煙葉中油分的萃取方法研究

張萌萌，張鳳俠，康世平，孫趙麟，王 瑤

(陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 寶雞 721000)

油分也稱(chēng)葉分或膘性，通常指煙葉細(xì)胞內(nèi)含有的柔軟半液體或液體物質(zhì).根據(jù)感官感覺(jué)，這種物質(zhì)反應(yīng)在煙葉外觀上，有一種油潤(rùn)、豐滿(mǎn)的感覺(jué).油分的含量高低直接反應(yīng)煙葉質(zhì)量的好壞，含油分多的煙葉色澤鮮亮，組織細(xì)致柔軟，彈性強(qiáng)；含油分少的煙葉則灰暗無(wú)光澤，組織粗糙脆硬，彈性差，加工中易破碎[1-2].通常認(rèn)為煙草油分主要包括揮發(fā)油、油脂、類(lèi)脂、甾醇、萜類(lèi)、磷脂、蠟質(zhì)、樹(shù)脂等[1,3].目前，萃取煙葉中油分的方法主要有同時(shí)蒸餾萃取、水蒸氣蒸餾法、超聲輔助萃取、索氏萃取、CO2超臨界萃取、ASE加速溶劑萃取及分子蒸餾等.如張獻(xiàn)忠[4]采用水蒸氣蒸餾法和同時(shí)蒸餾萃取法對(duì)廢次煙末中香氣成分進(jìn)行萃取.劉菲等[5]在分析比較時(shí)間與烷烴萃取總量的基礎(chǔ)上最終選擇了采用超聲萃取的方法萃取煙葉油分中的烷烴.唐自文等[6]采用分子蒸餾的技術(shù)分離了煙草萃取物.但是目前尚未有針對(duì)煙葉中油分的萃取方法的研究.本研究通過(guò)對(duì)不同方法萃取煙草中油分的萃取率和萃取物經(jīng)柱層析分離之后餾分組成的比較，確立了最優(yōu)的萃取方法.同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用柱色層族組成分離法分離煙葉油分成分，可以克服傳統(tǒng)分析方法中的許多微組分由于被其主要組分覆蓋而無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的不足.本文還考察了萃取時(shí)間和萃取溶劑的影響，為下一步煙草油分中多組分分離以及定性定量分析奠定基礎(chǔ).

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司)：KQ-700DB型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；ASE200快速溶劑萃取儀(美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司)；CO2超臨界萃取儀(美國(guó)Applied Separations公司)；Agilent 7890B-5977A氣質(zhì)聯(lián)用分析儀(美國(guó)Agilent公司)；ME414S 電子天平(感量:0.000 1 g，德國(guó)Sartorius公司)；R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士Buchi公司)；電熱恒溫水浴鍋(天津市泰斯特儀器有限公司)；索氏萃取器套裝(蜀?？茖W(xué)儀器有限公司)；試驗(yàn)所用濾紙均使用三氯甲烷索氏抽提24 h,自然晾干.

三氯甲烷(色譜純，J.T.Baker)，二氯甲烷(色譜純，SIGMA-ALDRICH)，石油醚(60～90 ℃，國(guó)藥試劑)，正己烷(色譜純，SIGMA-ALDRICH)，甲醇(色譜純，SIGMA-ALDRICH).試驗(yàn)用樣品為陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司出品高、中、低檔卷煙，分別標(biāo)記為樣品A、B、C.

1.2 萃取方法

將適量卷煙煙絲于40 ℃烘箱中干燥2 h，粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.150 μm篩，密封袋密封保存.分別準(zhǔn)確稱(chēng)取煙末樣品6.0 g,精確至0.000 1 g進(jìn)行萃取.

1.2.1 超聲萃取

將稱(chēng)量好的煙末樣品用濾紙包裹好放于250 mL燒杯中，加入1 00 mL三氯甲烷，用扎有洞的濾紙蓋好燒杯，置于超聲波發(fā)生器中，超聲萃取10 min，然后將溶液倒入500 mL圓底燒瓶，加入100 mL三氯甲烷，重復(fù)上述操作，如此反復(fù)3次，直至萃取液無(wú)色.

1.2.2 索氏萃取

將稱(chēng)量好的煙末樣品用濾紙包裹好放入索氏萃取器中，圓底燒瓶中加入300 mL三氯甲烷，水浴70 ℃回流24 h.

