纈草揮發油的超臨界CO2萃取及其在煙草中的應用

摘要：為了開發新的天然煙用香料，研究了超臨界ＣＯ２萃取纈草（Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ．）揮發油的工藝，用ＧＣ-ＭＳ分析了揮發油中的主要成分，并以該揮發油進行了卷煙加香試驗。結果表明，超臨界ＣＯ２萃取纈草揮發油的優化工藝條件為：萃取溫度４０ ℃、萃取壓力４０ ＭＰａ、萃取時間２ ｈ、ＣＯ２流量３０ Ｌ／ｈ，分離釜壓力和溫度分別為８ ＭＰａ和４０ ℃；纈草揮發油共鑒定出５０種成分，主要有乙酸龍腦酯、莰烯、α－蒎烯、β－蒎烯、乙酸桃金娘烯酯等；卷煙加香評價結果表明，纈草揮發油在豐富煙香、增加膏香和木香、柔和煙氣、掩蓋雜氣方面有較好的作用。

關鍵詞：纈草（Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ．）；超臨界ＣＯ２萃取；氣相色譜－質譜；香味成分；卷煙加香

中圖分類號：Ｏ６５８．２；ＴＳ４２５＋．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）21－4492-04

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ ＣＯ２ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ． ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｏｂａｃｃｏ

ＨＵＡＮＧ Ｌｏｎｇ１，２，ＲＯＮＧ Ｌｉｎ１，２，ＺＨＵ Ｗｅｉ１，２，ＳＨＡＯ Ｘｉｎｇ－ｗｅｉ２，ＷＵ Ｚｈａｏ２，ＣＨＥＮ Ｙｉ１

（１． Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００４０，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｗｕｈａｎ Ｈｕａｎｇｈｅｌｏｕ Ｆｌａｖｏｒｓ ＆ Ｆｒａｇｒａｎｃｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００４０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ． ｗas ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒ ｃｒｉｔｉｃａｌ ＣＯ２ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｎｅｗ ｎａｔｕｒａｌ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ｆｌａｖｏｒ． Ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＧＣ-ＭＳ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ａｓ ａ ｆｌａｖｏｒ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ： ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ was ４０ ℃， ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ was ４０ ＭＰａ， ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ＣＯ２ was ３０ Ｌ／ｈ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ was ２ ｈ， ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ was ４０ ℃， ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ was ８ ＭＰａ． ５０ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ｂｙ ＧＣ／ＭＳ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｂｏｒｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ， ｃａｍｐｈｅｎｅ， α－ｐｉｎｅｎｅ， β－ｐｉｎｅｎｅ， ｍｙｒｔｅｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｗｅｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ａｒｏｍａ， ｓｍｏｋｅ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ ａｎｄ ａｆｔｅｒ－ｔａｓｔｅ ｏｆ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ， ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｏｆｆｅｎｓｉｖｅ ｏｄｏｒ ｏｆ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ｓｍｏｋｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ．；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｆｌｕｉｄ ＣＯ２ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ－ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ｆｌａｖｏｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ；ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ｆｌａｖｏｒｉｎｇ

纈草（Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ．）屬敗醬科纈草屬多年生草本植物，別名七日香、滿山香。主要分布在溫帶地區，在我國西南、西北和東北地區也有分布［１］。纈草的主要化學成分有揮發油類、環烯醚萜類、生物堿類、黃酮類等［２］。藥理研究表明，纈草具有鎮靜催眠、調節循環系統、解痙和抗心律失常等作用［３－５］，具有很高的藥用價值和經濟價值［６］。

傳統的纈草揮發油提取方法為水蒸氣蒸餾法［７］，從干的纈草根莖制得的纈草油，因其具有濃重的甜藥草香和松柏樣膏香，能使煙香諧調，矯香增味［７－９］，已經在煙草工業中得到了廣泛的應用，尤其是用于高檔卷煙產品中。但水蒸氣蒸餾法的溫度較高，耗時較長，易使熱不穩定和易氧化的成分結構發生改變。超臨界ＣＯ２萃取法具有萃取溫度低、產率高、環境友好、對熱不穩定和易氧化的成分結構不發生改變等優點，因此對其研究和應用越來越廣泛［１０］。采用超臨界ＣＯ２萃取纈草揮發油在煙用方面的研究尚未見報道。為開發新的天然煙用香料資源，研究了超臨界ＣＯ２萃取纈草揮發油的生產工藝，采用ＧＣ－ＭＳ分析了纈草揮發油的成分，并進行了卷煙加香試驗。

