張峰，操曉亮，伊勇濤，陳小明，謝金棟

福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，福建省廈門市集美區(qū)濱水路298號 361021

茶樹花是山茶科、山茶屬茶樹的花，是一種新的天然資源食品[1-2]，目前研究主要集中于茶樹花中的茶多糖[3]、茶多酚[4]、氨基酸[5]、蛋白質(zhì)[6]、酶[7]等生化成分的制備和作用研究[8]，對其芳香組分的研究還較少。茶樹花香韻獨特，令人愉悅，研究表明茶樹花中還含有芳香醇類、萜烯醇類、脂肪醇類和芳香酮類等種類豐富的芳香成分[9]，以茶樹花為原料制備香料具有較好的應(yīng)用前景。由于新鮮茶樹花不耐儲存且香味物質(zhì)含量較低[9-10]，以新鮮茶樹花為原料開發(fā)香料的報道較少，少數(shù)的研究多以茶樹花干花為原料，采用超臨界CO2提取[11-12]、亞臨界提取[13]、有機溶劑浸提[14-15]、超高壓輔助水蒸氣蒸餾[16]等方式提取茶樹花香味物質(zhì)，其成分主要為棕櫚酸、咖啡因、烷烴類等化合物，與新鮮茶樹花的致香成分、香韻特征存在較大差異[9-10]，且上述的制備方式存在有機溶劑用量大、設(shè)備不易工業(yè)化、安全風(fēng)險大等弊端。

水蒸新鮮茶樹花香味物質(zhì)含量較低，氣蒸餾是工業(yè)化應(yīng)用最廣泛的植物精油提取方法[17]。采用水蒸氣蒸餾無法直接獲得新鮮茶樹花精油，所得到的水蒸氣餾出液（純露）中含有大量的水，使得純露中香味物質(zhì)含量低，香韻強中度弱，需通過濃縮方式來富集香味物質(zhì)，然而采用傳統(tǒng)的減壓濃縮無法有效富集餾出液中的香味物質(zhì)。反滲透膜濃縮技術(shù)是一種在常溫下進行，采用膜兩側(cè)壓力差分離溶劑小分子，富集有效物質(zhì)的手段[18]。目前還未見將水蒸氣蒸餾與反滲透膜濃縮結(jié)合直接制備茶樹花香料的報道。本文將水蒸氣蒸餾與反滲透膜技術(shù)結(jié)合開發(fā)新鮮茶樹花香料，為由香味物質(zhì)含量低的新鮮原料規(guī)?；苽湎懔咸峁┕に嚭图夹g(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

2018 年11 月于安溪祥華茶園采摘茶樹花，包括全展、初展與花蕾三種狀態(tài)，采摘的茶樹花用飽和食鹽水浸泡處理。

食鹽（市售）、純水（自制）、2-己酮（98%，AlfaAesar），參比卷煙（自制）。

反滲透膜中試設(shè)備（廈門三達(dá)膜公司）、天然香料中試試驗線（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司）、HP7890 型氣相色譜/HP5975N 質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent 公 司）、PerkinElmer TurboMatrix HS-110 靜態(tài)頂空儀（美國PE 公司）、AG204 型電子天平（感量0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司）、CIJECTOR實驗室香精香料注射機（德國Burghart 公司）。

1.2 方法

1.2.1 提取方法

（1）預(yù)處理

攤晾：采摘后的新鮮茶樹花薄層攤晾于竹筐中，運回工廠待提取。

鹽水浸泡：將采摘后的新鮮茶樹花用飽和的食鹽水浸泡，運回工廠待提取。

（2）水蒸氣蒸餾

利用天然香料中試試驗線200 L 提取釜進行茶樹花的水汽蒸餾和水中蒸餾。

水汽蒸餾：每批投料30 kg，下部直通蒸氣閥門開度30%，蒸出流量控制在20 kg/h，冷卻溫度8℃，樣品接收與稱重。

水中蒸餾：每批投料30 kg，按1:3 的比例加入純水90 kg，加熱提取罐，控制蒸出流量控制在20 kg/h，冷卻溫度8℃，樣品接收與稱重。

1.2.2 濃縮方法

將水蒸氣蒸餾獲得的60 kg 餾出液分別采用減壓濃縮、反滲透濃縮處理至約7 kg，具體參數(shù)如下。

（1）減壓濃縮：利用天然香料中試試驗線的減壓濃縮設(shè)備進行濃縮，加熱溫度60℃，進料溫度20℃，分離器溫度45℃，壓力-0.82×105Pa，進料流量0.15 m3/h～0.25 m3/h。

