黨參精油的超臨界CO2萃取、揮發(fā)性成分分析及在卷煙中的應(yīng)用

摘要：以黨參精油提取率為量化指標(biāo)，考察了超臨界CO2萃取黨參精油工藝，采用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)研究提取溫度、時(shí)間、壓力對(duì)黨參精油提取率的影響，確定的最優(yōu)工藝條件是萃取溫度50 ℃、萃取時(shí)間90 min、萃取壓力24 MPa，黨參精油的提取率達(dá)1.409%。利用GC/MS對(duì)黨參精油的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，鑒定出34種化合物，占總峰面積的83.51%，其主要成分為維生素E、棕櫚酸、環(huán)酰草胺、肉桂酸、鄰苯二甲酸二丁酯、肉豆蔻酸、別香橙烯以及檸檬酸三乙酯等，這些物質(zhì)是構(gòu)成卷煙香味的重要物質(zhì)。卷煙加香試驗(yàn)結(jié)果表明，卷煙葉組中加入黨參精油后，其能與煙香諧調(diào)，提高香氣質(zhì)、增大香氣量。同時(shí)還能起到提高煙氣細(xì)膩度、增強(qiáng)回甜感、減輕雜氣的作用。

關(guān)鍵詞：黨參精油；超臨界CO2萃?。粨]發(fā)性成分；卷煙加香

中圖分類號(hào)：S567.5+3.85∶TS426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）16-4198-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.032

目前中草藥在食品、化妝品、體育用品等領(lǐng)域都有較快的發(fā)展，并且在煙草行業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用。某些中草藥添加劑在卷煙燃吸過程中熱解產(chǎn)生新物質(zhì)，使煙氣柔和細(xì)膩，雜氣、余味得到改善，使煙香豐滿，差異化突出。黨參（Codonopsis pilosula）為桔?？疲–ampanulaceae）黨參屬（Codonopsis Wall.）多種植物的根。其性平、味甘，具有生津止咳、補(bǔ)中益氣等功效?？捎糜谥委煔舛绦募?、脾肺虛弱、食少便溏、內(nèi)熱消渴、虛喘咳嗽等病征，是中國(guó)傳統(tǒng)的補(bǔ)益藥[1-7]。目前對(duì)黨參的研究主要集中于質(zhì)量評(píng)價(jià)[8，9]、化學(xué)成分[10-13]、藥理作用[14-19]等方面，而對(duì)其提取工藝、成分分析的研究不多，尤其是關(guān)于黨參精油對(duì)卷煙致香作用的報(bào)道較少，所以研究黨參精油的具體化學(xué)組成對(duì)卷煙新產(chǎn)品開發(fā)和煙用香精的調(diào)制及品質(zhì)控制都有一定的經(jīng)濟(jì)意義。試驗(yàn)采用超臨界流體萃取技術(shù)[20]提取黨參中的有效成分，研究了溫度、壓力、時(shí)間對(duì)超臨界流體萃取精油提取率的影響，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行了最佳工藝優(yōu)化，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）對(duì)精油的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析，并通過卷煙加香感官評(píng)價(jià)對(duì)其在卷煙中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，旨在開發(fā)出新型的天然煙用香精香料，為卷煙品質(zhì)風(fēng)格彰顯提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

中藥黨參（產(chǎn)自吉林）由頤中青島實(shí)業(yè)公司提供；無水乙醇（分析純）購于南京華嘉化學(xué)試劑有限公司，CO2（食品級(jí)，純度≥99.5%）購于青島氧氣廠，氦氣（99.999%）和70%乙醇（食品級(jí)）為市售，二氯甲烷（分析純）為自備，卷煙葉組由青島卷煙廠提供。

