煙草精油研究及應(yīng)用進展

張獻忠，楊 君，尹 潔，葉興乾，*

(1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058;2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310008)

煙草精油研究及應(yīng)用進展

張獻忠1，楊 君2，尹 潔2，葉興乾1，*

(1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058;2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310008)

煙草精油是煙草中的次生代謝物，主要由揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分組成，是煙草香味的重要來源。目前，煙草精油主要作為香精香料應(yīng)用于卷煙工業(yè)。本文就煙草精油概念、化學(xué)成分、提取方法、分析方法和應(yīng)用方面的研究進展進行綜述，并對煙草精油的應(yīng)用前景進行探討。

煙草精油，應(yīng)用，進展

精油是植物體中的次生代謝物，由多種揮發(fā)性和半揮發(fā)性小分子有機物組成，具有特殊的芳香氣味，在常溫下易揮發(fā)［1］。同樣，煙草精油是從煙葉中提取出來的揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)，具有煙草的特殊氣味。煙草中精油含量極低，煙葉中約為0.1%左右，且不同品種、不同部位、不同調(diào)制類型以及不同地域等煙草中的精油含量和成分也有差異，但煙草精油含有煙草的特征香氣，其相對含量直接影響到煙草的質(zhì)量［2－3］。傳統(tǒng)的提取煙草精油的方法是直接用煙葉進行水蒸汽蒸餾，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，一些新興技術(shù)也應(yīng)用到煙草精油的提取中來，如分子蒸餾技術(shù)(MD，Molecular Distillation)等［4］。煙草精油成分復(fù)雜，含有許多煙草中的重要致香成分，如茄酮、大馬酮、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、新植二烯等［5］。由于煙草的特殊性，在全球控?zé)熃麩煹拇筅厔菹?，目前關(guān)于煙草精油的研究主要集中在煙草行業(yè)，精油的應(yīng)用也集中在卷煙增香方面，相關(guān)文獻報道較少［6－8］，且研究水平參差不齊，關(guān)于煙草精油的概念也存在著混淆不清的現(xiàn)象，如煙草精油和煙草凈油的概念。因此，本文對煙草精油的概念、主要成分、提取方法、分析方法和應(yīng)用等研究進展進行綜述，以期為準(zhǔn)確理解煙草精油概念、了解煙草精油研究進展和尋找合適的煙草精油提取方法及其正面應(yīng)用等提供有價值的參考。

1 煙草精油和煙草凈油的概念

在香精香料行業(yè)，精油和凈油是兩個不同的概念，其主要區(qū)別在于提取方法和成分的不同。煙葉直接進行水蒸汽蒸餾，得到的揮發(fā)物稱為煙草精油(Tobacco Essential Oil)，先用有機溶劑(如石油醚、乙醚、二氯甲烷等)提取，再用水蒸汽蒸餾，得到的揮發(fā)物一般稱為揮發(fā)油(Volatile Oil)，煙草精油和揮發(fā)油成分及組分都很接近，實際上國內(nèi)外許多文獻中這兩個概念都是混用的［9］。但是煙草凈油(Tobacco Absolute Oil)則不同，凈油是先利用有機溶劑對煙葉進行提取，得到提取物除去有機溶劑后，再用無水乙醇浸溶除去部分蠟質(zhì)、樹脂等成分，得到產(chǎn)品即為煙草凈油［10］。煙草凈油雖然含有與煙草精油相同的一些揮發(fā)性成分，但是其中還有精油中沒有的成分如蠟質(zhì)和樹脂等。

目前，國內(nèi)相關(guān)研究往往將精油和凈油兩個概念混淆，如有機溶劑法提取大蒜精油和桂花精油的研究［11－12］、超聲波輔助有機溶劑提取蜂膠精油和黑水纈草精油的研究［13－14］，微波輔助有機溶劑萃取橙皮精油的研究［15］、超臨界CO2萃取當(dāng)歸精油和野西瓜精油的研究［16－17］等，以上研究所稱的精油產(chǎn)物嚴(yán)格來說應(yīng)當(dāng)為凈油，因為都是以揮發(fā)性有機溶劑為提取介質(zhì)，其最終產(chǎn)物中仍含有植物材料中的很多非揮發(fā)性成分。雖然超臨界CO2流體不是有機溶劑，但其性質(zhì)與乙醇相似，只是其極性可以根據(jù)儀器條件改變而已，其最終產(chǎn)物中仍然含有蠟質(zhì)和樹脂等，所以也為凈油。在煙草精油的研究中同樣存在類似的問題，如超臨界萃取煙草精油的研究［7］。雖然有機溶劑萃取和超臨界CO2萃取產(chǎn)物中具有部分與精油相同的香味物質(zhì)，但其為凈油而不是精油產(chǎn)品，只有經(jīng)過蒸餾的方法得到的揮發(fā)性產(chǎn)物才是精油產(chǎn)品，因此，今后的研究中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確應(yīng)用精油和凈油的概念。

