柠檬草精油精密精馏及其在卷烟加香中的应用

吴恒　陆廷伟　殷沛沛等

摘要：为了更好地分离富集柠檬草精油香味成分，采用精密精馏技术对柠檬草精油精细分离和富集，并对馏分进行GC/MS分析和卷烟加香评价。GC/MS结果显示，在不同温度段柠檬草精油的香味成分得到分离和富集，特别是80～95 ℃的馏分中月桂烯相对含量高达70.23%，甲基庚烯酮的含量为15.79%；80～95 ℃的馏分中芳樟醇和甲基庚烯酮的相对含量分别接近原油的4倍和3倍；蒸余物中柠檬醛相对含量高达93.36%。卷烟加香结果显示，原柠檬草精油虽然能很好地提升香气质和香气量，但协调性较差。精密精馏处理后，80～95 ℃馏分富集了一些具有青香、果香和甜香的成分，增加了香气的丰富性；110～115 ℃的馏分在提升香气质和香气量的同时还协调烟香。精密精馏处理对柠檬草精油的香气风格改善和品质提升都有明显的效果。

关键词：柠檬草；挥发油；精密精馏；气质联用；卷烟加香

中图分类号： R284.2；TS452+.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0372-03

收稿日期：2014-11-27

基金项目：云南中烟工业有限责任公司项目（编号：2014FL01）。

作者简介：吴恒（1987—），男，云南曲靖人，硕士，助理研究员，主要从事天然香料研究及开发工作。E-mail：yunnan200-2@163.com。

通信作者：阴耕云，硕士，高级工程师，主要从事烟草香精香料研究工作。E-mail：gyyin163@163.com。柠檬草（Cymbopogon citratus）学名香茅，别称柠檬香茅，为禾本科香茅属多年生草本植物。我国柠檬草资源十分丰富，主要分布于福建、广西、四川、贵州、云南等省区，一年可收割3～4次，具有浓郁的柠檬香味[1]。柠檬草茎叶作药用具有镇静、促进睡眠、抗焦虑、抗痉挛和助消化等功效，亦可作为调味香料或通过水蒸气蒸馏法、索氏提取法和超临界CO2流体萃取法提取精油。柠檬草精油以其香甜浓郁的柠檬香味而广泛用于食品、化妆品和烟草工业中，同时还可以合成紫罗兰酮、甲基紫罗兰酮等[2-3]。已有学者对海南产柠檬草及云南产柠檬草挥发油化学成分进行过分析研究，其主要成分为柠檬醛、月桂烯、甲基庚烯酮和芳樟醇等[4-5]，这些成分都是烟用香精的重要香原料。然而传统方法提取的柠檬草精油在改善和修饰卷烟烟气的同时也存在与自然烟香协调较差的缺陷，在一定程度上影响了柠檬草精油在卷烟加香中的应用。为开发利用这一特色香料植物资源为中式卷烟服务，对柠檬草精油中重要的香味成分分离富集，提高其在卷烟加香中的适用性，具有重要的理论和实际意义。

精密精馏是指通过精馏分离沸点相近液体混合物的方法，应用精密精馏法提高产品质量，是其他许多提纯方法不可取代的最为经济的重要手段，目前精密精馏在石油化工业中应用较多，主要用于一些有机化合物的分离提纯[6-8]，而在香精香料行业中应用的相关报道几乎没有。本研究以云南德宏产柠檬草精油为原料，采用精密精馏技术对精油中的一些香味成分进行分段富集，富集后的产物用GC/MS技术进行分析和卷烟加香评价，以期为通过精密精馏技术处理柠檬草精油提升其在卷烟中的适用性和柠檬草的充分开发利用提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

仪器：实验精密精馏装置（常顺精细化学品有限公司科技研究所）；CMB-120实验室烟管填充机（TABAKTECHNIK）；香精香料注射机（TABAKTECHNIK）；KBF恒温恒湿箱（德国Binder公司）；GC/MS气质联用仪（美国Waters公司）。

试剂：所用有机试剂都为分析纯，水为纯净水。

样品：柠檬草精油500.00 g，由前期通过水蒸气蒸馏法提取云南德宏基地柠檬草所得。

1.2样品处理

精密精馏柠檬草精油的工艺如图1所示。精密精馏设备压力固定为0.08 MPa，温度为80～95 ℃的条件下，首先蒸馏出一批低沸点的组分；再将蒸余物进行第2级精密精馏，在温度110 ℃条件下获得95～110 ℃温度段的组分；将蒸余物进行第3级精密精馏，在温度115 ℃的条件下获得110～115 ℃温度段的组分及蒸余物。各个温度段的馏分用无水乙醇稀释100倍后待用。

1.3仪器工作条件

气相色谱条件：DB-35MS色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），进样口温度为250 ℃，载气为高纯He气，流速为1.0 mL/min；进样量为0.5 μL，分流比为20 ∶1。升温程序：起始柱温50 ℃，保持5 min；再以10 ℃/min的速率升至 280 ℃，保持2 min，共30 min。

