烤烟中致香物质的超临界萃取技术研究

于卫松，曹建敏，张义志，宁 扬，孙 鹏，方 松 (中国农业科学院烟草研究所，山东青岛 266101)

超临界流体萃取SCFE(Supercritical Fluid Extraction)是近年来在国内外得到较快发展的一种新型提取分离技术。超临界流体(SCF)即稳定的纯物质在临界点之上的状态，而临界点则是纯物质以既非液相也非气相的单一相存在的最低温度和最低压力点，任何物质都有其固定的临界点。SCF的性质介于液体和气体之间，密度为气体的数百倍，接近于液体，流动性和黏度也接近于液体，扩散系数约为气体的百分之一，较液体大数百倍。因而SCF具有较高的溶解能力、萃取速度和较好的传输性能。温度和压力的微小变化会导致SCF密度的极大变化，从而相当大地改变溶质的溶解度。因此，通过改变物理参数(温度、压力)的方法就能方便地改变流体的溶解能力，达到选择性萃取分离的目的。液体二氧化碳和超临界二氧化碳对烤烟内致香物质成分有很好的萃取能力，并有对萃取致香物质成分的选择性。二氧化碳临界温度较低，对致香物质成分没有活性，故萃取、分离在低温下操作，使芳香成分不分解、回收率高;同时由于具有萃取过程易于控制、萃取效率高、无有机溶剂残留等优点而广泛应用于食品、医药、香精香料等领域［1］。

在烟草行业中，超临界萃取技术也有所应用。自1995年开始先后有田景州等［2］、高勇等［3］报道利用超临界二氧化碳从烟草中萃取烟草净油应用于卷烟加香;2001年，张明福等将二氧化碳超临界萃取技术作为烟草分析的前处理手段进行了初步探索［4］。笔者拟考察烤烟中致香物质的超临界萃取技术的可行性，初步探索烤烟致香物质的超临界萃取方法，为烤烟中致香物质的有效提取分离提供理论依据，为精确测定烤烟中致香物质的含量打下坚实的基础。

1 材料与方法

1．1 材料

1．1．1 原料与试剂。试验所用烤烟样品为农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心的烤烟标物。乙醇、异丙醇、正己烷、二氯甲烷均为色谱纯;液态二氧化碳，纯度＞99．5%;氯化钠、无水硫酸钠为分析纯。

1．1．2 主要仪器。超临界萃取仪(Thar)，美国waters公司;超临界流体色谱仪(UPCC)，美国waters公司;气质联用仪(Agilent7890A-5975C)，美国 Agilent公司;同时蒸馏萃取装置;旋转蒸发仪;分析天平;水浴锅;电热套;水蒸气蒸馏装置;40 Hz超声波萃取器。

1．2 试验方法 称取10 g烟叶粉末，装入超临界萃取仪的萃取管内进行萃取，设定不同夹带剂、萃取压力、萃取温度等不同组合，对萃取管内的烟末样品进行萃取，将萃取后获得的提取物用乙醇溶剂定容到40 ml，进行UPCC-PDA分析和GC/MS分析，根据分析结果得到最佳提取条件。

2 结果与分析

通过对不同夹带剂、萃取压力、萃取温度等因素的研究，分析烤烟致香物质超临界萃取方法。

2．1 不同夹带剂对萃取结果的影响研究 试验对比了不使用夹带剂以及以乙醇和异丙醇∶正己烷(异丙醇∶正己烷=3∶7)为夹带剂的3种处理。二氧化碳流速为5 ml/min，萃取压力为20 000 kPa，萃取温度为50℃，两种夹带剂流速均为0．5 ml/min，萃取时间为40 min。

从萃取结束后收集提取物的量来看，不使用夹带剂以及以异丙醇∶正己烷(异丙醇－正己烷=3∶7)为夹带剂的试验处理所得到的提取物的量均远远少于以乙醇为夹带剂的试验处理所得到的提取物的量，故该试验采用乙醇为夹带剂进行后续提取条件的探索。

