亞臨界萃取對上部選下煙葉品質的影響

姚 倩 馬一瓊 王新中 程良琨 孫九喆 陳 偉 劉 超 王寶林 馬波波 楊永鋒

(河南中煙工業(yè)有限責任公司，河南 鄭州 450000)

河南煙葉屬于濃香型烤煙[1]，其煙味濃厚，吸味干凈，地方性雜氣輕至較重[2]，其煙氣濃郁沉溢，具有焦甜香韻[3]。然而由于田間施肥等栽培方式不當[4-5]，導致河南煙葉營養(yǎng)不均衡，含鉀量偏低、氯含量較高、香氣量不足、香氣質差、雜氣和刺激性大，成熟度不夠，可用性低[6-7]。而河南上部煙葉普遍存在氮含量高、刺激性大等問題[8]，上部低等煙葉的成熟度更加不足，結構緊密、僵硬，煙堿含量偏高，可用性更差，嚴重影響了其在卷煙工業(yè)配方中的使用比例[9-10]。由于每年河南上部選下等級(煙草工業(yè)公司根據(jù)選葉方案對上部煙葉進行分選，不符合等級要求的煙葉為上部選下)煙葉數(shù)量大，因此提高上部選下煙葉可用性尤為重要。

亞臨界萃取是利用亞臨界流體作為萃取劑[11]，根據(jù)有機物相似相溶的原理，通過溶解、分離等過程，最終將目的產物分離出來的一種新型萃取技術[12]。它具有無毒、無害、非熱加工、不破壞產品的生物活性、防止氧化、產能大、可工業(yè)化大規(guī)模生產等優(yōu)點[13]，已被廣泛應用于天然化學提取領域[14-16]。謝豪等[17]利用亞臨界萃取技術提取甜橙油，得到的甜橙油其香氣成分較好地保存下來，香氣也更接近天然狀態(tài)；彭凱迪等[18]運用亞臨界丁烷萃取法研究酸棗仁油的提取效果，結果表明不同萃取條件下萃取效果不同；楊中民等[19]以眾香子果實為原料，采用正交試驗確定了采用亞臨界萃取眾香子時，在萃取溫度為60 ℃，萃取次數(shù)為4次以及萃取時間為60 min條件下，出油率最高，可達4.58%。在煙草領域，田海英等[20-21]研究了亞臨界萃取技術在卷煙降焦減害方面的應用，結果表明經亞臨界萃取可以降低卷煙焦油、煙堿含量，提高卷煙感官質量。除此之外，亞臨界萃取技術在煙草領域其他方面的研究還鮮有報道。試驗擬研究采用不同萃取劑的亞臨界萃取對提高河南上部低等煙葉可用性的影響，以期為卷煙生產上合理利用上部選下煙葉、提高上部低等煙葉可用性提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 煙葉

選擇河南3個不同產區(qū)2016年的上部分選選下煙葉，分別為：A(駐馬店上部選下煙葉)、B(漯河上部選下煙葉)和C(周口上部選下煙葉)。

1.1.2 主要試劑

二甲醚、丁烷：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.3 主要儀器

吸煙機：SM450直線型，英國Cerulean公司；

亞臨界溶劑萃取設備：CBE-5L型，河南省亞臨界生物技術有限公司；

氣質聯(lián)用儀：6890GC/5973MS型，美國Agilent公司；

連續(xù)流動分析儀：SEAL AA3型，美國PE公司。

1.2 方法

1.2.1 上部選下煙葉處理 用亞臨界萃取方法處理3個不同產區(qū)上部選下煙葉，以未用亞臨界萃取技術處理的3個產地煙葉作為對照。分別用二甲醚和丁烷作為萃取劑處理3個產地煙葉，以二甲醚作為萃取劑處理的記為：A1、B1、C1；以丁烷作為萃取劑處理的記為：A2、B2、C2；未用亞臨界萃取處理的煙葉記為：A、B、C。

亞臨界萃取過程：對試驗煙絲進行打包，整體置入密閉萃取罐中，抽真空并向罐內注入適量的萃取溶劑，將樣品完全浸沒，在30 ℃下萃取30 min。

1.2.2 化學成分測定 取每個處理各200 g煙葉，用研磨器粉碎后過60目篩，按照煙草行業(yè)標準對煙葉進行前處理，之后采用AA3型連續(xù)流動分析儀進行化學成分的測定[22]。

