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(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，合肥 230029；2.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥 230088)

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研究與討論

分子蒸餾技術(shù)用于煙葉碎片超臨界流體萃取物的精細(xì)分離

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(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，合肥 230029；2.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥 230088)

為了較好地富集分離煙草中的特征香味物質(zhì)，采用分子蒸餾技術(shù)對煙草萃取物進(jìn)行分級分離，并用氣相色譜-質(zhì)譜法對各級餾分進(jìn)行分析。通過改變溫度和壓力，設(shè)計(jì)兩種分離方案，比較兩種方案下分離效果。結(jié)果表明：通過分子蒸餾，致香物質(zhì)的峰面積相對百分比含量均可顯著提高，兩種分離方案的四級餾分共鑒定出32種成分，其中低沸點(diǎn)化合物采用A方案效果較好，高沸點(diǎn)化合物采用B方案的效果較好。

分子蒸餾 煙草香味物質(zhì)分級分離

煙葉碎片是煙葉在復(fù)烤、制絲等加工過程中產(chǎn)生的[1]，其中含有大馬酮、茄酮、香葉基丙酮、金合歡基丙酮、西柏三烯二醇等重要致香成分[2]，這些成分是烤煙香味的主要來源[3]。利用煙葉碎片為原料提取制備煙用香料對低焦油卷煙香氣進(jìn)行有效補(bǔ)償，是近年來人們一直比較關(guān)注的問題，最早使用的是蒸餾法得到的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品雖然能較好地彌補(bǔ)煙香，但較高的溫度和使用溶劑會損害產(chǎn)品的總體品質(zhì)[4]，超臨界CO2萃取技術(shù)能夠有效地解決因較高溫度和使用溶劑而帶來的一些問題,有關(guān)超臨界流體萃取煙草的應(yīng)用實(shí)例很多[5],但是煙草成分復(fù)雜,不同組分的萃取工藝條件亦不同,選擇合適的萃取工藝條件,與其他先進(jìn)分析儀器聯(lián)用以提高目標(biāo)組分的萃取效率和選擇性是本實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)。

分子蒸餾技術(shù)是國際上一種新型的精細(xì)分離技術(shù)，它是運(yùn)用不同物質(zhì)分子運(yùn)動自由程的差別來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，因而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)離沸點(diǎn)下的操作。鑒于其在高真空下運(yùn)行，且因其特殊的結(jié)構(gòu)型式，因而它又具備蒸餾壓強(qiáng)低、受熱時(shí)間短、分離程度高等特點(diǎn)，能大大降低高沸點(diǎn)物料的分離成本，極好地保護(hù)熱敏性物質(zhì)的品質(zhì)。該技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高純物質(zhì)的提取，它可擺脫化學(xué)處理方法的束縛，真正保持了純天然的特性，所以特別適用于天然物質(zhì)的提取與分離[ 6-8]，在國際上已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、香料等工業(yè)中。分子蒸餾技術(shù)在煙草方面也有一些應(yīng)用，2001 年孔寧川[ 9]等用分子蒸餾對煙草浸膏進(jìn)行處理制得煙草凈油及富集茄尼醇。2003年唐自文[ 10]等采用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇、工業(yè)無水丙酮、無水乙醚等溶劑溶解煙草萃取物后經(jīng)分子蒸餾分離，考察以上溶劑對煙草提取物的選擇性。2004年Masahiro . Chida[ 11]等將煙葉萃取物利用分子蒸餾設(shè)備處理, 蒸餾出低沸點(diǎn)的醇類、酮類后, 剩余物經(jīng)GC-MS 分析出60 種煙草芳香成分。2009年高旭[12]等利用分子蒸餾技術(shù)富集分離煙葉碎片中的致香物質(zhì)形成香料，加入卷煙來改善煙氣質(zhì)量。2009年楊靖[13]等利用分子蒸餾技術(shù)富集云煙中的香味物質(zhì)。2010年熊國璽[14]等采用超臨界CO2萃取與分子蒸餾聯(lián)用技術(shù)來提取煙草香味物質(zhì)。2010年王萍[15]等采用分子蒸餾技術(shù)對溶劑法制備的香料煙浸膏進(jìn)行了分離。2013年宋紅平[16]等采用分子蒸餾技術(shù)來分離薄片濃縮液中的致香成分。關(guān)于分子蒸餾富集煙草萃取物的文獻(xiàn)很多，但大都是對分子蒸餾的溫度、物料流速和轉(zhuǎn)子/刮膜轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇優(yōu)化得到最佳的分離條件，關(guān)于分子蒸餾的溫度和壓力對萃取物分步分離的影響，目前文獻(xiàn)還沒有報(bào)道過。本實(shí)驗(yàn)以湖南郴州煙葉碎片為原料，采用固定蒸餾溫度逐步降低蒸餾壓力(a方案)和固定蒸餾壓力逐步提高蒸餾溫度(b方案)兩種方案，利用分子蒸餾技術(shù)對煙草碎片超臨界萃取物進(jìn)行分步分離富集，并采用GC-MS對富集后產(chǎn)物進(jìn)行分析，考察兩種方案下萃取物的分離效果。