1.2.3 ASE加速溶劑萃取

將稱(chēng)量好的煙末樣品置于萃取釜中，按以下條件運(yùn)行儀器:預(yù)熱5 min,爐溫100 ℃,壓力10.34 MPa,靜態(tài)時(shí)間 10 min;循環(huán)次數(shù) 3次.

1.2.4 CO2超臨界萃取

將稱(chēng)量好的煙末樣品置于萃取釜中，按以下條件運(yùn)行儀器:壓力:25 MPa,爐溫 40 ℃,釜溫 40 ℃,收集溫度 80℃,收集液 50 mL,萃取方式為靜態(tài),萃取時(shí)間 30 min，夾帶劑為三氯甲烷，夾帶劑用量 0.5 mL/min×8 min.

1.3 試驗(yàn)方法

將萃取液旋轉(zhuǎn)濃縮至1 mL左右，轉(zhuǎn)移至已知重量的稱(chēng)量瓶中，待溶劑揮干之后稱(chēng)重，計(jì)算萃取物的重量并得出萃取率.萃取率計(jì)算方法如式(1)：

萃取率=萃取物重量/樣品重量×100%

(1)

將萃取物用適量三氯甲烷復(fù)溶至已知重量的燒杯中，分3次加入90 mL的正己烷，每次加入之后，充分搖晃，然后靜置4～24 h，至上下層分層明顯，將上層清液傾出到另一個(gè)燒杯中.將底部不溶物質(zhì)的溶劑揮干之后稱(chēng)重，計(jì)算不溶物的重量.

濕法填柱：按照硅膠∶氧化鋁為3∶2的比例，裝入25 cm高的填料，取一定體積(相當(dāng)于重量200 mg)的上層清液過(guò)柱，用250 mL正己烷洗脫非極性餾分，100 mL二氯甲烷洗脫弱極性餾分，200 mL甲醇洗脫極性餾分，各餾分均旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至1 mL左右，轉(zhuǎn)移至已知重量的稱(chēng)量瓶中，待溶劑揮干之后稱(chēng)重.

1.4 檢測(cè)條件

色譜柱：美國(guó) J&W HP-5 MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管色譜柱;載 氣:He,99.999% ;流 速:1.0 mL/min;進(jìn) 樣 口 溫 度:280 ℃;進(jìn)樣量:1 μL;進(jìn)樣模式：分流進(jìn)樣;分流比:10∶1;升 溫 程 序:80 ℃→4 ℃/min→290 ℃,恒溫30 min .離子源：電子轟擊(EI)；質(zhì)量掃描范圍：40～500 amu；四極桿溫度:150 ℃;離子源溫度：230 ℃，傳輸線(xiàn)溫度:280 ℃；溶劑延遲:3.0 min.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同萃取方法對(duì)萃取率的影響

選擇A、B、C 3種樣品，按照1.2、1.3所述方法進(jìn)行萃取、濃縮并計(jì)算其萃取率，結(jié)果如表1所列.由表1可知，ASE加速溶劑萃取對(duì)3個(gè)樣品的萃取率最高，索氏萃取與超聲萃取的萃取率相當(dāng)，僅次于ASE加速溶劑萃取，CO2超臨界萃取萃取率最低.雖然ASE加速溶劑萃取具有萃取效率高、溶劑消耗少、快速等優(yōu)點(diǎn)，但是與索氏萃取及超聲萃取相比，萃取液中組分不夠全面.研究顯示ASE加速溶劑萃取對(duì)于煙草中的甾醇類(lèi)化合物萃取效果不理想[7]，因此選取索氏萃取和超聲萃取做進(jìn)一步的試驗(yàn).

表1 不同萃取方法所得油分萃取率Table 1 Oil extraction rate obtained by different methods %

2.2 不同萃取方法對(duì)餾分組成的影響

表2為同一樣品(樣品B)采用不同萃取方法對(duì)餾分組成的影響結(jié)果.由表2可知，與索氏萃取相比，超聲萃取的萃取物經(jīng)硅膠氧化鋁柱層析后，瀝青質(zhì)含量占到萃取物總量的一半以上，比另外3種餾分的加和還要高.而另外3種餾分里面包含了諸如烷烴、新植二烯、酯、酮、醚、酚、脂肪酸等對(duì)煙草吸味有重要作用的物質(zhì)，因非極性餾分、弱極性餾分和極性餾分的比例越高越有利于后續(xù)定性和定量，因此最終選取索氏萃取.

