煙草揮發(fā)物的水蒸氣蒸餾制備工藝及其在電子煙中的應(yīng)用研究

鄔帥帆　陸誠(chéng)瑋　崔秀明　馮奇　楊菁

摘要：采用水蒸氣蒸餾法制備煙草揮發(fā)物，優(yōu)化了工藝條件，采用GC＼|MS分析了煙草揮發(fā)物中的香味成分，將最優(yōu)條件下制得的煙草揮發(fā)物應(yīng)用于電子煙煙液的制備，通過(guò)感官評(píng)價(jià)分析其應(yīng)用效果.結(jié)果表明：1）水中蒸餾方式煙草揮發(fā)物的得率明顯高于水上蒸餾方式;2）最佳蒸餾條件為浸潤(rùn)時(shí)間2h，蒸餾時(shí)間6h，蒸餾體系中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%;3）采用水中蒸餾方式，在最佳蒸餾條件下，煙草揮發(fā)物中致香成分主要包括新植二烯、茄酮、大馬烯酮、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、法尼基丙酮等，煙堿未檢出;4）在最佳蒸餾條件下且同樣稀釋2000倍時(shí)，水中蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物香韻豐富，煙草本香突出，香氣量充足，香氣濃郁、厚實(shí)，優(yōu)于水上蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物品質(zhì)，更能滿足電子煙所需傳統(tǒng)卷煙的煙草風(fēng)格和煙氣狀態(tài).

Abstract：Tobaccovolatileswerepreparedbysteamdistillation，andtheprocessconditionswereoptimized.ThearomacomponentsintobaccovolatileswereanalyzedbyGC＼|MS.Thetobaccovolatilespreparedundertheoptimalconditionswereusedinthepreparationofelectroniccigaretteliquid，anditsapplicationeffectwasanalyzedbysensoryevaluation.Theresultsshowedthat：Theyieldoftobaccovolatilespreparedbydistillationinwaterwassignificantlyhigherthanthatpreparedbydistillationoverwater;Thebestdistillationconditionswere2hinfiltrationtime，6hindistillationtime，andtheNaClmassfractioninthedistillationsystemwas5%;Distilledinwater，underthebestdistillationconditions，thearomacomponentsintobaccovolatilesmainlyincludeneophytadiene，solanone，damascenone，megastigmatrienone，geranylacetone，farnesylacetone，etc.，butnicotinewasnotdetected;Underthebestdistillationconditionsandthesamedilution2000times，thetobaccovolatilespreparedbydistillationinwaterwererichinflavor，obviousintobaccofragrance，abundantinaroma，strongandthickinaroma，whichwasbetterthanthatpreparedbydistillationoverwater.Tobaccovolatilespreparedunderbestdistillationconditionsbydistillationinwatercouldbettermeetthetobaccostyleandsmokestateoftraditionalcigarettesrequiredbyelectroniccigarettes.

關(guān)鍵詞：水蒸氣蒸餾;煙草揮發(fā)物;電子煙

Keywords：steamdistillation;tobaccovolatile;electroniccigarette

0引言

電子煙是國(guó)際控?zé)煭h(huán)境催生的一種新產(chǎn)品.電子煙具有有害成分釋放量少、環(huán)境煙氣釋放量低等特點(diǎn)[1]，這種體現(xiàn)健康生活理念，集現(xiàn)代微電子技術(shù)、生物化學(xué)技術(shù)為一體的新產(chǎn)品滿足了消費(fèi)者的新需求.電子煙的加熱溫度只有200℃左右，傳統(tǒng)的煙草提取物在電子煙中的應(yīng)用效果不是很好，容易出現(xiàn)結(jié)焦、碳化、煙感弱等情況[2-4].傳統(tǒng)的煙草揮發(fā)性成分（揮發(fā)物）提取分離技術(shù)主要包括水蒸氣蒸餾法[5]、溶劑萃取法[6]、超臨界萃取法[7]等.水蒸氣蒸餾法是將含有揮發(fā)性成分的原料與水共蒸餾，使揮發(fā)性成分隨水蒸氣一并餾出，經(jīng)冷凝后，分離獲取揮發(fā)性成分的方法.按蒸餾方式，水蒸氣蒸餾法可以分為水中蒸餾和水上蒸餾兩種[5].通過(guò)水蒸氣蒸餾得到的煙草揮發(fā)物，很大程度上剝離了高沸點(diǎn)的致香前體物，通過(guò)較高的濃縮倍數(shù)富集了大量的揮發(fā)性煙草香味成分[8-9].此類煙草揮發(fā)物具有釋放溫度低、香味前體物少、溶劑適配性高的特點(diǎn)，很適合用于電子煙煙液，但是其在電子煙煙液調(diào)香的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道.鑒于此，本文擬通過(guò)水蒸氣蒸餾法制備煙草揮發(fā)物，對(duì)水蒸氣蒸餾條件進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)煙草揮發(fā)物香味成分和感官評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，以提升電子煙煙草風(fēng)味的感官品質(zhì)，為電子煙煙液調(diào)香提供技術(shù)支撐.

