響應(yīng)面法優(yōu)化蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝

黃東業(yè) 李志華 劉鴻 農(nóng)李政 白家峰 寧振興 宋凌勇 劉紹華 龍章德 吳彥

摘要：【目的】?jī)?yōu)化蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝，并研究其對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的影響，為天然植物在卷煙中的進(jìn)一步應(yīng)用提供新方向及思路?！痉椒ā坎捎盟魵庹麴s法提取蓽澄茄揮發(fā)油，利用響應(yīng)面法優(yōu)化其提取工藝，并通過(guò)評(píng)吸法評(píng)價(jià)其對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的影響?！窘Y(jié)果】蓽澄茄揮發(fā)油最佳提取工藝條件：液料比2.5∶1、浸泡時(shí)間18 h、蒸餾時(shí)間1 h，將在此條件下提取的揮發(fā)油添加至卷煙中進(jìn)行評(píng)吸，評(píng)吸得分為90.5分，略高于預(yù)測(cè)值（90.0分）。蓽澄茄揮發(fā)油能起到提升卷煙香氣質(zhì)、降低煙氣刺激性、改善余味、掩蓋雜氣等作用，對(duì)卷煙吸食品質(zhì)有較好的促進(jìn)作用?！窘Y(jié)論】?jī)?yōu)化條件下提取的蓽澄茄揮發(fā)油對(duì)提升卷煙的吸食品質(zhì)效果最佳，可用于卷煙加香和品質(zhì)的提升。

關(guān)鍵詞： 蓽澄茄；揮發(fā)油；工藝優(yōu)化；卷煙；吸食品質(zhì)；加香

中圖分類號(hào)： TS264.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2016）10-1761-05

0 引言

【研究意義】蓽澄茄（Fructus Litseae）為樟科植物山雞椒[Litsea cubeba（Lour.） Pers.]的干燥成熟果實(shí)，主要分布于我國(guó)廣西、四川、浙江等地。中醫(yī)記載蓽澄茄為溫里藥，性溫，昧辛，能行氣、溫中散寒、止痛，可用于治療脘腹冷痛、寒濕、寒疝、胃寒呃逆、腹痛等（國(guó)家藥典委員會(huì)，2005）。已有研究表明，蓽澄茄揮發(fā)油具有降低膽固醇、促進(jìn)消化、抗心血管疾病等作用（閆佳旭等，2013），在我國(guó)煙草行業(yè)大力發(fā)展中式特色卷煙的背景下，若能將蓽澄茄揮發(fā)油應(yīng)用于卷煙中以提高其吸食品質(zhì)，對(duì)于天然植物的有效利用及中式特色卷煙的發(fā)展將具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，已有不少學(xué)者對(duì)蓽澄茄揮發(fā)油進(jìn)行了研究，主要集中在其成分（張婭南和王飛，2009；程煥等，2013）、藥理（湯杰等，2011；張明發(fā)和沈雅琴，2011；張小麗等，2015）及養(yǎng)生保健價(jià)值（閆佳旭等，2013）等方面。作為各種研究的基礎(chǔ)，蓽澄茄揮發(fā)油成分的提取工藝研究相對(duì)較早，相關(guān)研究報(bào)道也不少，如湯杰等（2008）采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)對(duì)蓽澄茄揮發(fā)油進(jìn)行萃取，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化其工藝，隨后研究其在鎮(zhèn)痛方面的活性；王姿媛等（2008）通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化蓽澄茄揮發(fā)油的超臨界二氧化碳萃取工藝，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究其藥效；程軒軒和黃鏗（2012）則采用水蒸氣蒸餾技術(shù)制備蓽澄茄揮發(fā)油，通過(guò)正交試驗(yàn)得到其最佳提取工藝，建立了提取過(guò)程動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。【本研究切入點(diǎn)】目前，已有較多關(guān)于天然植物揮發(fā)油應(yīng)用于卷煙的研究報(bào)道（孟祥東，2014；邱婷和黃正虹，2015；吳恒等，2015），但尚未見(jiàn)蓽澄茄揮發(fā)油的應(yīng)用研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】從廣西特色植物蓽澄茄中提取揮發(fā)油添加至卷煙中，優(yōu)化其提取工藝，并通過(guò)評(píng)吸法評(píng)價(jià)蓽澄茄揮發(fā)油對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的影響，為天然植物在卷煙中的進(jìn)一步應(yīng)用提供新方向及思路。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

