废弃烟叶分段式提取制备特色烟用香料.pdf

www.ffc-原料与配方2024年4月第2期Apr.2024,No.2香料香精化妆品FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS94www.ffc-作 者1.安徽焦甜香生物科技有限公司，安徽宣城 2420002.安徽中烟工业有限责任公司技术中心，安徽合肥 230088朱垧榕1 陈飞龙1 赵伦旭1 佘世科2#废弃烟叶分段式提取制备特色烟用香料*摘 要采用废弃烟叶为原料，利用常温提取、二次加热提取对烟叶进行分段式提取，得到 2 种不同的烟叶提取物，并利用气相色谱-质谱（GC-MS）进行化合物成分分析。经常温提取后的烟叶提取物中鉴定出了亚麻酸乙酯、苯甲醇、棕榈酸乙酯等化合物；二次加热后提取其烟草中的特征成分依然存在，但缺少一些醇类、酸类及酯类成分，提取得到更多的烟碱成分。利用 2 种工艺对废弃烟叶进行分段式提取，得到不同的烟叶提取物，使得提取物具备不同的评吸效果，有助于提高废弃烟叶的差异化利用。关键词废弃烟叶 分段式提取 常温提取 加热提取Preparation of Characteristic Tobacco Flavors by Segmental Extraction of Waste Tobacco Leaves*ZHU Shangrong1 CHEN Feilong1 ZHAO Lunxu1 SHE Shike2#(1.Anhui Jiaotianxiang Biology Technology Co.,Ltd.,Xuancheng 242000,Anhui,China;2.China Tobacco Anhui Industrial Co.,Ltd.,Hefei 230088,Anhui,China)Abstract:Waste tobacco leaves were used as raw materials,and the tobacco leaves were extracted in a segmented manner using room temperature extraction and secondary heating extraction to obtain two different tobacco extracts,and the compounds were analyzed for their compositions using gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).Ethyl lindenate,benzyl alcohol,ethyl palmitate and other compounds were identified in the tobacco extract after regular temperature extraction;the characteristic components in the tobacco still existed after secondary heating,but lacked some alcohols,acids and esters,and more nicotinic components were obtained from the extraction.The segmented extraction of discarded tobacco leaves using the two processes to obtain different tobacco extracts,making the extracts have different evaluation of the smoking effect,which helps improve the differentiated utilization of discarded tobacco leaves.Keywords:discarded tobacco leaves segmented extraction extraction at room temperature heat extraction作 者 简 介朱垧榕（1992），男，硕士，助理工程师，研究方向：香精香料产品开发。#通讯作者：佘世科（1979），男，硕士，副研究员，研究方向：卷烟香精开发及应用。联系电话：[phone]E-mail:DOI:10.20099/j.issn.1000-4475.2023.0066*基金项目：中国烟草公司重点研发项目（编号110202102024）收稿日期：2023-03-16；修回日期：2023-03-30烟草属于茄科烟草属，系一年生或有限多年生草本，是我国重要的经济作物1-2。皖南地区气候湿润，土壤肥沃，适宜种植烟草，这一地区生产的烤烟颜色金黄到深黄，成熟度好，叶片结构疏松，品质和物理特性适宜，化学成分协调。