2．2 不同萃取压力对萃取结果的影响研究 为研究不同萃取压力对萃取结果的影响，在相关文献研究的基础上设置了3个试验处理P1、P2、P3，具体试验条件如表1所示。

萃取结束后，将收集的萃取物的溶剂挥干，用二氯甲烷复溶至4 ml，进行GC/MS分析，结果如表2所示。

表1 萃取压力设置

表2 不同萃取压力结果

由表2分析可知，P1、P2两者共有的萃取组分共有43 种，其中P1处理萃取效果较好的有9种，分别是1，3-二叔丁基苯、丙酸、E-5-异丙基-8-甲基-6，8-壬二烯-2-酮、新植二烯、植酮、巨豆三烯酮D、法尼基丙酮、油酸甲酯、二十七烷;P2处理萃取效果较好的有32种，分别是丁醇、乙酸、甲酸、2，3-丁二醇、戊酸、己酸、丙二醇、香叶基丙酮、3-(1-甲基-2-吡咯烷基)－吡啶、苯甲醇、乙氧基乙酸、麦芽醇、二乙二醇、2-乙酰基吡咯、α-羟基-β，β-二甲基-γ-丁内酯、棕榈酸甲酯、1-甲基-2-吡咯-2-酮、3，5，11，15-四甲基已烯-3-醇、2-吡咯烷酮、乙酰丙酸、二烯烟碱、苯甲酸、2-糠酸、2，5-吡咯烷二酮、2，3＇-联吡啶、5-羟甲基糠醛、苯乙酸、叶绿醇、十四烷酸、烟酸、N-甲基烟酰胺、十五酸;P1和P2萃取效果结果基本相同的有2种，分别是2-哌啶酮、亚油酸甲酯。P1特有的萃取组分有9种，分别是2，6二甲基辛二烯、2-丙烯酸、2-甲基丁酸、癸醇、角鲨烯、穿心莲内酯、硬脂酸甲酯、4-羟基呋喃酮、邻苯二甲酸-6-乙基-3-辛基丁酯。P2特有的萃取组分有11种，分别是3-呋喃甲醇、2-甲基己酸、3，7-二甲基辛醇、2-吡咯甲醛、3，5-二羟基-6-甲基吡喃酮、2-羟基-5-甲基吡啶、2，4-二特丁基苯酚、丁二酸单甲酯、二十一烷、4-羟基甲基丁酸内酯、(+/-)-3-羟基-r-丁内酯。

由以上分析可以看出，P2处理烟末中致香物质萃取的数量稍多于P1处理;从P2处理与P1处理共同萃取的致香物质的量上来看，P2处理优于P1处理。总体来看，P2处理的萃取结果好于P1处理。

研究的结果表明学生总体来说缺乏与策略相关的意识。他们相对来说缺乏丰富的策略储备，例如他们对学习策略不大了解。因此，他们不能实施恰当的学习策略和有意识的控制学习策略的使用[6]。所有这些都说明学生在不同的语言学习任务中实施恰当的学习策略以及控制策略使用方面的能力比较低。因此学习策略的培训也是迫在眉睫。学习策略的训练旨在帮助学习者考量影响自己学习的因素，找到最适合自己的学习策略，这样学习者才可能更有效的学习，并且对自己的学习负责。它更加关注的是学习过程，因此强调是如何学而不是学什么。因此高校应尽可能地为非英语专业大学生自主学习英语的过程中提供相应的帮助和指导，让学生掌握如何自主学习英语的能力。

