郭永才，張長安，李彥周，位輝琴，劉江豫，袁 超，賀 凡，張相輝

（天昌國際煙草有限公司技術(shù)中心，河南許昌 450002）

卷煙的香味成分是評價煙草質(zhì)量重要的因素之一，卷煙的香味成分組分復(fù)雜，含量較低，有些含量甚微，這些香氣成分相互作用構(gòu)成了卷煙的獨(dú)特香味[1]，因此卷煙香味成分是衡量卷煙內(nèi)在品質(zhì)、風(fēng)格和消費(fèi)者忠誠度的重要指標(biāo)。通常認(rèn)為構(gòu)成卷煙的內(nèi)在香味成分主要來自于煙葉和外加香精中的香味成分，以及加工過程中因各種生化反應(yīng)而產(chǎn)生的香味成分[2]，煙葉中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分通常是各種鑒定和質(zhì)量控制方法中的被分析物[3-4]。其分析通常包含前處理及檢測分析兩大部分。煙葉的常用前處理方法有溶劑萃取、水蒸汽蒸餾、同時蒸餾萃取、固相微萃取、超臨界流體萃取等[5]。打葉復(fù)烤往往伴隨著高溫高濕，初烤煙葉化學(xué)成分在此過程中會發(fā)生降解、轉(zhuǎn)化、合成及揮發(fā)等一系列復(fù)雜的生物化學(xué)變化[6]；高溫作用還可以去除煙葉中的部分青雜氣和辛辣氣味，使煙葉品質(zhì)得到提高[7-9]。對打葉復(fù)烤后煙葉致香成分的檢測，有利于為打葉復(fù)烤后煙葉均質(zhì)化加工指紋圖譜構(gòu)建提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

FW135 型烤后煙葉 （2019 年襄縣 C3F） 中草藥粉碎機(jī)，鄭州凱鵬實(shí)驗儀器有限公司產(chǎn)品；EL204 型電子天平，梅特勒- 托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市科析儀器有限公司產(chǎn)品；KPGD5/20 型低溫冷卻液循環(huán)泵，鄭州凱鵬實(shí)驗儀器有限公司產(chǎn)品；KDM-1000 型可調(diào)式電熱套，北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品；DHG-9145A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司產(chǎn)品；Agilent 7890GC/5975MS 型氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國Agilent 公司產(chǎn)品；同時蒸餾萃取裝置，鄭州科技玻璃儀器廠產(chǎn)品。

二氯甲烷（純度>99%，Dikma）；二氯甲烷、氯化鈉（均為AR），天津市德恩化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 同時蒸餾萃取法

試驗進(jìn)行之前，在同時蒸餾萃取的兩端分別加入350 mL pH 值7.00 蒸餾水和 60 mL CH2Cl2同時蒸餾2.5 h，以清洗同時蒸餾萃取裝置，保證儀器潔凈。

用4 位數(shù)電子天平稱取30 g（精確至0.01 mg）煙末樣品置于1 000 mL 圓底燒瓶中（與同時蒸餾萃取裝置一端對應(yīng)接口的圓底燒瓶），向圓底燒瓶中加入適量的氯化鈉和pH 值7.00 的蒸餾水，用可調(diào)式電熱套加熱，裝置的另一端為盛有CH2Cl2的濃縮瓶，水浴加熱，同時蒸餾萃取一定時間，結(jié)束后加入1 mL內(nèi)標(biāo)乙酸苯乙酯溶液（0.812 8 mg/mL），用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將其濃縮至1.0 mL，轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，進(jìn)行GCMS 分析。

1.2.2 氣相色譜- 質(zhì)譜分析條件

色譜條件：HP-5MS 型色譜柱（60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f）.，進(jìn)樣口溫度280 ℃，進(jìn)樣量1 μL，分流比10∶1，載氣He，1.0 mL/min，升溫程序50 ℃保持2 min，以4 ℃/min 的速率升溫至280 ℃保持20 min。

質(zhì)譜條件：傳輸線溫度280 ℃，電子倍增器電壓1 635 V，EI 源電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍30～550 amu，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃。

采用GC-MS 分析，經(jīng)人工解析并與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對照和檢索，最后再與實(shí)驗室的標(biāo)準(zhǔn)已知化合物進(jìn)行色譜分析核對，包括保留時間在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)物譜庫進(jìn)行校對，確定各分離組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2.3 香味物質(zhì)提取量的計算方法

假設(shè)相對校正因子（相對于內(nèi)標(biāo)） 為1，對各種香味物質(zhì)按照下式進(jìn)行定量計算[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同廠家二氯甲烷純度檢測