2 煙草精油的化學(xué)成分

煙草中的化學(xué)成分眾多，20世紀(jì)70年代以來，隨著分析測試技術(shù)的發(fā)展，煙葉中的成分不斷被發(fā)現(xiàn)，Perfetti等于2011年報道煙葉中化學(xué)成分約為4992種［18］。煙草精油作為煙草揮發(fā)性香味物質(zhì)的代表產(chǎn)物，其成分也相當(dāng)復(fù)雜，主要成分為揮發(fā)性有機物，大部分為煙草的特征香味物質(zhì)。

煙草精油成分眾多，目前從煙草精油中鑒定到的物質(zhì)有數(shù)百種之多，主要成分為萜烯類、烴類、醛類、揮發(fā)性酸、酯類、酮類、醇類、芳香環(huán)類、雜環(huán)類和生物堿等，其中含量最高的為新植二烯［6］，約占精油總量的40%左右，雖然新植二烯為煙草中的重要成分，但其香氣閾值很高，對煙草香味的貢獻較小。其它一些物質(zhì)如茄酮、β－大馬酮、巨豆三烯酮、糠醛、苯甲醇、藏紅花醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯等，雖然含量微小，但由于其閾值較低，香氣強度大，是煙草中關(guān)鍵的致香成分［5］。

Alagic等利用氣相色譜－質(zhì)譜法(GC－MS)分析了東方煙草YaKa精油的成分，共鑒定出34種組分，其中主要成分為新植二烯(23%)和茄酮(29.5%)，與之前的研究結(jié)果相比較，其主要香味物質(zhì)含量與Otlja煙草精油、白肋煙精油和弗吉尼亞煙草精油相似但相對含量有所差異，但是新植二烯、茄酮、巨豆三烯酮和β－大馬酮的含量明顯高于土耳其煙草精油，證明煙草精油主要成分與煙草品種、種植地區(qū)等有很大關(guān)系［19］;Stojanovic等對Otlja煙草中部葉片精油和上部葉片精油進行了對比分析，分別鑒定出28種和31種成分，其中新植二烯、茄酮、β－大馬酮等仍是其主要香氣成分，但相對含量有很大不同，以上結(jié)果證明煙草的不同部位精油的含量和成分也不盡相同［20］。

3 煙草精油提取方法

3.1 水蒸汽蒸餾法

水蒸汽蒸餾法是提取煙草精油的經(jīng)典方法，雖然該方法設(shè)備簡單易操作，但是，由于提取時樣品與水共沸，一些熱敏性揮發(fā)成分會遭到破壞，因此，Kim等于1982年報道了一種基于水蒸汽蒸餾方法的改進方法進行煙草精油提取，稱為氣體共蒸餾法(Gas Co－distillation)［21］。該方法可以防止一些熱敏性成分的破壞，但是由于需要恒定氣體及冰浴等，條件難以控制，此方法最終未推廣開來。所以，水蒸汽蒸餾法依然是煙草精油提取的重要方法。高宏建等利用水蒸汽蒸餾法對廢次煙末中的煙草精油進行提取，研究發(fā)現(xiàn)在蒸餾時加入一定的NaCl溶液可以顯著提高煙草精油的產(chǎn)率［8］。