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1材料和儀器

湖南郴州B2F煙葉碎片；二氯甲烷(色譜純，TEDIA Company, Inc.公司)；無水乙醇(食用級)；無水硫酸鈉(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；蒸餾水；高純氦氣。

SFE-2型超臨界萃取儀(美國ASI公司)；HP7890GC-5975MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)，配備NIST2008譜庫和MSDCHEM化學(xué)工作站；分子蒸餾設(shè)備(德國VTA公司)；JMF-320G多級閃蒸器(河南金鼐科技發(fā)展有限公司)；SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵(上海亞榮生化儀器廠)；電子分析天平 (感量 0.0001g, Mettler Toledo公司，AL204-2C )。

1.2方法

1.2.1煙草萃取物的制備

稱取0.5 kg郴州B2F煙葉裝入1 L萃取釜中，在溫度60 ℃，壓力250 MPa，CO2流量為5 mL/min，夾帶劑(乙醇)流量為0.2 mL/min條件下萃取2 h，超臨界CO2流體粗提物用乙醇溶解，依次進(jìn)行除蠟質(zhì)和溶劑后用于分子蒸餾。

1.2.2分子蒸餾分離工藝

鑒于文獻(xiàn)已對分子蒸餾的物料流速和刮膜轉(zhuǎn)速進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)直接采用文獻(xiàn)中通常采用的轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/min，物料流速70 mL/h，重點(diǎn)考察蒸餾壓力和蒸餾溫度兩個(gè)因素，分子蒸餾分離郴州B2F煙葉SFE萃取物的工藝流程見圖1。

利用分子蒸餾設(shè)備在蒸餾壓力10 kPa(100 mbar)，溫度90 ℃條件下，首先蒸出溶劑及一些容易揮發(fā)的輕組分；再將蒸余物分別按照表實(shí)驗(yàn)方案A和方案B條件依次進(jìn)行分級蒸餾，分別收集各不同蒸餾條件下的餾出物和蒸余物組分進(jìn)行分析和評價(jià)。

1.2.3香味物質(zhì)分析

分別準(zhǔn)確稱取各餾出物0.2 g于三角瓶中，精確到0.0001 g，加入1.2028 mg/mL的乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)0.25 mL，加入5 mL二氯甲烷混合均勻后進(jìn)行GC-MS測定。

MS條件：質(zhì)譜檢測器；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電離源EI；電離能70 ev；質(zhì)量數(shù)范圍35～550 amu；質(zhì)譜掃描方式：全掃描 (SCAN)；溶劑延遲：3.5 min；使用NIST譜庫進(jìn)行檢索，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖和有關(guān)文獻(xiàn)，確定香氣物質(zhì)，用色譜峰面積歸一化法定量計(jì)算得到各香味物質(zhì)在原料中的相對百分含量。

