超声波辅助提取绞股蓝多糖及其在卷烟中的应用

李红霞，朴永革，刘友杰，李 锋，李宝志，付 祺，张文龙

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明，650106；2.吉林烟草工业有限责任公司，吉林 长春，130031)

绞股蓝，是葫芦、绞股蓝属草质藤本植物[1].又名七叶胆、五叶参、七叶参、小苦药等[2].绞股蓝中不但含有皂苷、多糖、黄酮等生物活性物质，而且含有丰富的铁、锌、硒等微量元素[3]，素有“南方人参”的美称[1]，是非常名贵的中药材.绞股蓝性凉微甘，具有化痰止咳、清热解毒等功效[4].

为此，烟草行业对绞股蓝应用也颇有研究，自1992年徐世明等[5]发明了添加绞股蓝的药物烟；至近10年广东中烟、云南中烟、陕西中烟都分别利用绞股蓝发明复合滤棒，来降低主流烟气中有害物质的同时，提升卷烟抽吸品质[6-9]；此外，川渝中烟利用绞股蓝混合五灵脂等提取浸膏，添加到烟丝中可以降低卷烟杂气[10]；陕西中烟还发明了烟用绞股蓝薄片[11]；张勇飞[12]利用绞股蓝、金银花、曼陀罗等10余种中草药混合提取制备添加到烟丝、水松纸、卷烟纸、丝束等的添加剂，该添加剂可以降低烟气对人体的危害.资料表明，绞股蓝在烟草行业的应用主要集中在，利用绞股蓝原料或者绞股蓝提取物添加到烟丝或者辅料中，以达到降焦减害的目的.

多糖类物质是由单糖以糖苷键相连结合的糖链，属于多羟基化合物，大量亲水羟基的存在使得它有较好的保湿性[13].植物多糖在卷烟中应用可以起到保润和改善抽吸品质的功能[14].多糖是绞股蓝中的主要活性成分，不同产地的绞股蓝多糖含量大约在4%～8%范围内[15]，然而并没有关于绞股蓝多糖在卷烟中应用的相关研究.本文利用绞股蓝提取多糖，将其添加到烟丝中，研究其在卷烟中的应用效果，不仅能够为绞股蓝多糖在卷烟中的应用提供参考，而且能够拓宽绞股蓝多糖的应用领域.

1 材料与方法

1.1 主要材料与仪器

绞股蓝(云南产)；95%乙醇(食品级)；氯仿(分析纯)；正丁醇(分析纯).

PL403电子分析天平(瑞士Mettler Toledo公司)，DFY-300高速万能粉碎机(温岭市林大机械有限公司)，CTXNW-100L超声波发生器(北京宏祥隆生物科技有限公司),R-3型旋转蒸发仪器(瑞士BUCHI公司)；琼脂糖CL-6B/GR(美国Sigma公司)，5804R冷冻离心机(德国Eppendorf公司)；KBF240恒温恒湿箱(德国Binder 公司)；喉头喷雾器(泰兴市辉春医疗器械有限公司)；RM200/CS转盘式自动吸烟机(德国Borgwaldt公司)；6890/5975N GC-MS联用仪(美国Agilent公司).

1.2 方法

1.2.1 绞股蓝多糖制备

1) 多糖的提取 首先，称取一定量的绞股蓝原料，粉碎；加入20倍水(g∶g)，在 70 ℃，300 W 的超声条件下提取 40 min；再将提取液减压浓缩到相对密度为 1.158 5，得到初浓液；最后向初浓液中加95%的乙醇，使体系中乙醇的体积分数达到75%来沉淀多糖，沉淀用75%乙醇反复清洗至清洗液为无色；将沉淀置于室温晾至恒重后收集，该沉淀即为绞股蓝粗多糖.

2) 除蛋白 首先将上述粗多糖用水溶解配成水溶液，同时配制Sevag试剂(氯仿∶正丁醇=5∶1，体积比)；在粗糖水溶液中加入1/4(体积比)Sevag试剂，充分振荡后，离心，将水层和有机相分离；将水相再加入加入1/4 Sevag试剂，重复上述过程3次；将水层浓缩后，再用乙醇沉淀，得到除蛋白多糖.