在烟叶的烤制、卷包等生产加工环节中，会产生一定量的烟草碎片、碎末及烟灰棒等副产品，占到烟叶产量的 20%30%，这些副产品主要是作为生产烟用香精香料和再造烟叶的原料3-4。目前，在烟用香精行业中，国内外已有多家公司生产烟用香精香料，包含了烟草源（烟草提取物、烟草净油、烟草精油）以及非烟草源（巨豆三烯酮、独活酊）第 2 期原料与配方朱垧榕，等：废弃烟叶分段式提取制备特色烟用香料95www.ffc-www.ffc-等产品。这些产品被视为公司的核心技术，也易形成技术壁垒，阻碍了烟用香精香料技术的发展，使得大多数烟草企业普遍依赖外购产品。因此，自主开发质量稳定、附加值高、符合自身产品特色的烟用香精香料具有重要的战略价值。据已报道的资料显示，提取物的品质好坏与原料的品质差异、提取技术及后续的精制技术等息息相关5-7。在提取技术上，烟草提取物通常利用乙醇或者水作为溶剂进行提取。许春平等8用发酵技术处理低次烟叶，然后添加一定量的水为溶剂，对烟叶进行加热回流提取，从而制备特色的烟草浸膏。张翼鹏等9利用上部的津巴布韦烟叶为原料，在 80 下添加体积分数 80%的乙醇提取液，制备的提取物能够增加卷烟的清香、甜香，使得香气品质有所提升。虽然有关烟草提取物开发的研究已有较多的报道，但国内外的研究主要集中在提取溶剂（乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚）、提取设备（超高压设备、超临界二氧化碳、分子蒸馏、索氏提取）、烟叶前处理（烟叶发酵、酶处理）等方面，在进行分段式提取方面研究较少。以废弃的初烤烟叶为主要研究对象，采用第一次常温提取、二次加热提取 2 种方式，制备 2 种特色烟用香料并分析其中的主要香味物质，以期为废弃烟叶在烟用香精香料的多用途利用及提高其附加值方面提供一定的基础。1 材料与方法1.1 烟叶预处理皖南废弃烟叶，由安徽皖南烟叶有限责任公司提供，通过粉碎机粉碎成碎片。1.2 试剂体积分数 95%的乙醇（食品级），国药集团化学试剂有限公司；乙酸苯乙酯（AR），上海麦克林生化科技有限公司；无水硫酸钠（AR），广东汕头市西陇化工厂；二氯甲烷（AR），天津市博迪化工有限公司）；“黄山”牌卷烟样品（空白样），安徽中烟工业有限责任公司芜湖卷烟厂。1.3 仪器与设备6890N-5975C 型气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦仪器有限公司；SHJ-6A 型磁力搅拌水浴锅，常州普天仪器制造有限公司；BT100-2J 型蠕动泵，河北融柏仪器有限公司；YT-20L 型水蒸气蒸馏系统，安徽大禹仪器有限公司；电子天平，上海梅特勒-托利多仪器有限公司；SHZ-D（）型循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司。1.4 方法1.4.1 废弃烟叶第一次常温提取称取 1 kg 废弃烟叶碎片，总共加入体积分数75%的乙醇 12 kg，25 下提取 90 min，提取 2 次：第一次料液比1:7（质量比），第二次料液比1:5（质量比），过滤（烟叶残渣保留），合并滤液，50 下减压浓缩至质量浓度(1.200 00.008 0)g/mL，得 150 g 烟叶提取物 A。1.4.2 废弃烟叶二次加热提取利用上述经常温提取后的烟叶残渣，总共加入体积分数 75%的乙醇 12 kg，80 下提取 90 min，提取 2 次：第一次料液比 1:7（质量比），第二次料液比 1:5（质量比），过滤，合并滤液，50 下减压浓缩至质量浓度(1.200 00.008 0)g/mL，得 250 g 烟叶提取物 B。1.5 评吸打分标准分别称取 2 种烟叶提取物各 1.0 g，用丙二醇进行稀释并定容至 100 mL，则所得烟叶提取物的质量浓度为 0.010 g/mL，利用 20 L 微量注射器进行卷烟加香注射，分别得到样品 A 和样品 B。以不加提取物的卷烟作为空白对照组，由 5 人组成的评吸小组从谐调性、香气质、刺激性、香气量、丰满度、余味等方面对卷烟的加香效果进行评吸，得出卷烟的感官评价结果10。评分标准见表 1。表 1 卷烟加香评吸打分标准分数段程度谐调杂气成熟感香气量丰满度柔和细腻流畅感刺激干燥余味较强9 79 79 79 79 79 79 79 79 79 7II中等6 46 46 46 46 46 46 46 46 46 4较弱3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 11.6 提取物挥发性致香物质检测与分析样品前处理：取 20 g 烟叶提取物样品加入烧瓶中，加入 20 g 去离子水超声溶解后转移至分液漏斗中，向其加入二氯甲烷 40 mL，萃取 2 次，合并原料与配方2024 年 4 月香料香精化妆品96www.ffc-www.ffc-有机相并加入无水硫酸钠干燥，减压浓缩。