生地黄提取物的制备及其卷烟应用

孟晓军，史先鑫，赵传成，杜文杰，苏海建，聂守杰，朱友民

（1. 颐中（青岛） 实业有限公司，山东青岛 266021；2. 山东中烟工业有限责任公司技术中心，山东青岛 266101）

中草药是中国传统医学的宝贵财富，大量研究表明，以中草药为原料制备的天然中药提取物能与卷烟产品的香味自然结合，使卷烟产品具有明显的药草香韵，形成独特的香气风格和口味特征[1]，因此利用中医药理论，将中草药或中草药提取物添加到卷烟中，开发独具特色的卷烟产品是提高中式卷烟竞争力的重要手段和方向。

烟草本身在我国古代就是一味中药，中医角度认为烟草性辛温、易燥肺、咽喉干燥，采用润肺、理气、清热的中药复方配伍以润燥生津、宣利肺气、润燥与理气合用，则可以清润肺气、化痰降燥[2]。将中草药应用于卷烟中可以从补气药、养阴药、清热解毒药、止咳平喘药这几类中草药中筛选[3]，研究表明，养阴药五味子、沙参、乌梅等可降低烟气自由基[4-5]，百合可改善卷烟抽吸品质、提高卷烟香气质量、柔和烟气、降低刺激性的作用[6]。生地黄为玄参科植物地黄的新鲜或干燥块根，性寒，味甘苦，归心、肝、肾经，可清热凉血、养阴生津[7]，而其在卷烟中的应用未见报道。

目前，生地黄的研究主要集中在有效成分提取及药理活性研究[8-9]，地黄中发现了近200 种化学成分，主要有环烯醚萜类、多糖及苯乙醇苷类、紫罗兰酮类、挥发油类、甾醇类、酚酸类等[10-12]，其中多糖成分含量最高，约16.89%。药理试验已表明，地黄对免疫系统、抗肿瘤、抗衰老及中枢神经系统等有着广泛的生物活性，其在卷烟中也有较好的应用效果。目前，地黄提取物应用于卷烟中未见报道。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

鼓风干燥箱，德国BINDER 公司产品；旋转蒸发仪，德国BUCHI 公司产品；30 L 多功能提取浓缩机组，上海顺仪科技有限公司产品。

生地黄，惠民百草药业提供；乙醇（95%（V/V），食品级），青岛诚基有限公司提供；丙二醇（医药级），韩国SK 提供；纯净水。

1.2 试验方法和条件

1.2.1 生地黄提取物的制备

称取一定量的生地黄，加入5 倍提取溶剂浸泡4 h 后破碎处理，备用。首先，称取一定量的提取溶剂加入到提取罐中，开启搅拌后，再称取定量的生地黄破碎液，待生地黄均匀分散后，在合适的温度（提取温度） 下热回流浸提一定的时间，提取2 次，将提取液过滤后，合并滤液，减压浓缩至膏状（相对密度为1.245 0±0.008 0），得生地黄提取物。

1.2.2 生地黄提取物得率计算

式中：W——生地黄提取物得率，%；

m1——生地黄提取物质量，g；

m2——生地黄质量，g；

1.2.3 卷烟加香及感官评吸

称取定量的生地黄提取物，用纯净水、丙二醇稀释成质量分数为10%的溶液，然后使用喷雾器均匀地喷洒在烟丝上，对照样品，喷洒等量的纯净水、丙二醇，然后将处理好的烟丝置于恒温恒湿箱中平衡48 h（环境温度22±1 ℃，相对湿度60%±2%），手工卷制成烟支，平衡48 h 后，由山东中烟技术中心7 位专家按照卷烟国标要求进行感官评吸。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 溶剂种类的选择

筛选常用提取溶剂蒸馏水、乙醇水溶液进行研究，料液比1∶10，提取温度50 ℃，提取时间60 min，提取次数2 次。

提取溶剂的影响见表1。

表1 提取溶剂的影响

由表1 可以看出，随着乙醇体积分数的提高，提取物得率逐渐降低，而提取物的感官品质以50%乙醇，效果最好。生地黄中含有大量的单糖、多糖类物质和挥发油等其他潜香成分，随着乙醇体积分数提高，原料中二糖、多糖类物质溶出降低，而油溶性挥发性致香成分溶出量增加，综合考虑得率及感官品质因素，选定最佳提取溶剂为50%乙醇溶液。

2.1.2 料液比对提取物得率的影响

料液比对生地黄提取物得率的影响见图1。

图1 料液比对生地黄提取物得率的影响

由图1 可以看出，随着料液比逐渐增加，生地黄提取物得率先增加后趋于平稳，当料液比较小时，有效致香成分的溶出率过低，当料液比为1∶12 时，提取物得率最高，综合考虑后期物料浓缩及成本，初步筛选最佳料液比为1∶12。

