响应面法优化荜澄茄挥发油提取工艺

黄东业 李志华 刘鸿 农李政 白家峰 宁振兴 宋凌勇 刘绍华 龙章德 吴彦

摘要：【目的】优化荜澄茄挥发油提取工艺，并研究其对卷烟吸食品质的影响，为天然植物在卷烟中的进一步应用提供新方向及思路。【方法】采用水蒸气蒸馏法提取荜澄茄挥发油，利用响应面法优化其提取工艺，并通过评吸法评价其对卷烟吸食品质的影响。【结果】荜澄茄挥发油最佳提取工艺条件：液料比2.5∶1、浸泡时间18 h、蒸馏时间1 h，将在此条件下提取的挥发油添加至卷烟中进行评吸，评吸得分为90.5分，略高于预测值（90.0分）。荜澄茄挥发油能起到提升卷烟香气质、降低烟气刺激性、改善余味、掩盖杂气等作用，对卷烟吸食品质有较好的促进作用。【结论】优化条件下提取的荜澄茄挥发油对提升卷烟的吸食品质效果最佳，可用于卷烟加香和品质的提升。

关键词： 荜澄茄；挥发油；工艺优化；卷烟；吸食品质；加香

中图分类号： TS264.3 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）10-1761-05

0 引言

【研究意义】荜澄茄（Fructus Litseae）為樟科植物山鸡椒[Litsea cubeba（Lour.） Pers.]的干燥成熟果实，主要分布于我国广西、四川、浙江等地。中医记载荜澄茄为温里药，性温，昧辛，能行气、温中散寒、止痛，可用于治疗脘腹冷痛、寒湿、寒疝、胃寒呃逆、腹痛等（国家药典委员会，2005）。已有研究表明，荜澄茄挥发油具有降低胆固醇、促进消化、抗心血管疾病等作用（闫佳旭等，2013），在我国烟草行业大力发展中式特色卷烟的背景下，若能将荜澄茄挥发油应用于卷烟中以提高其吸食品质，对于天然植物的有效利用及中式特色卷烟的发展将具有重要意义。【前人研究进展】近年来，已有不少学者对荜澄茄挥发油进行了研究，主要集中在其成分（张娅南和王飞，2009；程焕等，2013）、药理（汤杰等，2011；张明发和沈雅琴，2011；张小丽等，2015）及养生保健价值（闫佳旭等，2013）等方面。作为各种研究的基础，荜澄茄挥发油成分的提取工艺研究相对较早，相关研究报道也不少，如汤杰等（2008）采用超临界二氧化碳萃取技术对荜澄茄挥发油进行萃取，通过正交试验优化其工艺，随后研究其在镇痛方面的活性；王姿媛等（2008）通过正交试验优化荜澄茄挥发油的超临界二氧化碳萃取工艺，并在此基础上进一步研究其药效；程轩轩和黄铿（2012）则采用水蒸气蒸馏技术制备荜澄茄挥发油，通过正交试验得到其最佳提取工艺，建立了提取过程动力学数学模型。【本研究切入点】目前，已有较多关于天然植物挥发油应用于卷烟的研究报道（孟祥东，2014；邱婷和黄正虹，2015；吴恒等，2015），但尚未见荜澄茄挥发油的应用研究报道。【拟解决的关键问题】从广西特色植物荜澄茄中提取挥发油添加至卷烟中，优化其提取工艺，并通过评吸法评价荜澄茄挥发油对卷烟吸食品质的影响，为天然植物在卷烟中的进一步应用提供新方向及思路。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

荜澄茄购自南宁市景昌中药材有限公司，无水乙醇、无水硫酸钠购自国药集团化学试剂有限公司。主要仪器设备：常规水蒸气蒸馏挥发油装置（肥城金塔机械有限公司）、HH-6型电热恒温水浴锅（常州澳华仪器有限公司）、KDM型调温电热套（山东省鄄城新华电热仪器厂）、N-1100型旋转蒸发仪（东京理化器械株式会社）、BINDER恒温恒湿箱（德国Binder公司）、AB204-S型电子分析天平（瑞士梅特勒—托利多公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 荜澄茄挥发油提取 将洗净的荜澄茄粉碎，过40目筛后，取一定量样品置于2000 mL圆底烧瓶中，加入一定量蒸馏水，浸泡一定时间；再接到水蒸气蒸馏装置上，蒸馏一段时间得到荜澄茄挥发油，然后用无水乙醇稀释100倍并以无水硫酸钠干燥过夜。

