煙草精油研究及應用進展

張獻忠，楊 君，尹 潔，葉興乾，*

(1.浙江大學生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058;2.浙江中煙工業有限責任公司，浙江杭州 310008)

煙草精油研究及應用進展

張獻忠1，楊 君2，尹 潔2，葉興乾1，*

(1.浙江大學生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058;2.浙江中煙工業有限責任公司，浙江杭州 310008)

煙草精油是煙草中的次生代謝物，主要由揮發性和半揮發性成分組成，是煙草香味的重要來源。目前，煙草精油主要作為香精香料應用于卷煙工業。本文就煙草精油概念、化學成分、提取方法、分析方法和應用方面的研究進展進行綜述，并對煙草精油的應用前景進行探討。

煙草精油，應用，進展

精油是植物體中的次生代謝物，由多種揮發性和半揮發性小分子有機物組成，具有特殊的芳香氣味，在常溫下易揮發［1］。同樣，煙草精油是從煙葉中提取出來的揮發性和半揮發性物質，具有煙草的特殊氣味。煙草中精油含量極低，煙葉中約為0.1%左右，且不同品種、不同部位、不同調制類型以及不同地域等煙草中的精油含量和成分也有差異，但煙草精油含有煙草的特征香氣，其相對含量直接影響到煙草的質量［2－3］。傳統的提取煙草精油的方法是直接用煙葉進行水蒸汽蒸餾，隨著現代技術的發展，一些新興技術也應用到煙草精油的提取中來，如分子蒸餾技術(MD，Molecular Distillation)等［4］。煙草精油成分復雜，含有許多煙草中的重要致香成分，如茄酮、大馬酮、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、二氫獼猴桃內酯、新植二烯等［5］。由于煙草的特殊性，在全球控煙禁煙的大趨勢下，目前關于煙草精油的研究主要集中在煙草行業，精油的應用也集中在卷煙增香方面，相關文獻報道較少［6－8］，且研究水平參差不齊，關于煙草精油的概念也存在著混淆不清的現象，如煙草精油和煙草凈油的概念。因此，本文對煙草精油的概念、主要成分、提取方法、分析方法和應用等研究進展進行綜述，以期為準確理解煙草精油概念、了解煙草精油研究進展和尋找合適的煙草精油提取方法及其正面應用等提供有價值的參考。

1 煙草精油和煙草凈油的概念

在香精香料行業，精油和凈油是兩個不同的概念，其主要區別在于提取方法和成分的不同。煙葉直接進行水蒸汽蒸餾，得到的揮發物稱為煙草精油(Tobacco Essential Oil)，先用有機溶劑(如石油醚、乙醚、二氯甲烷等)提取，再用水蒸汽蒸餾，得到的揮發物一般稱為揮發油(Volatile Oil)，煙草精油和揮發油成分及組分都很接近，實際上國內外許多文獻中這兩個概念都是混用的［9］。但是煙草凈油(Tobacco Absolute Oil)則不同，凈油是先利用有機溶劑對煙葉進行提取，得到提取物除去有機溶劑后，再用無水乙醇浸溶除去部分蠟質、樹脂等成分，得到產品即為煙草凈油［10］。煙草凈油雖然含有與煙草精油相同的一些揮發性成分，但是其中還有精油中沒有的成分如蠟質和樹脂等。

目前，國內相關研究往往將精油和凈油兩個概念混淆，如有機溶劑法提取大蒜精油和桂花精油的研究［11－12］、超聲波輔助有機溶劑提取蜂膠精油和黑水纈草精油的研究［13－14］，微波輔助有機溶劑萃取橙皮精油的研究［15］、超臨界CO2萃取當歸精油和野西瓜精油的研究［16－17］等，以上研究所稱的精油產物嚴格來說應當為凈油，因為都是以揮發性有機溶劑為提取介質，其最終產物中仍含有植物材料中的很多非揮發性成分。雖然超臨界CO2流體不是有機溶劑，但其性質與乙醇相似，只是其極性可以根據儀器條件改變而已，其最終產物中仍然含有蠟質和樹脂等，所以也為凈油。在煙草精油的研究中同樣存在類似的問題，如超臨界萃取煙草精油的研究［7］。雖然有機溶劑萃取和超臨界CO2萃取產物中具有部分與精油相同的香味物質，但其為凈油而不是精油產品，只有經過蒸餾的方法得到的揮發性產物才是精油產品，因此，今后的研究中應當準確應用精油和凈油的概念。

2 煙草精油的化學成分

煙草中的化學成分眾多，20世紀70年代以來，隨著分析測試技術的發展，煙葉中的成分不斷被發現，Perfetti等于2011年報道煙葉中化學成分約為4992種［18］。煙草精油作為煙草揮發性香味物質的代表產物，其成分也相當復雜，主要成分為揮發性有機物，大部分為煙草的特征香味物質。

