的生殖器官，缺乏叶绿素，而新植二烯是叶绿素代谢生成的[24]。

酮类化合物主要有茄酮、4-氧化-α-紫罗兰酮、7,8-环氧-α-紫罗兰酮等，紫罗兰酮和茄酮，对烟草质量和香味有较大影响[25]。

烤烟花蕾挥发性成分还包含了酸类化合物，醛类化合物和烷烃类化合物。

3 结论

报道了超临界CO2萃取分离烤烟烟草花蕾中挥发性成分的方法，通过分析可知烟草花蕾当中含有大量的挥发性香味成分，特别是醇类物质含量最多。本研究可为卷烟加香工艺和烟叶资源合理利用提供参考。

[1]史宏志，谢子发. 四川白肋烟不同品种中性香气成分含量及感官品质分析[J]. 中国烟草学报，2010，16(1):1-5.

[2]李炎强，冼可法. 同时蒸馏萃取法与水蒸气蒸馏法分离分析烟草挥发性、半挥发性中性成分的比较[J]. 烟草科技，2000，141(2):18-21.

[3]李桂花．同时蒸馏萃取法及其在烟草分析中的应用研究[D]．杭州：浙江大学，2007．

[4]刘百战，张映，孙磊，等. 卷烟烟丝香气成分的固相微萃取-气相色谱-质谱法分析[J]. 分析测试学报，2000，19:28-31.

[5]彭夫敏．水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法和顶空共蒸馏法提取烟草挥发性成分的比较研究[D]. 北京：中国科学技术大学，2004.

[6]李天祥，王静康，等. 超临界CO2流体萃取技术在天然物提取上的研究进展［J］. 天津大学学报：自然科学与工程技术版，2002，35(4):417-424.

[7]陈必春，毛多斌，郭鹏，等. 超临界萃取技术在食品工业中的应用［J］. 食品工程，2008 (2):6-9.

[8]苏香萍，宋必卫，陈振华，等. CO2超临界萃取金银花挥发油工艺及抗炎活性研究［J］.天然产物研究与开发,2006 (18):663-666.

[9]司辉清，沈强，庞晓莉. 腊梅花精油超临界CO2萃取及GC-MS分析［J］. 食品科学, 2010, 31(2):134-137.

[10]王宏发，曾晓鹰，王超. 超临界流体萃取在烟草中的应用及前景展望［J］. 云南烟草, 1998(3):71-75.

[11]Brunnemann K D, Prokopczyk B, Djordjevic M V, et al.The use of supercritical fluid extraction for the analysis of tobacco-specific N-nitrosamines in tobacco and tobacco smoke [J]. 1992，5(3):336-339.

[12]田景州，金革，马亚萍，等. 用CO2溶剂从烟草(烟末)中萃取烟精的研究[J]. 中国烟草学报，1995，2(4):75-79.

[13]高勇，朱友民，吴庆之. 烟草净油的超临界流体技术提取[J]. 烟草科技，1995(5) :28-30.

[14]Valentina Cecchetti, Mirella Pomponi, Maria Maddalena Altamura, et al. Expression of rolB in tobacco flowers affects the coordinated processes of anther dehiscence and style elongation [J]. The Plant Journal, 2004,38 (3):512-525.

[15]Engvild K C. Plantlet ploidy and flower-bud size in tobacco anther cultures [J]. Hereditas，1974,76 (2):320-322.

[16]Yang C, Braymer H, Murphy E, et al. Notes-Methyl Ethers of quercetin in tobacco Flowers [J]. The Plant Journal,1960,25 (11): 2063-2064.

[17]康武成，崔辉政，谭根芳，等. 从烟草花蕾提取香膏的工艺：中国，90107606. 6[P]. 1995-04-19.

[18]Cai J B，Liu B Z，Ling P. Analysis of free and bound volatiles by gas chromatograpgy and gas chromatographymass spectrometry in uncased and cased tobaccos [J]. J Chromatogr，2002, 947(2): 267-275.

[19]李雪梅，杨叶昆，徐若飞，等. 利用超临界流体萃取技术制备烟草净油的研究[J]. 中国烟草学报，2004，10(3):1-6.

[20]李盼盼，朱晓兰，黄兰，等. CO2超临界萃取/GC-MS法测定烤烟中的香气成分[J]. 分析仪器，2012(1):42-47.

[21]王能如，李章海，王东胜，等. 烤烟香气成分与其评吸总分和香味特征的相关性[J]. 安徽农业科学，2009(6)：2567-2569.

[22]胡建军，周冀衡，李文伟，等. 烤烟香味成分与其感官质量的典型相关分析[J]. 烟草科技，2007(3)：9-15.

[23]桂建国，张卫华，彭勇，等. 一种含有紫苏的烟草加料香精配方：中国，102304432 [P]. 2012-01-04.

[24]刘典三，刘国顺，贾芳芳，等. 不同光强对烤烟质体色素及其降解产物的影响[J]. 华北农学报,2013，28(1) ：234-238.

[25]赵华武，贺帆，宫长荣，等. 烤烟化学成分与主体香味成分的相关和通径分析[J]. 河南农业科学，2012，41(7) :42-46.

Extraction and analysis of volatile components from flue-cured tobacco flower

XU Chunping1, XIAO Yuan1, SUN Siwen1, LIU Shaohua2
1 College of Food and Biological Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China;2 Technology Center, China Tobacco Guangxi Industrial Co. Ltd., Nanning, 530001, China

Volatile components in flue-cured tobacco flowers were extracted by CO2supercritical extraction method. The extract was pretreated by applying distillation extraction method and its volatile components were analyzed through GC-MS. Results identified that the volatile components contained 11 kinds of alcohols, 7 esters, 8 acids, 8 alkanes, 8 terpenes, 5 ketones, 2 aldehydes, and 4 heterocyclic compounds.

flue-cured tobacco flowers; CO2supercritical extraction; volatile components; GC-MS

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.04.005

TS411 文献标志码：A 文章编号：1004-5708（2014）04-0023-05

郑州市科技技术攻关项目（10PTG339-2）

许春平(1977—)，博士，教授，研究方向为生物催化与烟草工程，Tel：0371-86609637, Email:c.p.xu@zzuli.edu.cn

刘绍华（1962—），Email：lshaohua18@163.com

2013-09-06