１材料與方法

１．１材料

１．１．１纈草購自武漢市藥材公司，產地湖北，經湖北中醫藥大學中藥鑒定教研室鑒定為敗醬科植物纈草（Ｖａｌｅｒｉａｎａ ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ Ｌ．）的干燥根。

１．１．２儀器與試劑ＨＬ－１０＋３－５０－ⅡＡ型超臨界ＣＯ２萃取儀（杭州華黎泵業有限公司）；ＴＲＡＣＥ ＧＣ Ｕｌｔｒａ－ＤＳＱⅡ氣相色譜／質譜聯用儀，配有自動進樣器（美國Ｔｈｅｒｍｏ公司）；ＢＰ２２１Ｓ型分析天平（德國Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ公司，感量０．１ ｍｇ）；ＣＯ２（武漢鋼鐵集團，純度 ９９．９９％）；無水乙醇（中國醫藥集團上海化學試劑公司，分析純）；空白煙絲（武漢卷煙廠）。

１．２方法

１．２．１纈草揮發油的超臨界ＣＯ２萃取取纈草藥材４５ ℃下烘干，粉碎，過４０目篩。將纈草粉末裝入超臨界ＣＯ２萃取釜中，進行超臨界萃取。

１．２．２纈草揮發油成分的ＧＣ-ＭＳ分析色譜條件： 色譜柱：ＤＢ－５ｍｓ（３０ ｍ×０．２５ ｍｍ×０．２５ μｍ）毛細管柱；進樣口溫度：２５０ ℃；升溫程序：起始柱溫５０ ℃，保持１０ ｍｉｎ，１０ ℃／ｍｉｎ升溫至２５０ ℃，保持１０ ｍｉｎ；載氣：Ｈｅ；流速 １．０ ｍＬ／ｍｉｎ；進樣量：１ μＬ，分流比５０∶１；質譜接口溫度：２５０ ℃；電離方式：ＥＩ；電離能量：７０ ｅＶ；離子源溫度：２３０ ℃；質量掃描范圍：３０～５５０ ａｍｕ。采用Ｗｉｌｅｙ和Ｎｉｓｔ譜庫檢索以及查對質譜相關文獻進行定性，面積歸一化法定量。

１．２．３纈草揮發油在卷煙中的加香試驗取在溫度２２ ℃±１ ℃和相對濕度６０％±２％下平衡４８ ｈ后的空白煙絲若干份，用喉頭噴霧器分別均勻噴灑１、 ２、 ４和６ μｇ／ｇ纈草揮發油（用９５％乙醇稀釋）于煙絲上，對照樣品為噴灑相同質量的９５％乙醇。然后將以上煙絲樣品放在溫度２２ ℃±１ ℃和相對濕度６０％±２％的條件下平衡４８ ｈ，用填煙器分別將各煙絲樣品制成煙支，挑選質量在０．９１ ｇ±０．０２ ｇ范圍內的煙支，再在溫度２２ ℃±１ ℃和相對濕度６０％±２％下平衡，由湖北中煙工業有限責任公司評吸委員會進行評吸。

２結果與分析

２．１超臨界萃取條件

超臨界ＣＯ２萃取包括ＣＯ２對原料的萃取過程，以及萃取物從ＣＯ２流體中的分離過程，因此分別優化分離條件和萃取條件。與用于醫藥的纈草萃取物不同，作為煙用香料，在優化萃取條件時，除了考察萃取物的產率外，更著重于該萃取物在卷煙中的評價效果。

２．１．１分離條件分離壓力、分離溫度均對萃取物純度、性狀及產率有較大的影響。因此，首先需要確定解吸分離條件。

取過４０目篩的纈草粗粉，在萃取壓力２５ ＭＰａ、萃取溫度４０ ℃、ＣＯ２流量３０ Ｌ／ｈ的相同萃取條件下萃取２ ｈ，以不同的分離條件進行分離解吸，考察萃取物性狀及揮發油產率。結果（表１）表明，分離釜溫度過低，萃取物為淡黃色膏，性狀較差；２號和５號萃取物性狀及揮發油得率較為理想，既能有效分離，又有較高的產率。通過評吸實驗效果驗證，２號在卷煙中豐富煙香、增加膏香和木香、掩蓋雜氣效果最好。因此，分離條件確定為：分離釜壓力８ ＭＰａ，分離釜溫度４０ ℃。

