助溶剂提取技术对不同烟草原料提取率及其香气成分的影响

2023-12-25肖冬陈绍全朱婷师建全朱玲超张梦源郭建松李潇逸李忠任

湖北农业科学 2023年11期

肖冬陈绍全朱婷师建全朱玲超张梦源郭建松李潇逸李忠任

摘要：采用恒温水浴提取、常压浓缩、常规化学指标检测、同时蒸馏萃取、GC-MS内标定量检测香气成分等方法，分析添加助溶剂（啤酒花∶酒曲提取物∶吐温80=2∶5∶10，质量比）后烟草原料的提取率及其香气成分的变化。结果表明，造纸法再造烟叶烟草原料中添加助溶剂后，3种烟草原料的提取率均增加，烟梗、混配原料、烟草碎片的提取率分别提高7.88、0.12、0.09个百分点。添加助溶剂后烟草原料中还原糖、总植物碱、总氮和氯离子的提取率均高于未添加助溶剂的烟草原料。烟草原料添加助溶剂后，酮、醛、呋喃和酯的种类和含量增加，巨豆三烯酮的含量增加；烟梗添加助溶剂后，5-甲基-2-呋喃甲醇含量降低。助溶剂的添加可提升烟草原料的提取率，提升部分烟草原料致香成分含量。

关键词：助溶剂；提取率；香气成分；烟草原料

中图分类号：TS411 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2023）11-0155-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.11.027 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effect of cosolvent extraction technology on the extraction rate and aroma components of different tobacco raw materials

XIAO Dong1，CHEN Shao-quan2，ZHU Ting2，SHI Jian-quan1，ZHU Ling-chao1， ZHANG Meng-yuan2，GUO Jian-song2，LI Xiao-yi2，LI Zhong-ren1，2

（1. China Tobacco Yunnan Industrial Co.， Ltd.， Kunming 650224，China；2. China Tobacco Schweitzer （Yunnan） Reconstituted Tobacco Co.， Ltd.， Yuxi 653100， Yunnan，China）

Abstract： By using methods such as constant temperature water bath extraction， atmospheric pressure concentration， conventional chemical index detection， simultaneous distillation extraction， and GC-MS internal standard quantitative detection of aroma components， the extraction rate and changes in aroma components of tobacco raw materials after the addition of cosolvents （hop∶koji extract∶Tween 80=2∶5∶10， mass ratio） were analyzed. The results showed that after adding cosolvents to the tobacco raw materials for paper making， the extraction rates of all three tobacco raw materials increased. The extraction rates of tobacco stems， mixed raw materials， and tobacco fragments increased by 7.88， 0.12， and 0.09 percentage points， respectively. The extraction rates of reducing sugars， total alkaloids， total nitrogen， and chloride ions in tobacco raw materials with the addition of cosolvents were higher than those without the addition of cosolvents. After adding cosolvents to tobacco raw materials， the types and contents of ketones， aldehydes， furans， and esters increased， while the content of megastigmatrienone increased； after adding cosolvent to tobacco stems， the content of 5-methyl-2-furan methanol decreased. The addition of cosolvents could improve the extraction rate of tobacco raw materials and increase the aroma components content of some tobacco raw materials.

