鄒 鵬，戴 魁，張亞平，黃 蘭，王文斌，徐 峻，劉 非，郭東鋒

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥市天達(dá)路9 號 230088

分子蒸餾技術(shù)是在高真空蒸餾條件下，利用 不同分子間的運動平均自由程差別，實現(xiàn)復(fù)雜物質(zhì)精細(xì)分離的技術(shù)[1]。與常規(guī)蒸餾相比，分子蒸餾具有操作溫度低、受熱時間短、分離效果好、產(chǎn)物變化少等優(yōu)勢，目前已廣泛應(yīng)用在石油化工[2]、食品加工[3]和精細(xì)化學(xué)品制備[4]等方面。此外，分子蒸餾技術(shù)在香料加工領(lǐng)域有較多的應(yīng)用[5-6]。由于香料中通常含有受熱易變質(zhì)的成分，因此采用分子蒸餾技術(shù)處理能較好地富集香料中的顯效致香成分，同時除去雜質(zhì)[7-8]。分子蒸餾技術(shù)在煙草提取物分離精制方面的應(yīng)用研究也有文獻報道[9-16]。楊靖等[9]使用分子蒸餾分離烤煙的超臨界CO2萃取物，通過考察進料流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、蒸餾溫度等參數(shù)對云煙萃取物中特征成分分離收率的影響，確定了工藝參數(shù)，進而使云煙萃取物中特征香味物質(zhì)的含量增加。毛多斌等[10]使用分子蒸餾分離超臨界CO2萃取的云煙凈油，通過改變蒸餾溫度梯度，分離得到了不同餾分，并考察了餾分對卷煙感官質(zhì)量的影響。然而，上述研究中還存在一些問題。首先，目前常用的萃取溶劑大多是超臨界CO2或石油醚等低極性溶劑[10-11，14-15]，但低極性溶劑制備的浸膏、凈油的收率普遍較低[9]。此外，根據(jù)“相似相溶”原則，低極性溶劑對酮類、醇類、糖苷類等強極性物質(zhì)的溶解能力較低，因此影響溶劑對煙草特征香味成分的萃取效率。其次，目前針對分子蒸餾產(chǎn)物的研究主要集中在成分剖析和煙用效果考察方面，對產(chǎn)物的熱行為研究較少。在某種程度上，分子蒸餾技術(shù)也是利用樣品化學(xué)成分之間的熱行為差異，實現(xiàn)其液液分離。本研究中，以乙酸乙酯為溶劑制備云南煙葉提取物，并從化學(xué)成分、熱行為和煙用效果等3 個方面考察分子蒸餾技術(shù)對煙葉提取物的分離效果，旨在為開發(fā)適用于不同煙草制品的煙用香料提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

煙葉原料為2014 年云南產(chǎn)區(qū)烤煙煙葉，分別是玉溪C2F（K326）、曲靖C2F（云煙97）、昆明C2F（云煙87）?？瞻撞患恿喜患酉憔頍熡砂不罩袩煿I(yè)有限責(zé)任公司卷制，采用國內(nèi)主產(chǎn)區(qū)煙葉配方，并摻配10%梗絲、8%膨脹煙絲和6%造紙法再造煙葉絲。

乙酸乙酯（AR，上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；二氯甲烷、乙酸苯乙酯（色譜純，美國Aldrich 公司）。

VDL-70 分子蒸餾儀（德國VTA 公司）；HP6890/5975 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有Nist2008譜庫和MSDchem 化學(xué)工作站，美國Agilent 公司）；CIJECTOR 加香注射機（德國Burghart 公司）；KBF240 型恒溫恒濕箱（德國Binder 公司）；DF-101S 型集熱式磁力加熱攪拌器（常州普天儀器制造有限公司）；RW-120S 型機械攪拌機（上海精科實業(yè)公司）；R-215 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士Büchi 公司）；STA8000 型熱重分析儀（美國PE 公司）；AG104 型電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 提取物及分子蒸餾產(chǎn)物制備

