‘糊煙’凈油提取與精制工藝研究及成分分析

張品南，周 斌，金 亮，祝 彪，劉思彤

成都宏億實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，成都 610101

‘糊煙’又稱糊米葉子煙，是將糯米或大米，在鐵鍋里翻炒，至糊，再導(dǎo)入水在鐵鍋里熬制，冷卻后過濾得到糊米水，將糊米水澆到曬好的煙葉上，堆積自然發(fā)酵60 d 左右而制成，是雪茄煙生產(chǎn)的重要原材料。采用此法制煙的地區(qū)主要集中于四川什邡［1，2］。該煙由于糊米水發(fā)酵糖化作用，使得煙葉觸摸有粘黏感，外觀紅亮有光澤，抽吸后口感回味甘甜，煙油富有，具有馥郁清雅、吃味醇厚、余味尚佳等獨(dú)特的雪茄煙風(fēng)格，除去了煙葉本身的雜味和苦澀味，且抽吸后第二天不會(huì)出現(xiàn)喉嚨發(fā)干，積痰等現(xiàn)象，深受廣大吸煙者的青睞，因而成為四川主要特產(chǎn)之一。開發(fā)其凈油作為普通卷煙增香劑或調(diào)和劑，給煙用調(diào)香師提供一種獨(dú)特香原料，具有重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

為了明確‘糊煙’凈油提取工藝以及凈油中主要致香成分與其它煙草凈油的區(qū)別，本文采用正己烷為提取溶劑，活性白土脫色，無水乙醇脫蠟，GCMS 等工藝與分析手段，探討‘糊煙’凈油最優(yōu)的提取工藝，研究最佳精制方法，并分析出其主要的致香成分，為工業(yè)化生產(chǎn)‘糊煙’凈油與煙用加香提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

煙葉原料:‘糊煙’煙葉分三個(gè)等級(jí)(一級(jí)、二級(jí)、三級(jí))，2014 年產(chǎn)自四川什邡，材料以三個(gè)等級(jí)煙葉按1∶1∶1 混合后粉碎至10～20 目，當(dāng)天使用當(dāng)天粉碎。

正己烷、無水乙醇均為分析純，購自于成都市科龍化工試劑廠;活性白土，購自于鞏義市新華豫凈水劑廠。

R-214 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海申生科技有限公司;200 L 提取濃縮機(jī)組，上海東亞壓力容器制造有限公司;Alpha-1505 紫外/可見分光光度計(jì)，上海譜元儀器有限公司;6890 GC-5973 MS 聯(lián)用儀，美國安捷倫科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ‘糊煙’凈油提取

取粉碎好的煙葉置于200 L 提取罐中，按比例加入提取溶劑正己烷，在一定溫度下進(jìn)行提取。提取一定時(shí)間后收集提取液進(jìn)行減壓濃縮(濃縮溫度為45 ℃、真空度為-0.06 MPa)。以濃縮回收溶劑(溶劑回收率視為100%)對(duì)提取罐中煙葉進(jìn)行重復(fù)提取，一定時(shí)間后再次收集提取液進(jìn)行濃縮。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)提取次數(shù)對(duì)煙葉進(jìn)行反復(fù)提取后，收集濃縮后所得凈油，稱量凈油，按公式(1)計(jì)算得率。

1.2.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

分析各因素對(duì)‘糊煙’凈油提取得率的影響，以凈油得率為判斷依據(jù)，各因素水平設(shè)計(jì)如下:料液比1∶5、1∶8、1∶10(g/mL);提取溫度25、35、45、55 ℃;提取時(shí)間為0.5、1、2、3 h;循環(huán)提取次數(shù)1、2、3 次，其它條件(以下4 個(gè)因素是除考查因素外的另3個(gè))設(shè)計(jì)為料液比1∶10(g/mL)、提取溫度45 ℃、提取時(shí)間2 h、循環(huán)提取次數(shù)為2 次。

1.2.1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確定最佳的提取工藝條件，在單因素試驗(yàn)水平基礎(chǔ)之上，采用四因素三水平的正交方法進(jìn)行試驗(yàn)［3］。因素水平設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor and level of orthogonal test

1.2.2 ‘糊煙’凈油脫色脫蠟

以提取所得到的凈油為基礎(chǔ)，添加正己烷為溶劑，配成濃度為20(g/L)的含凈油的正己烷溶液，按比例加入活性白土并在一定溫度下攪拌脫色，脫色完成后過濾收集溶液，濃縮去除溶劑，得凈油脫色浸膏。脫色完成的浸膏按一定比例加入無水乙醇作為脫蠟溶劑并加熱溶解，置低溫條件下存放一段時(shí)間析蠟，待無蠟質(zhì)析出時(shí)，真空條件下過濾得濾液，濃縮濾液得成品‘糊煙’凈油。

