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，采用單因素試驗及正交試驗研究提取溫度、時間、壓力對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 ℃、萃取時間90 min、萃取壓力24 MPa，黨參精油的提取率達1.409%。利用GC/MS對黨參精油的化學(xué)成分進行了分析，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。同時還能起到提高煙氣細(xì)膩度、增強回甜感、減輕雜氣的作用。

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

中圖分類號：S567.5+3.85∶TS426 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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，是中國傳統(tǒng)的補益藥[1-7]。目前對黨參的研究主要集中于質(zhì)量評價[8，9]、化學(xué)成分[10-13]、藥理作用[14-19]等方面，而對其提取工藝、成分分析的研究不多，尤其是關(guān)于黨參精油對卷煙致香作用的報道較少，所以研究黨參精油的具體化學(xué)組成對卷煙新產(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)濟意義。試驗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、時間對超臨界流體萃取精油提取率的影響，采用正交試驗法進行了最佳工藝優(yōu)化，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）對精油的揮發(fā)性成分進行了分析，并通過卷煙加香感官評價對其在卷煙中的應(yīng)用進行了探討，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，純度≥99.5%）購于青島氧氣廠，氦氣（99.999%）和70%乙醇（食品級）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Binder公司）；FSJ-l14型植物樣本粉碎機（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Binder公司）。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗 試驗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，單獨改變某個因素，進行單因素試驗，研究各因素對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（℃）、萃取時間（min）和萃取壓力（MPa）3個因素，每個因素設(shè)置5個水平，進行單因素試驗。收集萃取物，稱重計算黨參精油提取率。

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 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取對提取效果影響比較顯著的因素進行多因素正交試驗，找出超臨界流體萃取黨參精油的最佳工藝參數(shù)，并分析各個影響因素對提取效果的交互作用。依據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計萃取時間、萃取壓力和萃取溫度的3因素、3水平L9（33）正交試驗，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，進樣量1 μL，進樣口溫度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%計算，當(dāng)測量參數(shù)為峰面積時，計算公式如下：

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，即按照下式計算：

Xi=Ai/∑Ai。

通過對各分離組分利用計算機譜庫（NIST02）進行檢索、對照、解析，并參考相關(guān)文獻，根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律進行核對，確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2.4 卷煙加香與感官評價 ①嗅香評價。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，由卷煙評吸專家小組進行嗅香評價，嗅其揮發(fā)香味，分辨其香氣，評定其類型、風(fēng)格及其典型性的強弱程度，評價結(jié)果用雷達圖表示。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，對照樣采用同量的70%乙醇溶液。處理好的樣品密閉儲存約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）%。評價小組由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司具有國家頒發(fā)的卷煙感官評吸技術(shù)合格證書的7名評委組成，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）進行內(nèi)在質(zhì)量評吸評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取溫度對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重要參數(shù)，萃取溫度對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，提取率達到最大；但繼續(xù)升高萃取溫度，則黨參精油的提取率會急劇下降。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動速度加快，滲透、擴散、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立的，因此對有效成分的提取在一定的條件下存在著一個矛盾的平衡點，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 萃取時間對黨參精油提取率的影響 萃取時間對黨參精油提取率的影響情況見圖2。由圖2不難看出，隨著萃取時間的延長，黨參精油的提取率先增加，然后基本不變。當(dāng)萃取時間為90 min時，提取率達最大。提取90 min后，提取過程已基本達到平衡，再延長提取時間，提取率反而有所下降。考慮到隨著萃取時間的延長，黨參精油有效成分的穩(wěn)定性下降，以及提取的成本會增加，因此應(yīng)盡量減少萃取時間，所以試驗的最適宜萃取時間為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。萃取時間過長，由于其中某些組分會分解而失去相互提攜的優(yōu)勢。

2.1.3 萃取壓力對黨參精油提取率的影響 萃取壓力對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，壓力增大，CO2密度增大，溶解能力增強。但當(dāng)壓力過大時，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，提取率達最大。

2.2 工藝優(yōu)化正交試驗

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

綜合單因素試驗和正交試驗結(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

按照試驗的GC/MS條件對黨參精油揮發(fā)性成分進行分離分析，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，采用計算機對各峰的質(zhì)譜圖進行NIST02標(biāo)準(zhǔn)譜庫的檢索，根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律進行核對，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 卷煙感官評價

卷煙嗅香評價及加香評價效果情況分別見圖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)辨香專家的嗅香評價結(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)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上探索了正交試驗確定超臨界CO2萃取法提取黨參精油的最佳工藝參數(shù)，即萃取溫度50 ℃、萃取時間90 min、萃取壓力24 MPa可使黨參精油的提取率達1.409%。

利用GC/MS對超臨界CO2萃取法所得黨參精油的化學(xué)成分進行了分析，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)，對提高卷煙的吸食品質(zhì)有重要作用。

卷煙加香試驗結(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。

未來對超臨界CO2萃取得到黨參精油研究，應(yīng)該進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)。

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