蓽澄茄購(gòu)自南寧市景昌中藥材有限公司，無(wú)水乙醇、無(wú)水硫酸鈉購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。主要儀器設(shè)備：常規(guī)水蒸氣蒸餾揮發(fā)油裝置（肥城金塔機(jī)械有限公司）、HH-6型電熱恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司）、KDM型調(diào)溫電熱套（山東省鄄城新華電熱儀器廠）、N-1100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（東京理化器械株式會(huì)社）、BINDER恒溫恒濕箱（德國(guó)Binder公司）、AB204-S型電子分析天平（瑞士梅特勒—托利多公司）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 蓽澄茄揮發(fā)油提取 將洗凈的蓽澄茄粉碎，過(guò)40目篩后，取一定量樣品置于2000 mL圓底燒瓶中，加入一定量蒸餾水，浸泡一定時(shí)間；再接到水蒸氣蒸餾裝置上，蒸餾一段時(shí)間得到蓽澄茄揮發(fā)油，然后用無(wú)水乙醇稀釋100倍并以無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜。

1. 2. 2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別考察液料比（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1）、浸泡時(shí)間（12、24、26、48和60 h）、蒸餾時(shí)間（1、2、3、4和5 h）對(duì)添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙評(píng)吸得分的影響。

1. 2. 3 響應(yīng)面法優(yōu)化蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇液料比、浸泡時(shí)間、蒸餾時(shí)間為自變量，以評(píng)吸得分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理采用3因素3水平的響應(yīng)面分析法，確定蓽澄茄揮發(fā)油提取的最佳工藝參數(shù)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平如表1所示。

1. 2. 4 加香評(píng)吸 在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%的條件下，將一定量未加香加料的煙絲進(jìn)行平衡，之后對(duì)其進(jìn)行蓽澄茄揮發(fā)油加香評(píng)吸試驗(yàn)。加香條件為：蓽澄茄揮發(fā)油添加量0.1 μg/mL，稀釋溶劑為70%乙醇溶液。加香后的煙絲在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡48 h，之后卷成卷煙，由10名廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心評(píng)吸評(píng)委進(jìn)行評(píng)吸。具體評(píng)吸方法參考GB 5606.4-2005《卷煙 第4部分：感官技術(shù)要求》，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 17.0對(duì)單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，Design-Expert V 8.0.6.1對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2. 1. 1 液料比對(duì)添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙評(píng)吸得分的影響 由圖1可知，在固定浸泡時(shí)間24 h、蒸餾時(shí)間2 h的條件下，隨著液料比的增大，添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙評(píng)吸得分呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)液料比為3∶1時(shí)，評(píng)吸得分最高（90.0分），顯著高于其他液料比（P<0.05，下同）；之后隨著液料比的繼續(xù)增大，卷煙評(píng)吸得分不斷下降。液料比為1∶1、2∶1和3∶1的評(píng)吸得分相對(duì)較高，故選擇這3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2. 1. 2 浸泡時(shí)間對(duì)添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙評(píng)吸得分的影響 由圖2可知，在固定液料比3∶1、蒸餾時(shí)間2 h的條件下，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙的評(píng)吸得分呈緩慢升高后緩慢降低的變化趨勢(shì)，總體變化幅度較小。當(dāng)浸泡時(shí)間為24 h時(shí)，評(píng)吸得分最高（80.0分），顯著高于浸泡時(shí)間為12、48和60 h的評(píng)吸得分；之后隨著浸泡時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，評(píng)吸得分緩慢降低。浸泡時(shí)間為12、24和36 h時(shí)，卷煙的評(píng)吸得分相對(duì)較高，故選擇這3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2. 1. 3 蒸餾時(shí)間對(duì)添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙評(píng)吸得分的影響 由圖3可知，在固定液料比3∶1、浸泡時(shí)間24 h的條件下，隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，添加蓽澄茄揮發(fā)油卷煙的評(píng)吸得分呈先升高后快速降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)蒸餾時(shí)間為3 h時(shí)，評(píng)吸得分最高（90.0分），顯著高于其他蒸餾時(shí)間的評(píng)吸得分；之后隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，評(píng)吸得分迅速降低。表明蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，提取出的蓽澄茄揮發(fā)油對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的負(fù)面影響越大。蒸餾時(shí)間為1、2和3 h時(shí)，卷煙的評(píng)吸得分相對(duì)較高，故選擇這3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2. 2 響應(yīng)面法對(duì)蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化

2. 2. 1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果 蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。利用Design-Expert V 8.0.6.1對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到模型的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=83.60+6.88A-6.31B-4.56C-