分析各因素對(duì)‘糊煙’凈油脫色工藝的影響，以得到的凈油色度為主要判定依據(jù)。各因素水平設(shè)置如下:活性白土用量50、100、150、200(g/L);脫色攪拌溫度:25、35、45、55 ℃;脫色攪拌時(shí)間1、2、3、4 h，其它條件設(shè)置(以下3 個(gè)因素是除考查因素外的另2 個(gè))活性白土用量100(g/L)、脫色攪拌溫度35℃、脫色攪拌時(shí)間為2 h。

分析各因素對(duì)‘糊煙’凈油脫蠟工藝的影響，以除蠟率為判定依據(jù)。各因素水平設(shè)置如下:凈油脫色浸膏與無水乙醇用量比1∶5、1∶10、1∶15、1∶20(g/mL);析蠟存放溫度5、0、-5、-10 ℃;析蠟存放時(shí)間1、2、4、6 h，其它條件設(shè)置(以下3 個(gè)因素是除考查因素外的另2 個(gè))凈油脫色浸膏與無水乙醇用量比1∶10、析蠟存放溫度0 ℃、析蠟存放時(shí)間2 h。

色度測定［4］:用分光光度計(jì)，10 mm 的比色槽，分別在波長460(A)、550(B)、620(C)和670 nm(D)處測定待測油的光密度值A(chǔ)、B、C、D，按公式(2)計(jì)算色度值。

除蠟率測定:稱量所需脫蠟凈油浸膏重(A)，將脫出蠟質(zhì)放入烘箱中150 ℃烘烤4 h 除其中乙醇后稱重得(B)，按公式(3)計(jì)算除蠟率。

1.2.3 凈油成份GC-MS 分析［5］

1.2.3.1 色譜條件

色譜柱:HP-5MS 石英毛細(xì)柱(30 mm×0.25 mm，0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持2 min，以4 ℃/min 升至220 ℃，保持20 min，再從220 ℃以15 ℃/min 升至250 ℃，保持2 min;載氣:氦氣(≥99.99%);分流口吹掃流量:50 mL/min，分流比:15∶1。

1.2.3.2 色譜條件

電子轟擊(EI)離子源;電子能量:70 eV;離子源溫度:230 ℃;四極桿溫度:150 ℃;傳輸線溫度:280 ℃;掃描范圍:35～350 amu(原子質(zhì)量單位);電子倍增器電壓:1029 V;進(jìn)樣量:1 μL;溶劑延遲(SD)2.0 min;檢索譜庫:NIST 和fLavour(自建)庫;定量方法:色譜峰面積歸一化法。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并采用Duncan’s 新復(fù)極差法［3］進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P≤0.05)。本文同一圖中標(biāo)有不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 ‘糊煙’凈油最佳提取條件的確定

2.1.1 料液比對(duì)凈油得率的影響

圖1(A)可看出:隨著料液比例的增大，‘糊煙’凈油提取率持續(xù)增加，差異顯著。當(dāng)料液比為1∶10(g/mL)時(shí)提取率最高，達(dá)到3.94‰，約是1∶5(g/mL)時(shí)的1.63 倍。因考慮到工業(yè)生產(chǎn)料液比例過大會(huì)造成提取效率下降、溶劑回收成本增加、提取容器利用率低等影響，故最高料液比考慮1∶10(g/mL)。

圖1 料液比(A)、提取溫度(B)、提取時(shí)間(C)和提取次數(shù)(D)對(duì)凈油提取得率的影響Fig.1 The effects of solid-liquid ratio(A)，extraction temperature(B)，extraction duration(C)and times of extraction(D)on absolute oil extraction yield

2.1.2 提取溫度對(duì)凈油得率的影響

圖1(B)顯示:凈油提取得率隨著提取溫度的升高呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，尤其當(dāng)提取溫度達(dá)到45 ℃時(shí)，差異顯著，而當(dāng)提取溫度升高到45 ℃后，凈油提取得率趨于穩(wěn)定，基本保持不變。這說明在一定范圍內(nèi)溫度升高有利于凈油溶出，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)凈油溶出量已達(dá)到最大限度，此時(shí)溫度繼續(xù)升高對(duì)凈油得率影響不大，過高的溫度造成能源浪費(fèi)，并且降低了工業(yè)生產(chǎn)的安全性，因此選定45 ℃為最佳的提取溫度。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)凈油得率的影響

由圖1(C)可知:當(dāng)提取時(shí)間為0.5 h 時(shí)，凈油提取得率為2.39‰;當(dāng)提取時(shí)間為1 h 時(shí)，凈油提取得率有著顯著性的提高，達(dá)到4.01‰;但當(dāng)提取時(shí)間大于1 h 后隨著提取溫度的增加，凈油提取得率基本趨于穩(wěn)定，不再隨時(shí)間延長而增加。因而，為避免不必要的時(shí)間浪費(fèi)，提取時(shí)間可控制為1 h。

