基于樣品前處理工藝優(yōu)化的云南宣威曬煙致香成分特征分析

張 玲，韋克毅*，王夸平，趙英良，徐世濤，李 超，湯丹瑜，李振杰

(1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650233；2.云南中煙新材料科技有限公司，云南 昆明 650106)

云南晾曬煙種植歷史悠久，并在云南獨(dú)特的地理、氣候條件下經(jīng)過多年的栽培形成了云南的特有變種[1].晾曬煙的類別主要包括淺色晾煙、深色晾煙、曬紅煙和曬黃煙[2].晾曬煙品質(zhì)風(fēng)格特色明顯，是我國中式卷煙豐富的原料資源，具有潛在的開發(fā)優(yōu)勢.一些研究者[3-8]對晾曬煙的外在質(zhì)量和化學(xué)成分進(jìn)行了一定的研究，從理論上證明了晾曬煙在烤煙型卷煙“減害”方面具有不可替代的作用.在眾多的提取技術(shù)中，分子蒸餾技術(shù)因其適合于高沸點、熱敏性以及易氧化物料的分離純化，同時又具有高真空、分離溫度低等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化、香料等領(lǐng)域[9，10]，因此也被應(yīng)用于晾曬煙成分的提取.相關(guān)報道[11-16]利用分子蒸餾技術(shù)對制備烤煙和晾曬煙提取物的溶劑選擇、工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究.上述文獻(xiàn)涉及分子蒸餾技術(shù)主要以低濃度乙醇提取、現(xiàn)代膜技術(shù)過濾等技術(shù)為主，在安全性、去除雜質(zhì)等方面具有一些優(yōu)勢，但存在以下問題：一是提取物原料中較高的水分含量會使提取溶劑的濃度降低，導(dǎo)致提取物中水溶性的糖類、蛋白質(zhì)等含量偏高，分子蒸餾過程中容易發(fā)生炭化、起泡等現(xiàn)象；二是晾曬煙葉中含有脂溶性植物色素，易溶于乙醇、乙醚和氯仿等溶劑，因此采用乙醇作為提取溶劑的提取物含有大量植物色素，不去除其中色素則會影響分子蒸餾過程中的流動性；三是現(xiàn)有工藝技術(shù)要求高，設(shè)備成本高昂；四是不同的晾曬煙種質(zhì)資源類型間，同一類型的不同種質(zhì)間的化學(xué)成分、多酚、石油醚提取物、有機(jī)酸等致香成分差異較大[17]，會對晾曬煙提取物得率、品質(zhì)產(chǎn)生影響.

云南宣威具有較久遠(yuǎn)的種植歷史，且曬煙的種植規(guī)模較大.在宣威的祿鄉(xiāng)、龍?zhí)舵?zhèn)、樂豐鄉(xiāng)均有曬煙種植，平均每年種植面積達(dá) 133.3 hm2左右[18].以宣威曬煙作為研究對象對云南煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定現(xiàn)實意義.因此，本研究選取云南宣威地方曬煙樣品開展分子蒸餾技術(shù)前處理工藝優(yōu)化，并對當(dāng)?shù)貢駸熤孪愠煞痔卣鬟M(jìn)行分析，以期為云南宣威地方曬煙分子蒸餾技術(shù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試曬煙品種為大黑煙，產(chǎn)自云南宣威樂業(yè)鎮(zhèn)，由宣威市鵬博種植養(yǎng)殖場由提供.種植時間為2021年4月，種植株行距為60 cm×120 cm，取樣時間為2021年9月，取樣部位為中部，材料總質(zhì)量為50 kg.

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理優(yōu)化試驗

樣品制備：采用L9(34)正交實驗設(shè)計，試驗設(shè)物料比(曬煙∶乙醇)、提取溶劑體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、活性炭過濾棉厚度4個因素，每個因素3個水平共9個處理，各處理組合及因素水平見表1.使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀制備樣品，提取液在70 ℃、絕對壓強(qiáng)為1.5×104Pa條件下濃縮至密度為1.2 g/cm3.

萃取與脫色：在上述濃縮制備完成的樣品中加入4倍樣品質(zhì)量的自來水，60 ℃溶解1 h后放置室溫下分層，上層油膏得率為原料質(zhì)量的4%，加入體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇溶液，60 ℃溶解1 h，經(jīng)活性炭無紡布脫色，冷沉過濾，制備得到晾曬煙濾液.

減壓濃縮：在70 ℃條件下，將濾液環(huán)境壓強(qiáng)逐漸從大氣壓降至5×103Pa濃縮至無溶劑流出，制備得到曬煙凈油初膏.