表2 不同萃取方法對(duì)餾分組成的影響Table 2 Effects of different extraction methods on composition of fractions %

2.3 不同萃取溶劑對(duì)萃取率的影響

在萃取時(shí)間24 h的條件下，采用樣品B，分別以三氯甲烷、二氯甲烷、石油醚為溶劑進(jìn)行索氏萃取.結(jié)果顯示，萃取率從高到低依次是三氯甲烷、二氯甲烷、石油醚.這是因?yàn)闊熑~油分中存在大量的長(zhǎng)鏈脂肪酸、長(zhǎng)鏈烷烴、甾醇和萜類(lèi)，這些都易溶于極性強(qiáng)的溶劑三氯甲烷.所以選擇三氯甲烷作為萃取溶劑.

2.4 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響

以三氯甲烷作為萃取溶劑，采用樣品B，分別萃取4、8、16、24 h，比較不同萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響，結(jié)果如圖1所列.從圖1可以看出，隨著時(shí)間增加，萃取率逐漸增高,16 h達(dá)到最大，再延長(zhǎng)時(shí)間萃取率反而有所降低.所以，萃取時(shí)間選擇16 h.

圖1 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響Fig.1 Effect of extraction time on extraction rate

2.5 樣品測(cè)定

在上述試驗(yàn)條件下，測(cè)定了卷煙樣品B，共鑒定出46種非極性餾分、57種弱極性餾分和70種極性餾分.

圖2為非極性餾分的總離子色譜圖.非極性餾分主要成分是新植二烯和烷烴，其中烷烴包含正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和反異構(gòu)烷烴，含量較高的正構(gòu)、異構(gòu)和反異構(gòu)烷烴主要集中在C25～C35 之間，與文獻(xiàn)報(bào)道相符[5].烷烴主要來(lái)源于植物蠟中長(zhǎng)鏈脂肪族有機(jī)物經(jīng)高溫或細(xì)菌降解，由于煙葉和卷煙絲還未經(jīng)歷這類(lèi)較強(qiáng)烈的鏈斷裂過(guò)程，因而本研究樣品中烷烴含量很低.新植二烯是植物葉綠素α側(cè)鏈-植烯醇的斷裂衍生產(chǎn)物，在煙葉油分中其含量很低.因此，非極性餾分總含量很低.

弱極性餾分中主要有脂肪酸酯、脂肪酮、維他命E、維他命K及細(xì)菌代謝物角鯊烯等，其含量是僅次于極性餾分的第二大組分.但由于芳烴尤其是稠環(huán)芳烴是植物有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷高溫?zé)嵫莼瘯r(shí)的環(huán)化-芳構(gòu)化產(chǎn)物，本研究卷煙煙絲均未經(jīng)歷過(guò)高溫環(huán)化-芳構(gòu)化過(guò)程，所以弱極性餾分含量也很低.

圖2 非極性餾分的總離子色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of non-polar fractionsNeophytadiene:新植二烯，nCx :正構(gòu)烷烴，iCx :異構(gòu)烷烴，aCx :反異構(gòu)烷烴

極性餾分含量較高，主要是高豐度的中長(zhǎng)鏈脂肪酸，包含飽和脂肪酸如棕櫚酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)等，以及不飽和脂肪酸如亞麻酸、亞油酸、油酸等.煙葉中脂肪酸的組成和含量與吃味有密切關(guān)系，煙葉中的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，特別是高度不飽和脂肪酸有利于提高煙葉的香氣和吃味.

3 結(jié)論

(1)比較了4種不同方法萃取煙葉中油分的萃取率以及經(jīng)過(guò)柱層析之后不同極性餾分的分布.試驗(yàn)結(jié)果表明，以索氏萃取為最佳.該方法萃取率高，所得萃取物組分全面，比例合理，操作簡(jiǎn)便.

(2)采用本方法分析煙葉樣品中的油分，共鑒定出173種成分，其中非極性餾分46種、弱極性餾分57種、極性餾分70種，以極性餾分含量為最大.