將玉溪、昆明和曲靖等產(chǎn)區(qū)煙葉制成煙草提取物，并通過分子蒸餾將其分為不同組分，具體流程見圖1。以玉溪煙葉為例，使用乙酸乙酯回流萃取5.4 kg 玉溪煙葉粉末，提取特定時間后進行固液分離；提取液冷凍過夜后過濾并進行純化，得到精制的煙葉提取物；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去大部分溶劑，并在60 ℃、1 kPa 條件下濃縮除去剩余溶劑，得到煙葉浸膏A（YX-A）。將煙葉浸膏添加到分子蒸餾儀中，在100 ℃、100 Pa 條件下進行分子蒸餾，冷凝得到的第一餾分即為一級輕組分L1（YX-L1）；繼續(xù)進行分子蒸餾分離，分別得到二級輕組分L2（YX-L2）、三級輕組分L3（YX-L3）、四級輕組分L4（YX-L4）和最終的蒸餾剩余物即重組分H（YX-H）。在蒸餾過程中，進料速率為70 mL/h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300 r/min。

1.2.2 GC-MS 檢測

圖1 云南煙葉浸膏及分子蒸餾產(chǎn)物制備流程圖Fig.1 Preparation flow of Yunnan tobacco extracts and molecular distillation products

取0.20 g煙葉浸膏或分子蒸餾產(chǎn)物，加入10 mL二氯甲烷溶解，然后添加0.25 mL 1.176 mg/mL 乙酸苯乙酯（內(nèi)標(biāo)）溶液，過濾后進行GC-MS 檢測。GC-MS 條件為：

色譜柱：HP-5MS 毛細(xì)管色譜柱（60 m×0.25 mm i.d.×0.25μm d.f.）；進樣口溫度：250 ℃；載氣：He；流速：1 mL/min；進樣量：1 μL，分流比10∶1；升溫 程 序：50 ℃保 持5 min，以2 ℃/min 升 溫 至200 ℃，再以5 ℃/min 升溫至250 ℃，保持10 min。電離方式：電子轟擊離子源（EI）；離子源溫度：230 ℃；電離能量：70 eV；傳輸線溫度：280 ℃；四極桿溫度：150 ℃；隔墊吹掃流量：3 mL/min；掃描方式：全離子掃描（Scan）模式；掃描范圍：43～450 amu；溶劑延遲5 min。

采用Nist2008 譜庫檢索法進行定性分析，選擇匹配度≥90%。采用內(nèi)標(biāo)法進行定量分析，乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)的出峰時間在42.50 min 左右。定量公式為Mi=C內(nèi)標(biāo)Ai/（A內(nèi)標(biāo)Fi）。式中，Mi為樣品中i 物質(zhì)的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/g）；C內(nèi)標(biāo)為加入的內(nèi)標(biāo)含量（mg/g）；Fi為相對校正因子，假定校正因子為1；Ai和A內(nèi)標(biāo)分別為i 物質(zhì)和內(nèi)標(biāo)的峰面積。

1.2.3 熱失重分析

熱失重分析測試條件為：初始溫度40 ℃，升溫速率30 ℃/min，終止溫度700 ℃，環(huán)境氣體為氮氣，流速50 mL/min。使用空白坩堝在相同的升溫程序下測得空白曲線。再稱?。?0±1）mg 樣品，置于熱重分析儀的氧化鋁坩堝中進行熱分析測試，扣除空白后得到樣品的熱失重TG/DTG 曲線。

1.2.4 感官質(zhì)量評價

將煙草浸膏和分子蒸餾產(chǎn)物用75%乙醇進行稀釋，并以10 mg/kg 的添加量注射到空白卷煙中，得到試驗卷煙樣品。以注射等量75%乙醇的卷煙為空白卷煙樣品。所有卷煙樣品均在22℃、相對濕度（RH）60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h，然后采用煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 415—2011《煙草在制品 感官評價方法》進行感官質(zhì)量評價，評價小組由安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心的7 名具有評吸員資質(zhì)的人員組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子蒸餾產(chǎn)物分析

3 種云南煙葉浸膏的收率及分子蒸餾產(chǎn)物的收率如表1 所示?？梢钥闯觯薪嗟氖章示?.5%以上，昆明煙葉樣品的浸膏收率相對較高，而曲靖煙葉樣品的收率相對較低。與超臨界CO2等低極性溶劑相比[9]，以乙酸乙酯為提取溶劑的產(chǎn)物收率相對較高。另外，不同條件下對浸膏進行分子蒸餾所得到的產(chǎn)物也存在差異。