Key words： cosolvent； extraction rate； aroma components； tobacco raw materials

煙草浓缩液是造纸法再造烟叶香气成分的主要来源，近年来，随着消费者对卷烟风格的需求趋于多样化和个性化，提升造纸法再造烟叶香气含量及赋予造纸法再造烟叶不同的香气风格特征是近年来再造烟叶行业主要的研究方向。造纸法再造烟叶主要由烟草纤维与烟草提取浓缩液构成，而提取浓缩液对造纸法再造烟叶的香气含量及香气风格特征起到至关重要的作用。因此，提升造纸法再造烟叶烟草原料的提取率和增加其香气含量成为重要的研究内容。对此，武士杰等［1］研究了再造烟叶烟草原料中可溶物成分的溶出率，并根据研究结果设计原料提取工艺，通过分析烟草可溶物成分在不同固液比、提取温度及提取时间条件下的溶出规律，总结出最佳提取条件。杨莫愁等［2］探究中性洗涤剂法、酸性洗涤剂法、酸性水解法等不同提取方法对烟草纤维素微观结构的影响，并指出中性洗涤剂法适合作为烟草纤维素微观结构研究中纤维素的提取方法。李猛政等［3］对目前烟草叶蛋白质常用的几种提取技术及进展进行讨论。赵国杰等［4］研究了低等级烟草原料皂化处理及茄尼醇分离提纯方法，该方法生产投资小、易于操作。曾强等［5］研究从茶叶等天然植物中提取其香气成分，丰富和改善烟香、降低卷烟危害。上述研究结果表明，通过提取工艺手段可以提取出烟草原料中的烟碱有效物质，如烟碱［6］、水溶性糖［7］、烟草叶蛋白质［8］、挥发总致香成分等［9］，但对通过改善提取工艺［10］，如提取溶剂［11］、超声浸提［12］、超临界CO2萃取［12］、提取温度时间等［13］，有效提升烟草原料中可溶物质的溶出率，提升烟草原料的提取率却少有报道。

本研究通过向造纸法再造烟叶烟草原料中添加不同的助溶剂，分析了添加不同的助溶剂后烟草原料提取率的变化情况及还原糖、总植物碱等7项化学成分含量、种类，以期为提升造纸法再造烟叶香气含量、丰富其烟香气特征提供理论依据。

1 材料与试剂

1.1 供试材料

按表1配比准确称取供试烟草原料，称取后的试样均在（40±1）℃的烘箱中烘干4 h。

1.2 主要仪器

DK-600型电热恒温水箱（上海跃进医疗器械有限公司），DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器（上海予华仪器有限公司），DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司），蒸馏萃取装置（中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司），7890B-5977型气相色谱/质谱联用仪（美国Agilent 公司），旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）。

1.3 分析试剂

无水硫酸钠、二氯甲烷、乙酸苯乙酯，均为分析纯（中国医药集团有限公司）；助溶剂（啤酒花∶酒曲提取物∶吐温80=2∶5∶10，质量比）。

2 方法

2.1 试样的制备

2.1.1 试样制备和提取率准确称取烟梗、混配原料、烟草碎片各600 g，用粉碎机粉碎，过40目筛，过筛试样密封备用。提取率的计算公式如下：

提取率=（目标物质含量/原料目标物质含量）×100% （1）

2.1.2 常规化学成分测定试样制备准确称取烟梗、混配原料、烟草碎片各200 g，用粉碎机粉碎，过40目筛，过筛试样密封备用。平均分为2份，其中一份加入助溶剂，均用于常规化学成分测定。

2.1.3 挥发性致香成分测定试样制备取烟梗、混配原料、烟草碎片各20 g，用粉碎机粉碎，过40目筛，过筛试样密封备用。平均分为2份，其中一份加入助溶剂，均用于致香成分测定。

2.2 烟草原料浓缩液的制备

取“2.1.1”项中烟梗、混配原料、烟草碎片试样，分别按料液比1∶7（m/V）加入60 ℃热水，在60 ℃恒温水浴锅中搅拌45 min，提取后进行固液分离；按料液比1∶6（m/V）加入60 ℃热水，在60 ℃恒温水浴锅中搅拌30 min，提取后固液分离，2次提取液合并过滤，倒入旋转蒸发仪蒸发瓶中，在60 ℃、4.4 kPa条件下浓缩至密度为（1.200 0±0.000 3） g/cm3，称重并记录浓缩液重量m浓。

2.3 常规化学指标检测

参照YCT 159—2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》、YCT 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》、YCT 160—2002《烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动法》、YCT 296—2009《烟草及烟草制品硝酸盐的测定连续流动法》、YCT 217—2007《烟草及烟草制品钾的测定连续流动法》和YCT 162—2011《烟草及烟草制品氯的测定连续流动法》测定常规试样化学指标。