同時蒸餾萃取煙草香味物質(zhì)的萃取劑CH2Cl2的純度對分析煙葉揮發(fā)性香味成分有較大的干擾，尤其是經(jīng)過濃縮后，其雜質(zhì)含量可增加幾十倍至上百倍，對煙草揮發(fā)性香味成分的測定干擾非常大。因此，首先對不同廠家CH2Cl2的純度進(jìn)行檢測分析，選取4 個CH2Cl2樣品，即國產(chǎn)分析純、國產(chǎn)色譜純（重蒸）、進(jìn)口1#、Dikma。分別取100 mL CH2Cl2濃縮至1.0 mL 后進(jìn)行GC-MS 分析，得到總離子流色譜圖。

不同廠家CH2Cl2濃縮后的總離子流色譜圖見圖1。

圖1 不同廠家CH2Cl2 濃縮后的總離子流色譜圖

由圖1 可知，Dikma CH2Cl2濃縮后總離子流色譜圖基本無峰，基線相對比較穩(wěn)定。而其他總離子流圖則是雜質(zhì)較多且基線不穩(wěn)。Dikma CH2Cl2的總離子流色譜圖在40 min 左右有少量的雜質(zhì)峰，對揮發(fā)性成分無較大影響。因此，選取Dikma CH2Cl2作為同時蒸餾萃取試驗的萃取劑使用。

2.2 同時蒸餾萃取方法的優(yōu)化研究

2.2.1 料液比對香味物質(zhì)提取量的影響

保持其他因素一定，研究料液比對提取香味物質(zhì)的影響，分別取料液比1∶8，1∶10，1∶12，1∶15，1∶18 進(jìn)行試驗。

不同料液比對煙草香味物質(zhì)提取量的影響見圖2。

圖2 不同料液比對煙草香味物質(zhì)提取量的影響

由圖2 可知，隨著料液比的增加，香味物質(zhì)的提取量呈遞減趨勢。這可能是因為隨著用水體積的增加，香味物質(zhì)在水中的溶解量增多，導(dǎo)致最終香味物質(zhì)的提取量降低，選擇料液比1∶12 為最佳條件。

2.2.2 蒸餾時間對香味物質(zhì)提取量的影響

保持其他因素一定，分別選取蒸餾時間1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h 進(jìn)行試驗，考查蒸餾時間對煙葉香味物質(zhì)提取量的影響。

不同蒸餾時間對香味物質(zhì)提取量的影響見圖3。

由圖3 可知，隨著蒸餾時間的延長，香味物質(zhì)的提取量不斷增加，達(dá)到最大值之后又降低。3.0 h 之前隨時間的延長香味物質(zhì)的萃取量增加迅速，3.0 h后又開始逐漸減少。造成這種現(xiàn)象的主要原因可能是某些香味物質(zhì)本身不太穩(wěn)定，長時間的加熱提取會導(dǎo)致其分解、氧化或水解，而時間短又提取不完全。

圖3 不同蒸餾時間對香味物質(zhì)提取量的影響

2.2.3 NaCl 用量對香味物質(zhì)提取量的影響

保持其他因素一定，考查了NaCl 用量對提取香味物質(zhì)的影響，分別取NaCl 與煙樣質(zhì)量比0，1∶2，1∶1，3∶2 進(jìn)行試驗。

不同NaCl 用量對香味物質(zhì)提取量的影響見圖4。

圖4 不同NaCl 用量對香味物質(zhì)提取量的影響

由圖4 可知，隨著NaCl 與煙樣質(zhì)量比的增大，香味物質(zhì)的提取量先增加后降低。可能是由于隨著NaCl 的加入逐漸改變了溶液組分間的活度系數(shù)，使溶液沸點(diǎn)升高，進(jìn)而使待分離香味物質(zhì)組分間的相對揮發(fā)度增大，更加有益于組分間的分離，NaCl 用量超過一定范圍后，香味物質(zhì)的提取量反而下降，根據(jù)試驗結(jié)果，NaCl 與煙樣質(zhì)量比1∶1 為好。

2.2.4 二氯甲烷體積對香味物質(zhì)提取量的影響

保持其他因素一定，試驗選取了CH2Cl2用量（mL） 與煙樣質(zhì)量 （g） 之比分別為 1.5∶1，2.0∶1，2.5∶1，考查了二氯甲烷體積對煙葉香味物質(zhì)提取量的影響。