儀器主要有PL203型天平（瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司），量程210 g，感量0.001 g；6890/5973N型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析儀（美國(guó)安捷倫公司），配有G1701MSD化學(xué)工作站和NIST 02標(biāo)準(zhǔn)譜庫；HL（5+1）L/50BQ型超臨界CO2萃取儀（杭州華黎泵業(yè)有限公司）；FED115型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（德國(guó)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型恒溫恒濕培養(yǎng)箱（德國(guó)Binder公司）。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗(yàn) 試驗(yàn)以黨參精油提取率為考察指標(biāo)，在其他萃取條件都相同的情況下，單獨(dú)改變某個(gè)因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，研究各因素對(duì)黨參精油提取效果的影響。精確稱取200 g黨參粉末（過80目篩），放入超臨界CO2的萃取釜中，量取180 mL無水乙醇夾帶劑，CO2流量為10 L/h，分別設(shè)置萃取溫度（℃）、萃取時(shí)間（min）和萃取壓力（MPa）3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)置5個(gè)水平，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。收集萃取物，稱重計(jì)算黨參精油提取率。

黨參精油提取率=收集的精油萃取物重量（g）/提取前黨參粉末重（g）×100%

1.2.2 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)提取效果影響比較顯著的因素進(jìn)行多因素正交試驗(yàn)，找出超臨界流體萃取黨參精油的最佳工藝參數(shù)，并分析各個(gè)影響因素對(duì)提取效果的交互作用。依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)萃取時(shí)間、萃取壓力和萃取溫度的3因素、3水平L9（33）正交試驗(yàn)，各因素、水平見表1。

1.2.3 黨參精油的GC/MS分析 準(zhǔn)確稱取黨參精油0.10 g置于50 mL容量瓶中，加入二氯甲烷使其溶解，搖勻，用于氣相色譜-質(zhì)譜分析。利用安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析儀分離和鑒定黨參精油的揮發(fā)性化學(xué)成分。分析條件如下：①氣相色譜條件。HP-5MS型彈性石英毛細(xì)管色譜柱（50 mm×0.25 mm×0.50 μm），載氣為高純氦氣（He），流速1 mL/min，進(jìn)樣量1 μL，進(jìn)樣口溫度280 ℃，分流比1∶20。升溫程序：起始溫度50 ℃，保持5 min，然后以5 ℃/min的速率升至260 ℃，保持5 min。②質(zhì)譜條件。離子源溫度250 ℃，四級(jí)桿溫度130 ℃，接口溫度280 ℃，電離方式EI，電子能量70 eV，全掃描模式，質(zhì)量掃描范圍33～550 amu。③數(shù)據(jù)處理和質(zhì)譜檢索。檢索譜庫為NIST02庫，面積歸一化法定量分析將所有出峰組分的含量之和按100%計(jì)算，當(dāng)測(cè)量參數(shù)為峰面積時(shí)，計(jì)算公式如下：

Xi=Ai×fi/fi（∑Ai）×100%，

式中，Xi為樣品中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； fi是組分i的校正因子； Ai是組分i的峰面積；