1材料與方法

1.1材料、試劑和儀器

材料：用切絲機(jī)將津巴布韋煙葉切成1.5mm寬細(xì)絲，津巴布韋煙葉為上海新型煙草制品研究院自有資源.

試劑：NaCl（AR），無(wú)水Na2SO4（AR），無(wú)水乙醇（AR），上海凌峰化學(xué)有限公司產(chǎn);煙酸甲酯（內(nèi)標(biāo)，99%），百靈威科技有限公司產(chǎn).

儀器：20L水蒸氣蒸餾釜，上海矩源自動(dòng)化科技有限公司產(chǎn);QS-5煙葉切絲機(jī)，開封捷力美嘉機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn);LM79-J10酒精計(jì)，上海化科實(shí)驗(yàn)器材有限公司產(chǎn);R-1001旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司產(chǎn);7890A/5975C氣相色譜儀-質(zhì)譜聯(lián)用儀，HP-INNOWax色譜柱（60m×0.25mm×0.25μm），美國(guó)安捷倫公司產(chǎn).

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1煙草揮發(fā)物的制備

水中蒸餾：稱取1kg煙絲裝入蒸餾釜中，加入10kg水、一定量的NaCl，輕微攪拌使煙絲完全浸沒(méi)水中并分散均勻，浸潤(rùn)一段時(shí)間.啟動(dòng)加熱，至水沸騰回流后開始計(jì)時(shí)，蒸餾一段時(shí)間.結(jié)束后靜置冷卻，收集分液裝置中的油性成分，加入少量無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾稱重，得水中蒸餾煙草揮發(fā)物.

水上蒸餾：將煙絲均勻鋪撒在水上隔板上，不浸潤(rùn)，其他操作同水中蒸餾，得水上蒸餾煙草揮發(fā)物.

1.2.2香味成分分析檢測(cè)

稱取100mg煙酸甲酯，用無(wú)水乙醇定容至100mL容量瓶中，配成1mg/mL的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液.用移液槍移取2mL內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，置于20mL容量瓶中，用無(wú)水乙醇定容，配成0.1mg/mL煙酸甲酯內(nèi)標(biāo)液備用.

取20μL煙草揮發(fā)物于帶有內(nèi)襯管的色譜瓶中，加入200μL煙酸甲酯內(nèi)標(biāo)液，進(jìn)行GC＼|MS分析.

GC＼|MS分析條件：色譜柱選用HP-INNO-Wax（60m×0.25mm×0.25μm）;載氣為He;流速1.5mL/min;進(jìn)樣量1μL，分流比10GA6FA1;升溫程序?yàn)?0℃保持2min，2℃/min升溫至250℃，保持40min;傳輸線溫度280℃;離子源溫度230℃;溶劑延遲0min;質(zhì)量數(shù)范圍30～450amu;采用Wiley7圖庫(kù)檢索.

1.2.3感官評(píng)價(jià)

以《卷煙第4部分：感官技術(shù)要求》（GB5606.4—2005）[10]和《煙草及煙草制品感官評(píng)價(jià)方法》（YC/T138—1998）[11]的方法為基礎(chǔ)，結(jié)合電子煙特有的感官質(zhì)量要求，建立電子煙用煙草提取物感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).

評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：香韻、香氣濃度、煙草本香、香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、干燥感和余味，其中香韻包括干草香、清甜香、正甜香、焦甜香、青香、辛香、木香、堅(jiān)果香、果香、

焦香、花香、酒香.每項(xiàng)指標(biāo)得分范圍均為0～5分，最小評(píng)分單位為0.5分，其中刺激性、干燥感越低，得分越高.

為了評(píng)價(jià)煙草揮發(fā)物在電子煙中的應(yīng)用效果，用甘油和丙二醇以4GA6FA6的質(zhì)量比配成溶劑，在最佳蒸餾條件下，將采用水中蒸餾和水上蒸餾兩種方式制得的煙草揮發(fā)物樣品稀釋一定倍數(shù)（質(zhì)量比）配制得到電子煙煙液，用滴管吸取配制好的電子煙煙液直接注入電子煙煙彈中進(jìn)行感官評(píng)價(jià).