P2、P3两者共有的萃取组分共有47种，其中P2处理萃取效果较好的有32种，分别是丁醇、1，3-二叔丁基苯、乙酸、甲酸、丙酸、2，3-丁二醇、丙二醇、戊酸、己酸、3-(1-甲基-2-吡咯烷基)－吡啶、苯甲醇、新植二烯、乙氧基乙酸、麦芽醇、二乙二醇、植酮、2-哌啶酮、棕榈酸甲酯、1，5-二氢-1-甲基-2-吡咯 2-酮、3，5-二羟基-6-甲基吡喃酮、2，4-二特丁基苯酚、二烯烟碱、乙酰乙酸、2-糠酸、亚油酸甲酯、苯乙酸、2，3-联吡啶、二十一烷、5-羟甲基糠醛、烟酸、(+/-)-3-羟基-r-丁内酯、2，5-吡咯烷二酮;P3处理萃取效果较好的有11种，分别是E-5-异丙基-8-甲基-6，8-壬二烯-2-酮、香叶基丙酮、2-乙酰基吡咯、α-羟基-β，β-二甲基-γ-丁内酯、巨豆三烯酮 D、法尼基丙酮、苯甲酸、亚麻酸甲酯、叶绿醇、二十七烷、十五酸;P1和P2萃取效果结果基本相同的有4种，分别是2-吡咯烷酮、2-吡咯甲醛、丁二酸单甲酯、十四烷酸。P2特有的萃取组分有7种，分别是 3-呋喃甲醇、2-甲基己酸、3，7-二甲基辛醇、3，5，11，15-四甲基－己烯-3-醇、2-羟基-5-甲基－吡啶、乙酰丙酸、4-羟甲基－丁酸内酯。P3特有的萃取组分有4种，分别是2-甲基丁酸、4-氧代戊酸、4-甲基 －苯甲醛、邻苯二甲酸-6-乙基-3-辛基丁酯。

由以上分析可以看出，P2处理烟末中致香物质萃取的致香物质种类多于P3处理;从P2处理与P3处理共同萃取的致香物质的量上来看，P2处理明显优于P3处理。总体来看，P2处理的萃取结果好于P3处理。

由P1、P2、P3综合分析可以看出，当压力较低时，增加CO2的压力，CO2密度显著增加，而扩散系数减少不大，溶解能力较强，萃取效果随压力升高增加，因此P2处理20 000 kPa)萃取效果优于P1处理(16 000 kPa);当压力达到一定程度后，CO2密度随压力升高而增加比较缓慢，但扩散系数减少较为显著，且压力过高，易使烟末出现板结现象，影响致香物质的溶出效率，故P2处理(20 000 kPa)萃取效果优于P3处理(24 000 kPa)。因此，将该研究的最佳萃取压力设为20 000 kPa(即P2处理)。

2．3 不同萃取温度对萃取结果的影响研究 为研究不同萃取温度对萃取结果的影响，在相关文献研究的基础上设置了4 个试验处理 T1、T2(即 P2处理)、T3、T4，具体试验条件如表3所示。

表3 萃取温度设置

萃取结束后，将收集的萃取物的溶剂挥干，用二氯甲烷复溶至4 ml，进行GC/MS分析，结果如表4所示(其中T2处理的结果仍用表2表示)。

由表4分析可知:T1、T2两者共有的萃取组分共有42种，其中T1处理萃取效果较好的有11种，分别是丁醇、丙酸、E-5-异丙基-8-甲基-6，8-壬二烯-2-酮、植酮、二烯烟碱、巨豆三烯酮、法尼基丙酮、油酸甲酯、亚麻酸甲酯、烟酸、十四烷酸;T2处理萃取效果较好的有29种，分别是1，3-二叔丁基苯、乙酸、2，3-丁二醇、丙二醇、2-甲基己酸、戊酸、己酸、3-(1-甲基-2-吡咯烷基)－吡啶、苯甲醇、新植二烯、乙氧基乙酸、麦芽醇、二乙二醇、2-乙酰基吡咯、α-羟基-β，β-二甲基-γ-丁内酯、2-吡咯烷酮、棕榈酸甲酯、1，5-二氢-1-甲基-2-吡咯-2-酮、3，5-二羟基-6-甲基吡喃酮、2-羟基-5-甲基吡啶、乙酰丙酸、苯甲酸、2-糠酸、(+/-)-3-羟基-r-丁内酯、5-羟甲基糠醛、苯乙酸、叶绿醇、2，5-吡咯烷二酮、2，3-联吡啶;T1和 T2萃取效果结果基本相同的有2种，分别是香叶基丙酮、十五酸。T1特有的萃取组分有6种，分别是2，6-二甲基辛二烯、1-甲基吡咯-2-甲醛、2-羟基-5-甲基苯乙酮、对甲基苯甲醛、硬脂酸甲酯、邻苯二甲酸-6-乙基－辛基丁酯。T2特有的萃取组分有11 种，分别是甲酸、4-羟基甲基丁酸内酯、3-呋喃甲醇、3，7-二甲基辛醇、2-吡咯甲醛、2-哌啶酮、3，5，11，15-四甲基己烯-3-醇、2，4-二特丁基苯酚、丁二酸单甲酯、乙酰乙酸、二十一烷。