2.1.3 提取温度对提取物得率的影响

提取温度对生地黄提取物得率的影响见图2。

图2 提取温度对生地黄提取得率的影响

由图2 可以看出，在一定范围内随着提取温度的升高，溶剂扩散速度加快，提高了生地黄中有效致香成分的溶出速率和得率，当提取温度大于80 ℃时，产物得率略有降低，其可能的原因是长时间较高的温度易造成有效成分、热敏性成分的分解、损失。因此，选定最佳提取温度为80 ℃。

2.1.4 提取时间对生地黄提取物得率的影响

提取时间对生地黄提取得率的影响见图3。

由图3 可以看出，随着提取时间的延长，生地黄提取物先增加后略有降低，时间延长有利于生地黄细胞中有效物质的扩散，当有效物质在细胞内外浓度趋于平衡时，时间延长作用不明显，当萃取时间大于60 min 时，得率略有降低，可能由于长时间的高温浸提易造成有效成分的分解、损失。因此，选定萃取时间60 min 时，提取物得率最高。

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面试验设计方案

图3 提取时间对生地黄提取得率的影响

根据单因素试验结果，以单因素最优点为中心值，进行三因素三水平的中心组合设计。以提取物得率为响应值，利用Design Expert 8.10 软件中的Box-Behnken 模型（BBD） 进行响应面优化设计。

响应面试验因素与水平设计见表2，响应面试验方案与试验结果见表3。

表2 响应面试验因素与水平设计

表3 响应面试验方案与试验结果

2.2.2 方差分析

利用Design Expert 8.10 软件对响应面试验结果进行二次多元回归拟合，得到提取物得率对自变量A，B 和C 的回归模拟方程为：

R=42.28+1.10A+1.55B+2.03C -0.85AB+0.35AC+0.25BC-1.49A2-1.74B2-2.29C2.

对上述回归方程进行方差分析。

响应面二次模型方差分析见表4。

由表4 可以看出，此回归模型的p<0.000 1，是极其显著的，回归模型的相关系数R2=0.985 8，修正后为R2Adj=0.967 5 说明该模型能够解释96.75%的响应值变化，方程的失拟项>0.05，不显著，表明该模型拟合度好，无失拟因素存在，误差小，因此该模型可以代替真实的试验点进行可行性分析。回归模型中的B，C，C2的p 值均<0.0001，说明这些因素对提取物得率的影响极显著；A（提取时间）、AB（提取时间和提取温度的交互作用）、A2和B2的p<0.05，说明这些因素对生地黄提取物得率的影响显著。

表4 响应面二次模型方差分析

2.2.3 等温线及响应面图分析

依据响应面回归方程绘出响应面图及等温线，分析3 个因素对提取物得率的交互影响。

各因素及其交互作用对生地黄提取物得率的响应面图和等高线图见图4。

由图 4 （a） 和 （b） 可以看出 A，B 两因素对生地黄提取物得率的影响存在较小差异，相对于提取温度、提取时间的影响较弱。图4（c） 和（d） 显示B，C 两因素对生地黄提取物得率影响显著，沿C 峰值方向的等高线密度明显高于沿B 峰值方向的密度，因此相对于提取温度，料液比对提取物得率的影响较大。图4（e） 和（f） 则显示A，C 两因素沿峰值方向等高线密度和响应面曲线的陡峭程度，可以看出，C 方向上曲线较为陡峭，A 方向较为平缓，且A方向等高线密度要低于C 方向，因此料液比较提取时间对提取物得率影响较大。综合分析可知，3 个因素对生地黄提取物得率的影响程度为料液比>提取温度>提取时间。

通过响应面分析模型对热回流提取工艺进行优化，得到生地黄提取物的最佳提取条件为提取时间56.13 min，提取温度85.22 ℃，料液比1∶12，此条件下的得率可达42.13%。

2.3 验证试验

为验证响应面优化试验结果的可靠性，采用上述得到的最佳提取工艺条件，在50%乙醇为提取溶剂，提取时间55 min，提取温度85 ℃，料液比1∶12的条件下，进行生地黄提取试验，重复3 次，提取物得率为42.0%，41.8%，42.2%。由以上结果可知，基于响应面法分析所得的提取工艺参数准确可靠。

图4 各因素及其交互作用对生地黄得率的响应面图和等高线图

2.4 卷烟应用效果

生地黄提取物卷烟加香试验评吸结果见表5。

表5 生地黄提取物卷烟加香试验评吸结果

试验结果表明，当生地黄提取添加量0.1%～0.4%时，与烟香协调、丰富充实烟香，烟气甜润丰满，余味干净舒适。

3 结论

地黄是临床大宗常用中药材，其来源丰富，目前对其在卷烟中的应用尚未有报道，研究开发的生地黄提取物应用于卷烟中对提高卷烟抽吸品质、改善舒适度有一定的功效，这为地黄在卷烟中的应用提供理论基础，但地黄提取物在卷烟燃吸过程中发生的化学变化尚未研究。需进一步加强地黄中有效成分的提取、分离工艺及其加香应用研究，深入开展地黄提取物热裂解产物研究、化学成分与感官特性的相关性研究，为地黄在卷烟中的应用提供新思路。