2結(jié)果與討論

2.1水蒸氣蒸餾方式對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響

在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取NaCl添加量0.5kg，浸潤(rùn)時(shí)間2h，總蒸餾時(shí)間6h，考察兩種蒸餾方式對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響，結(jié)果如圖1所示.從圖1可以看出，水中蒸餾的得率為0.23‰，明顯高于水上蒸餾的得率0.11‰.這可能是由于煙葉原料含水率較低，組織結(jié)構(gòu)結(jié)合得比較緊密，水中蒸餾有利于煙絲吸水膨脹，揮發(fā)物溶出，進(jìn)而隨水蒸氣共餾出.因此，水蒸氣蒸餾方式選擇水中蒸餾較為合適.

2.2水蒸氣蒸餾條件對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響

2.2.1蒸餾時(shí)間對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響

采用水中蒸餾方式，NaCl添加量0.5kg，浸潤(rùn)時(shí)間2h，考察總蒸餾時(shí)間分別為2h，4h，6h，8h對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響，結(jié)果

如圖2所示.從圖2可以看出，水蒸氣蒸餾時(shí)間對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響比較大，當(dāng)蒸餾時(shí)間為2h時(shí)，得率僅為0.05‰;當(dāng)蒸餾時(shí)間達(dá)到6h時(shí)，得率可上升到0.23‰;進(jìn)一步延長(zhǎng)蒸餾時(shí)間至8h，揮發(fā)物得率上升不顯著，僅增加了0.02‰，并且煙草揮發(fā)物中煙草本香的香氣質(zhì)量有所下降，長(zhǎng)時(shí)間蒸煮帶來(lái)的異味有所突出，整體香氣品質(zhì)有所下降.因此，從制備效率和揮發(fā)物品質(zhì)兩方面考慮，蒸餾時(shí)間選擇6h較為合適.

2.2.2浸潤(rùn)時(shí)間對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響

采用水中蒸餾方式，NaCl添加量0.5kg，總蒸餾時(shí)間6h，考察浸潤(rùn)時(shí)間分別為0h，1h，2h，4h對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響，結(jié)果如圖3所示.從圖3可以看出，煙草原料不經(jīng)過(guò)浸潤(rùn)，直接進(jìn)行水蒸氣蒸餾的得率只有0.15‰;通過(guò)2h浸潤(rùn)再蒸餾的得率可上升到0.23‰;而進(jìn)一步增加浸潤(rùn)時(shí)間，得率并沒(méi)有顯著增加.由此可見(jiàn)，適當(dāng)?shù)慕?rùn)時(shí)間有助于水分子更好地滲透到煙草組織中，使干燥的煙葉吸水膨脹，有利于煙草揮發(fā)物的溶出，提高揮發(fā)物的得率.因此，浸潤(rùn)時(shí)間選擇2h較為合適.

2.2.3NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響

采用水中蒸餾方式，浸潤(rùn)時(shí)間2h，總蒸餾時(shí)間6h，考察NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，5%，10%（即添加量分別為0kg，0.5kg和1.0kg）對(duì)煙草揮發(fā)物得率的影響，結(jié)果

如圖4所示.從圖4可以看出，當(dāng)水蒸氣蒸餾體系中不添加NaCl時(shí)，揮發(fā)物的得率為0.22‰;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%時(shí)，得率可提高至0.23‰;進(jìn)一步提升NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)至10%，揮發(fā)物得率沒(méi)有明顯變化.由此可見(jiàn)，當(dāng)蒸餾體系中加入適量NaCl，在鹽析的作用下有助于降低煙草揮發(fā)物在水中的溶解度進(jìn)而提高提取效率.因此，在蒸餾體系中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇最優(yōu)為5%較為合適.

2.3煙草揮發(fā)物香味成分分析結(jié)果

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC＼|MS）對(duì)采用水中蒸餾方式，在最佳蒸餾條件下所得煙草揮發(fā)物的主要成分及含量進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果見(jiàn)表1.

從表1可知，煙草揮發(fā)物共檢出77種致香成分，以揮發(fā)性和半揮發(fā)性香味成分為主，其中醛酮類物質(zhì)29種、酸類物質(zhì)6種（包括揮發(fā)性較弱的棕櫚酸）、酯類物質(zhì)14種（包括高級(jí)脂肪酸的酯化物）、醇酚類物質(zhì)16種.其中醛酮類物質(zhì)種類較多，包括藏紅花醛、異佛爾酮、茶香酮、茄酮、大馬烯酮、香葉基丙酮、巨豆三烯酮等;另外，揮發(fā)物中所含的芳樟醇、香葉醇、苯乙醇、乙?；量?、二氫獼猴桃內(nèi)酯、金合歡醇等，也是重要的煙草致香成分.制備的煙草揮發(fā)物中未檢測(cè)到煙堿，可能是由于煙堿的水溶性較強(qiáng)且含量低，未能與水分離進(jìn)入油層.