分子蒸餾：曬煙凈油初膏進(jìn)料速度為 5 mL/min，蒸餾溫度為130 ℃，冷凝溫度為60 ℃，真空壓力為4 Pa，根據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動平均自由程的差別實現(xiàn)分離，輕分子(輕組分)達(dá)到冷凝板被冷凝排出，而重分子(重組分)達(dá)不到冷凝板沿混合液排出，制備曬煙輕組分和重組分.

表1 正交試驗設(shè)計因素水平

1.2.2 致香成分檢測

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS) (型號：安捷倫6890-5973)對樣品致香成分進(jìn)行檢測.色譜條件：色譜柱為DB-5 MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣He，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度260 ℃，樣量1 μL，溶劑延遲時間 2 min，分流比10∶1；升溫程序：50 ℃(保持 1 min)→以 8 ℃/min 升溫至160 ℃(保持2 min)→8 ℃/min升溫至260 ℃(保持15 min)；質(zhì)譜條件：EI離子源，電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍30～550 u，傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃.使用NIST和WILEY標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫定性分析.

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下曬煙輕組分凈油得率比較

不同處理所制備的曬煙樣品的輕組分凈油得率差異較明顯，從表2可見，處理6與其他各處理間差異有統(tǒng)計學(xué)意義；處理7和處理9與除處理6以外的其他各處理間差異有統(tǒng)計學(xué)意義.由于煙草凈油的得率非常低，在品質(zhì)一致的情況下得率高低是判斷制備工藝的關(guān)鍵.處理6、處理7和處理9的凈油得率較高，分別為0.81%、0.78%、0.79%，處理1稍差，凈油得率為0.69%.因此，綜合考慮，宣威曬煙凈油制備的適宜提取條件為：物料比1∶5、乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、提取溫度60 ℃、活性炭過濾棉厚度5 mm.

表2 不同處理所制備的曬煙樣品輕組分凈油得率

2.2 優(yōu)化處理條件下樣品凈油致香成分分析

在篩選出的較為優(yōu)化的處理條件下，提取制備不同組分的曬煙凈油.先被蒸餾出來沸點較低的餾分為曬煙輕組分凈油，沸點較高餾分為曬煙重組分凈油.經(jīng)檢測，曬煙輕組分凈油和重組分凈油致香成分檢測結(jié)果見表3和圖1.

表3 優(yōu)化處理條件下樣品致香成分檢測結(jié)果

圖1 致香成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

檢測結(jié)果表明，曬煙輕組分的雜環(huán)類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)55.0%，主要為煙堿；其次為酸類，為20.7%，主要為棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸等；醇類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.8%，主要為葉綠醇和西柏三烯二醇；烴類和酮類的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低.曬煙重組分的酸類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)72.7%，主要為乙酸、3-甲基戊酸；其次為烴類，達(dá)16.0%，主要為2,4-二甲基-1-庚烯、新植二烯；雜環(huán)類、醇類、酮類的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低.

3 討論與結(jié)論

1)已有研究報道煙草凈油制備過程中，一般采用傳統(tǒng)的石油醚作為提取劑或萃取劑來去除掉煙草中的糖類、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)[19],或采用現(xiàn)代膜技術(shù)過濾掉大分子物質(zhì)[20]。對比95%乙醇和石油醚，石油醚的揮發(fā)性更強(qiáng)，采用石油醚作為溶劑來生產(chǎn)曬煙凈油，安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)成本相比較于95%乙醇要高，而采用現(xiàn)代膜處理技術(shù)則存在成本較高的問題.本研究利用正交試驗設(shè)計對云南宣威曬煙分子蒸餾前處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，提取曬煙凈油流動性好，無起泡、炭化等現(xiàn)象，工藝操作簡單.根據(jù)正交試驗設(shè)計結(jié)果表明，提取制備工藝按照：物料比1∶5、乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、提取溫度60℃、活性炭過濾棉厚度5 mm時，獲得最高凈油得率為0.81%.

2)已有報道[19]制備的曬黃煙分子蒸餾輕組分主要致香成分含量為新植二烯、茄酮、苯甲醇，而本研究制備的曬煙輕組分凈油雜環(huán)類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)55.0%，主要為煙堿；其次為酸類，達(dá)20.7%，主要為棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸等；醇類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.8%，主要為葉綠醇和西柏三烯二醇；烴類和酮類相對較低.曬煙重組分凈油的酸類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)72.7%，主要為乙酸、3-甲基戊酸；其次為烴類，達(dá)16.0%，主要為2,4-二甲基-1-庚烯、新植二烯；雜環(huán)類、醇類、酮類相對較低.檢測結(jié)果顯示致香成分和已有報道差異較大，因此，有必要針對不同品種、產(chǎn)地、調(diào)制工藝的曬煙進(jìn)行工藝優(yōu)化.本研究結(jié)果可為曬煙分子蒸餾工藝規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用提供參考.