忽略校正因子，將面積直接歸一化，即按照下式計(jì)算：

Xi=Ai/∑Ai。

通過對(duì)各分離組分利用計(jì)算機(jī)譜庫（NIST02）進(jìn)行檢索、對(duì)照、解析，并參考相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律進(jìn)行核對(duì)，確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2.4 卷煙加香與感官評(píng)價(jià) ①嗅香評(píng)價(jià)。準(zhǔn)確稱取5 g黨參精油，用5 mL 95%乙醇溶解，溶解后放置于密閉的磨口瓶中，由卷煙評(píng)吸專家小組進(jìn)行嗅香評(píng)價(jià)，嗅其揮發(fā)香味，分辨其香氣，評(píng)定其類型、風(fēng)格及其典型性的強(qiáng)弱程度，評(píng)價(jià)結(jié)果用雷達(dá)圖表示。②卷煙加香。將黨參精油用70%乙醇稀釋成10%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%設(shè)計(jì)要求分別取10%的黨參精油乙醇溶液0.100、0.300、0.500 mL，用微量噴霧器均勻地噴灑在煙絲上，對(duì)照樣采用同量的70%乙醇溶液。處理好的樣品密閉儲(chǔ)存約4 h，低溫（40 ℃）烘干，手工制作卷煙，然后置于溫度（22±2） ℃、相對(duì)空氣濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中，單層平放48 h，平衡至水分為（12±1）%。評(píng)價(jià)小組由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司具有國(guó)家頒發(fā)的卷煙感官評(píng)吸技術(shù)合格證書的7名評(píng)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）進(jìn)行內(nèi)在質(zhì)量評(píng)吸評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取溫度對(duì)黨參精油提取率的影響 萃取溫度是超臨界萃取黨參精油工藝的一個(gè)重要參數(shù)，萃取溫度對(duì)黨參精油提取率的影響情況見圖1。由圖1可見，隨著萃取溫度的提高，黨參精油的提取率先增加后減少；當(dāng)萃取溫度為50 ℃時(shí)，提取率達(dá)到最大；但繼續(xù)升高萃取溫度，則黨參精油的提取率會(huì)急劇下降。這是由于在一定萃取壓力條件下，萃取溫度升高后，被萃取物有效成分的分子運(yùn)動(dòng)速度加快，滲透、擴(kuò)散、溶解速率增快，有效成分更易從細(xì)胞中轉(zhuǎn)移到溶劑中，擴(kuò)散系數(shù)增大，傳質(zhì)速度加快，揮發(fā)性增加，被萃取物在超臨界氣相中的濃度增大，所以提取率增大。但隨著溫度的繼續(xù)升高，超臨界流體密度降低，攜帶物質(zhì)的能力降低，溶解度減小，加上其他成分也被浸提出來，從而導(dǎo)致有效成分的提取率下降。由于這兩方面的作用是對(duì)立的，因此對(duì)有效成分的提取在一定的條件下存在著一個(gè)矛盾的平衡點(diǎn)，在溫度上體現(xiàn)出來即是上述兩方面平衡的最適宜提取溫度，即為50 ℃。

2.1.2 萃取時(shí)間對(duì)黨參精油提取率的影響 萃取時(shí)間對(duì)黨參精油提取率的影響情況見圖2。由圖2不難看出，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，黨參精油的提取率先增加，然后基本不變。當(dāng)萃取時(shí)間為90 min時(shí)，提取率達(dá)最大。提取90 min后，提取過程已基本達(dá)到平衡，再延長(zhǎng)提取時(shí)間，提取率反而有所下降?？紤]到隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，黨參精油有效成分的穩(wěn)定性下降，以及提取的成本會(huì)增加，因此應(yīng)盡量減少萃取時(shí)間，所以試驗(yàn)的最適宜萃取時(shí)間為90 min。這可能與各組分之間存在“溶解互助”效應(yīng)有關(guān)。黨參精油風(fēng)味成分復(fù)雜，其中性質(zhì)相近的組分之間可互為提攜劑。萃取時(shí)間過長(zhǎng)，由于其中某些組分會(huì)分解而失去相互提攜的優(yōu)勢(shì)。

2.1.3 萃取壓力對(duì)黨參精油提取率的影響 萃取壓力對(duì)黨參精油提取率的影響情況見圖3。從圖3可見，隨萃取壓力的加大，黨參精油的提取率先增加后基本不變。從30 MPa開始，隨著壓力的增大，提取率基本上趨于穩(wěn)定，并略微有所下降。這是由于超臨界流體的溶解能力與其密度有關(guān)，而超臨界流體密度與萃取壓力在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系。萃取溫度一定時(shí)，壓力增大，CO2密度增大，溶解能力增強(qiáng)。但當(dāng)壓力過大時(shí)，更多雜質(zhì)溶出，不利于亞臨界流體與原料有效成分的接觸。所以提取率隨萃取壓力增加而減少。只在萃取壓力為30 MPa時(shí)，提取率達(dá)最大。

2.2 工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)置的L9（33）正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2中的極差分析可知，各因素對(duì)黨參精油提取率的作用主次順序?yàn)镃>A>B。對(duì)因素A而言，3個(gè)水平差異明顯，水平2優(yōu)于其他2個(gè)水平；對(duì)于因素B而言，水平2優(yōu)于其他2個(gè)水平，3個(gè)水平有著明顯的差異；對(duì)于因素C而言，水平2明顯優(yōu)于水平1和水平3，對(duì)提高黨參萃取物產(chǎn)率有很大的影響。

綜合單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)結(jié)果，分析后認(rèn)為，各因子的最優(yōu)組合為C2A2B1，即萃取溫度為 50 ℃、萃取時(shí)間為90 min、萃取壓力為24 MPa，此最優(yōu)條件下黨參萃取物的提取率為1.409%。