煙草揮發(fā)物中檢出成分含量方面，新植二烯的含量最大，其他含量較高的物質(zhì)包括茄酮、大馬烯酮、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、法尼基丙酮等，這些物質(zhì)在增加煙氣濃度、醇和煙氣、突出細(xì)膩感、增加甜潤(rùn)感方面具有重要作用[12-14].

2.4煙草揮發(fā)物在電子煙中的應(yīng)用效果

以水中蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物稀釋2000倍制得的電子煙煙液為實(shí)驗(yàn)組，水上蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物稀釋2000倍制得的電子煙煙液為對(duì)照組進(jìn)行感官評(píng)價(jià).煙草揮發(fā)物制得的電子煙煙液感官評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示

.由圖5可以看出，實(shí)驗(yàn)組整體香韻更為豐富，煙草本香突出，具有明顯的甘草香，香氣量更充足，香氣也更為濃郁、厚實(shí)，能夠提供電子煙所需的傳統(tǒng)卷煙煙氣狀態(tài);對(duì)照組香氣較弱，整體以青甜韻為主，煙草本香也比較欠缺，主體香氣較為飄逸，煙氣狀態(tài)也較空虛.而稀釋10000倍得到的電

子煙煙液感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，水中蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物制得的電子煙煙液煙氣香韻增強(qiáng)，豐富性也得以提升，煙氣厚實(shí)感減弱;而水上蒸餾獲得的煙草揮發(fā)物制得的電子煙煙液幾乎捕捉不到香氣.因此，水中蒸餾煙草揮發(fā)物樣品

稀釋10000倍時(shí)，

在極低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下（0.1‰）依然能表現(xiàn)出較佳的感官品質(zhì)，但煙氣狀態(tài)和質(zhì)感會(huì)弱于0.5‰（即稀釋2000倍）的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

綜上，水中蒸餾煙草揮發(fā)物樣品可以賦予電子煙煙氣以厚實(shí)、濃郁的煙草氣息，同時(shí)給香韻帶來(lái)一定的補(bǔ)充，在電子煙香精配方中控制質(zhì)量濃度在0.5‰左右，能夠很好地彌補(bǔ)電子煙缺乏傳統(tǒng)卷煙煙氣的狀態(tài)，提升電子煙煙氣的質(zhì)感.

3結(jié)論

本文采用水蒸氣蒸餾法制備津巴布韋煙草揮發(fā)物，對(duì)制備工藝進(jìn)行了研究，采用GC＼|MS方法分析了煙草揮發(fā)物中的香味成分，將最優(yōu)條件下制得的煙草揮發(fā)物應(yīng)用于電子煙煙液的制備，通過(guò)感官評(píng)價(jià)分析其應(yīng)用效果.結(jié)果表明：1）水中蒸餾制得的煙草揮發(fā)物的得率能夠達(dá)到0.23%，明顯高于水上蒸餾的得率0.11%，因此蒸餾方式選擇水中蒸餾;2）最佳蒸餾條件為浸潤(rùn)時(shí)間2h，蒸餾時(shí)間6h，蒸餾體系中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，此時(shí)煙草揮發(fā)物的得率和品質(zhì)為最佳;3）采用水中蒸餾方式，在最佳蒸餾條件下制備煙草揮發(fā)物，所得的揮發(fā)物中以揮發(fā)性和半揮發(fā)性香味成分為主，醛酮類、醇類物質(zhì)種類較多、含量較高，致香成分主要包括新植二烯、茄酮、大馬烯酮、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、法尼基丙酮等，煙堿未檢出;4）采用水中蒸餾方式，于最佳蒸餾條件下獲得的煙草揮發(fā)物在稀釋2000倍時(shí)，其仍香韻豐富，煙草本香突出，香氣量充足，香氣濃郁、厚實(shí);而采用水上蒸餾方式，在最佳蒸餾條件下獲得的煙草揮發(fā)物稀釋2000倍時(shí)，其香氣較弱，煙草本香比較欠缺，主體香氣較為飄逸，煙氣狀態(tài)也較空虛.本文在最佳蒸餾條件下，采用水中蒸餾方式制備的煙草揮發(fā)物更能滿足電子煙所需傳統(tǒng)卷煙的煙草風(fēng)格和煙氣狀態(tài)，該研究結(jié)果可提升電子煙的煙氣狀態(tài)和質(zhì)感效果，為電子煙煙草風(fēng)味的研發(fā)提供新的技術(shù)手段.

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