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(zé)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(dāng)[4-5]，導(dǎo)致河南煙葉營(yíng)養(yǎng)不均衡，含鉀量偏低、氯含量較高、香氣量不足、香氣質(zhì)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(jié)構(gòu)緊密、僵硬，煙堿含量偏高，可用性更差，嚴(yán)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(jí)(煙草工業(yè)公司根據(jù)選葉方案對(duì)上部煙葉進(jìn)行分選，不符合等級(jí)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(jī)物相似相溶的原理，通過溶解、分離等過程，最終將目的產(chǎn)物分離出來的一種新型萃取技術(shù)[12]。它具有無毒、無害、非熱加工、不破壞產(chǎn)品的生物活性、防止氧化、產(chǎn)能大、可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[13]，已被廣泛應(yīng)用于天然化學(xué)提取領(lǐng)域[14-16]。謝豪等[17]利用亞臨界萃取技術(shù)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(yùn)用亞臨界丁烷萃取法研究酸棗仁油的提取效果，結(jié)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(shí)為原料，采用正交試驗(yàn)確定了采用亞臨界萃取眾香子時(shí)，在萃取溫度為60 ℃，萃取次數(shù)為4次以及萃取時(shí)間為60 min條件下，出油率最高，可達(dá)4.58%。在煙草領(lǐng)域，田海英等[20-21]研究了亞臨界萃取技術(shù)在卷煙降焦減害方面的應(yīng)用，結(jié)果表明經(jīng)亞臨界萃取可以降低卷煙焦油、煙堿含量，提高卷煙感官質(zhì)量。除此之外，亞臨界萃取技術(shù)在煙草領(lǐng)域其他方面的研究還鮮有報(bào)道。試驗(yàn)擬研究采用不同萃取劑的亞臨界萃取對(duì)提高河南上部低等煙葉可用性的影響，以期為卷煙生產(chǎn)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(gè)不同產(chǎn)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(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.3 主要儀器

吸煙機(jī)：SM450直線型，英國(guó)Cerulean公司；

亞臨界溶劑萃取設(shè)備：CBE-5L型，河南省亞臨界生物技術(shù)有限公司；

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

連續(xù)流動(dòng)分析儀：SEAL AA3型，美國(guó)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(gè)不同產(chǎn)區(qū)上部選下煙葉，以未用亞臨界萃取技術(shù)處理的3個(gè)產(chǎn)地?zé)熑~作為對(duì)照。分別用二甲醚和丁烷作為萃取劑處理3個(gè)產(chǎn)地?zé)熑~，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(duì)試驗(yàn)煙絲進(jìn)行打包，整體置入密閉萃取罐中，抽真空并向罐內(nèi)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(xué)成分測(cè)定 取每個(gè)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙葉進(jìn)行前處理，之后采用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀進(jìn)行化學(xué)成分的測(cè)定[22]。

1.2.3 主流煙氣測(cè)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(jī)補(bǔ)集主流煙氣，測(cè)定主流煙氣各指標(biāo)值。

(1)總粒相物和焦油測(cè)定：按GB/T 19609—2004執(zhí)行。

(2)水分測(cè)定：按GB/T 23203.1—2013執(zhí)行。

(3)煙堿測(cè)定：按GB/T 23355—2009執(zhí)行。

(4)一氧化碳測(cè)定：按GB/T 23356—2009執(zhí)行。

1.2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析 采用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)樣品的常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[23-25]，其中最優(yōu)參考值的確定依據(jù)不同指標(biāo)的特點(diǎn)，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(zhì)、氯元素取最小值為最優(yōu)參考值，參照有關(guān)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(jīng)計(jì)算總糖、還原糖、總氮、煙堿、蛋白質(zhì)、鉀、氯、糖堿比、氮堿比、兩糖比和鉀氯比的權(quán)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(zhì)量評(píng)價(jià) 由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的評(píng)吸委員會(huì)成員采用9分制法，對(duì)經(jīng)亞臨界萃取后的上部選下煙葉進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，感官總分按式(1)計(jì)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(zhì)、香氣量、濃度、柔細(xì)度、余味、雜氣、刺激性和勁頭的得分。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)分析方法 試驗(yàn)得到各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，使用SPSS 23.0 中Duncan方法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取劑殘留情況分析

試驗(yàn)檢測(cè)了經(jīng)亞臨界萃取處理煙葉樣品中二甲醚和丁烷的殘留情況，結(jié)果顯示，未發(fā)現(xiàn)萃取劑成分殘留，可見，亞臨界萃取技術(shù)不會(huì)在處理煙葉中引入萃取劑。

2.2 亞臨界萃取處理對(duì)上部選下煙葉化學(xué)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(biāo)對(duì)煙葉的化學(xué)成分是否協(xié)調(diào)進(jìn)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(jīng)亞臨界萃取后，總氮、煙堿和蛋白質(zhì)含量均有所降低，除A2與A未達(dá)到顯著差異外，其余處理均與對(duì)照之間達(dá)到顯著差異；3個(gè)產(chǎn)地上部選下煙葉經(jīng)亞臨界萃取后糖堿比升高，A1、A2的糖堿比達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)，且A與A1、A2之間達(dá)到顯著差異，B與C經(jīng)亞臨界萃取后，糖堿比有所提高，其中B與B2之間達(dá)到顯著差異，與B1未達(dá)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(xué)成分含量?