3) 柱色谱纯化 参照文献[16]中的方法对出蛋白多糖进行纯化制得绞股蓝多糖.

1.2.2 绞股蓝多糖在烟丝中的应用

将绞股蓝多糖配成10%的水溶液，按照0.2%的添加量，进行烟丝加料实验；然后，将加料处理的烟丝手动卷制成烟支；再将烟支置于相对湿度60%、温度(22±2) ℃的恒温恒湿箱中平衡 48 h，使烟支含水率保持在12%左右；最后请7名具有国家级评吸资格证书的专家进行感官评价.对照添加同样量的水，处理方式同上.

1.2.3 绞股蓝多糖对卷烟保润性能的影响

1) 样品保湿率的测定 保湿率测定参考文献[13]中方法.

2) 烟丝含水率的测定 丙二醇是烟草中常用的保润剂，因此以丙二醇为对照，对绞股蓝多糖对卷烟的保润性能进行测试和评价.

(a) 平衡烟丝 为了更准确的考察绞股蓝多糖和丙二醇对于烟丝的保润功能，在加样前要先对烟丝进行平衡，使实验烟丝具有一致的含水率.具体操作为：称300 g烟丝，放入温度22 ℃、湿度60%的恒温恒湿箱中平衡48 h，然后将烟丝密封保存.

(b) 烟丝加样 称一定量的绞股蓝多糖，用水配成溶液，按照1%(多糖：烟丝=1∶100，质量比)的添加量添加到平衡好的烟丝上[14]，对照为同浓度的丙二醇水溶液.然后，将2组烟丝放入温度 22 ℃、湿度60%的恒温恒湿箱中平衡 48 h.

(c) 烟丝含水率测定 将2组平衡好的烟丝分别平均分成4份，其中的2份用来测量烟丝初始含水率，另外2份用来测量烟丝的即时含水率，烟丝含水率采用差量法测量，具体测量方法参照文献[14].

1.2.4 卷烟主流烟气中化合物含量分析

1) 烟支准备 分别称取2份(一份加绞股蓝多糖，一份加水对照)烟丝(100 g/份)，按照方法1.2.2制备烟支.将烟支重量控制在0.90～1.0 g范围，将烟支按照GB/T 16447—2004[17]规定的方法平衡.

2) 前处理方法 卷烟样品经过平衡后，将20支卷烟在标准抽吸条件(国标GB/T19609—2004)下抽吸；烟气通过剑桥滤片收集后，折起放入 100 mL 烧瓶中，加入 50 mL 丙酮，超声 30 min 后过滤收集萃取液；取 25 mL 萃取液缩至 0.5 mL，加入50 μL内标液定容至1 mL；最后用GC-MS联用仪进行分析.

按照文献[18]中的条件检测主流烟气中的化合物含量.

2 实验结果与分析

2.1 绞股蓝多糖在卷烟中的应用

以GB5606.4—2005 卷烟第4部分：感官技术要求为基础，对烟支进行感官质量评价.评价结果表明，添加了绞股蓝多糖的烟支燃吸时：烟气更加柔和细腻，鼻腔干刺感下降，口腔回甜感增强，与对照水相比，在香气、余味两项指标上均提升1分,在刺激上提升0.5分.表明，绞股蓝多糖不但可以提升卷烟香气质，而且能够改善抽吸舒适性.

2.2 绞股蓝多糖物理保润性能评价

2.2.1 样品的保湿率测定

图1是保湿率变化曲线.由图可知：绞股蓝多糖保湿率明显高于丙二醇，说明在低湿度(40%)条件下，添加绞股蓝多糖的烟丝失水量小于丙二醇，证明他的保湿能力好于丙二醇.一个丙二醇含有2个羟基，它是通过羟基与水分子形成氢键而起到保湿作用.而多糖是大分子物质，含有大量的羟基及其他的亲水基团，能够形成数量更多的与水结合的氢键，同时，多糖具有链状结构，能够有效的使分子结合，形成有一定持水性能的网状结构[14].从而能够起到更好的保湿作用.

表1 感官质量评价

图1 保湿率曲线

2.2.2 烟丝初始含水率

丙二醇是烟草中常用的保润剂，因此本实验对比了绞股蓝多糖和丙二醇对烟丝含水率的影响.表2是添加了不同物质的2组烟丝样品的初始含水率.