2.3 黨參精油的GC/MS分析

按照試驗(yàn)的GC/MS條件對(duì)黨參精油揮發(fā)性成分進(jìn)行分離分析，得到總離子流各峰的質(zhì)譜圖，具體見圖4；經(jīng)毛細(xì)管色譜柱分離，共分離出39種組分，采用計(jì)算機(jī)對(duì)各峰的質(zhì)譜圖進(jìn)行NIST02標(biāo)準(zhǔn)譜庫的檢索，根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律進(jìn)行核對(duì)，確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)，共確定了34種組分的化學(xué)成分，結(jié)果見表3。從表3可知，GC/MS分析從黨參精油中共鑒定出34種成分，占總峰面積的83.51%，其中含量較高的有維生素E（30.345%）、棕櫚酸（19.795%）、環(huán)酰草胺（7.449%）、肉桂酸（6.170%）、鄰苯二甲酸二丁酯（3.916%）、肉豆蔻酸（3.707%）、別香橙烯（3.522%）以及檸檬酸三乙酯（2.531%）。這些揮發(fā)性成分中，角鯊烯是煙葉中非色素的萜烯類物質(zhì)，可通過降解轉(zhuǎn)化形成煙草的致香物；肉桂酸具有弱的蜜香和膏香，留香時(shí)間特別持久，可以調(diào)和出蜜甜和辛香香韻，增加巧克力和香料煙風(fēng)味；己酸為低碳酸，對(duì)卷煙的吸味有重要作用，可以調(diào)和出蘋果、漿果樣酸味，緩和煙氣刺辣感；4-甲基吡啶具有煙草的特征香氣，可用于增補(bǔ)煙草制品的香氣；棕櫚酸是煙葉中重要的香氣前體物，其含量與卷煙香吃味品質(zhì)呈正相關(guān)。

2.4 卷煙感官評(píng)價(jià)

卷煙嗅香評(píng)價(jià)及加香評(píng)價(jià)效果情況分別見圖5、表4。由圖5可知，黨參精油在青滋香和藥草香方面表現(xiàn)突出，達(dá)到3分，膏香、木香各為2分，辛香、果香各為1分。在中式卷煙中，這幾種香型添加劑的使用都較為廣泛。根據(jù)辨香專家的嗅香評(píng)價(jià)結(jié)果，黨參精油具有比較理想的香型及香韻表現(xiàn)形式，具有在卷煙中添加的應(yīng)用前景。由表4可見，適當(dāng)比例的黨參精油能與煙香相協(xié)調(diào)，提高香氣質(zhì)，增加香氣豐富性，降低卷煙香氣的粗糙度，使之更細(xì)膩，增強(qiáng)回甜感，并能明顯改善吸味和余味，去除雜氣，減少刺激。黨參精油其最大的特點(diǎn)是用量少，適合各種烤煙型卷煙的加香，但用量不宜過大，否則會(huì)掩蓋煙香，并與煙香不諧調(diào)。黨參精油的建議用量為0.01%～0.015%。

3 小結(jié)

以黨參精油提取率為量化指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上探索了正交試驗(yàn)確定超臨界CO2萃取法提取黨參精油的最佳工藝參數(shù)，即萃取溫度50 ℃、萃取時(shí)間90 min、萃取壓力24 MPa可使黨參精油的提取率達(dá)1.409%。

利用GC/MS對(duì)超臨界CO2萃取法所得黨參精油的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，鑒定出了34種化合物，占總峰面積的83.51%，其主要成分為維生素E、棕櫚酸、環(huán)酰草胺、肉桂酸、鄰苯二甲酸二丁酯、肉豆蔻酸、別香橙烯以及檸檬酸三乙酯等，其中一些化合物如角鯊烯、肉桂酸、己酸、4-甲基吡啶、棕櫚酸等是煙葉的重要香味物質(zhì)，對(duì)提高卷煙的吸食品質(zhì)有重要作用。

卷煙加香試驗(yàn)結(jié)果表明，卷煙葉組中加入黨參精油后，能與煙香協(xié)調(diào)，提高香氣質(zhì)、增加香氣豐富性，降低卷煙香氣的粗糙度，使之更細(xì)膩，增加回甜感，并能明顯改善吸味和余味，去除雜氣，減少刺激。

未來對(duì)超臨界CO2萃取得到黨參精油研究，應(yīng)該進(jìn)一步通過熱裂解等方法分析不同燃燒溫度下精油裂解成分的不同，并通過考察黨參精油的特殊功能性質(zhì)，為其在煙草調(diào)香的應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鐵軍. 輪葉黨參的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)現(xiàn)代中藥，2011，13（6）：52-54.