3.2 分子蒸餾法

分子蒸餾(Molecula Distillation，MD)是一種新型的液液分離技術(shù)，是利用不同物質(zhì)分子自由程的不同而實現(xiàn)化合物的分離，能夠在遠離化合物沸點的溫度下實現(xiàn)蒸餾，是低溫下實現(xiàn)揮發(fā)性成分分離的新型技術(shù)［22］。王萍等應(yīng)用MD技術(shù)處理香料煙浸膏制備煙用香料，結(jié)果顯示，在不同溫度段，香料煙浸膏致香成分得到富集，40～60℃餾分中茄酮的含量高達17%［23］，楊靖等應(yīng)用MD技術(shù)對云煙萃取物進行了分離，與傳統(tǒng)方法相比具有低溫、高效、無污染等優(yōu)點，且通過條件優(yōu)化，可以顯著提高煙草特征香氣成分在餾分中的相對含量［23］。目前，應(yīng)用分子蒸餾進行煙草精油提取的研究還比較少，而且煙草不能直接作為蒸餾的原料，需要用有機溶劑或超臨界技術(shù)等先對煙草樣品進行萃取，然后才能進行分子蒸餾。

3.3 聯(lián)用技術(shù)

現(xiàn)有的各種提取植物精油的方法都具有各自不足之處，如水蒸汽蒸餾法提取精油產(chǎn)率低且容易引起熱敏性成分的分解、分子蒸餾技術(shù)前處理的繁瑣及設(shè)備的復(fù)雜昂貴等。而將一些技術(shù)聯(lián)合起來進行精油提取，可以提高精油產(chǎn)率并增加重要致香成分的相對含量，是獲得高品質(zhì)精油產(chǎn)品的一條有效途徑。目前，應(yīng)用聯(lián)用技術(shù)進行精油提取已有一些研究，如應(yīng)用溶劑提取聯(lián)合水蒸汽蒸餾技術(shù)提取孜然精油和應(yīng)用微波輔助水蒸汽蒸餾提取芳香植物精油的研究等［24－25］。但是，煙草精油提取的研究中應(yīng)用聯(lián)用技術(shù)的很少，僅有應(yīng)用超臨界CO2萃取與分子蒸餾聯(lián)用技術(shù)純化煙草香味成分的研究，研究發(fā)現(xiàn)，超臨界萃取物經(jīng)分子蒸餾精制后，其外觀狀態(tài)、香氣質(zhì)量等方面均有大幅度提高［26］。鑒于聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點，其應(yīng)用為煙草精油提取技術(shù)的選擇開辟了新的途徑。

目前，應(yīng)用于煙草精油提取的技術(shù)還比較少，且各有優(yōu)缺點，隨著新興技術(shù)的發(fā)展，如亞臨界水提取技術(shù)在精油提取中的應(yīng)用［27］等，煙草精油提取技術(shù)必將迎來新的發(fā)展。

4 煙草精油成分的分析技術(shù)

煙草精油的化學(xué)成分復(fù)雜，目前，應(yīng)用于精油化學(xué)成分分析的主要是氣相色譜(GC)和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC－MS)。一般是將煙草精油溶于有機溶劑中直接進行GC和GC－MS分析，通過樣品GC色譜圖與標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖的比較進行定量，通過質(zhì)譜分析進行定性。現(xiàn)有的研究都是通過GC－MS儀器自身所帶的質(zhì)譜圖庫進行煙草精油化學(xué)成分的定性分析，如NIST(美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院)質(zhì)譜圖庫和 Wiley數(shù)據(jù)庫質(zhì)譜圖庫等［28－29］，但是這些圖庫并不包含所有的化學(xué)物質(zhì)，定性結(jié)果有時會出現(xiàn)錯誤。因此，一些研究引入了科瓦茨指數(shù)來進行定性，科瓦茨指數(shù)又稱保留指數(shù)，是以色譜圖上位于待測物質(zhì)兩側(cè)的相鄰正構(gòu)烷烴的保留值為基準(zhǔn)，用對數(shù)內(nèi)插法求得，該指數(shù)在同一根色譜柱上穩(wěn)定性高，是化合物定性的一種有效手段［30］。

雖然現(xiàn)代毛細管GC是一種高效分離技術(shù)，但對于煙草精油這種復(fù)雜的混合物來說，僅用一根色譜柱往往達不到完全分離的目的，所以一些研究人員提出用多根色譜柱的組合來實現(xiàn)精油組分的完全分離。Zhu等應(yīng)用全二維氣相色譜－飛行時間質(zhì)譜法(GC×GC/TOMFS)對一種煙草精油進行分析，與傳統(tǒng)的GC－MS方法相比，GC×GC/TOMFS方法更加靈敏，檢測出很多GC－MS方法中沒有檢測出來的成分［31］?？梢哉f，GC×GC是氣相色譜技術(shù)的一次革命性突破，將會在煙草精油的分離分析中占據(jù)越來越重要的地位。