T2、T3两者共有的萃取组分共有45种，其中T2处理萃取效果较好的有19种，分别是二甲基己酸、戊酸、己酸、3-(1-甲基-2-吡咯烷基)－ 吡啶、苯甲醇、α-羟基-β，β-二甲基-γ-丁内酯、2-吡咯烷酮、棕榈酸甲酯、1，5-二氢-1-甲基-2-吡咯 2-酮、3，5-二羟基-6-甲基-4-吡喃酮、2，4-二叔丁基酚、二烯烟碱、法尼基丙酮、亚油酸甲酯、2，5-吡咯烷二酮、5-羟甲基糠醛、苯乙酸、叶绿醇、(+/-)-3-羟基-r-丁内酯;T3处理萃取效果较好的有23种，分别是丁醇、1，3-二叔丁基苯、乙酸、甲酸、丙酸、2，3-丁二醇、丙二醇、E-5-异丙基-8-甲基-6，8-壬二烯-2-酮、香叶基丙酮、二乙二醇、2-乙酰基吡咯、2-吡咯甲醛、2-哌啶酮、巨豆三烯酮D、丁二酸单甲酯、有酸甲酯、亚麻酸甲酯、十四烷酸、烟酸、十五酸、2-羟基-5-甲基吡啶、乙酰丙酸、乙酰乙酸;T2和T3萃取效果结果基本相同的有3种，分别是苯甲酸、2-糠酸、2，3-联吡啶。T2特有的萃取组分有4种，分别是3-呋喃甲醇、3，7-二甲基辛醇、二十一烷、4-羟甲基丁酸内酯。T3特有的萃取组分有8种，分别是糠醇、1-甲基-2-吡咯甲醛、2-羟基-5-甲基苯乙酮、巨豆三烯酮C、硬脂酸甲酯、3-羟基吡啶、(S)-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮、邻苯二甲酸-6-乙基-3-辛基丁酯。

表4 不同萃取温度结果

由以上分析可以看出，T3处理烟末中致香物质萃取的种类多于T2处理;从T3处理与T2处理共同萃取的致香物质的量上来看，T3处理稍优于T2处理。综合萃取致香物质的种类及量开看，T3处理的萃取结果稍好于T2处理。