表2 烟丝初始含水率

由表可知，添加绞股蓝多糖的烟丝初始含水率低于丙二醇，可能是因为多糖是大分子物质，被烟丝吸收的速度低于小分子丙二醇，所以在短时间内没能发挥保湿作用，因此含水率相对偏低.

2.2.3 烟丝含水率变化

图2是烟丝含水率的变化曲线.由图可知：在 36 h 内，曲线陡峭，2组样品烟丝即时含水率下降较快，之后曲线较为平缓，48 h后烟丝含水率几乎无变化；在144 h内，烟丝含水率始终是绞股蓝多糖>丙二醇 ，说明绞股蓝多糖对烟丝保润效果好于丙二醇.

图2 烟丝含水率变化曲线

2.3 卷烟主流烟气中化合物含量分析

从图3和表3可以看出，添加绞股蓝多糖后：

表3 卷烟主流烟气香味成分分析

续表3

续表3

图3 主流烟气中各类化合物含量变化幅度

卷烟烟气中含氮化合物总量由70.8降为 59.15 μg/支；苯环类化合物总量由37.65降为 31.82 μg/支，且除1-乙基-4-甲基-苯(1.06变为1.1)外各个化合物含量均下降；苯酚类化合物总量由63.12降低为 54.42 μg/支，且每种化合物含量均有不同程度降低；含氮化合物、含苯化合物会给卷烟带来刺激，这些化合物含量降低，与感官评吸结果是相互吻合的.

有机酸类化合物、酯类化合物、烃类化合物及醇类化合物总量均有所降低，分别由122.15、26.07、72.01和 31.01 μg/支 降为100.96、17.75、69和 24.83μg/支.

糖类检测出3种，总量由16.28升高至 23.4 μg/支，且D-阿洛糖含量由2.51升高至 9.83 μg/支，为对照的3.92倍.D-阿洛糖是稀有糖，具有抗肿瘤、抗氧化等生物活性[19].

醛酮类化合物总量由256.89升高至 261.89 μg/支，变化幅度不大；但是，其中的4-羟基-4-甲基-2-戊酮的含量由43.42升为 63.87 μg/支，升高47.10%；5-(羟甲基)-2-呋喃甲醛的含量由43.65降为 32.3 μg/支，降低26.00%；2-羟基-5-甲氧基-苯甲醛的含量由1.29为 12.01 μg/支，为对照的9.3倍.

3 结论与讨论

本实验利用超声波辅助法制备绞股蓝多糖，并分析其在卷烟中的应用效果，可得到以下结论:

1) 将绞股蓝多糖用在卷烟叶组的加料中，能够起到提升烟气质感，降低鼻腔刺激，增加口腔回甜感的作用，绞股蓝多糖能够显著提高卷烟感官抽吸品质；

2) 绞股蓝多糖有较好的保湿功能，能够有效减缓水分散失的速度，在40%的湿度条件下，绞股蓝多糖对烟丝的保润效果明显好于丙二醇；

3) 添加绞股蓝多糖的卷烟，与对照相比，主流烟气中的化合物含量有明显变化.其中苯环类、苯酚类有害物质含量降低，降幅分别为15.48%和13.78%；含氮类化合物含量降低16.45%；糖类含量增加43.73%，且D-阿洛糖含量增加291.63%.该结果与绞股蓝多糖在烟支中应用能起到降刺增甜的效果相吻合，同时可以直接证明绞股蓝多糖能够降低烟气中的某些有害成分.

实验结论表明绞股蓝多糖适宜在烟丝加料中应用，它不但能够对烟丝起到较好的保润作用，而且能够改善卷烟吸食舒适性，并且能够降低烟气中苯类、苯酚类等有害成分.

本文研究绞股蓝多糖在烟丝中的应用效果与前人的研究结果[6-9,20]基本一致，只是文献[6-9]中所述是绞股蓝直接用于卷烟滤棒中，而文献[20]中所述多糖均非绞股蓝多糖，与本文的应用方式存在一定差异；由于条件限制，对于绞股蓝多糖结构和降低主流烟气中有害成分的机理方面的研究也颇为不足，未来对这方面的研究有待深入，关于多糖结构及降害机理研究将更好的指导其在卷烟甚至其他行业的应用.