表1 3 種云南煙葉的溶劑提取收率及分子蒸餾分離收率①Tab.1 Yields of extraction and separation by molecular distillation from three kinds of Yunnan tobacco

2.2 分子蒸餾產(chǎn)物GC-MS 分析

2.2.1 玉溪煙葉分子蒸餾產(chǎn)物化學(xué)成分分析

對云南（玉溪）煙葉浸膏及其分子蒸餾產(chǎn)物進行GC-MS 分析，結(jié)果如圖2 和表2 所示。由圖2 可以看出，煙草浸膏YX-A 中含有較多的揮發(fā)性成分，其保留時間分布于5～90 min 之間。YX-L1 主要成分的保留時間集中在5～70 min 之間，YX-L2主要成分在50～80 min 之間。YX-L3 中煙堿和新植二烯的含量均明顯減少，主要成分的保留時間在80 min 以后。在YX-L4 和YX-H 的色譜圖中，內(nèi)標(biāo)的峰高增加，而可檢測物質(zhì)的峰數(shù)目減少，說明這兩個組分中的主要成分可能為不適合采用GC-MS 分析的非揮發(fā)性成分?？梢?，煙葉浸膏中的大部分易揮發(fā)成分集中在L1 和L2 組分中，通過分子蒸餾對煙草提取物中的復(fù)雜成分按照揮發(fā)性大小進行分離是可行的。

由表2 可以看出，從玉溪煙葉浸膏YX-A 中共檢出41 種成分，YX-L1、YX-L2、YX-L3、YX-L4 和YX-H 中分別檢出56、42、29、23 和17 種成分。隨著分子蒸餾強度的增加，分子蒸餾產(chǎn)物中可檢測到的揮發(fā)性成分越來越少，而蒸餾最后的重組分中大部分成分為GC-MS 難以檢測的非揮發(fā)性成分。一級輕組分YX-L1 中檢出成分的數(shù)量比煙草浸膏YX-A 中多，說明分子蒸餾處理后揮發(fā)性成分更多地富集在YX-L1 中，例如浸膏中含量相對較低的成分4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、香蘭素等可在YX-L1 中被檢出。

圖2 玉溪煙葉浸膏及分子蒸餾產(chǎn)物的GC 總離子流圖Fig.2 GC total ion chromatogram of Yuxi tobacco extract and its molecular distillation products

表2 玉溪煙葉浸膏及分子蒸餾產(chǎn)物GC-MS 結(jié)果Tab.2 GC-MS analysis results of Yuxi tobacco extract and its molecular distillation products

表2（續(xù)）

表2（續(xù)）

比較分子蒸餾產(chǎn)物所含香味成分可知，煙堿和新植二烯主要集中在YX-L1 和YX-L2 中，其他組分中這兩種物質(zhì)的含量相對較低。揮發(fā)性較強的成分主要集中在YX-L1 中，其次是YX-L2 中，其他組分中揮發(fā)性成分的含量較低。半揮發(fā)性成分如十六酸、莨菪葶、西柏三烯二醇、亞麻酸、亞麻酸甲酯和亞油酸甲酯等主要集中在YX-L2 和YX-L3中。YX-L4 和YX-H 中主要為非揮發(fā)性成分如甾醇、長鏈烷烴等。YX-L3、YX-L4 和YX-H 等組分中可檢出的香味成分?jǐn)?shù)量較少，這是因為GC-MS難以準(zhǔn)確定性分析分子量較大的化合物；此外，煙葉浸膏經(jīng)過分子蒸餾處理后，性質(zhì)較為接近的大分子脂肪族化合物如亞麻酸、亞油酸、脂肪烴以及其他非揮發(fā)性物質(zhì)被富集在同一組分中，這些成分在GC 中的出峰位置極易重疊，且由于其含量較高，導(dǎo)致這幾個分子蒸餾產(chǎn)物中可準(zhǔn)確定性的成分相對較少。