1.25AB+4.00AC-0.88BC-5.36A2-5.49B2+0.26C2。

為了檢驗(yàn)方程的有效性，對(duì)評(píng)吸得分的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。在模型中P<0.05，表明回歸模型達(dá)顯著水平，而失擬項(xiàng)P=0.2231，大于0.05，表明失擬項(xiàng)不顯著。該模型一次項(xiàng)A極顯著（P<0.01，下同），B和C顯著，說(shuō)明液料比（A）對(duì)卷煙評(píng)吸得分有極顯著影響，浸泡時(shí)間（B）和蒸餾時(shí)間（C）對(duì)卷煙評(píng)吸得分有顯著影響。在所選取的因素水平范圍內(nèi)，對(duì)評(píng)吸得分的影響程度為：液料比>浸泡時(shí)間>蒸餾時(shí)間。交互項(xiàng)AB、AC和AB的P分別為0.6565、0.1809和0.7546，均大于0.05，對(duì)響應(yīng)值無(wú)顯著影響（P>0.05，下同）；二次項(xiàng)A2、B2和C2的P依次為0.0803、0.0748和0.9231，均大于0.05，對(duì)響應(yīng)值也無(wú)顯著影響。

2. 2. 2 蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝參數(shù)的確定 利用Design-Expert V 8.0.6.1對(duì)所得的回歸方程求解，在本研究選取范圍內(nèi)獲得蓽澄茄揮發(fā)油最佳提取工藝條件為：液料比2.53∶1、浸泡時(shí)間18.03 h、蒸餾時(shí)間1.03 h，在此預(yù)測(cè)最佳條件下，卷煙的評(píng)吸得分為90.0分。通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，將工藝條件微調(diào)為：液料比2.5∶1、浸泡時(shí)間18 h、蒸餾時(shí)間1 h，實(shí)際卷煙評(píng)吸得分為90.5分，略高于預(yù)測(cè)值。

3 討論

目前，我國(guó)煙草行業(yè)正大力發(fā)展中式特色卷煙，已有不少學(xué)者研究將天然植物揮發(fā)油應(yīng)用于卷煙中，以改善卷煙吸食品質(zhì)、提升香氣質(zhì)、減少刺激性，如孟祥東（2014）將金銀花揮發(fā)油添加至卷煙中，發(fā)現(xiàn)其可改善卷煙的香氣質(zhì)；吳恒等（2015）將檸檬葉揮發(fā)油添加至卷煙中，發(fā)現(xiàn)檸檬葉揮發(fā)油能起到改善余味的作用；但至今尚未見(jiàn)蓽澄茄揮發(fā)油應(yīng)用于卷煙的研究報(bào)道。本研究將蓽澄茄揮發(fā)油添加至卷煙中，以考察其對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，蓽澄茄揮發(fā)油能起到提升卷煙香氣質(zhì)、降低煙氣刺激性、改善余味、掩蓋雜氣等作用，對(duì)卷煙吸食品質(zhì)有較好的影響，卷煙評(píng)吸得分達(dá)90.5分。許多植物提取物具有濃郁的植物特征香，與卷煙中的煙草本香難以諧調(diào)，甚至?xí)档途頍熛銡赓|(zhì)（李志華等，2014），而蓽澄茄揮發(fā)油中的藥香能較好地與煙草本香諧調(diào)并可提升香氣質(zhì)，具有應(yīng)用潛力。

本研究還發(fā)現(xiàn)，不同工藝條件下提取的蓽澄茄揮發(fā)油對(duì)卷煙吸食品質(zhì)影響也有所不同。當(dāng)液料比例過(guò)大、浸泡時(shí)間過(guò)久、蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，所獲得揮發(fā)油對(duì)卷煙香氣質(zhì)提升無(wú)明顯效果甚至具有降低作用；而當(dāng)液料比小于3∶1、浸泡時(shí)間在36 h以內(nèi)、蒸餾時(shí)間不超過(guò)1 h時(shí)，所獲得揮發(fā)油能夠提升卷煙吸食品質(zhì)，與孟祥東（2014）的研究結(jié)果相似，即適量的植物揮發(fā)油添加到卷煙中能提升卷煙香氣質(zhì)、掩蓋雜氣，而當(dāng)添加量過(guò)大或添加濃度過(guò)高時(shí)會(huì)使香氣與煙香不協(xié)調(diào)，甚至掩蓋卷煙本身香氣。本研究?jī)?yōu)化的蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝可為其在卷煙中的進(jìn)一步應(yīng)用提供技術(shù)參考。

本研究?jī)?yōu)化了蓽澄茄揮發(fā)油提取工藝，并評(píng)價(jià)了其對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的總體影響，但蓽澄茄揮發(fā)油中哪些成分對(duì)卷煙吸食品質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)有積極的影響，哪些成分有消極的影響，均有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在液料比2.5∶1、浸泡時(shí)間18 h、水蒸氣蒸餾時(shí)間1 h的條件下提取得到的蓽澄茄揮發(fā)油對(duì)提升卷煙的吸食品質(zhì)效果最佳，可應(yīng)用于卷煙加香和品質(zhì)提升。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）