沙棘果油的超臨界CO2萃取及其在卷煙中的應(yīng)用研究

鄭宏偉，蘇海建，張 帥，李玉輝，杜文杰，王 艷

(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東青島 266101)

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沙棘果油的超臨界CO2萃取及其在卷煙中的應(yīng)用研究

鄭宏偉，蘇海建*，張 帥，李玉輝，杜文杰，王 艷

(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東青島 266101)

[目的] 獲得高出油率且原有生物活性物質(zhì)最大限度保留的沙棘油，開發(fā)出新型天然煙用添加劑。[方法]以沙棘果為原料，采用CO2超臨界萃取工藝，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗(yàn)法研究萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、CO2流量、分離壓力等因素對出油率的影響，并對沙棘果油進(jìn)行卷煙加香試驗(yàn)探討。[結(jié)果]通過正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件：萃取壓力選擇為26 MPa、萃取溫度47 ℃、萃取時間4 h、CO2流速7 kg/h、分離壓力6.0 MPa，在此工藝條件下沙棘油萃取率為5.82%。CO2超臨界萃取工藝得到的沙棘油從酸價、碘價、皂化價、過氧化值等8項(xiàng)檢測值符合國家標(biāo)準(zhǔn)，此提取工藝不會影響沙棘籽油的品質(zhì)。卷煙加香試驗(yàn)結(jié)果表明，卷煙葉組中加入沙棘油后，能與煙香協(xié)調(diào)，提高香氣質(zhì)，增加香氣豐富性，同時，還能減輕刺激性，去除雜氣和改善余味。[結(jié)論]研究可為沙棘果油的萃取提供理論依據(jù)，并為卷煙增香保潤工作提供參考。

沙棘果油；超臨界CO2萃?。痪頍熂酉?/p>

沙棘為胡頹子科算刺屬的落葉灌木或小喬木，又名醋柳，主要分布在我國西北、華北、東北及西南等十多個省區(qū)。沙棘果實(shí)富含多種維生素、有機(jī)酸、黃酮及微量元素，具有很高的營養(yǎng)和藥用價值。我國對沙棘的應(yīng)用研究已取得了一定的進(jìn)展，主要用于食品、藥品、化妝品等方面[1-3]。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超臨界CO2萃取作為一項(xiàng)新型分離技術(shù)，具有滲透力強(qiáng)、操作時間短、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，被普遍采用。銀建中等利用超臨界CO2萃取沙棘油，建立了一套沙棘油的萃取工藝流程，分別考察了萃取溫度、萃取壓力及粒徑等對萃取得率的影響，并采用動態(tài)法對沙棘油在超臨界CO2中的溶解度進(jìn)行了測定[4]。殷麗君等利用超臨界CO2流體直接從沙棘果皮中萃取得到高品質(zhì)的沙棘黃色素，確定了沙棘黃色素萃取的較佳工藝參數(shù)[5]。王巨成等采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取沙棘果渣中的β-胡蘿卜素，確定了沙棘果渣萃取β-胡蘿卜素的最佳工藝條件[6]。張紅霞等以沙棘果皮和沙棘籽為原料，采用超臨界CO2萃取沙棘果皮油和沙棘籽油，獲得較佳的工藝參數(shù)[7]。

為獲得高出油率且原有生物活性物質(zhì)最大限度保留的沙棘油，筆者采用溶劑法，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗(yàn)法研究萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、CO2流量、分離壓力等因素對出油率的影響，并對沙棘果油進(jìn)行加香試驗(yàn)，對其在卷煙中的應(yīng)用進(jìn)行探討，旨在開發(fā)出新型天然煙用添加劑，為卷煙增香保潤工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1原料。沙棘干果，采自新疆，由頤中(青島)實(shí)業(yè)有限公司提供；A#參比卷煙，泰山QX卷煙葉組；B#參比卷煙，泰山HT卷煙葉組。

1.1.2主要儀器。超臨界CO2萃取設(shè)備，江蘇海安，工作壓力1～60 MPa，工作溫度-5～100 ℃；PL203型電子天平(量程210 g，感量0.001 g)，梅特勒-托利多儀器有限公司；FED115型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，德國BINDER公司；FSJ-l14型植物樣本粉碎機(jī)，農(nóng)牧漁業(yè)部扶溝科學(xué)儀器廠；PBF240型恒溫恒濕箱，德國BINDER公司；錐形瓶(250 ml)；試劑瓶；移液管；稱量瓶；碘價瓶(250 ml)；微量滴定管；回流冷凝管；恒溫水浴鍋；電爐；25 ml吸管；燒杯；量筒(5、50 ml)；容量瓶(100、1000 ml)；滴瓶；分液漏斗；大肚吸管(25 ml)。

