烟叶中油分的萃取方法研究

张萌萌，张凤侠，康世平，孙赵麟，王 瑶

(陕西中烟工业有限责任公司技术中心，陕西 宝鸡 721000)

油分也称叶分或膘性，通常指烟叶细胞内含有的柔软半液体或液体物质.根据感官感觉，这种物质反应在烟叶外观上，有一种油润、丰满的感觉.油分的含量高低直接反应烟叶质量的好坏，含油分多的烟叶色泽鲜亮，组织细致柔软，弹性强；含油分少的烟叶则灰暗无光泽，组织粗糙脆硬，弹性差，加工中易破碎[1-2].通常认为烟草油分主要包括挥发油、油脂、类脂、甾醇、萜类、磷脂、蜡质、树脂等[1,3].目前，萃取烟叶中油分的方法主要有同时蒸馏萃取、水蒸气蒸馏法、超声辅助萃取、索氏萃取、CO2超临界萃取、ASE加速溶剂萃取及分子蒸馏等.如张献忠[4]采用水蒸气蒸馏法和同时蒸馏萃取法对废次烟末中香气成分进行萃取.刘菲等[5]在分析比较时间与烷烃萃取总量的基础上最终选择了采用超声萃取的方法萃取烟叶油分中的烷烃.唐自文等[6]采用分子蒸馏的技术分离了烟草萃取物.但是目前尚未有针对烟叶中油分的萃取方法的研究.本研究通过对不同方法萃取烟草中油分的萃取率和萃取物经柱层析分离之后馏分组成的比较，确立了最优的萃取方法.同时，试验结果表明，采用柱色层族组成分离法分离烟叶油分成分，可以克服传统分析方法中的许多微组分由于被其主要组分覆盖而无法检测出来的不足.本文还考察了萃取时间和萃取溶剂的影响，为下一步烟草油分中多组分分离以及定性定量分析奠定基础.

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

高速万能粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司)：KQ-700DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；ASE200快速溶剂萃取仪(美国Thermo Fisher Scientific公司)；CO2超临界萃取仪(美国Applied Separations公司)；Agilent 7890B-5977A气质联用分析仪(美国Agilent公司)；ME414S 电子天平(感量:0.000 1 g，德国Sartorius公司)；R-215旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司)；电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)；索氏萃取器套装(蜀玻科学仪器有限公司)；试验所用滤纸均使用三氯甲烷索氏抽提24 h,自然晾干.

三氯甲烷(色谱纯，J.T.Baker)，二氯甲烷(色谱纯，SIGMA-ALDRICH)，石油醚(60～90 ℃，国药试剂)，正己烷(色谱纯，SIGMA-ALDRICH)，甲醇(色谱纯，SIGMA-ALDRICH).试验用样品为陕西中烟工业有限责任公司出品高、中、低档卷烟，分别标记为样品A、B、C.

1.2 萃取方法

将适量卷烟烟丝于40 ℃烘箱中干燥2 h，粉碎机粉碎，过0.150 μm筛，密封袋密封保存.分别准确称取烟末样品6.0 g,精确至0.000 1 g进行萃取.

1.2.1 超声萃取

将称量好的烟末样品用滤纸包裹好放于250 mL烧杯中，加入1 00 mL三氯甲烷，用扎有洞的滤纸盖好烧杯，置于超声波发生器中，超声萃取10 min，然后将溶液倒入500 mL圆底烧瓶，加入100 mL三氯甲烷，重复上述操作，如此反复3次，直至萃取液无色.

1.2.2 索氏萃取

将称量好的烟末样品用滤纸包裹好放入索氏萃取器中，圆底烧瓶中加入300 mL三氯甲烷，水浴70 ℃回流24 h.

1.2.3 ASE加速溶剂萃取

将称量好的烟末样品置于萃取釜中，按以下条件运行仪器:预热5 min,炉温100 ℃,压力10.34 MPa,静态时间 10 min;循环次数 3次.

1.2.4 CO2超临界萃取

将称量好的烟末样品置于萃取釜中，按以下条件运行仪器:压力:25 MPa,炉温 40 ℃,釜温 40 ℃,收集温度 80℃,收集液 50 mL,萃取方式为静态,萃取时间 30 min，夹带剂为三氯甲烷，夹带剂用量 0.5 mL/min×8 min.

1.3 试验方法

将萃取液旋转浓缩至1 mL左右，转移至已知重量的称量瓶中，待溶剂挥干之后称重，计算萃取物的重量并得出萃取率.萃取率计算方法如式(1)：

萃取率=萃取物重量/样品重量×100%

(1)

将萃取物用适量三氯甲烷复溶至已知重量的烧杯中，分3次加入90 mL的正己烷，每次加入之后，充分摇晃，然后静置4～24 h，至上下层分层明显，将上层清液倾出到另一个烧杯中.将底部不溶物质的溶剂挥干之后称重，计算不溶物的重量.

湿法填柱：按照硅胶∶氧化铝为3∶2的比例，装入25 cm高的填料，取一定体积(相当于重量200 mg)的上层清液过柱，用250 mL正己烷洗脱非极性馏分，100 mL二氯甲烷洗脱弱极性馏分，200 mL甲醇洗脱极性馏分，各馏分均旋转蒸发至1 mL左右，转移至已知重量的称量瓶中，待溶剂挥干之后称重.