2　結(jié)果與討論

2.1香味物質(zhì)的GC-MS分析

按上述GC-MS條件對超臨界萃取物和分子蒸餾各級餾出物進(jìn)行分析鑒定，使用NIST譜庫進(jìn)行檢索，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖和有關(guān)文獻(xiàn)，確定香味物質(zhì)，并用色譜峰面積歸一化法定量計(jì)算得各香味物質(zhì)在煙草原料中的相對百分比含量，分析出32種主要物質(zhì)見表1。

其中酯類10種：包括二氫獼猴桃內(nèi)酯、十六酸甲酯等；酮類14 種，包括茄酮、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香葉基丙酮等；醇類4種，包括苯乙醇、3-氧代-α-紫羅蘭醇和西柏三烯二醇；烴類1種，為新植二烯；醌類1種，為2,3,6-三甲基-1,4-萘醌；氮雜環(huán)類2 種，包括煙堿和2,3'-聯(lián)吡。

表1　分子蒸餾餾出物的化學(xué)成分

2.2分子蒸餾得率

計(jì)算兩種方案條件下分子蒸餾的得率見圖2，計(jì)算公式見式(1)。

(1)

其中：得到輕組分總含量是指計(jì)算點(diǎn)之前所有級別分餾時(shí)得到的輕組分總量，單位g；投入樣品量是指進(jìn)行分子蒸餾實(shí)驗(yàn)時(shí)的初始投入樣品量，單位g。

由圖2可見，經(jīng)過分級蒸餾，B方案的總得率比A方案總得率上升的快，總體上B方案分級蒸餾后的總得率均比A方案要高，A方案經(jīng)過第二級蒸餾后總得率顯著增加，B方案經(jīng)過第三、第四級蒸餾后總得率顯著增加，說明低沸點(diǎn)化合物受蒸餾壓力影響較大，高沸點(diǎn)化合物受蒸餾溫度的影響較大。

2.3蒸餾壓力對分離結(jié)果的影響

將實(shí)驗(yàn)室得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后得到不同蒸餾壓力條件下各輕組分峰面積相對百分比含量見表2。

表2不同蒸餾壓力條件下各輕組分峰面積相對百分比含量

續(xù)表2

注：“-”表示未檢出，下同。

從表2可以看出：① 經(jīng)過分子蒸餾后，原樣中未檢出的一些成分在輕組分a1、a2中出現(xiàn)，可能是它們在原樣中含量較低，而通過分子蒸餾技術(shù)得到富集并通過GC-MS檢出，主要有苯乙醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、β-紫羅蘭酮等；② 分子蒸餾處理過的樣品與原樣相比，各香味物質(zhì)的相對含量均有較大的提高，其中煙堿、 茄酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、西伯三烯二醇等相對含量提高10倍以上，新植二烯含量提高30倍以上；③經(jīng)過分子蒸餾，輕組分a1中主要富集了保留時(shí)間較短的部分，有煙堿、茄酮、香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮等對香氣貢獻(xiàn)較大且香型表現(xiàn)突出的物質(zhì)成分，輕組分a2中主要富集了保留時(shí)間適中的部分，主要是3-氧代-a-紫羅蘭醇、法尼基丙酮、十六酸甲酯和十六酸乙酯等物質(zhì)；輕組分a3中主要富集了保留時(shí)間較長的部分，有亞油酸乙酯、油酸乙酯、十八酸乙酯；輕組分a4中主要是高沸點(diǎn)的西柏三烯二醇。