1. 2. 2 单因素试验设计 分别考察液料比（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1）、浸泡时间（12、24、26、48和60 h）、蒸馏时间（1、2、3、4和5 h）对添加荜澄茄挥发油卷烟评吸得分的影响。

1. 2. 3 响应面法优化荜澄茄挥发油提取工艺 在单因素试验的基础上，选择液料比、浸泡时间、蒸馏时间为自变量，以评吸得分为评价指标，根据Box-Behnken试验设计原理采用3因素3水平的响应面分析法，确定荜澄茄挥发油提取的最佳工艺参数。响应面试验因素水平如表1所示。

1. 2. 4 加香评吸 在温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%的条件下，将一定量未加香加料的烟丝进行平衡，之后对其进行荜澄茄挥发油加香评吸试验。加香条件为：荜澄茄挥发油添加量0.1 μg/mL，稀释溶剂为70%乙醇溶液。加香后的烟丝在温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%的恒温恒湿箱中平衡48 h，之后卷成卷烟，由10名广西中烟工业有限责任公司技术中心评吸评委进行评吸。具体评吸方法参考GB 5606.4-2005《卷烟 第4部分：感官技术要求》，评分标准如表2所示。

1. 3 统计分析

利用SPSS 17.0对单因素试验数据进行方差分析，Design-Expert V 8.0.6.1对响应面试验结果进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 单因素试验结果

2. 1. 1 液料比对添加荜澄茄挥发油卷烟评吸得分的影响 由图1可知，在固定浸泡时间24 h、蒸馏时间2 h的条件下，随着液料比的增大，添加荜澄茄挥发油卷烟评吸得分呈先升高后降低的变化趋势。当液料比为3∶1时，评吸得分最高（90.0分），显著高于其他液料比（P<0.05，下同）；之后随着液料比的继续增大，卷烟评吸得分不断下降。液料比为1∶1、2∶1和3∶1的评吸得分相对较高，故选择这3个水平进行响应面试验。

2. 1. 2 浸泡时间对添加荜澄茄挥发油卷烟评吸得分的影响 由图2可知，在固定液料比3∶1、蒸馏时间2 h的条件下，随着浸泡时间的延长，添加荜澄茄挥发油卷烟的评吸得分呈缓慢升高后缓慢降低的变化趋势，总体变化幅度较小。当浸泡时间为24 h时，评吸得分最高（80.0分），显著高于浸泡时间为12、48和60 h的评吸得分；之后随着浸泡时间的继续延长，评吸得分缓慢降低。浸泡时间为12、24和36 h时，卷烟的评吸得分相对较高，故选择这3个水平进行响应面试验。

2. 1. 3 蒸馏时间对添加荜澄茄挥发油卷烟评吸得分的影响 由图3可知，在固定液料比3∶1、浸泡时间24 h的条件下，随着蒸馏时间的延长，添加荜澄茄挥发油卷烟的评吸得分呈先升高后快速降低的变化趋势。当蒸馏时间为3 h时，评吸得分最高（90.0分），显著高于其他蒸馏时间的评吸得分；之后随着蒸馏时间的延长，评吸得分迅速降低。表明蒸馏时间过长，提取出的荜澄茄挥发油对卷烟吸食品质的负面影响越大。蒸馏时间为1、2和3 h时，卷烟的评吸得分相对较高，故选择这3个水平进行响应面试验。

2. 2 响应面法对荜澄茄挥发油提取工艺的优化

2. 2. 1 响应面试验结果 荜澄茄挥发油提取工艺的响应面试验设计及结果见表3。利用Design-Expert V 8.0.6.1对表3数据进行二次多元回归拟合，得到模型的二次多项回归方程：Y=83.60+6.88A-6.31B-4.56C-