1.1.3主要試劑。CO2，食品級，純度≥99.5%，購于青島氧氣廠；0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液；中性乙醚-乙醇(2∶1)混合溶劑(使用前用 0.1 mol/L堿液滴定至中性)；中性乙醇；0.5 mol/L氫氧化鉀乙醇溶液；0.5 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；1%酚酞乙醇溶液；精餾乙醇；氯仿-冰醋酸混合液(取氯仿40 ml 加冰乙酸 60 ml，混勻)；飽和碘化鉀溶液(取碘化鉀 10 g，加水5 ml，貯于棕色瓶中)；0.01 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(吸取約0.1 mol/L的硫代硫酸鈉溶液10 ml，注入100 ml 容量瓶中,加水稀釋至刻度)；0.5%淀粉指示劑；0.1 mol/L硫代硫酸鈉溶液；15%碘化鉀溶液、氯仿、鹽酸、硫酸、碘、冰乙酸、韋氏液。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1工藝流程。將沙棘干果洗凈并去除雜質(zhì)后，置于40 ℃烘箱中烘干，粉碎，過40目篩。工藝流程見圖1。

圖1 超臨界CO2萃取沙棘果油工藝流程

1.2.2萃取率的計(jì)算。按下式計(jì)算沙棘籽油的提取率：

沙棘果油萃取率=沙棘油重量/沙棘果粉重×100%

1.2.3沙棘籽油理化指標(biāo)的測定。酸價測定：GB/T 5530-2005 《動植物油脂 酸值和酸度測定》[8]；碘價測定：GB/T 5532-2008 《動植物油脂 碘值的測定》[9]；皂化值測定：GB/T 5534-2008 《動植物油脂 皂化值的測定》[10]；水分及揮發(fā)物的測定：GB/T 5528-2008 《動植物油脂 水分及揮發(fā)物含量測定》[11]；不皂化物含量測定：GB/T 5535.2-2008《動植物油脂 不皂化物測定》[12]；相對密度測定：GB/T 5526-1985 《植物油脂檢驗(yàn) 比重測定法》[13]。

1.2.4沙棘果油適宜萃取條件的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。沙棘果油適宜萃取條件的試驗(yàn)，依據(jù)參考文獻(xiàn)及試驗(yàn)設(shè)備，以沙棘果為原料，選取萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、CO2流速、分離壓力5個主要影響因素，采用L16(45) 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定最佳反應(yīng)條件，正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 沙棘果油適宜萃取條件試驗(yàn)因素水平

1.2.5卷煙加香與感官評價。將沙棘果油用70%乙醇稀釋成10%(質(zhì)量比)的溶液，取平衡好的A#、B#空白煙絲葉組各4份，每份100 g，按照0.01%、0.03%、0.05%稱取配好的沙棘果油乙醇溶液，用噴霧器均勻噴灑在葉組中，對照樣采用同樣量的70%乙醇溶液。處理好的樣品密閉儲存約4 h，低溫(40 ℃)烘干，手工制作卷煙，然后置于溫度(22±1) ℃，相對濕度(60±2)%的恒溫恒濕箱中，單層平放48 h，平衡至水分(12±1)%。

評價小組由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司具有國家煙草專賣局頒發(fā)的卷煙感官評吸技術(shù)合格證書的7名評委組成，分別從影響指標(biāo)(香氣質(zhì)、香氣量、細(xì)膩程度、干燥感、刺激性、余味)及影響方向(改善、明顯改善、差)方面進(jìn)行內(nèi)在質(zhì)量評吸評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果由正交試驗(yàn)結(jié)果(表2)可看出，各因素對出油率的影響主次順序?yàn)椋狠腿毫?萃取溫度>萃取時間>CO2流速>分離壓力，由正交試驗(yàn)得出最佳試驗(yàn)條件為A3B4C4D1E2，即萃取壓力選擇為26 MPa、萃取溫度47 ℃、萃取時間4 h、CO2流速7 kg/h、分離壓力6.0 MPa。

表2 超臨界CO2萃取沙棘果油正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)為了驗(yàn)證所選工藝的穩(wěn)定性，按上述優(yōu)選條件作4 組平行試驗(yàn)，結(jié)果如表3。從表3可以看出，試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性較好，該工藝符合要求。

表3 重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)

2.3 沙棘理化指標(biāo)超臨界CO2萃取沙棘油的分析結(jié)果及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比較分析，對比檢測項(xiàng)目VE、過氧化值、水及揮發(fā)物、不皂化物含量、碘價、皂化值、密度、酸價8個方面進(jìn)行比較分析。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對常溫浸提得到的沙棘籽油與CO2超臨界萃取工藝得到的沙棘油從酸價、碘價、皂化價、過氧化值等方面進(jìn)行理化性質(zhì)的測定比較。如表4檢測結(jié)果可知，用CO2超臨界萃取工藝提取沙棘油8項(xiàng)檢測值符合國家標(biāo)準(zhǔn)，此提取工藝不會影響沙棘籽油的品質(zhì)。

2.4 卷煙感官評價結(jié)果卷煙感官評價結(jié)果見表5。綜上評價結(jié)果表明，適當(dāng)比例的沙棘油能與煙香相協(xié)調(diào)，提高香氣質(zhì)，增加香氣豐富性，微帶果香韻，勁頭適中，煙氣細(xì)膩，刺激性減少，余味舒適，干燥感明顯降低，并略帶回甜。