5 煙草精油的生物活性及應(yīng)用

目前，關(guān)于煙草精油生物活性方面的研究較少。Stojanovic等對Otlja煙草精油進行了抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煙草精油與超臨界萃取物都具有一定的抑菌效果，且精油的抑菌效果強于萃取物［20］;其課題組還對Yaka和Prilep煙草精油進行了抑菌研究，這兩種煙草精油同樣具有抑菌效果，且Yaka精油抑菌效果與對照百里香酚相當(dāng)。目前，煙草精油主要作為煙用香料，以提高卷煙產(chǎn)品的香味質(zhì)量，還有極少量的煙草精油被用作日化香精中的添加劑。從以上文獻可知，煙草精油中含有一些具有抑菌活性的物質(zhì)，這為煙草精油的正面應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

6 煙草精油開發(fā)前景

煙草精油是卷煙工業(yè)中一種重要的增香劑，同時也是一些日化香精中的調(diào)香劑。由于其在煙葉中含量較低，選擇合適的提取技術(shù)顯得至關(guān)重要，怎樣在保證產(chǎn)率的基礎(chǔ)上不破壞精油中重要致香成分是今后煙草精油提取技術(shù)研究的關(guān)鍵。在吸煙與健康問題的壓力下，煙草行業(yè)提出了“降焦減害”的目標(biāo)，即降低卷煙中的焦油含量，但是在降焦的過程中煙草本身的香味物質(zhì)會隨之流失，因此會在煙草中再添加一些具有煙草本香的增香劑，煙草精油就是最好的增香劑之一，因此，在今后的一段時間內(nèi)，煙草精油的開發(fā)和應(yīng)用還是集中在煙草行業(yè)中。但是，煙草及煙草精油中的生物活性成分不可忽視，隨著現(xiàn)代分離分析技術(shù)的發(fā)展，煙草精油的全部成分必將會研究清除，通過分離提純其中的生物活性成分，將煙草精油應(yīng)用于煙草以外的行業(yè)，同樣具有重要的意義。

［1］Nerio Luz Stella，Olivero－ Verbel Jesus，Stashenko Elena.Repellent activity of essential oils:A review［J］.Bioresource Technology，2010，101(1):372－378.

［2］鄭丹.烤煙香氣物質(zhì)的成分及其影響因素研究進展［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，21(3):23－26.

［3］洪濤，馬婭萍，孫守威，等.河南烤煙精油化學(xué)成分的研究［J］.分析測試通報，1992，11(4):64－65.

［4］景延秋，宮長榮，張月華，等.煙草香味物質(zhì)分析研究進展［J］.中國煙草科學(xué)，2005(2):44－48.

［5］儲國海，陸明華，舒明，等.煙草致香成分超聲溶劑萃?。瓪庀嗌V－質(zhì)譜法研究［J］.香精香料化妝品，2006(1):17－21.

［6］鄧小華.煙葉中新植二烯富集及應(yīng)用［J］.食品工業(yè)，2009(2):36－38.

［7］瞿先中，王宏偉，程雷平.超臨界萃取煙草精油條件的優(yōu)化［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(35):20448－20450.

［8］高宏建，張獻忠，鐘建軍，等.水蒸汽蒸餾法提取煙草精油的研究［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(10):388－390.

［9］周冀衡.煙草生理與生物化學(xué)［M］.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996.

［10］錄華.精細化工概論［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

［11］黃誠，尹紅，沈吳誠，等.復(fù)合溶劑提取大蒜精油的工藝條件研究［J］.食品科學(xué)，2009，30(6):89－91.

［12］何武強.索氏提取器提取桂花精油［J］.遼寧化工，2010，39(12):1217－1221.

［13］李雅晶，黃美珍，胡福良.均勻設(shè)計法優(yōu)化超聲波提取蜂膠精油工藝條件研究［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2011(2):60－62.

［14］杜娟，劉君，張楠楠，等.超聲法萃取黑水纈草精油的實驗研究［J］.黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2004，27(3):43.

［15］毛婷，董靜，龔麗，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化微波輔助萃取橙皮精油的工藝研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2011，27(1):84－86.

［16］李燕，雷云周.超臨界CO2萃取法與微波輔助萃取法提取當(dāng)歸揮發(fā)油的比較［J］.茂名學(xué)院學(xué)報，2008，19(1):24－26.