2.4 挥发性致香成分检测

采用同时蒸馏萃取法（SDE）测定试样中致香成分含量，称取烟梗、混配原料、烟草碎片试样各20 g置于500 mL两口圆底烧瓶中，加入20 g氯化钠和250 mL去离子水；另取50 mL二氯甲烷置于250 mL圆底烧瓶中，加入 1 mg/mL 0.10 mL的乙酸苯乙酯内标溶液。同时蒸馏萃取3 h，向二氯甲烷溶液中加无水硫酸钠干燥2 h，40 ℃常压浓缩至1 mL，进行GC-MS分析。

2.5 GC-MS分析条件

1）GC条件。毛细管色谱柱为HP-5 MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm），载气为He，流速为1.0 mL/min，进样口温度为250 ℃，进样量为1 μL，分流比为10∶1；程序升温：初温50 ℃，保持2 min，以3 ℃/min升至200 ℃，保持2 min，再以6 ℃/min升至260 ℃，保持5 min。

2）MS条件。质谱检测器传输线温度为280 ℃，离子源温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，电磁源为EI，电离能为70 eV，质量扫描范围为33～550 amu，质谱扫描方式为全扫描（SCAN），溶剂延迟为3.5 min。MS谱库：NIST 11.0。假定相对校正因子为1，内标法定量。

2.6 数据统计与分析

应用Excel 2016软件对数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 助溶剂对不同烟草原料提取率的影响

由表1可知，烟草原料中添加助溶剂，烟梗的提取率从31.11%提高至38.99%，提高7.88个百分点，混配原料的提取率从33.66%提高至33.78%，提高0.12个百分点，烟草碎片的提取率从36.05%提高至36.14%，提高0.09个百分点。

3.2 助溶剂对不同烟草原料常规化学指标提取率的影响

由图1可知，添加助溶剂后烟梗中总糖、还原糖、总植物碱、总氮、硝酸盐、钾离子和氯离子的提取率均高于未添加助溶剂的烟梗。

由图2可知，添加助溶剂后混配原料中总糖、还原糖、总植物碱、总氮、氯离子的提取率均高于未添加助溶剂的混配原料，硝酸盐和钾离子的提取率均低于未添加助溶剂的混配原料。

由图3可知，添加助溶剂后烟草碎片中还原糖、总植物碱、总氮、硝酸盐、钾离子和氯离子的提取率均高于未添加助溶剂的烟草碎片，总糖的提取率略低于未添加助溶剂的烟草碎片。

在未添加助溶剂的试样中，烟草碎片中总糖、还原糖、总植物碱的提取率较高，其次为混配原料、烟梗；混配原料中总氮、硝酸盐、钾离子、氯离子的提取率较高，其次为烟草碎片、烟梗。在添加助溶剂的试样中，常规化学成分均产生一定变化，烟草碎片中总糖、還原糖、硝酸盐的提取率较高，烟梗中总植物碱、总氮、钾离子、氯离子的提取率较高。

3.3 助溶剂对不同烟草原料挥发性致香成分的影响

3.3.1 助溶剂对烟梗原料挥发性致香成分提取的影响由表2可知，烟梗中共检出挥发性致香成分66种，其含量为160.193 6 μg/g。烟梗浓缩液中共检出挥发性致香成分39种，其含量为127.989 3 μg/g。烟梗（助溶剂）中共检出挥发性致香成分44种，其含量为210.164 6 μg/g。烟梗（助溶剂）中挥发性致香成分含量比烟梗浓缩液增加了82.175 3 μg/g。

烟梗浓缩液中酮、醛、呋喃和酯成分共有21种，其含量为31.697 2 μg/g，烟梗（助溶剂）中酮、醛、呋喃和酯成分共有23种，其含量为35.566 2 μg/g；烟梗添加助溶剂后，对烟香贡献较大的酮、醛、呋喃和酯数量及含量均有所增加。烟梗浓缩液中巨豆三烯酮含量为0.996 4 μg/g，烟梗（助溶剂）中巨豆三烯酮含量为6.778 4 μg/g；烟梗添加助溶剂后，对烟香贡献较大的巨豆三烯酮含量有所增加。烟梗浓缩液中5-甲基-2-呋喃甲醇含量为0.775 4 μg/g，烟梗（助溶剂）中5-甲基-2-呋喃甲醇含量为0.441 4 μg/g；烟梗添加助溶剂后，5-甲基-2-呋喃甲醇含量降低，造纸法再造烟叶的木质杂气、刺激性和辛辣感减少。