2.2.2 不同產(chǎn)區(qū)煙葉分子蒸餾產(chǎn)物L(fēng)1 組分的化學(xué)成分比較

從玉溪、昆明和曲靖產(chǎn)區(qū)煙葉浸膏的分子蒸餾產(chǎn)物L(fēng)1 組分中檢出的成分如表3 所示?？梢钥闯觯瑥睦ッ骱颓笩熑~KM-L1 中分別檢出47 和42種成分，均低于玉溪煙葉（56 種）。YX-L1 中含有較多的苯酚、5-甲基-2-呋喃甲醇、3-甲基-2-羥基-環(huán)戊烯-1-酮（甲基環(huán)戊烯醇酮，MCP）、甲酸苯甲酯、愈創(chuàng)木酚等成分，而這些成分在KM-L1 和QJ-L1 中均未檢出。

表3 3 種云南煙葉浸膏分子蒸餾一級輕組分GC-MS 結(jié)果Tab.3 GC-MS results of first-step fraction from three kinds of Yunnan tobacco extracts by molecular distillation

表3（續(xù)）

2.3 分子蒸餾產(chǎn)物熱失重分析

玉溪煙葉浸膏及其5 種分子蒸餾產(chǎn)物的熱失重分析結(jié)果如圖3 所示?？梢钥闯觯挟a(chǎn)物在加熱到500 ℃左右均基本完全揮發(fā)。YX-A 的主要熱失重溫度在400 ℃左右，另外在100 和250 ℃還存在少量的質(zhì)量損失，其DTG 曲線與分子蒸餾產(chǎn)物的曲線均有重合。4 級輕組分的熱失重區(qū)間存在明顯差異，其主要熱失重溫度分別在220 ℃（YX-L1）、250 ℃（YX-L2）、310 ℃（YX-L3）和400 ℃（YX-L4）左右，說明通過分子蒸餾技術(shù)能夠?qū)煵萏崛∥锇凑掌錈嵝袨椴顒e分成不同組分。YX-L1 和YX-L3 的DTG 曲線為狹窄的近似單峰，說明這2 個餾分中含有的化合物熱特性均相對單一。YX-L2 的DTG 曲線為較寬的雙峰，且與YX-L1 和YX-L3 有一定重合，說明L2 組分中化合物的熱性質(zhì)介于L1 和L3 之間且較為相似，從GC-MS 中分析結(jié)果也能得到相似的結(jié)論。YX-L4和YX-H 的最大熱失重溫度基本重合，但YX-H 的DTG 峰在高溫側(cè)有明顯拖尾，說明YX-L4 的成分相對單一，而YX-H 中含有較多的非揮發(fā)性成分。將YX-H 和YX-A 的DTG 曲線進行對比，其最大熱失重溫度基本重合，但YX-A 在低溫側(cè)含有小峰和肩峰，而YX-H 在低溫側(cè)熱反應(yīng)較少，在高溫側(cè)有拖尾。可見，通過分子蒸餾處理后，煙草提取物中的非揮發(fā)性成分基本富集在重組分中。輕組分YX-L1、YX-L2 和YX-L3 的最大熱失重溫度均在300 ℃左右，與加熱非燃燒卷煙的作用溫度較接近，說明其在此類煙草制品配方設(shè)計中具有潛在應(yīng)用價值。

2.4 分子蒸餾產(chǎn)物感官質(zhì)量評價

玉溪煙葉浸膏及其5 種分子蒸餾產(chǎn)物的卷煙感官質(zhì)量評價結(jié)果如表4 所示?？梢钥闯觯裣獰熑~浸膏YX-A 具有提升香氣質(zhì)，增加香氣量，掩蓋雜氣，提升煙氣濃度，降低刺激，減少殘留和增加口腔甜感的效果。YX-L1 可明顯改善卷煙煙氣的香氣質(zhì)，使優(yōu)雅的清甜香香氣增加，且可掩蓋雜氣，使?jié)舛群蛣蓬^稍有增加，口腔甜感明顯增加。YX-L2 可在一定程度上增加清甜香香氣和煙草本香，明顯增加香氣量，但對口腔甜感的貢獻稍小于YX-L1。YX-L3 可部分增加煙草本香，但使口腔煙味殘留明顯增加，且使刺激性增加。YX-L4 可部分增加煙草本香，稍微增加清甜香香氣，有一定的煙味殘留，且使香氣量和煙氣濃度均增加。重組分YX-H 可增加煙草本香和清甜香香氣，使煙氣濃度增加、雜氣減少，但有部分殘留。綜上可知，YX-L1 的煙用效果最好，而YX-L3 相對較差；YX-L1 和YX-L2 的煙用效果明顯優(yōu)于YX-A；YX-L4 和YX-H 的煙用效果與YX-A 相近。實驗中還發(fā)現(xiàn)，由曲靖和昆明產(chǎn)區(qū)煙葉樣品制得的浸膏和分子蒸餾產(chǎn)物的煙用效果與玉溪煙葉樣品較相似。