质谱条件：传输线温度为250 ℃；离子源温度为250 ℃；电离方式为EI+，电子能量为70 eV，质量扫描范围为40～400 u，延迟2.5 min采集数据。

1.4卷烟加香试验

用云烟品牌的云烟（紫）叶组进行卷烟加香评价试验，首先用CMB-120实验室烟管填充机按每支（0.8±0.02）g空白烟丝的标准填充成空白烟支，于温度（22±1） ℃、湿度 （60±2）% 的环境中平衡48 h；然后将柠檬草原油和不同温度段的馏分用5 mL 无水乙醇稀释后分别按烟丝质量0.1%、0.01%、0.001%的添加量通过香精香料注射机注射于空白卷烟中，注射后，于温度（22±1） ℃、湿度（60±2）%环境下平衡48 h后，以未添加的空白卷烟作对照，组织专家对以上样品进行感官评吸。

2结果与分析

2.1柠檬草精油精密精馏结果

柠檬草精油经过精密精馏处理后各馏分香气风格差异较大：柠檬草原油香气风格以浓郁的柠檬香为主；得80～95℃温度段馏分95.5 g，香气风格以青香、果香和甜香为主；得95～110 ℃温度段馏分157.8 g，香气风格与原油相似，但略带青香和花香；得110～115 ℃温度段馏分100.6 g和115 ℃蒸余物120.5 g，二者都以强烈的柠檬香为主，略刺鼻。

2.2成分分析

在“1.3”节条件进样分析，获得不同精馏温度段下柠檬草精油挥发性成分的总离子流色谱图（图2）。通过MassLynx V4.1化学工作站数据处理系统，在NIST 2008、WILEY谱图库中检索，并结合相关文献确定其中的化学成分（表1）；定量分析按峰面积归一化法求得各化合物在挥发性成分中的相对百分含量。

从图2和表1可以看出，经过精密精馏处理后的馏分与原油相比，无论在组成成分还是成分的含量上都存在较大差异。这些馏分的香气风格特征差异与其组成和成分差异有着密切的联系。组分和含量的差异导致富集得到的组分香气风格差异也较大。柠檬草原油中共分离检测到柠檬醛、月桂烯、甲基庚烯酮、β-罗勒烯和马鞭烯醇等，共12个成分，其中很多成分都具有独特的香气特征（表2），柠檬草原油中含量最高的为柠檬醛（69.62%），柠檬醛是由（E）-柠檬醛和（Z）-柠檬醛组成的混合物，其次为月桂烯（12.37%），因此其香气风格以浓郁的柠檬香为主。80～95 ℃温度段馏分与对照相比无论在组成成分还是成分的含量上都有很大差异，其由月桂烯（70.23%）、甲基庚烯酮（15.79%）、桉树脑（7.07%）、β-罗勒烯（4.15%）和芳樟醇（1.15%）共5个成分构成；因此，此温度段馏分的香气风格以青香、果香和甜香为主。95～110 ℃温度段的馏分成分与对照相比在成分种类上没有差异，但是其中组分的含量存在较大差异。此温度段馏分的主要成分为柠檬醛（67.03%），其次为芳樟醇（9.63%）和甲基庚烯酮（6.14%），这2个成分的相对含量分别接近原油的4倍和3倍；此温度段的馏分香气风格与对照相似，但略带青香和花香。110～115 ℃温度段和115 ℃蒸余物2个温度段馏分的成分组成基本一样，其主要成分都是柠檬醛，相对含量分别为84.20%和93.36%；它们的香气风格都以强烈的柠檬香表1不同温度段馏分挥发性成分为主，略刺鼻。

2.3卷烟加香感官评吸结果

按“1.4”节的方法制备卷烟样品，然后由专业评吸人员进行评吸，结果见表3。从表3可以看出，柠檬草精油在精密精馏处理前虽然对香气质和香气量方面有一定的积极作用，但在协调性方面存在较大缺陷，这也是柠檬草精油直接应用于卷烟加香的重要难题。然而，精密精馏处理后，80～95 ℃和110～115 ℃的馏分的卷烟加香效果要明显好于原油；80～95 ℃馏分在卷烟中的加香效果主要体现在香气的丰富性和余味上；110～115 ℃的馏分在卷烟中的加香效果与原油相比与自然烟香更协调了。110～115℃馏分和115℃蒸余物在

表2柠檬草精油致香成分香味特征

化学成分香味特征柠檬醛强烈的柠檬样香气月桂烯清淡的香脂气味甲基庚烯酮强烈的油脂青香，柑橘香，梨样的酸甜新鲜香β-罗勒烯甜的、草本植物的、松油的香味桉树脑像樟脑的香味芳樟醇典型的花香香气，淡弱的柑橘类果香香叶醇似玫瑰的香气马鞭烯醇马鞭草样香气

卷烟加香中都存在明显的缺陷。

3结论

在本研究中，精密精馏技术用于处理柠檬草精油制备烟用香料取得了较好的效果。通过精密精馏处理后柠檬草精油

在品质提升和香气风格改善方面都有明显的提升。每个温度段馏分的成分组成和含量与其香气风格特征和在卷烟中的吸味有着密切联系。80～95 ℃馏分富集了一些具有青香、果香和甜香的成分，在卷烟加香中增加了香气的丰富性；110～115 ℃的馏分与原油在成分组成上一致，但通过内部成分含量的调整后与自然烟香更协调了。另外，虽然110～115 ℃馏分和115 ℃蒸余物在卷烟加香中都存在明显的缺陷，但是这2组馏分的柠檬醛相对含量分别高达84.20%和93.36%，可进一步加工获得高纯度的柠檬醛或者直接用作调配柠檬香味的香料。本研究在用精密精馏技术处理柠檬草精油提高其在烟草中的适用性的同时，也为柠檬草的充分开发和利用提供了一定的理论依据。

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