[2] 郭 美，劉麗莎，何 敏，等. 黨參抗衰老作用的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)老年學(xué)雜志，2013，33（5）：1205-1207.

[3] 周海濤. 黨參活腦有效物質(zhì)基礎(chǔ)研究[D]. 北京：北京中醫(yī)藥大學(xué)，2004.

[4] HERRERO M，CIFUENTES A，IBANEZ E. Sub-and supercritical fluid extraction of functional ingredients from different natural sources： plants，food-by-products， algae and microalgae， a review[J]. Food Chemistry，2006，98：136-148.

[5] REVERCHON E，MARCO I D. Supercritical fluid extraction and fractionation of natural matter[J].The Journal of Supercritical Fluids，2006，38：146-166.

[6] 楊 瑾，袁德培，陳龍全，等. 黨參多糖類成分抗腫瘤活性的研究進(jìn)展[J]. 湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2011，28（3）：67-68.

[7] CHIENTHAVORN O， POONSUKCHAROEN T， PATHRAKORN T. Pressurized liquid and superheated water extraction of active constituents from Zingiber cassumunar Roxb.[J]. Rhizome. Separation Science and Technology，2011，46：616-624.

[8] 鄒元鋒，曹朝生，劉 江，等. 黨參質(zhì)量評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 中草藥，2010，41（3）：附3-附6.

[9] 宋 丹. 川黨參活性成分與品質(zhì)評(píng)價(jià)研究[D]. 上海：上海中醫(yī)藥大學(xué)，2008.

[10] 陳 璐，王天志，楊 兵，等. 比較和優(yōu)化黨參炔苷的提取工藝[J].華西藥學(xué)雜志，2008，23（4）：454-455.

[11] 馮佩佩，李忠祥，原 忠. 黨參屬藥用植物化學(xué)成分和藥理研究進(jìn)展[J]. 沈陽藥科大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，29（4）：307-311.

[12] 賀 慶，朱恩圓，王崢濤，等. 黨參化學(xué)成分的研究[J]. 中國(guó)藥學(xué)雜志，2006，41（1）：10-12.

[13] 王 萌，陳建偉，李 祥，等. 明黨參根皮超臨界萃取部位化學(xué)成分研究[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2012，24（6）：764-767.

[14] 石任兵，周海濤，魏寧漪，等. GC/MS法分析黨參有效部位中揮發(fā)性和脂溶性化學(xué)成分[A]. 中國(guó)藥學(xué)會(huì).2004年中國(guó)藥學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 昆明，2004.190-197.

[15] 劉同舉，閔 江，李淑芬，等. 超臨界CO2萃取黨參中脂溶性成分的工藝研究[J]. 食品科學(xué)，2010，31（14）：145-147.

[16] 宋藝君，郭 濤. 黨參多糖提取純化工藝的研究[J]. 現(xiàn)代中醫(yī)藥，2010，30（3）：77-78.

[17] 孫婉娟，徐斯凡，胡華剛，等.現(xiàn)代提取工藝在黨參中的應(yīng)用[J].中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，22（1）：65-68.

[18] 孟冬玲，劉紹華. 中草藥添加劑在中國(guó)卷煙中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)煙草科學(xué)，2006，27（3）：19-21.

[19] 馬方勵(lì)，楊宜婷.提取新技術(shù)在中草藥保健食品中的應(yīng)用[J].中國(guó)食品工業(yè)，2006（12）：47-49.

[20] 楊 靖，李瑞麗，陳芝飛，等. 八角茴香油的超臨界CO2萃取及分析[J]. 中國(guó)調(diào)味品，2010，35（12）：96-98.