1.2.3 主流煙氣測定 取各處理煙葉切絲后，用手工打煙器卷制成卷煙，用Cerulean SM450直線型吸煙機補集主流煙氣，測定主流煙氣各指標值。

(1)總粒相物和焦油測定：按GB/T 19609—2004執(zhí)行。

(2)水分測定：按GB/T 23203.1—2013執(zhí)行。

(3)煙堿測定：按GB/T 23355—2009執(zhí)行。

(4)一氧化碳測定：按GB/T 23356—2009執(zhí)行。

1.2.4 灰色關聯(lián)分析 采用灰色關聯(lián)分析對樣品的常規(guī)化學成分進行綜合評價[23-25]，其中最優(yōu)參考值的確定依據(jù)不同指標的特點，總糖、還原糖、兩糖比、鉀和鉀氯比取最大值為最優(yōu)參考值，蛋白質、氯元素取最小值為最優(yōu)參考值，參照有關專家的研究建議，總氮、煙堿、糖堿比和氮堿比分別取2.25%，2.5%，10，0.9作為最優(yōu)參考值。經計算總糖、還原糖、總氮、煙堿、蛋白質、鉀、氯、糖堿比、氮堿比、兩糖比和鉀氯比的權重分別為0.11，0.11，0.09，0.02，0.06，0.14，0.09，0.10，0.07，0.11，0.11。

1.2.5 感官質量評價 由河南中煙工業(yè)有限責任公司的評吸委員會成員采用9分制法，對經亞臨界萃取后的上部選下煙葉進行感官質量評價，感官總分按式(1)計算。

T=(A+B)×2.0+(C+D)×1.5+E+F+G+H，

(1)

式中：

T——感官總分；

A、B、C、D、E、F、G、H——分別代表香氣質、香氣量、濃度、柔細度、余味、雜氣、刺激性和勁頭的得分。

1.2.6 統(tǒng)計分析方法 試驗得到各項指標的數(shù)據(jù)運用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，使用SPSS 23.0 中Duncan方法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 萃取劑殘留情況分析

試驗檢測了經亞臨界萃取處理煙葉樣品中二甲醚和丁烷的殘留情況，結果顯示，未發(fā)現(xiàn)萃取劑成分殘留，可見，亞臨界萃取技術不會在處理煙葉中引入萃取劑。

2.2 亞臨界萃取處理對上部選下煙葉化學成分的影響

目前主要用糖堿比、氮堿比、兩糖比和鉀氯比等指標對煙葉的化學成分是否協(xié)調進行判斷，且比值分別在10、0.9、≥0.75、≥4為宜[26]。

由表1可知：

(1)A、B和C經亞臨界萃取后，總氮、煙堿和蛋白質含量均有所降低，除A2與A未達到顯著差異外，其余處理均與對照之間達到顯著差異；3個產地上部選下煙葉經亞臨界萃取后糖堿比升高，A1、A2的糖堿比達到優(yōu)質煙葉標準，且A與A1、A2之間達到顯著差異，B與C經亞臨界萃取后，糖堿比有所提高，其中B與B2之間達到顯著差異，與B1未達到顯著差異，C與C1、C2之間差異不顯著。

表1 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉常規(guī)化學成分含量?

? 同一產地不同處理樣品肩標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。

(2)就A而言，A1和A2的總糖、還原糖含量在數(shù)值上高于A，但與A之間未達到顯著差異；鉀含量A1高于A，A2低于A，三者之間未達到顯著差異；氯含量A1低于A和A2，三者之間未達到顯著差異；氮堿比和兩糖比A1、A2在數(shù)值上均大于A，三者之間未達到顯著差異；鉀氯比A1大于A，三者之間未達到顯著差異。

(3)就B而言，B1和B2的總糖、還原糖含量在數(shù)值上高于B，但與B之間未達到顯著差異；鉀含量和氯含量B1、B2均低于B，三者之間未達到顯著差異；氮堿比和兩糖比B1、B2在數(shù)值上均小于B，三者之間未達到顯著差異；鉀氯比B1、B2在數(shù)值上大于B，三者之間未達到顯著差異。

(4)就C而言，C1和C2的總糖、還原糖含量在數(shù)值上低于C，但與C之間未達到顯著差異；鉀含量C1低于C、C2均高于C，三者之間未達到顯著差異；氯含量經萃取后變化不大；兩糖比和鉀氯比，C1在數(shù)值上均小于C，三者之間未達到顯著差異；C2在數(shù)值上大于C，三者之間未達到顯著差異。

總的來看，經亞臨界萃取后，總氮、煙堿、蛋白質含量減少，糖含量、糖堿比有所上升，鉀氯含量變化不大，是因為堿性物質在萃取劑中具有很好的溶解性，蔗糖、麥芽糖、淀粉、葡萄糖、果糖、戊糖、乳糖等幾乎不溶于萃取溶劑[27]，鉀和氯在萃取前后變化不大，可能是鉀和氯在煙草中以離子狀態(tài)存在，根據(jù)相似相溶原理它們不溶于有機溶劑而未被萃取出來[28]。