3.3.2 助溶剂对混配原料挥发性致香成分提取的影响由表3可知，混配原料中共检出挥发性致香成分58种，其含量为171.694 7 μg/g。混配原料浓缩液中共检出挥发性致香成分34种，其含量为124.341 3 μg/g。混配原料（助溶剂）中共检出挥发性致香成分40种，其含量为125.813 6 μg/g。混配原料（助溶剂）中挥发性致香成分含量比混配原料浓缩液增加了1.472 3 μg/g。

混配原料浓缩液中酮、醛、呋喃和酯成分共有18种，其含量为45.865 1 μg/g，混配原料（助溶剂）中酮、醛、呋喃和酯成分共有21种，其含量为54.165 7 μg/g；混配原料添加助溶剂后，对烟香贡献较大的酮、醛、呋喃和酯数量及含量均有所增加。混配原料浓缩液中糠醛含量为8.331 2 μg/g、巨豆三烯酮含量为5.188 5 μg/g，混配原料（助溶剂）中糠醛含量为8.789 9 μg/g、巨豆三烯酮含量为5.256 2 μg/g；混配原料添加助溶剂后，对烟香贡献较大的糠醛、巨豆三烯酮含量均有所增加。混配原料浓缩液中5-甲基-2-呋喃甲醇含量为0.217 8 μg/g，混配原料（助溶剂）中5-甲基-2-呋喃甲醇含量为0.280 1 μg/g；混配原料添加助溶剂后，5-甲基-2-呋喃甲醇含量增加，造纸法再造烟叶的木质杂气、刺激性和辛辣感增加。

3.3.3 助溶剂对烟草碎片挥发性致香成分提取的影响由表4可知，烟草碎片中共检出挥发性致香成分64种，其含量为374.871 5 μg/g。烟草碎片浓缩液中共检出挥发性致香成分46种，其含量为147.900 8 μg/g。烟草碎片（助溶剂）中共检出挥发性致香成分65种，其含量为352.051 6 μg/g。烟草碎片（助溶剂）中挥发性致香成分含量比烟草碎片浓缩液增加了204.150 8 μg/g。

烟草碎片浓缩液中酮、醛、呋喃和酯成分共有22种，其含量为75.854 0 μg/g，烟草碎片（助溶剂）中酮、醛、呋喃和酯成分共有31种，其含量为112.030 6 μg/g；烟草碎片添加助溶剂后，对烟香贡献较大的酮、醛、呋喃和酯数量及含量均有所增加。烟草碎片浓缩液中巨豆三烯酮含量为5.336 5 μg/g，烟草碎片（助溶剂）中巨豆三烯酮含量为11.426 9 μg/g；烟草碎片添加助溶剂后，对烟香贡献较大的巨豆三烯酮含量有所增加。烟草碎片提取液中5-甲基-2-呋喃甲醇未检出，烟草碎片（助溶剂）中5-甲基-2-呋喃甲醇含量为0.446 6 μg/g；烟草碎片添加助溶剂后，5-甲基-2-呋喃甲醇含量增加，造纸法再造烟叶的木质杂气、刺激性和辛辣感增加。

4 小结与讨论

通过对造纸法再造烟叶不同烟草原料中添加助溶剂，分析其提取率及其香气成分的变化情况。结果表明，烟草原料中添加助溶剂可提高烟草原料的提取率，烟梗、混配原料、烟草碎片的提取率分別提高7.88、0.12、0.09个百分点。在添加助溶剂的试样中，常规化学成分均产生一定变化，烟草碎片中总糖、还原糖、硝酸盐的提取率较高，烟梗中总植物碱、总氮、钾离子、氯离子的提取率较高。烟草原料添加助溶剂后，酮、醛、呋喃和酯的种类和含量增加，巨豆三烯酮的含量增加；烟梗添加助溶剂后，5-甲基-2-呋喃甲醇含量降低。

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