表4 玉溪煙葉浸膏及分子蒸餾產(chǎn)物的卷煙感官質(zhì)量評價結(jié)果Tab.4 Results of cigarette sensory quality evaluation of Yuxi tobacco extract and its molecular distillation products

總體上，隨著分子蒸餾強度的增加，添加分子蒸餾產(chǎn)物的試驗卷煙的煙氣清香香韻逐漸降低，但重組分仍可表現(xiàn)出部分清香香韻。與清香香韻相關(guān)的香氣成分通常揮發(fā)性相對較強[17]，因此主要富集在L1 和L2 組分中。與文獻相比，超臨界萃取煙草提取物的分子蒸餾重組分基本無增香效果，且對口感有不利影響[10-11]。本研究中使用乙酸乙酯提取并分離得到的分子蒸餾重組分仍具有較好的增香效果，且能夠表現(xiàn)出云南煙葉的清香香韻。煙葉中部分關(guān)鍵香味成分以糖苷等結(jié)合態(tài)存在于煙草提取物中，使用極性溶劑可以更好地萃取此類香味成分[18]，但這些成分的分子量和極性較大，經(jīng)過分子蒸餾仍被保留在重組分中。因此重組分仍具有較好的增香效果。

3 種云南煙葉浸膏一級輕組分L1 的卷煙感官質(zhì)量評價結(jié)果如表5 所示。可以看出，KM-L1 可明顯改善卷煙清甜香香氣質(zhì)，掩蓋雜氣，使?jié)舛壬杂性黾?，且使口感干凈程度和口腔甜感增加。QJ-L1 可部分增加卷煙清甜香香氣和焦甜香香氣，掩蓋雜氣，增加濃度和勁頭，并增加口腔甜感和干凈程度。對比3 種L1 組分發(fā)現(xiàn)，KM-L1 對香氣質(zhì)的改善最明顯，其口感相對更好；YX-L1 的香氣質(zhì)和香氣豐富性表現(xiàn)更好，清甜香香韻表現(xiàn)稍弱于昆明樣品；QJ-L1 可明顯增加香氣量，但香氣質(zhì)較前兩個樣品差，另外，使勁頭有所增加。結(jié)合GC-MS 結(jié)果可知，YX-L1 組分中的香味物質(zhì)種類和總量也相對較高。

表5 3 種云南煙葉浸膏分子蒸餾一級輕組分的卷煙感官質(zhì)量評價結(jié)果Tab.5 Results of cigarette sensory evaluation of first-step fractions separated by molecular distillation from 3 kinds of Yunnan tobacco extracts

3 結(jié)論

使用乙酸乙酯提取制備玉溪、昆明和曲靖等地區(qū)煙葉浸膏，通過分子蒸餾處理，可將提取物分成4 級輕組分（L1、L2、L3 和L4）和重組分（H）共5種產(chǎn)物。L1 和L2 組分中含有較多的揮發(fā)性香味成分，而L3、L4 和重組分中主要為半揮發(fā)性成分以及非揮發(fā)性成分。5 種產(chǎn)物的主要熱失重溫度分別為220、250、310、400 和400 ℃。隨著分子蒸餾強度的增加，煙草浸膏可被分為熱特性差距明顯的不同組分。L1 和L2 組分可增加清甜香香氣，降低雜氣，改善口感；L3 組分則殘留較大，刺激性較高；重組分與浸膏相似，但會增加殘留。本研究中選擇用極性溶劑制備的煙草提取物，通過分子蒸餾分離制得了不同的分子蒸餾產(chǎn)物，可為煙用香料的開發(fā)提供方法參考。