滤液中加入质量浓度 2 mg/mL 的乙酸苯乙酯溶液 100 L，将滤液减压浓缩至 1 mL，过 0.22 m 有机相滤膜，采用 GC-MS 法进行分析10。分析条件11-13：色谱柱为 Agilent HP-5MS 毛细管柱（60 m0.25 m0.25 m）；进样口温度为250 ；载气为氦气；载气流速为 0.7 mL/min；进样量为 1 L；分流比为 30:1；程序升温为 50 保持 5 min，以 2 K/min 升温至 80 保持 0 min，再以 3 K/min 升温至 240 保持 30 min；传输线温度为 260 ；MS 电离方式为 EI；电离能量为 70 eV；离子源温度为 180；四级杆温度为 150；扫描范围为 30 450 u；溶剂延迟为 3 min。采用 Wiley 和 Nist 标准谱库检索法定性，峰面积归一化法定量。2 结果与分析2.1 卷烟加香后的感官评价在 1.4 工艺条件下得到的 2 种烟叶提取物均为棕褐色流状膏体，带有较为明显的烟草本香，香气浓郁。表 2 列出了 2 种提取方式得到的提取物卷烟的加香感官评价结果。废弃烟叶第一次常温提取物 A 的烟气比较厚实，质感有提升，香气量有所提升，掩杂增香，口腔稍有刺激，谐调性较好。废弃烟叶二次加热提取物 B 烟气较柔和，掩杂降刺，烟香较上扬，香气量有所降低，增浓增满。表 2 感官评吸结果组别谐调杂气成熟感香气量丰满度柔和细腻流畅感刺激干燥余味总分空白对照组6.05.56.06.06.05.55.55.55.55.056.5样品 A7.06.56.56.56.56.06.56.56.07.065.0样品 B6.56.06.06.06.56.56.56.56.06.563.02.2 气相色谱-质谱联用法（GC-MS）分析结果烟叶提取物含有的挥发性化合物对于在卷烟燃烧后的抽吸评价有着非常重要的作用，采用GC-MS 来分析样品中的挥发性成分组成及含量，结果如表 3 所示。表 3 废弃烟叶提取物挥发性致香成分 GC-MS 分析序号化合物名称化合物 CAS 号质量浓度/(g mL-1)烟叶提取物 A烟叶提取物 B1苯甲醇100-51-60.112DL-泛酰内酯79-50-50.0232-乙酰吡咯1072-83-90.064甲基麦芽酚118-71-80.015苯乙醇60-12-80.0462,3-二氢-3,5 二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮28564-83-20.050.0676-乙基-5,6-二氢-2H-吡喃-2-酮19895-35-30.100.1084-氨基庚二酸7766-85-00.0695-羟甲基糠醛67-47-00.020.0410苯丙二酸2613-89-00.050.0311烟碱54-11-50.651.2612茄尼酮54868-48-30.130.1313邻尼古丁23950-04-10.0814对羟基苯乙醇501-94-00.01155-氧代吡咯烷-2-羟酸甲酯66183-71-90.2416香叶基丙酮3796-70-10.07172,3-联吡啶581-50-00.020.01第 2 期原料与配方朱垧榕，等：废弃烟叶分段式提取制备特色烟用香料97www.ffc-经指纹图谱库检索分析，废弃烟叶提取物 A、废弃烟叶提取物 B 分别鉴定出 41、27 种主要成分，2 种提取物挥发性致香成分 GC-MS 分析总离子流图如图 1、2。由表 3 可知，烟叶提取物中主要的挥发性成分是酯类、烯类、酮类和醇类等物质。其中，烟叶提取物 A 中鉴定出的挥发性成分较多，主要成分以-亚麻酸、棕榈酸、烟碱、茄尼酮、新植二烯、巨豆三烯酮等为主，质量浓度分别达到 3.77、0.78、0.65、0.13、0.20、0.03 g/mL，其他含量较高的有亚麻酸乙酯、苯甲醇、棕榈酸乙酯等化合物，这些化合物能够柔和烟气，增加烟香的厚实感。烟叶提取物 B 中的化合物成分与前者相比较少，主要成分以-亚麻酸、烟碱、巨豆二烯酮、愈创木烯等为主，质量浓度分别达到 1.33、1.26、0.39、0.17 g/mL。与烟叶提取物 A 中的化合物相比，烟叶提取物 B 中的烟草特征成分依然存在，缺少一些醇类、酸类、以及酯类成分，但巨豆三序号化合物名称化合物 CAS 号质量浓度/(g mL-1)烟叶提取物 A烟叶提取物 