2.1.4 循環(huán)提取次數(shù)對(duì)凈油得率的影響

從圖1(D)可看出，隨著浸提次數(shù)的增加，凈油得率有明顯增加，但在浸提兩次之后，繼續(xù)增加浸提次數(shù)，凈油的得率增加甚微。增加浸提次數(shù)一方面使溶劑的消耗量增加，另一方面使工藝流程時(shí)間延長，考慮生產(chǎn)中的成本因素，選取兩次為最佳浸提次數(shù)。

2.1.5 四因素三水平正交試驗(yàn)

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用回歸方程系數(shù)絕對(duì)值大小和差異分析，得出單因素對(duì)‘糊煙’凈油提取得率影響作用大小關(guān)系與最優(yōu)提取工藝組合，結(jié)果如表2 所示:不同因素對(duì)凈油提取得率的影響為料液比＞提取次數(shù)＞提取溫度＞提取時(shí)間?！裏煛瘍粲妥罴烟崛」に嚍锳3B3C1D2，即‘糊煙’凈油最佳的提取工藝條件為:以正己烷為提取溶劑，按料液比1∶10(g/mL)，在55 ℃條件下，提取2 次每次提取時(shí)間為0.5 h。根據(jù)正交結(jié)果的到的最佳提取條件進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，實(shí)際測得提取率為4.193‰。

2.2 最佳脫色工藝

由圖2(A)可看出，隨著活性白土用量的增加‘糊煙’凈油色度逐漸下降，當(dāng)活性白土用量達(dá)到150 g/L 時(shí)凈油色度值趨于穩(wěn)定，為49.35，較50 g/L 時(shí)降低了53.48%;而活性白土用量增加至200 g/L 時(shí)其色度值較前一梯度略有下降，但相差甚微。說明活性白土對(duì)毛油有較好的脫色效果，但其最佳的處理效果存在一定的濃度范圍，綜合考慮成本與毛油的損耗所以選擇150 g/L 活性白土用量為最佳條件。

圖2 活性白土用量(A)、脫色處理溫度(B)、脫色攪拌時(shí)間(C)對(duì)凈油脫色效果的影響Fig.2 The effects of activated bleaching earths concentration(A)，temperature(B)and time(C)on decoloration effect

從圖2(B)可看出，此種條件下溫度對(duì)活性白土脫色效果有一定影響，但總體影響不大，在35 ℃條件下脫色效果較好，繼續(xù)增加溫度則脫色效果無明顯差異。為穩(wěn)定產(chǎn)品色度值，故選擇35 ℃條件下最為最佳的脫色處理溫度。

圖3 凈油與無水乙醇比例(A)、析蠟溫度(B)、析蠟時(shí)間(C)對(duì)除蠟率的影響Fig.3 The effects of absolute oil/anhydrous ethanol ratio(A)，wax-condensing temperature(B)and wax-condensing time(C)on wax removal rate

從圖2(C)可看出，隨脫色處理時(shí)間的延長凈油色度值逐漸降低，當(dāng)攪拌脫色達(dá)3 h 后凈油的色度值基本穩(wěn)定。原因可能是此時(shí)已達(dá)到活性白土吸附飽和度，再延長脫色時(shí)間已無意義，所以最佳的脫色攪拌時(shí)長不宜超過3 h。

2.3 最佳除蠟工藝

由圖3(A)可看出，隨著凈油浸膏與無水乙醇比例逐漸增大，在1∶10 時(shí)除蠟率明顯上升，為57.09%，當(dāng)繼續(xù)增加乙醇比例時(shí)除蠟率沒有明顯升高的現(xiàn)象，并稍有降低的趨勢，但差異不明顯。分析原因可能是當(dāng)無水乙醇使用量較低時(shí)蠟質(zhì)分離不夠徹底，蠟質(zhì)中會(huì)含有一部分凈油成分，當(dāng)無水乙醇使用量較高時(shí)又有少部分蠟質(zhì)溶于乙醇中無法析出，因此選擇1∶10(g/mL)為最佳的凈油浸膏與無水乙醇除蠟比例。

由圖3(B)可看出，隨著析蠟儲(chǔ)存溫度降低，除蠟率逐漸升高，溫度降低至0 ℃以下時(shí)基本保持穩(wěn)定。由于溫度下降，降低了蠟質(zhì)在無水乙醇中的溶解度同事也降低了凈油成分在無水乙醇中的溶解度，所以溫度過低可能會(huì)導(dǎo)致凈油成分的流失，造成凈油提取得率的下降，綜合考慮選擇0 ℃為最佳的析蠟溫度。