［17］劉士軍，屠愛萍，董俊興.超臨界CO2萃取野西瓜精油的化學(xué)成分研究［J］.解放軍藥學(xué)學(xué)報，2009，25(4):321－323.

［18］Perfetti T A，Rodgman A.The complexity of tobacco and tobacco smoke［J］.Beitrage zur Tabakforschung International，2011，24(5):215－232.

［19］Alagic S，“Selekcija”lvica S，Palic R，et al.Chemical composition and antimicrobial activity of essential oil of the oriental tobacco YaKa［J］.Journal of Essential Oil Research，2002，14(3):230－232.

［20］Stojanovic G，Palic R，Alagic S，et al.Chemical composition and antimicrobial activity of the essential oil and CO2extracts of semi－ oriental tobacco，Otlja［J］.Flavour and Fragrance Journal，2000，15(5):335－338.

［21］Kim K R，Zlatkis A，Park J－W，et al.Isolation of essential oils from tobacco by gas co－ distillation/solvent extraction［J］.Chromatographia，1982，15(9):559－563.

［22］王萍，楊俊鵬，王娜，等.分子蒸餾處理香料煙浸膏制備煙用香料［J］.香精香料化妝品，2010(6):31－34.

［23］楊靖，于存峰，鄭峰洋，等.分子蒸餾在云煙萃取物分離中的應(yīng)用［J］.香精香料化妝品，2009(1):10－12.

［24］Li X－M，Tian S－L，Pang Z－C，et al.Extraction of Ciminum cyminum essential oil by combination technology of organic solvent with low boiling point and steam distillation［J］.Food Chemistry，2009，115(3):1114－1119.

［25］Lucchesi M E，Chemat F，Smadja J.Solvent－free microwave extraction of essential oil from aromatic herbs:comparison with conventional hydro－distillation［J］.Journal of Chromatography A，2004，1043(2):323－327.

［26］熊國璽，朱巍，王娜，等.超臨界CO2萃取與分子蒸餾聯(lián)用技術(shù)在煙草香味成分提取中的應(yīng)用［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49(7):1690－1693.

［27］應(yīng)麗亞，蘇平.亞臨界水萃取技術(shù)在植物精油提取中的應(yīng)用潛力［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2011，37(5):142－145.

［28］Radulovic N，Stojanovic G，Palic R，etal.Chemical composition of the ether and ethyl acetate extracts of Serbian selected tobacco types:Yaka，Prilep and Otlja［J］.Journal of Essential Oil Research，2006，18(5):562－565.

［29］Alagic S，Stancic I，Palic R，et al.Chemical composition of the supercritical CO2extracts of the Yaka，Prilep and Otlja tobaccos［J］.Journal of Essential Oil Research，2006，18(2):185－188.

［30］Stojanovic G，Hughey S，Reddy C M，et al.A comparative analysis of the alkanes of Yaka，Prilep and Otlja tobaccos［J］.Biochemical Systematics and Ecology，2003，31(10):1215－1218.

［31］Zhu Shukui，Lu Xin，Xing Jun，et al.Comparison of comprehensive two－ dimensional gas chromatography/time－offlightmass spectrometry and gas chromatography－mass spectrometry for the analysis of tobacco essential oils［J］.Analytica Chimica Acta，2005，545(2):224－231.

Recent progress in research and application of tobacco essential oil

ZHANG Xian－zhong1，YANG Jun2，YIN Jie2，YE Xing－qian1，*
(1.School of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China;2.China Tobacco Zhejiang Industrial Co.，Ltd.，Hangzhou 310008，China)

Tobacco essential oil is a complexity of tobacco secondary metabolites.It is mainly consisted of volatile and semi－ volatile compounds.As an important source of tobacco characteristic aroma compounds，tobacco essential oil is mainly used as spices in cigarette blends nowadays.This paper mainly introduced the research progress of concept，chemical composition，extraction technology，analysis method and application of tobacco essential oil.The development prospect in these fields was also explored.

tobacco essential oil;application;progress

TS49

A

1002－0306(2012)17－0395－04

2012－03－06 *通訊聯(lián)系人

張獻忠(1982－)，男，博士研究生，研究方向:食品安全和天然產(chǎn)物研究開發(fā)。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助－農(nóng)產(chǎn)品交叉研究中心;浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目(81000134)。