表4 超臨界CO2萃取沙棘油與國標(biāo)比較

表5 添加沙棘油的樣品卷煙與空白對照卷煙評價結(jié)果

注：“0”表示與對照樣無明顯變化，“+”表示與對照樣有改善，“++”表示與對照樣明顯改善，“-”表示較對照樣變差。

3 結(jié)論

該試驗(yàn)以沙棘果為原料，采用CO2超臨界萃取工藝提取沙棘果油，通過正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件：萃取壓力選擇為26 MPa、萃取溫度47 ℃、萃取時間4 h、CO2流速7 kg/h、分離壓力6.0 MPa，在此工藝條件下沙棘油萃取率為5.82%。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對常溫浸提得到的沙棘籽油與CO2超臨界萃取工藝得到的沙棘油從酸價、碘價、皂化價、過氧化值等方面進(jìn)行理化性質(zhì)的測定比較，得出CO2超臨界萃取工藝對于沙棘籽油的品質(zhì)無影響。

卷煙加香試驗(yàn)結(jié)果表明，卷煙葉組中加入沙棘油后，能與煙香協(xié)調(diào)，提高香氣質(zhì)，增加香氣豐富性，同時，還有減輕刺激性、去除雜氣和改善余味的作用。

[1] 于長青，陽輝文. 沙棘油的特性及超臨界CO2提取工藝[J]. 甘肅輕紡科技,1998(4)：22-24.

[2] FRANCISCO GRANDE. Sea-buckthorn oil and health[J]. Sea-buckthorn，1998，23： 32-34.

[3] MIRONOV V A，VASIL''EV G S,MATROSOV V S. Sea-buckthorn oil obtained by the extraction method and its biological activity[J]. Pharmaceutical Chemistry Journal，1980，14(8)：555-560.

[4] 銀建中，孫獻(xiàn)文，李志義，等. 超臨界流體萃取沙棘油實(shí)驗(yàn)研究[J]. 化學(xué)工程，2002，30(4)：31-38.

[5] 殷麗君，殷力. 超臨界CO2流體萃取沙棘黃色素的研究[J]. 中國林副特產(chǎn)，2000，53(2)：3-4.

[6] 王巨成. 超臨界CO2萃取沙棘果渣中β-胡蘿卜素的初步研究[J]. 山西林業(yè)科技,2002(1)：3-5.

[7] 張紅霞，申林. 超臨界二氧化碳萃取裝置及萃取沙棘油的研究[J]. 沙棘，2002，15(2)：28-30.

[8] 國家糧食局. GB/T 5530-2005 動植物油脂 酸值和酸度測定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[9] 全國糧油標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 5532-2008 動植物油脂 碘值的測定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[10] 全國糧油標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 5534-2008 動植物油脂 皂化值的測定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[11] 全國糧油標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 5528-2008 動植物油脂 水分及揮發(fā)物含量測定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[12] 全國糧油標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. GB/T 5535.2-2008 動植物油脂 不皂化物測定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[13] 商業(yè)部糧食儲運(yùn)局. GB/T 5526-1985 植物油脂檢驗(yàn) 比重測定法[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1985.

Supercritical CO2Extraction of Sea Buckthorn Fruit Oil and Its Application in Cigarette

ZHENG Hong-wei, SU Hai-jian*, ZHANG Shuai et al

(Technical Center of China Tobacco Shandong Industrial Corporation, Qingdao, Shandong 266101)

[Objective] To obtain sea buckthorn fruit oil with high yield and maximum retention of original biological active substances, develop a new type natural tobacco additive. [Method] With sea buckthorn fruit as raw material, using supercritical CO2extraction technology, on the basis of single factor orthogonal test, effects of extraction pressure, temperature, time, CO2flow rate, separation pressure on oil yield were studied, cigarette aroma improvement test was discussed. [Result] The best process condition is determined by orthogonal test: extraction pressure 26 MPa, extraction temperature 47 ℃, extraction time 4 h, CO2flow rate 7 kg/h,separation pressure 6.0 MPa, under this condition, sea buckthorn oil extraction rate was 5.82%. The seabuckthorn oil acid value, iodine value, saponification value, peroxide value and so on eight values conform to the national standard, this extraction process does not affect the quality of sea buckthorn seed oil. Experimental results show that flavored cigarettes, tobacco leaf group after the addition of sea buckthorn oil, with the incense smoke coordination, improve aroma richness, increase the aroma, but also can reduce the irritation, eliminate noise and improve air aftertaste. [Conclusion] The study can provide theoretical basis for extraction of sea buckthom fruit oil, also provide reference for improving aroma richness.

Sea buckthorn fruit oil; Supercritical CO2extraction; Tobacco flavoring

鄭宏偉(1974-)，男，山東菏澤人，工程師，碩士，從事卷煙調(diào)香技術(shù)方面的研究。*通訊作者，助理工程師，從事卷煙香精香料等方面的研究。

2014-12-18

S 572

A

0517-6611(2015)04-286-03