（2）反滲透濃縮：利用反滲透膜中試設(shè)備進行反滲透濃縮，泵頻率50 Hz，運行溫度不高于40℃，出膜壓力0.1 MPa～2.0 MPa。

1.2.3 香味成分分析方法

稱重2.0 g 的鮮花或純露樣品于20 mL 頂空瓶內(nèi)并加0.1 mL 2-己酮內(nèi)標(biāo)（0.04 mg/mL）工作溶液后密封后待測。采用HS-GC/MS 進行分析，儀器條件如下。

靜態(tài)頂空儀：樣品平衡溫度40℃，進樣針溫度110℃，傳輸線溫度130℃，平衡時間60.0 min，樣品瓶加壓時間2.0 min，進樣時間0.15 min，拔針時間0.50 min；進樣模式為高壓進樣；進樣壓力：0.24 MPa（35 psi）。

氣相色譜儀：色譜柱HP-5MS（60 m×0.25 mm，0.25 μm），進樣口溫度250℃；柱溫箱升溫程序：起始溫度60℃，以2℃/min 升溫至200℃保持1 min，再以50℃/min升溫至250℃保持10 min，載氣：氦氣（純度99.999%）；載氣流量1.0 mL/min；分流比5 : 1。

質(zhì)譜檢測器：傳輸線溫度200℃，離子源溫度200℃，調(diào)諧電壓1420 V；溶劑延遲為：5 min；掃描質(zhì)量數(shù)范圍為：35 amu ～455 amu；檢測模式為全掃描模式，譜庫檢索采用NIST 庫進行檢索。

1.2.4 卷煙加香評價

用香精香料注射機將茶樹花純露樣品按0.1%的比例均勻添加入?yún)⒈染頍熤?，得到的煙支于?2±1）℃和RH（60±2）%環(huán)境中平衡48 h，組織10 名的專業(yè)評吸人員依據(jù)《YC/T 497 卷煙中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》對參比卷煙及添加茶樹花純露樣品的卷煙進行對比評吸。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶樹花預(yù)處理方式研究

2.1.1 茶樹花原料選擇

茶樹花在不同開放狀態(tài)（花蕾期、初開期、全開期）時香味物質(zhì)含量存在差異[9]，造成不同開放狀態(tài)茶樹花的香氣也存在一定的差異，因此需要對不同開放狀態(tài)下的茶樹花香味成分及其含量進行分析，以確定有利于香料開發(fā)提取的茶樹花開放狀態(tài)。

從表1 可以看出，三種不同開放狀態(tài)的茶樹花共鑒定出43 種成分，其種類相似但含量均存在明顯差異；主要共同成分有苯乙酮、2-丁酮、芳樟醇、2-己酮、順-氧化芳樟醇等化合物，多為能夠體現(xiàn)茶樹花獨特花香及清甜香作用的化合物?；ɡ倨诓铇浠ǖ闹饕阄冻煞譃榉颊链?、順-氧化芳樟醇、2-丁酮等一些小分子醇醛類化合物，香味成分總量不是很高，茶樹花蕾的香氣偏青，香勢不強。隨著茶樹花逐漸開放，酮類、芳香醇類、醛類等化合物的含量不斷得到累積，并且還有部分香味成分生成，其香味成分總量也不斷增加，在茶樹花初開期達(dá)到最高，因此這個時期茶樹花的香氣最為豐富而濃郁。到了全開期，部分香味成分得到繼續(xù)積累（如苯乙醇、苯乙酮、苯乙酸甲酯），其中苯乙酮的香味成分變化最大，從花蕾期的0.46 μg/g增加到73.66 μg/g，成為茶樹花含量最高的香味成分；同時也有部分香味成分（2-丁酮、芳樟醇等）可能因為代謝或揮發(fā)而減少了，因此全開期茶樹花的香味成分總量較初展期有了一定下降，但主要香味成分的比例變化不大，所以兩個時期的茶樹花的香氣特征沒有明顯差異，這與文獻報道一致[9]。結(jié)合各個階段茶樹花的香氣特征、香味成分總量以及實際茶樹花采收情況，最終確定選擇初展期、全展期的茶樹花作為后續(xù)香料制備的原料，并以茶樹花香味成分總量和苯乙酮含量作為考察后續(xù)加工方式效果的化學(xué)成分指標(biāo)。