2.4蒸餾溫度對分離結(jié)果的影響

表3列出了不同蒸餾溫度條件下各輕組分峰面積相對百分比含量結(jié)果。

表3　不同蒸餾溫度條件下各輕組分峰面積相對百分比含量

續(xù)表3

從表3可以看出：① 經(jīng)過分子蒸餾后，原樣中未檢出的一些成分在輕組分b1、b2中出現(xiàn)，可能是在原樣中含量較小，而通過分子蒸餾技術(shù)得到富集并通過GC-MS檢出，主要有苯乙醇、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、β-紫羅蘭酮等；② 分子蒸餾處理過的樣品與原樣相比，各香味物質(zhì)的相對含量均有較大的提高，其中煙堿、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉基丙酮、巨豆三烯酮、新植二烯、西柏三烯二醇等相對含量提高15倍以上；③經(jīng)過分子蒸餾，輕組分b1中主要富集了沸點(diǎn)相對較低的部分，有煙堿、茄酮、香葉基丙酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮等對香氣貢獻(xiàn)較大且香型表現(xiàn)突出的物質(zhì)成分，輕組分b2中主要富集了沸點(diǎn)相對較高的部分，主要是3-氧代-α-紫羅蘭醇、法尼基丙酮、十六酸甲酯和十六酸乙酯、亞油酸甲酯等物質(zhì)；輕組分b3中主要富集了高沸點(diǎn)的物質(zhì)，有西柏三烯二醇、亞油酸乙酯、油酸乙酯、十八酸乙酯；輕組分b4中主要是高沸點(diǎn)的西柏三烯二醇。

2.5兩種方案分離結(jié)果的比較

A與B兩種實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果相比：① A方案的4個(gè)輕組分與B方案的4個(gè)輕組分所含有的化合物種類基本相同；② 對于沸點(diǎn)相對較低的香味物質(zhì)而言，采用A方案所分離的總含量要高于B方案，這部分主要是茄酮、香葉基丙酮、巨豆三烯酮、3-羥基-β-二氫大馬酮、新植二烯等一些重要的致香物質(zhì)，而對于沸點(diǎn)較高的香味物質(zhì)而言，采用B方案所分離的總含量要高于A方案，這部分主要是十六酸甲酯、十六酸乙酯、西伯三烯二醇等，說明對于沸點(diǎn)較高的香味物質(zhì)，蒸餾溫度影響更大，而對于低沸點(diǎn)的香味物質(zhì)，蒸餾壓力影響較大；③ 就兩種方案分步分離的效果而言， 一些重要的香味物質(zhì)經(jīng)過三步基本可分離完全，茄酮、香葉基丙酮、巨豆三烯酮、法尼基丙酮和新植二烯主要在第一和第二級餾分中(圖3、圖4)，西伯三烯二醇主要在第三和第四級餾分中(圖5)，高沸點(diǎn)的酯類主要分布在第二和第三級餾分中(圖6)，因此，可以針對要分離的化合物種類來選擇最合適的分離條件。

2.6結(jié)論

通過改變蒸餾壓力(方案A)和蒸餾溫度(方案B)兩種方案分別實(shí)現(xiàn)了樣品的有效分離，取得了較好的效果，經(jīng)過分子蒸餾，茄酮、香葉基丙酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮、3-羥基-β-大馬酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇和法尼基丙酮等一些重要香味物質(zhì)的相對含量顯著提高，同時(shí)還增加了β-大馬酮和β-紫羅蘭酮等一些重要的香味物質(zhì)。A和B兩種方案分離結(jié)果相比，A方案對低沸點(diǎn)香味物質(zhì)分離效果較好，B方案更適合于高沸點(diǎn)香味物質(zhì)的分離，大部分香味物質(zhì)經(jīng)過三步分離基本可實(shí)現(xiàn)完全分離，香味物質(zhì)在各級餾分中的分布情況，為選擇最佳條件實(shí)現(xiàn)化合物的有效分離提供了重要的參考依據(jù)。

[1]黃嘉礽，袁行思，朱尊權(quán)，等.煙草工業(yè)手冊[M]. 北京：中國輕工出版社，1994： 6-10.

[2]王瑞新.煙草化學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003：172-176.