２．１．２萃取條件在纈草的超臨界萃取過程中，通過預試驗發現萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、ＣＯ２流量對萃取結果有較大的影響，故選擇萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、ＣＯ２流量作為考察的４個因素，各取３個水平，以提取物產率為考察指標，因素水平設計見表２。

將纈草粉末裝入超臨界ＣＯ２萃取釜中進行超臨界萃取。按正交設定條件調節各參數。參照２．１．１確定的分離條件，溫度、壓力和流量均達到設定條件平衡后，開始循環萃取，收集分離釜的萃取物，稱取揮發油重量，計算揮發油產率。根據正交試驗結果，分別對有關數據進行極差、方差分析，結果表明（表３），萃取溫度對纈草揮發油的超臨界萃取產率有較大影響，萃取時間和萃取壓力對纈草揮發油的超臨界萃取產率影響相對較小，ＣＯ２流量對纈草揮發油的超臨界萃取產率影響最小。感官評吸結果表明，試驗４、５、６、９在卷煙中豐富煙香、增加膏香和木香、掩蓋雜氣效果較好。各因素的影響程度依次為Ａ＞Ｃ＞Ｂ＞Ｄ。據測定結果優選出最佳萃取工藝條件為Ａ２Ｂ３Ｃ３Ｄ２，即萃取溫度４０ ℃、萃取壓力４０ ＭＰａ、萃取時間２ ｈ、ＣＯ２流量３０ Ｌ／ｈ。

２．１．３驗證試驗按以上優化后的萃取和分離工藝條件進行３批超臨界萃取纈草揮發油的試驗，結果如表４。纈草揮發油的平均產率為２．０２％，ＲＳＤ為１．４９％。驗證結果與正交試驗基本一致，說明工藝穩定可行。同時進行感官質量驗證，在該條件下得到的揮發油在卷煙中豐富煙香、增加膏香和木香、掩蓋雜氣效果較好，３批所得樣品沒有明顯差異，說明得到的纈草揮發油應用效果較好，質量也比較穩定。

２．２纈草揮發油ＧＣ-ＭＳ成分分析

將纈草揮發油樣品進行ＧＣ-ＭＳ分析。共鑒定出５０種化合物，占總離子流出峰面積的９８．７０％（表５和圖１）。纈草揮發油主要成分為乙酸龍腦酯，其在揮發油中的含量為３６．１５％。揮發油中質量分數較高的成分還有：莰烯（２６．６８％）、α－蒎烯（８．４３％）、β－蒎烯（５．１４％）、乙酸桃金娘烯酯（３．８０％）。成分分析結果與文獻［９］水蒸氣蒸餾得到的纈草揮發油比較，主要成分種類基本一致，但是含量有區別，說明不同萃取方式對揮發油成分的影響較為明顯。

２．３纈草揮發油在卷煙中的感官作用評價

將纈草揮發油以加香方式添加到空白葉組中進行反復評吸，評吸結果（表６）表明，超臨界萃取得到的纈草揮發油具有較為明顯的增加香氣量、豐富煙香、賦予卷煙膏香和木香特征、掩蓋雜氣、改善口感的作用，并能夠與煙香較好地諧調，合適的用量范圍為２~４ μｇ／ｇ（相對于煙絲質量）。

３結論

超臨界萃取纈草揮發油的最佳工藝為：萃取溫度４０ ℃、萃取壓力４０ ＭPａ、萃取時間２ ｈ、ＣＯ２流量３０ Ｌ／ｈ，分離釜壓力８ ＭＰａ，分離釜溫度４０ ℃。ＧＣ－ＭＳ分析結果表明，纈草揮發油的主要成分為乙酸龍腦酯、莰烯、α－蒎烯、β－蒎烯、乙酸桃金娘烯酯等化合物。添加到卷煙中具有較為明顯豐富煙香、增加膏香和木香、柔和煙氣、掩蓋雜氣的作用，并能夠與煙香較好地諧調，合適的用量范圍為２～４ μｇ／ｇ（相對于煙絲質量）。因此，超臨界萃取得到的纈草揮發油是一種較好的煙用香料，在中式卷煙中具有良好的應用前景。

參考文獻：

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