表1 不同開放狀態(tài)茶樹花樣品的香味成分鑒定結(jié)果Tab. 1 Identification of aroma components in tea flower at different flowering stage

2.1.2 茶樹花預(yù)處理方式比較

鮮花類原料采摘后如不及時處理，存放數(shù)小時后，其香味成分將大量損失[19]。因此必須采取適當(dāng)?shù)姆椒▽偛烧牟铇浠ㄟM行現(xiàn)場預(yù)處理，盡可能降低香味損失。采用攤晾、鹽水浸泡作為兩種可行的前處理方式對比分析如表2 所示。表2 顯示了兩種前處理方式在不同時間段，茶樹花香味成分的變化情況，新鮮茶樹花攤晾處理數(shù)小時后其香味成分總量及特征成分苯乙酮總量大幅度下降，這與文獻報道一致[19]，且放置5 d 后樣品發(fā)霉?，F(xiàn)場鹽水浸泡的茶樹花其香味成分總量及特征成分苯乙酮的含量均高于攤晾鮮花所獲得的樣品量，放置30 d 內(nèi)變化幅度不明顯，且未出現(xiàn)霉變，說明現(xiàn)場鹽水浸泡處理能夠保持茶樹花中的香味成分，且利于茶樹花的長期加工。

表2 茶樹花純露不同預(yù)處理方式比較Tab. 2 Comparison of different pretreatment methods for tea flower hydrolats

2.2 水蒸氣蒸餾工藝研究

鮮花、鮮葉等新鮮植物一般選擇水中蒸餾或水汽蒸餾兩種水蒸氣蒸餾方式[17]進行提取，而不同水蒸氣蒸餾方式及條件會極大影響茶樹花香味成分的提取及所獲得提取物的品質(zhì)。因此需要對水蒸氣蒸餾方式（包括水中蒸餾及水汽蒸餾）以及后續(xù)相應(yīng)的參數(shù)進行考察。

2.2.1 水蒸氣蒸餾方式的比較

將鹽水浸泡處理的茶樹花分別采用水中蒸餾及水汽蒸餾兩種方式進行提取，將蒸餾3.0 h 的餾出液采用反滲透膜進行濃縮至約7.0 kg 后取樣檢測。表3 結(jié)果表明，水中蒸餾獲得的純露香味成分及特征成分苯乙酮的總量略高于水汽蒸餾所獲得樣品的量，這可能與鮮花水蒸氣蒸餾時水中蒸餾的水散效果優(yōu)于水汽蒸餾有關(guān)。但對兩種蒸餾方式的嗅香評價表明：水汽蒸餾樣品香氣更為透發(fā)，新鮮感更好，水中蒸餾樣品香氣較沉悶，不良?xì)庀⑤^重，這與文獻關(guān)于兩種蒸餾方式報道的結(jié)果一致[17]。香氣品質(zhì)是香料開發(fā)最關(guān)注的因素，為保障香料品質(zhì)，最終選擇水汽蒸餾的方式進行茶樹花的提取。

表3 水蒸汽蒸餾方式比較Tab.3 Comparison of steam distillation methods

2.2.2 水汽蒸餾提取關(guān)鍵參數(shù)的確定

水蒸氣蒸餾投料量一般為釜體積的70%～80%，每小時餾出液量控制在釜體積的5%～10%。水蒸氣蒸餾的時間對提取效果也有較大影響，蒸餾時間過短，會造成提取不完全，過長則能耗較大，因此一般控制在餾出液中有效成分的含量為理論總量的90%～95%[16]。本文所采用的天然香料中試試驗線蒸餾釜的體積為200 L，通過控制釜壁及底蓋蒸氣的閥門開度來控制蒸餾速度。鹽水浸泡茶樹花投料30 kg，約為釜體積的70%，蒸氣的閥門開度30%，蒸餾速度為20 kg/h，滿足水蒸氣蒸餾的要求。