1.4 检测条件

色谱柱：美国 J&W HP-5 MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管色谱柱;载 气:He,99.999% ;流 速:1.0 mL/min;进 样 口 温 度:280 ℃;进样量:1 μL;进样模式：分流进样;分流比:10∶1;升 温 程 序:80 ℃→4 ℃/min→290 ℃,恒温30 min .离子源：电子轰击(EI)；质量扫描范围：40～500 amu；四极杆温度:150 ℃;离子源温度：230 ℃，传输线温度:280 ℃；溶剂延迟:3.0 min.

2 结果与讨论

2.1 不同萃取方法对萃取率的影响

选择A、B、C 3种样品，按照1.2、1.3所述方法进行萃取、浓缩并计算其萃取率，结果如表1所列.由表1可知，ASE加速溶剂萃取对3个样品的萃取率最高，索氏萃取与超声萃取的萃取率相当，仅次于ASE加速溶剂萃取，CO2超临界萃取萃取率最低.虽然ASE加速溶剂萃取具有萃取效率高、溶剂消耗少、快速等优点，但是与索氏萃取及超声萃取相比，萃取液中组分不够全面.研究显示ASE加速溶剂萃取对于烟草中的甾醇类化合物萃取效果不理想[7]，因此选取索氏萃取和超声萃取做进一步的试验.

表1 不同萃取方法所得油分萃取率Table 1 Oil extraction rate obtained by different methods %

2.2 不同萃取方法对馏分组成的影响

表2为同一样品(样品B)采用不同萃取方法对馏分组成的影响结果.由表2可知，与索氏萃取相比，超声萃取的萃取物经硅胶氧化铝柱层析后，沥青质含量占到萃取物总量的一半以上，比另外3种馏分的加和还要高.而另外3种馏分里面包含了诸如烷烃、新植二烯、酯、酮、醚、酚、脂肪酸等对烟草吸味有重要作用的物质，因非极性馏分、弱极性馏分和极性馏分的比例越高越有利于后续定性和定量，因此最终选取索氏萃取.

表2 不同萃取方法对馏分组成的影响Table 2 Effects of different extraction methods on composition of fractions %

2.3 不同萃取溶剂对萃取率的影响

在萃取时间24 h的条件下，采用样品B，分别以三氯甲烷、二氯甲烷、石油醚为溶剂进行索氏萃取.结果显示，萃取率从高到低依次是三氯甲烷、二氯甲烷、石油醚.这是因为烟叶油分中存在大量的长链脂肪酸、长链烷烃、甾醇和萜类，这些都易溶于极性强的溶剂三氯甲烷.所以选择三氯甲烷作为萃取溶剂.

2.4 萃取时间对萃取率的影响

以三氯甲烷作为萃取溶剂，采用样品B，分别萃取4、8、16、24 h，比较不同萃取时间对萃取率的影响，结果如图1所列.从图1可以看出，随着时间增加，萃取率逐渐增高,16 h达到最大，再延长时间萃取率反而有所降低.所以，萃取时间选择16 h.

图1 萃取时间对萃取率的影响Fig.1 Effect of extraction time on extraction rate

2.5 样品测定

在上述试验条件下，测定了卷烟样品B，共鉴定出46种非极性馏分、57种弱极性馏分和70种极性馏分.

图2为非极性馏分的总离子色谱图.非极性馏分主要成分是新植二烯和烷烃，其中烷烃包含正构烷烃、异构烷烃和反异构烷烃，含量较高的正构、异构和反异构烷烃主要集中在C25～C35 之间，与文献报道相符[5].烷烃主要来源于植物蜡中长链脂肪族有机物经高温或细菌降解，由于烟叶和卷烟丝还未经历这类较强烈的链断裂过程，因而本研究样品中烷烃含量很低.新植二烯是植物叶绿素α侧链-植烯醇的断裂衍生产物，在烟叶油分中其含量很低.因此，非极性馏分总含量很低.

弱极性馏分中主要有脂肪酸酯、脂肪酮、维他命E、维他命K及细菌代谢物角鲨烯等，其含量是仅次于极性馏分的第二大组分.但由于芳烃尤其是稠环芳烃是植物有机质经历高温热演化时的环化-芳构化产物，本研究卷烟烟丝均未经历过高温环化-芳构化过程，所以弱极性馏分含量也很低.

图2 非极性馏分的总离子色谱图Fig.2 Total ion chromatogram of non-polar fractionsNeophytadiene:新植二烯，nCx :正构烷烃，iCx :异构烷烃，aCx :反异构烷烃

极性馏分含量较高，主要是高丰度的中长链脂肪酸，包含饱和脂肪酸如棕榈酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)等，以及不饱和脂肪酸如亚麻酸、亚油酸、油酸等.烟叶中脂肪酸的组成和含量与吃味有密切关系，烟叶中的长链不饱和脂肪酸，特别是高度不饱和脂肪酸有利于提高烟叶的香气和吃味.

3 结论

(1)比较了4种不同方法萃取烟叶中油分的萃取率以及经过柱层析之后不同极性馏分的分布.试验结果表明，以索氏萃取为最佳.该方法萃取率高，所得萃取物组分全面，比例合理，操作简便.

(2)采用本方法分析烟叶样品中的油分，共鉴定出173种成分，其中非极性馏分46种、弱极性馏分57种、极性馏分70种，以极性馏分含量为最大.