T3、T4两者共有的萃取组分共有50种，其中T3处理萃取效果较好的有34种，分别是丁醇、1，3-二叔丁基苯、乙酸、丙酸、2，3-丁二醇、2-甲基己酸、E-5-异丙基-8-甲基-6，8-壬二烯-2-酮、戊酸、己酸、新植二烯、乙氧基乙酸、二乙二醇、2-乙酰基吡咯、2-吡咯甲醛、1-甲基吡咯-2-甲醛、2-羟基-5-甲基苯乙酮、乙酰乙酸、法尼基丙酮、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、苯甲酸、3-糠酸、亚油酸甲酯、2，5-吡咯烷二酮、2，3-联吡啶、(S)-5-羟甲基二氢呋喃-2-酮、邻苯二甲酸二异丁酯、亚麻酸甲酯、苯乙酸、(+/-)-3-羟基-r-丁内酯、十四烷酸、邻苯二甲酸-6-乙基-3-辛基丁酯、烟酸、十五酸;T4处理萃取效果较好的有12种，分别是甲酸、丙二醇、糠醇、3-(1-甲基-2-吡咯烷基)－吡啶、麦芽醇、α-羟基-β，β-二甲基-γ-丁内酯、棕榈酸甲酯、3，5-二羟基-6-甲基-4-吡喃酮、巨豆三烯酮D、二烯烟碱、5-羟甲基糠醛、叶绿醇;T3和T4萃取效果结果基本相同的有4种，分别是香叶基丙酮、苯甲醇、植酮、2-哌啶酮。T3特有的萃取组分有3种，分别是丁二酸单甲酯、3-羟基吡啶、2，4-二甲基辛烷。T4特有的萃取组分有1种，环辛烷。

由以上分析可以看出，T3处理烟末中致香物质萃取的种类稍多于T4处理;从T3处理与T4处理共同萃取的致香物质的量上来看，T3处理明显优于T4处理。综合萃取致香物质的种类及量开看，T3处理的萃取结果明显好于T4处理。

由 T1、T2、T3、T4综合分析可以看出，当温度较低时，虽然升温能引起溶剂CO2密度降低，造成CO2溶解能力的下降，但溶质的蒸汽压却增大，因此超临界CO2中被萃取物的浓度随升温而增加，故T3处理(55℃)的萃取效果优于T2处理(50℃)，T2处理(50℃)优于T1处理(45℃);当温度达到一定值时，因升温而引起的被萃取物挥发能力的提高不足以抵偿溶剂CO2溶解能力的下降时，总的效果会导致超临界CO2相中被萃取物含量的减少，故T3处理(55℃)优于T4处理(60℃)。因此该研究的最佳萃取温度为55℃。

以上两部分研究结果表明，当萃取工艺采用乙醇做夹带剂、萃取压力为20 000 kPa、萃取温度为55℃时，用超临界二氧化碳萃取烤烟中的致香物质效果较佳。

3 结论与讨论

该项目研究了烤烟致香物质的超临界萃取技术，从夹带剂种类、萃取压力、萃取温度3个方面进行了初步探索。研究结果表明，使用乙醇做夹带剂能明显提高超临界二氧化碳的萃取效率;在一定压力范围内，增加CO2的压力，CO2密度显著增加，而扩散系数减少不大，溶解能力较强，萃取效果随压力升高增加，当压力达到一定程度后，CO2密度随压力升高而增加比较缓慢，但扩散系数减少较为显著，且压力过高，易使烟末出现板结现象，影响超临界二氧化碳的萃取效率;在一定温度范围内，虽然升温能引起溶剂CO2密度降低，造成CO2溶解能力的下降，但溶质的蒸汽压却增大，因此超临界CO2的萃取能力随升温而增加，当温度达到一定值时，因升温而引起的被萃取物挥发能力的提高不足以抵偿溶剂CO2溶解能力的下降时，超临界CO2的萃取能力开始逐步下降。

虽然研究过程中对每一组萃取工艺都进行了验证和比较，在对比过程中也发现，试验虽然得出了较佳的萃取工艺组合，萃取出的致香物质的在种类和数量都有优势，但该工艺也存在欠缺:一方面，别的工艺组合所萃取出来的部分组分是该工艺组合所缺失的;另一方面，试验获得的较佳提取工艺所萃取得到的致香物质对烤烟本身的香气质和香气量都多大贡献仍然存在疑问，这在以后的工作中有待于进一步研究。

［1］朱自强．超临界流体技术－原理和应用［M］．北京:化学工业出版社，2000．

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

［3］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．

［4］张福明，张建平．烟草二氧化碳超临界萃取物的初步研究［J］．烟草科技，2001(8):24－28．