在水蒸氣蒸餾提取罐冷凝液出口，按時間順序每10 min 瞬時取樣50 mL，4 h 共收集到25 個樣品，對其香味成分總量和特征成分苯乙酮的含量變化進行跟蹤檢測，分析結(jié)果如圖1 所示。結(jié)果表明，隨著時間的延長，餾出液中的內(nèi)含物含量逐漸降低，2.5 h 香味成分總量達(dá)到總量的94.50%，特征成分苯乙酮的含量達(dá)到總量的96.20%，3.0 h 以后香味成分總量和苯乙酮總量變化不大。最終確定茶樹花水汽蒸餾的提取時間為3.0 h。

圖1 茶樹花香味成分隨蒸餾時間的變化Fig.1 Variation of aroma components in tea flower with distillation time

2.3 水蒸氣餾出液濃縮工藝研究

2.3.1 水蒸氣餾出液濃縮方式比較

水蒸氣蒸餾得到的餾出液中含有大量的水，需進一步濃縮精制。常用的濃縮方式有減壓濃縮和反滲透膜濃縮，其中減壓濃縮主要是通過減壓降低溶劑沸點使其由汽化并通過負(fù)壓排出設(shè)備來提高料液的濃度，反滲透膜濃縮是在常溫下在膜一側(cè)施加壓力，料液中的溶劑（水、乙醇等小分子）在壓力作用下滲出進入透過液，而其它香味成分都會被隔離在截留液中，從而達(dá)到濃縮的目的[18]。從表4 可看出這兩種濃縮方式對于茶樹花純露香味成分的富集效果有很較大差異。減壓濃縮液香味成分濃度甚至低于蒸出液濃度，說明在減壓濃縮過程時，餾出液中的香味成分與水共沸，導(dǎo)致香味成分和水分一起被蒸發(fā)出去，無法有效濃縮富集香味成分且香味成分損失較大，因此減壓濃縮不適于水蒸氣餾出液的濃縮處理；反滲透膜濃縮液中香味成分濃度遠(yuǎn)高于透過液濃度，說明反滲透膜濃縮能夠較好的將水蒸氣餾出液中的水分子與其它香味成分分離開來，達(dá)到富集水蒸氣餾出液中的香味物質(zhì)的目的，而且香味成分損失很少。因此，選定反滲透膜濃縮作為水蒸氣餾出液進一步濃縮精制的方式。

表4 濃縮方式的比較Tab.4 Comparison of enrichment methods

2.3.2 反滲透濃縮關(guān)鍵參數(shù)的確定

反滲透濃縮運行過程一般考察溫度、壓力、膜通量等參數(shù)對物質(zhì)截留效果的影響[18]。實驗過程發(fā)現(xiàn)商品化反滲透濃縮設(shè)備運行過程中溫度變化幅度較小，因此重點考察壓力影響下膜通量的穩(wěn)定性及對茶樹花純露香味成分富集效果的影響。

調(diào)整反滲透膜的出膜壓力分別為（0.1、0.2、0.3、0.5、0.8、1.0、1.5、2.0）MPa，取樣檢測了透過液、濃縮液的香味成分總量，并記錄了運行過程的膜通量。從圖2 可看出隨著出膜壓力的增加，濃縮速率逐漸增大，這與反滲透膜濃縮原理相一致；隨著出膜壓力的增加，透過液與濃縮液香味成分總量的比值逐漸增大，當(dāng)壓力高于0.8 MPa 時，兩者比值趨于相對穩(wěn)定，且均低于1.60%。為利于工業(yè)化生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定及效率的提升，最終確定濃縮出膜壓力為1.0 MPa，相應(yīng)的濃縮速率為21.77 kg/h。

實驗過程發(fā)現(xiàn)，一定壓力下膜通量較為穩(wěn)定，且清洗后很容易恢復(fù)水通量，說明膜污染程度低，這可能與茶樹花水蒸氣餾出液中物質(zhì)含量低且較為干凈有關(guān)，進一步說明水蒸氣餾出液比較適合采用反滲透膜濃縮方式進行處理。