1.25AB+4.00AC-0.88BC-5.36A2-5.49B2+0.26C2。

为了检验方程的有效性，对评吸得分的数学模型进行方差分析，结果见表4。在模型中P<0.05，表明回归模型达显著水平，而失拟项P=0.2231，大于0.05，表明失拟项不显著。该模型一次项A极显著（P<0.01，下同），B和C显著，说明液料比（A）对卷烟评吸得分有极显著影响，浸泡时间（B）和蒸馏时间（C）对卷烟评吸得分有显著影响。在所选取的因素水平范围内，对评吸得分的影响程度为：液料比>浸泡时间>蒸馏时间。交互项AB、AC和AB的P分别为0.6565、0.1809和0.7546，均大于0.05，对响应值无显著影响（P>0.05，下同）；二次项A2、B2和C2的P依次为0.0803、0.0748和0.9231，均大于0.05，对响应值也无显著影响。

2. 2. 2 荜澄茄挥发油提取工艺参数的确定 利用Design-Expert V 8.0.6.1对所得的回归方程求解，在本研究选取范围内获得荜澄茄挥发油最佳提取工艺条件为：液料比2.53∶1、浸泡时间18.03 h、蒸馏时间1.03 h，在此预测最佳条件下，卷烟的评吸得分为90.0分。通过实际试验进行验证，将工艺条件微调为：液料比2.5∶1、浸泡时间18 h、蒸馏时间1 h，实际卷烟评吸得分为90.5分，略高于预测值。

3 讨论

目前，我国烟草行业正大力发展中式特色卷烟，已有不少学者研究将天然植物挥发油应用于卷烟中，以改善卷烟吸食品质、提升香气质、减少刺激性，如孟祥东（2014）将金银花挥发油添加至卷烟中，发现其可改善卷烟的香气质；吴恒等（2015）将柠檬叶挥发油添加至卷烟中，发现柠檬叶挥发油能起到改善余味的作用；但至今尚未见荜澄茄挥发油应用于卷烟的研究报道。本研究将荜澄茄挥发油添加至卷烟中，以考察其对卷烟吸食品质的影响，结果表明，荜澄茄挥发油能起到提升卷烟香气质、降低烟气刺激性、改善余味、掩盖杂气等作用，对卷烟吸食品质有较好的影响，卷烟评吸得分达90.5分。许多植物提取物具有浓郁的植物特征香，与卷烟中的烟草本香难以谐调，甚至会降低卷烟香气质（李志华等，2014），而荜澄茄揮发油中的药香能较好地与烟草本香谐调并可提升香气质，具有应用潜力。

本研究还发现，不同工艺条件下提取的荜澄茄挥发油对卷烟吸食品质影响也有所不同。当液料比例过大、浸泡时间过久、蒸馏时间过长时，所获得挥发油对卷烟香气质提升无明显效果甚至具有降低作用；而当液料比小于3∶1、浸泡时间在36 h以内、蒸馏时间不超过1 h时，所获得挥发油能够提升卷烟吸食品质，与孟祥东（2014）的研究结果相似，即适量的植物挥发油添加到卷烟中能提升卷烟香气质、掩盖杂气，而当添加量过大或添加浓度过高时会使香气与烟香不协调，甚至掩盖卷烟本身香气。本研究优化的荜澄茄挥发油提取工艺可为其在卷烟中的进一步应用提供技术参考。

本研究优化了荜澄茄挥发油提取工艺，并评价了其对卷烟吸食品质的总体影响，但荜澄茄挥发油中哪些成分对卷烟吸食品质的各项指标有积极的影响，哪些成分有消极的影响，均有待进一步探究。

4 结论

本研究结果表明，在液料比2.5∶1、浸泡时间18 h、水蒸气蒸馏时间1 h的条件下提取得到的荜澄茄挥发油对提升卷烟的吸食品质效果最佳，可应用于卷烟加香和品质提升。

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（责任编辑 罗 丽）