? 同一產(chǎn)地不同處理樣品肩標(biāo)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(dá)到顯著差異；鉀含量A1高于A，A2低于A，三者之間未達(dá)到顯著差異；氯含量A1低于A和A2，三者之間未達(dá)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(dá)到顯著差異；鉀氯比A1大于A，三者之間未達(dá)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(dá)到顯著差異；鉀含量和氯含量B1、B2均低于B，三者之間未達(dá)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(dá)到顯著差異；鉀氯比B1、B2在數(shù)值上大于B，三者之間未達(dá)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(dá)到顯著差異；鉀含量C1低于C、C2均高于C，三者之間未達(dá)到顯著差異；氯含量經(jīng)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(dá)到顯著差異；C2在數(shù)值上大于C，三者之間未達(dá)到顯著差異。

總的來看，經(jīng)亞臨界萃取后，總氮、煙堿、蛋白質(zhì)含量減少，糖含量、糖堿比有所上升，鉀氯含量變化不大，是因?yàn)閴A性物質(zhì)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(jī)溶劑而未被萃取出來[28]。

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法可以明確各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)整體協(xié)調(diào)性，從而可根據(jù)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。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(duì)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(xué)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(xué)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(duì)亞臨界萃取處理的河南上部選下煙葉的主流煙氣含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表2。A、B和C經(jīng)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(duì)照達(dá)到顯著差異；A和C經(jīng)亞臨界萃取后CO含量較對(duì)照有明顯減少，且達(dá)到顯著差異，B經(jīng)亞臨界萃取后CO含量有所減少，B2與B達(dá)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(jīng)亞臨界萃取后，變化幅度較小，處理與對(duì)照之間未達(dá)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(chǎng)已規(guī)定了卷煙制品煙堿、焦油和CO含量的最高限，生產(chǎn)低危害卷煙成為煙草行業(yè)今后發(fā)展的必然趨勢(shì)[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(chǎn)地不同處理樣品肩標(biāo)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(píng)價(jià)的差異

對(duì)亞臨界萃取處理的河南上部選下煙葉進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。經(jīng)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(duì)照間的差異達(dá)到顯著水平；香氣質(zhì)和余味得分有所提高，但處理與對(duì)照之間差異未達(dá)到顯著水平；香氣量經(jīng)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(duì)照之間差異不顯著；濃度得分有所減少，A、B處理與對(duì)照之間差異顯著，C處理與對(duì)照差異不顯著；細(xì)膩程度有所提高，A1、A2與A之間差異達(dá)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。總的來看，亞臨界萃取后煙絲細(xì)膩程度、雜氣、刺激均好于對(duì)照，雜氣中的堿性刺激物含量變小；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(zhì)、總氮等含氮物質(zhì)含量降低有密切關(guān)系，萃取后的煙絲最突出的特點(diǎn)是柔細(xì)平潤(rùn)。

表3 亞臨界萃取處理河南上部選下煙葉感官評(píng)價(jià)各指標(biāo)得分?

? 同一產(chǎn)地不同處理樣品肩標(biāo)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(jīng)亞臨界萃取后各地上部選下煙葉感官質(zhì)量明顯有所提高，且B處理與對(duì)照之間差異達(dá)到顯著水平，A和C處理與對(duì)照總得分差異不顯著。經(jīng)二甲醚萃取處理的得分高于經(jīng)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(jié)論

試驗(yàn)運(yùn)用亞臨界萃取方式，通過分析上部選下煙葉化學(xué)成分含量、化學(xué)成分綜合得分、主流煙氣以及感官質(zhì)量結(jié)果，對(duì)比評(píng)價(jià)亞臨界萃取后和未經(jīng)過亞臨界萃取的煙葉綜合質(zhì)量。結(jié)果表明：在化學(xué)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(zhì)等堿性物質(zhì)明顯減少，糖堿比升高，鉀氯含量變化不明顯，化學(xué)成分綜合得分有所提高；在主流煙氣含量方面，經(jīng)亞臨界萃取后焦油、煙堿和CO含量明顯減少；在感官評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)中，經(jīng)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(duì)比不同萃取劑的效果方面，經(jīng)二甲醚萃取后的煙葉各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果優(yōu)于丁烷萃取的結(jié)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(zhì)量的效果；此外，試驗(yàn)選取對(duì)象為河南的駐馬店、漯河和周口3個(gè)產(chǎn)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(jìn)一步深入研究。