圖2 反滲透出膜壓力對茶樹花提取液的截留效果Fig.2 The interception effect of reverse osmosis pressure on tea flower extract

2.4 茶樹花純露香味成分分析

按照方法1.2 中飽和食鹽水浸泡鮮花保鮮，采用水汽蒸餾結(jié)合反滲透膜濃縮工藝制備茶樹花鮮花純露，所制備純露的香味成分分析結(jié)果見表5，共檢測到42 種香味成分，總量為68.61 μg/g。

對比表1 中新鮮茶樹花原料和表5 中所制備出的茶樹花純露的香味成分可以看出，茶樹花純露中鑒定出的香味成分有19 種與全展茶樹花中的成分一致，但有部分成分在加工過程中損失，如3-戊酮、己酸甲酯、苯甲醛、苯乙醛、苯乙酸甲酯以及部分烯類化合物等；另有一些成分可能是由加工過程中新引入的，如脫氫芳樟醇、芳樟醇甲醚和鄰苯二甲酸二異丁酯等。這可能主要是由兩個因素所造成的，一是由于水蒸氣蒸餾過程溫度較高導(dǎo)致部分熱敏性成分發(fā)生變化[17]，二是純露中部分成分含量較低導(dǎo)致檢測時未檢出。19 種相同成分的含量分別占純露、全展茶樹花香味物質(zhì)總含量的89.16%、83.27%，且香味成分含量的變化趨勢基本一致，如圖3 所示的苯乙酮、芳樟醇、2-丁酮、2-苯乙醇四種成分均為兩種樣品中含量最高的幾類物質(zhì)。嗅香評價表明：所制備的茶樹花純露的香氣清新幽雅，花香和清甜香突出，與新鮮茶樹花香氣相似。說明采用本文所建立的方法能夠較好地提取富集出新鮮茶樹花中的香味成分。

表5 茶樹花純露香味成分分析結(jié)果Tab.5 Analysis of aroma components in tea flower hydrolats

2.5 茶樹花純露在卷煙中的加香評價

將制備的茶樹花純露用于卷煙加香并進行感官評價。從圖4（a）可以看出在香氣風(fēng)格方面，茶樹花純露能夠明顯賦予卷煙清香、花香和甜香，略有奶香、青滋香。從圖4（b）可以看出在煙氣特性方面，香氣更為豐富、諧調(diào)，能夠明顯掩蓋雜氣，煙氣更為細(xì)膩柔和，煙氣濃度和勁頭無差異。因此，制備的茶樹花純露能夠賦予卷煙清甜香、花香等特征香韻，掩蓋雜氣，具有較強的提升卷煙品質(zhì)的作用。

圖3 濃縮純露與全展茶樹花香味成分對比Fig.3 Comparison of aroma components in concentrated tea flower hydrolats and tea flower at full bloom stage

圖4 添加茶樹花純露卷煙的感官作用評價結(jié)果Fig.4 Sensory evaluation results of cigarette with addition of tea flower hydrolats

3 結(jié)論

本文以茶樹花香味成分含量為考察指標(biāo)，通過對茶樹花不同前處理方式、不同水蒸氣蒸餾方式、不同濃縮方式的研究，建立起一種制備新鮮茶樹花純露香料的方法，即采用初展期、全展期的新鮮茶樹花，以飽和食鹽水浸泡保鮮后，采用水汽蒸餾結(jié)合反滲透的方式進行提取濃縮。利用該方法得到的茶樹花純露的香氣及香味成分與新鮮茶樹花較為一致，能夠提升卷煙品質(zhì)，賦予卷煙特征香韻。

茶樹花純露的濃縮技術(shù)研究說明，利用反滲透膜技術(shù)可以較好富集茶樹花中的香味物質(zhì)，濃縮程度高，香味成分損失少。本文所建立的水蒸氣蒸餾結(jié)合反滲透濃縮的制備技術(shù)可以為香味物質(zhì)含量低且不耐儲存的新鮮植物制備香料提供一種新的思路和方法。