[3]毛多斌, 馬宇平, 梅業(yè)安. 卷煙配方和香精香料[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2001: 112-113.

[4]楊靖，周長春，毛多斌. 超臨界萃取技術(shù)在煙草成分分離中的應(yīng)用[J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005, (2) : 11-13.

[5]劉蕓，林文，白石，等. 超臨界流體萃取技術(shù)及其在煙草工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 化工時(shí)刊, 2008， (2) : 50-60.

[6]盧國藩, 張彥東. 分子蒸餾及其在香精香料工業(yè)中的應(yīng)用[J] .香料香精化妝品, 2003, (2) : 31-33.

[7]祝順琴, 談峰. 分子蒸餾技術(shù)在天然產(chǎn)物分離中的應(yīng)用[J] . 精細(xì)化工, 2004, (1) : 46- 50.

[8] Batist ella C B. Recovery of carotenoids from palm oil by molecular distillation[J].Computers chem engng, 1998, (22): 53- 60.

[9]孔寧川, 唐自文. 一種對煙草浸膏深加工制煙草凈油及富集茄尼醇的方法: 中國, 1400300 [P] . 2003-03-05 [2006-12-28] .

[10]唐自文, 孔寧川. 分子蒸餾分離煙草提取物溶劑選擇性萃取試驗(yàn)研究[J] . 云南化工, 2004, (2): 46-47.

[11] Masahiro Chida, Yuk io Sone. Aroma characteristics of stored tobacco cut leave analyzed by a high vacuum distillation and canister syst em [J]. J Ag ric Food Chem, 2004, 52:7918-7924.

[12]高旭，陳鵬，洪林軍等.分子蒸餾技術(shù)在煙用香料提取分離中的應(yīng)用[J] .化學(xué)工程師，2009 (10):54-56.

[13]楊靖，于存峰，鄭峰洋等.分子蒸餾在云煙萃取物分離中的應(yīng)用[J] .香料香精化妝品，2009(1):10-12,16.

[14]熊國璽，朱巍，喻世濤等.超臨界CO2萃取與分子蒸餾聯(lián)用技術(shù)在煙草香味成分提取中的應(yīng)用[J] .湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010, 49(7):1690-1693.

[15]王萍，楊俊鵬，王娜等. 分子蒸餾處理香料煙浸膏制備煙用香料[J] .香料香精化妝品，2010(6):31-34.

[16]宋紅平，梅涌，李玲，等.分子蒸餾技術(shù)分離薄片濃縮液中的致香成分[J] .云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013, 2 (1):22-26.

Application of molecular distillation on separation of flavor components from tobacco extract.

Wei Bin1, Ding Mengmeng1, Zou Peng2, Ge Shaolin2, Zhang Zhao2, Sheng Liusi1, Huang Lan2*

(1.NationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230029,China；2.ResearchandDevelopmentCentre,ChinaTobaccoAnhuiIndustrialCo.,Ltd.,Hefei230088,China)

The main flavor components of tobacco extract were graded by molecular distillation technique and analyzed by GC-MS with area normalization. The influences of distillation temperature and pressure on flavor components were studied. The results showed that relative area mass content of aroma components can be significantly improved after molecular distillation, 32 components in 4 grades of distillate from two experiment programs were indentified. The experimental scheme A was better in separating low boiling point components, and the experimental scheme B was more appropriate for high boiling point components.

molecular distillation; tobacco; flavor components; grade

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“煙草萃取物的分類分離與改性技術(shù)研究”(2014111)

危彬，女，1991年出生，碩士，主要從事氣相色譜/質(zhì)譜分析煙草化學(xué)成分的研究,E-mail:grabby@mail.ustc.edu.cn。

黃蘭，女，1982年出生，碩士，工程師，主要從事氣相色譜/質(zhì)譜、全二維氣相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜等分析煙草化學(xué)成分及煙用添加劑的研究,E-mail:kdhl318@mail.ustc.edu.cn。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.02.012

2015-11-11