CH2Cl2不同用量對煙葉香味物質(zhì)提取量的影響見圖5。

由圖 5 可知，CH2Cl2用量 （mL） 與煙樣質(zhì)量 （g）之比2∶1 時，煙葉香味物質(zhì)的提取量最大。

2.2.5 水浴溫度對香味物質(zhì)提取量的影響

保持其他因素一定，分別取水浴溫度50，55，60，65，70 ℃進(jìn)行試驗，研究水浴溫度對提取香味物質(zhì)的影響。

不同水浴溫度對香味物質(zhì)提取量的影響見圖6。

圖5 CH2Cl2 不同用量對煙葉香味物質(zhì)提取量的影響

圖6 不同水浴溫度對香味物質(zhì)提取量的影響

由圖6 可知，隨著水浴溫度的增加，香味物質(zhì)的提取量明顯增加。當(dāng)水浴溫度升高到60 ℃時，香味物質(zhì)的提取量達(dá)到最大之后又逐漸降低。其原因可能是水浴溫度升高，二氯甲烷的蒸發(fā)速度加快，而水相的揮發(fā)速度一定，使有機(jī)相萃取更加充分。

2.3 均勻試驗設(shè)計分析法優(yōu)化試驗條件

2.3.1 均勻設(shè)計分析方案與試驗結(jié)果

以復(fù)烤后煙葉河南襄縣C3F 作為原料，根據(jù)去離子水體積 （X）1、蒸餾時間 （X）2、NaCl 用量（X）3、CH2Cl2體積 （X）4、水浴溫度 （X）55 個單因素試驗結(jié)果，確定均勻試驗各因素的水平范圍。以香味物質(zhì)提取總量（mg/g） 為響應(yīng)值（Y），做五因素三水平試驗，因此選取均勻設(shè)計表U*12（121）0。由使用表可以查到，當(dāng)因素數(shù)為5 時，應(yīng)將X1，X2，X3，X4，X5分別放在U*12（121）0表的1，3，4，8，10 列上，其試驗方案列于表1。

試驗方案和結(jié)果見表1。

表1 試驗方案和結(jié)果

2.3.2 方差分析和二元回歸方程擬合

利用DPS 7.05 統(tǒng)計軟件對表1 的試驗結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到香味物質(zhì)的提取量對自變量X1，X2，X3，X4，和X5的二次多項式回歸方程：

對上述回歸模型進(jìn)行方差分析。

方差分析見表2。

表2 方差分析

由表2 可知，此模型F 值為65.107，F(xiàn) 值不顯著的概率為p<0.01，因此所建立的五元二次方程非常顯著，與試驗數(shù)據(jù)擬合很好。

根據(jù)表2 中各偏回歸系數(shù)對應(yīng)t 檢驗值，因素主次順序為X2X4>X2X5>X1>X1X2>X5>X2X3>X1X3>X32>X4X5>X22。

根據(jù)檢驗p 值可知，各偏回歸系數(shù)都非常顯著，表明所建立的模型較可靠。

運(yùn)用Excel 中的“規(guī)劃求解”工具，對回歸方程進(jìn)行最優(yōu)解求值，結(jié)果表明打葉復(fù)烤后煙葉中總香味物質(zhì)含量的最大值為評價指標(biāo)的最優(yōu)方案為去離子水體積350 mL，蒸餾時間3.0 h，NaCl 用量30 g，CH2Cl2體積60 mL，水浴溫度60 ℃，將這些數(shù)據(jù)代入方程得Y=2.13 mg/g，明顯大于均勻試驗所得的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

采用單因素試驗和均勻試驗設(shè)計分析法對復(fù)烤后煙葉香味物質(zhì)同時蒸餾萃取的試驗條件進(jìn)行了優(yōu)化，分別同時蒸餾萃取溶劑不同廠家CH2Cl2質(zhì)量、料液比、蒸餾時間、NaCl 質(zhì)量、CH2Cl2體積、水浴溫度的萃取條件進(jìn)行優(yōu)化分析，得到了復(fù)烤后煙葉香味物質(zhì)同時蒸餾萃取最佳工藝條件：選用Dikma CH2Cl2的總離子流色譜圖在40 min 左右有少量的雜質(zhì)峰，對揮發(fā)性成分無較大影響，去離子水體積350 mL，蒸餾時間 3.0 h，NaCl 用量 30 g，CH2Cl2體積為60 mL，水浴溫度60 ℃，該方法為復(fù)烤后煙葉揮發(fā)性香味成分含量提取提供支撐，對企業(yè)根據(jù)烤后煙葉香味物質(zhì)含量變化，調(diào)整復(fù)烤工藝參數(shù)，最大限度地保證打葉復(fù)烤煙葉均質(zhì)化加工奠定了基礎(chǔ)。