由圖3(C)可看出，隨著析蠟時(shí)間的延長除蠟率逐漸提高，當(dāng)析蠟時(shí)間超過4 h 時(shí)除蠟率基本穩(wěn)定?？赡苁窍炠|(zhì)析出是一個(gè)緩慢的過程，到達(dá)4 h 后蠟質(zhì)結(jié)晶過程基本完成，所以為節(jié)約操作時(shí)間，選擇4 h 為最佳的處理時(shí)間。

2.4 凈油成分分析結(jié)果

由表(3)可以看出從‘糊煙’凈油中分析鑒定出52 種揮發(fā)性成分，主要包括酮醛類、醇酚類、酯類、烷烴類、大量雜環(huán)化合物類、高級(jí)脂肪烴與其它中性成分。其中保留時(shí)間在11.939、23.279、37.566、44.077 min 時(shí)這四個(gè)峰面積較大、相對(duì)含量較高。它們分別是右旋萜二烯(7.774%)、煙堿(24.430%)、新植二烯(20.154%)、植物醇(8.960%)。屬于煙草致香成分還有:角鯊烯、反式角鯊烯、植酮、棕櫚酸乙酯、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、α-大馬酮等。

使用正己烷提取的‘糊煙’凈油與有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的采用其它溶劑或方法提取的煙草凈油或精油揮發(fā)性成分有一定差異，其中鳶尾酮、羅勒烯、別羅勒烯、反式-異檸檬烯、右旋萜二烯、α-(甜)沒藥烯、天然維生素E 等是在煙草凈油中首次發(fā)現(xiàn)，造成不同主要原因可能是由于糊煙葉是通過特殊的發(fā)酵工藝制作而成的，在發(fā)酵過程中可能存在物質(zhì)轉(zhuǎn)化［6］。

表3 ‘糊煙’凈油揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 3 Analysis result of volatile compounds in‘paste’tobacco absolute oil

3 結(jié)論

本文以四川什邡地區(qū)特有的‘糊煙’為原料，正己烷為溶劑，利用200 L 中試實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行凈油提取，并采用脫色、脫蠟工藝手段，對(duì)提取得到的‘糊煙’凈油進(jìn)行精制處理。通過單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出‘糊煙’凈油最優(yōu)提取工藝為:料液比1∶10(g/mL);提取溫度55 ℃;提取2 次;每次提取時(shí)間0.5 h。該條件下進(jìn)行提取驗(yàn)證‘糊煙’凈油提取得率為4.193‰達(dá)到最大值，說明該提取工藝達(dá)到了較理想的優(yōu)化效果。

通過單因素篩選，得出‘糊煙’凈油最佳的精制條件，其中脫色條件為:35 ℃條件下每升凈油溶液中加入活性白土150 g 密封攪拌脫色3 h 效果最佳。除蠟條件為:加熱條件下每克‘糊煙’凈油加入10 mL 無水乙醇充分溶解，放入0 ℃條件下析蠟4 h 效果最佳。

對(duì)采用此方法提取精制所得的‘糊煙’凈油進(jìn)行了GC-MS 分析，共鑒定出52 種化合物，其中包括大量的煙草致香成分，同時(shí)還有幾種成分在其它煙草凈油(精油)或提取物中未曾見相關(guān)檢出報(bào)告，這可能就是造成四川‘糊煙’特征所在。因此開發(fā)具有四川特色煙草凈油或致香成分，用于卷煙加香，賦予卷煙獨(dú)特的煙草本香，并對(duì)當(dāng)前低焦油卷煙的開發(fā)提供原料，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 Xia SH(夏紹華).The dilemma and way out of Shifang Suncured tobacco production base.Tobacco Sci Technol(煙草科技)，1996，3:29.

2 Zhao YX(趙奕熹).Study on chemical composition of fermented Sun-cured tobacco soaked in extract of coking rice.Chengdu:Sichuan Agricultural University，MSc.2013.

3 Xu XH(徐向宏)，He MZ(何明珠).The test design and the Design-Expert，SPSS application.Beijing:Science Press，2010.147-157.

4 Li ML(李孟樓)，Zhuang SH(莊世宏).Study on decoloration of prickly ash seed oil.Acta Botan Boreali-occidentalia Sin(西北植物學(xué)報(bào))，2002，6:1460-1464.

5 Li F(李峰).Study on the determination method of aroma components of tobacco and tobacco essence.Guangzhou:South China University of Technology，MSc.2010.

6 Zhu DH(朱大恒)，Han JF(韓錦峰)，Yu JC(于建春)，etal.Study on changes of aroma components in flu-cured tobacco during fermentation and aging.Acta Tabacaria Sin(中國煙草學(xué)報(bào))，1999，4:6-11.