采用灰色關聯(lián)分析法可以明確各項化學指標整體協(xié)調性，從而可根據(jù)結果進行綜合評價。由圖1可以看出，A1、A2和B1、B2均較A和B綜合得分有所提高，而C1、C2較C綜合得分有所減少。對比A1與A2、B1與B2、C1與C2，整體來看，二甲醚萃取后的煙葉化學成分綜合得分高于丁烷萃取。

圖1 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉常規(guī)化學成分綜合得分

Figure 1 Comprehensive evaluation score in upper surplus tobacco of Henan was treated by subcritical extraction

2.3 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉煙氣成分的差異

對亞臨界萃取處理的河南上部選下煙葉的主流煙氣含量進行檢測，結果見表2。A、B和C經亞臨界萃取后，總粒相物、水分、煙堿和焦油含量均明顯降低，且與對照達到顯著差異；A和C經亞臨界萃取后CO含量較對照有明顯減少，且達到顯著差異，B經亞臨界萃取后CO含量有所減少，B2與B達到顯著差異，B1與B之間差異不顯著。平均吸阻和抽吸口數(shù)經亞臨界萃取后，變化幅度較小，處理與對照之間未達到顯著差異。

目前煙堿、焦油和CO含量是影響卷煙安全性的重要因素，歐盟市場已規(guī)定了卷煙制品煙堿、焦油和CO含量的最高限，生產低危害卷煙成為煙草行業(yè)今后發(fā)展的必然趨勢[29]。比較二甲醚和丁烷的萃取效果，A1、C1的煙堿、CO含量小于A2、C2；B1、C1的焦油含量小于B2、C2?？傮w來看，用二甲醚萃取的降焦減害效果要優(yōu)于丁烷萃取的效果。

表2 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉煙氣成分含量?

? 同一產地不同處理樣品肩標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。

2.4 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉感官評價的差異

對亞臨界萃取處理的河南上部選下煙葉進行感官評價，結果見表3。經亞臨界萃取后的煙葉雜氣和刺激性明顯得到改善，得分在處理與對照間的差異達到顯著水平；香氣質和余味得分有所提高，但處理與對照之間差異未達到顯著水平；香氣量經亞臨界萃取后有所減少，A1、A2與A得分之間差異顯著，B、C處理與對照之間差異不顯著；濃度得分有所減少，A、B處理與對照之間差異顯著，C處理與對照差異不顯著；細膩程度有所提高，A1、A2與A之間差異達到顯著水平，B1與B之間差異顯著，B2與B之間差異不顯著，C2與C之間差異顯著，C1與C之間差異不顯著?？偟膩砜?，亞臨界萃取后煙絲細膩程度、雜氣、刺激均好于對照，雜氣中的堿性刺激物含量變??；香氣量和濃度略有下降，勁頭變化較小。這與萃取后煙絲中煙堿、蛋白質、總氮等含氮物質含量降低有密切關系，萃取后的煙絲最突出的特點是柔細平潤。

表3 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉感官評價各指標得分?

? 同一產地不同處理樣品肩標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。

由圖2可知，經亞臨界萃取后各地上部選下煙葉感官質量明顯有所提高，且B處理與對照之間差異達到顯著水平，A和C處理與對照總得分差異不顯著。經二甲醚萃取處理的得分高于經丁烷萃取處理的，表明在提高河南上部選下煙葉方面，使用二甲醚作為萃取劑優(yōu)于丁烷。

3 結論

試驗運用亞臨界萃取方式，通過分析上部選下煙葉化學成分含量、化學成分綜合得分、主流煙氣以及感官質量結果，對比評價亞臨界萃取后和未經過亞臨界萃取的煙葉綜合質量。結果表明：在化學成分方面，通過亞臨界萃取后，上部選下煙葉的總氮、煙堿、蛋白質等堿性物質明顯減少，糖堿比升高，鉀氯含量變化不明顯，化學成分綜合得分有所提高；在主流煙氣含量方面，經亞臨界萃取后焦油、煙堿和CO含量明顯減少；在感官評價各項指標中，經亞臨界萃取后雜氣和刺激性明顯改善，綜合得分有所提高；在對比不同萃取劑的效果方面，經二甲醚萃取后的煙葉各項指標結果優(yōu)于丁烷萃取的結果。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 2 The total score of sensory evaluation in upper surplus tobacco of Henan was treated by subcritical extraction

在接下來的研究中，可以選用更多不同萃取劑深入研究提高煙葉使用質量的效果；此外，試驗選取對象為河南的駐馬店、漯河和周口3個產區(qū)的上部選下煙葉，其他不同地區(qū)和不同部位煙葉的適用性還有待進一步深入研究。