B18香草酸121-34-60.050.01194,7,9-巨豆三烯-3-酮38818-55-20.030.04209-羟基-4,7-巨豆二烯-3-酮34318-21-30.010.39214-(3-羟基丁基)-3,5,5-三甲基环己-2-烯-1-酮36151-02-70.010.1022反式-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-2-丙烯-1-醇32811-40-80.050.0223肉豆蔻酸544-63-80.250.03241-三十七烷醇105794-58-90.150.0825愈创木烯88-84-60.040.1726新植二烯504-96-10.200.0527东莨菪内酯92-61-50.120.1628棕榈酸57-10-30.780.0329棕榈酸乙酯628-97-70.1630视黄醇68-26-80.050.0131-亚麻酸463-40-13.771.3332亚油酸乙酯544-35-40.0733亚麻酸乙酯1191-41-90.3434硬脂酸57-11-40.410.0135()-1,2-二棕榈精761-35-30.0236白桦脂醇473-98-30.0337甘油亚麻酸酯18465-99-10.0938正二十七烷593-49-70.1339反式角鲨烯111-02-40.0340正二十九烷630-03-50.190.20413-甲基二十九烷14167-67-00.070.0442DL-酪氨酸556-03-60.0243莪术双环烯酮100347-96-40.0644菜油甾醇474-62-40.0945豆甾醇83-48-70.91表 3 废弃烟叶提取物挥发性致香成分 GC-MS 分析（续）www.ffc-原料与配方2024 年 4 月香料香精化妆品98www.ffc-烯酮含量较高，可以改善烟香，柔和丰满烟气，掩盖杂味，是烟草重要挥发成分，提取得到更多的烟碱成分，使得烟草后劲更足。图 1 废弃烟叶提取物 A 挥发性成分 GC-MS 总离子流图图 2 废弃烟叶提取物 B 挥发性成分 GC-MS 总离子流图取物 B 相比较，烟叶提取物 B 中缺少一些醇类（苯甲醇、苯乙醇、对羟基苯乙醇）、酯类（棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等）以及少量的酸类和酮类物质。通过对废弃烟叶中有效成分的差异化提取，明确 2 种提取物在加香功能上具有不同的使用方向，为废弃烟叶的高效利用提供了新思路，增加了废弃烟叶的附加值。参考文献1 王锐.废弃烟末功能性成分的提取及应用研究 D.泰安:山东农业大学,2021.2 张献忠.废次烟末中烟草香味物质提取、应用及生物活性 D.杭州:浙江大学,2013.3 高文花,陈克复,叶代启,等.废弃烟梗和烟末中主要化学组分的浸渍提取 J.华南理工大学学报(自然科学版),2014,42(5):41-47.4 夏炎,崔秀明,杨华武,等.新型特征风格烟草提取物的提取分离工艺研究 J.食品工业,2016,37(7):33-39.5 张晓龙,毛春堂,侯战高,等.不同工艺的烟草提取物对烤后上部烟叶质量的影响 J.河南农业大学学报,2018,52(3):383-390.6 杨艳芹,袁凯龙,夏琛,等.分子蒸馏分离废次烟末致香成分及在烟草中的应用 J.应用化学,2015,32(12):1448-1454.7 淡俊豪,齐绍武,黎娟,等.新型烟草制品用烟草香味物质提取与分离纯化技术研究进展 J.山东农业科学,2017,49(11):151-156.8 许春平,杨琛琛,方金辉.低次烟叶发酵制备烟草香料的研究 J.郑州轻工业学院学报,2013,28(1):34-379 张翼鹏,张健,曾熠程,等.津巴布韦烟草提取物制备工艺优化及化学成分研究 J.云南农业大学学报(自然科学),2019,34(1):63-69.10 宁勇,王晶,陈小敏,等.福建烟叶提取物的制备及其在卷烟中的应用 J.香料香精化妆品,2019(5):21-25.11 黄兰,徐迎波,田振峰,等.气相色谱-质谱/选择离子监测法分析烟草中的重要香味物质 J.烟草科技,2012,45(1):34-42.12 张博,李小兰,黄善松,等.云南烟草提取物中主要中性香味成分的对比研究 J.化学试剂,2018,40(11):1079-1082,1086.13 张华,王晨辉,李炜,等.固相支持液液萃取 GC-MS 结合化学计量学鉴别云南和津巴布韦烟草提取物 J.烟草科技,2022,55(12):33-45.3 总结利用废弃烟叶进行一次常温提取、二次加热提取 2 种方法制备了不同的废弃烟叶提取物，分别添加到卷烟中进行加香评价，发现 2 种提取物在加香上都有改善卷烟的评吸效果。其中，烟叶提取物 A 加香卷烟可使烟气比较厚实、质感有提升、香气量足、掩杂增香、口腔稍有刺激，谐调性较好；废弃烟叶提取物 B 卷烟加香使得烟气较柔和，掩杂降刺，烟香较上扬，香气量有所降低，增浓增满。另外，经 GC-MS 对 2 种提取物中的挥发性成分进行分析，发现烟叶提取物 A 与烟叶提4107310721071107041073107210711070丰度丰度10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120保留时间/min 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120保留时间/min