煙草精油成分眾多，目前從煙草精油中鑒定到的物質有數百種之多，主要成分為萜烯類、烴類、醛類、揮發性酸、酯類、酮類、醇類、芳香環類、雜環類和生物堿等，其中含量最高的為新植二烯［6］，約占精油總量的40%左右，雖然新植二烯為煙草中的重要成分，但其香氣閾值很高，對煙草香味的貢獻較小。其它一些物質如茄酮、β－大馬酮、巨豆三烯酮、糠醛、苯甲醇、藏紅花醛、二氫獼猴桃內酯等，雖然含量微小，但由于其閾值較低，香氣強度大，是煙草中關鍵的致香成分［5］。

Alagic等利用氣相色譜－質譜法(GC－MS)分析了東方煙草YaKa精油的成分，共鑒定出34種組分，其中主要成分為新植二烯(23%)和茄酮(29.5%)，與之前的研究結果相比較，其主要香味物質含量與Otlja煙草精油、白肋煙精油和弗吉尼亞煙草精油相似但相對含量有所差異，但是新植二烯、茄酮、巨豆三烯酮和β－大馬酮的含量明顯高于土耳其煙草精油，證明煙草精油主要成分與煙草品種、種植地區等有很大關系［19］;Stojanovic等對Otlja煙草中部葉片精油和上部葉片精油進行了對比分析，分別鑒定出28種和31種成分，其中新植二烯、茄酮、β－大馬酮等仍是其主要香氣成分，但相對含量有很大不同，以上結果證明煙草的不同部位精油的含量和成分也不盡相同［20］。

3 煙草精油提取方法

3.1 水蒸汽蒸餾法

水蒸汽蒸餾法是提取煙草精油的經典方法，雖然該方法設備簡單易操作，但是，由于提取時樣品與水共沸，一些熱敏性揮發成分會遭到破壞，因此，Kim等于1982年報道了一種基于水蒸汽蒸餾方法的改進方法進行煙草精油提取，稱為氣體共蒸餾法(Gas Co－distillation)［21］。該方法可以防止一些熱敏性成分的破壞，但是由于需要恒定氣體及冰浴等，條件難以控制，此方法最終未推廣開來。所以，水蒸汽蒸餾法依然是煙草精油提取的重要方法。高宏建等利用水蒸汽蒸餾法對廢次煙末中的煙草精油進行提取，研究發現在蒸餾時加入一定的NaCl溶液可以顯著提高煙草精油的產率［8］。

3.2 分子蒸餾法

分子蒸餾(Molecula Distillation，MD)是一種新型的液液分離技術，是利用不同物質分子自由程的不同而實現化合物的分離，能夠在遠離化合物沸點的溫度下實現蒸餾，是低溫下實現揮發性成分分離的新型技術［22］。王萍等應用MD技術處理香料煙浸膏制備煙用香料，結果顯示，在不同溫度段，香料煙浸膏致香成分得到富集，40～60℃餾分中茄酮的含量高達17%［23］，楊靖等應用MD技術對云煙萃取物進行了分離，與傳統方法相比具有低溫、高效、無污染等優點，且通過條件優化，可以顯著提高煙草特征香氣成分在餾分中的相對含量［23］。目前，應用分子蒸餾進行煙草精油提取的研究還比較少，而且煙草不能直接作為蒸餾的原料，需要用有機溶劑或超臨界技術等先對煙草樣品進行萃取，然后才能進行分子蒸餾。

3.3 聯用技術

現有的各種提取植物精油的方法都具有各自不足之處，如水蒸汽蒸餾法提取精油產率低且容易引起熱敏性成分的分解、分子蒸餾技術前處理的繁瑣及設備的復雜昂貴等。而將一些技術聯合起來進行精油提取，可以提高精油產率并增加重要致香成分的相對含量，是獲得高品質精油產品的一條有效途徑。目前，應用聯用技術進行精油提取已有一些研究，如應用溶劑提取聯合水蒸汽蒸餾技術提取孜然精油和應用微波輔助水蒸汽蒸餾提取芳香植物精油的研究等［24－25］。但是，煙草精油提取的研究中應用聯用技術的很少，僅有應用超臨界CO2萃取與分子蒸餾聯用技術純化煙草香味成分的研究，研究發現，超臨界萃取物經分子蒸餾精制后，其外觀狀態、香氣質量等方面均有大幅度提高［26］。鑒于聯用技術的優點，其應用為煙草精油提取技術的選擇開辟了新的途徑。

目前，應用于煙草精油提取的技術還比較少，且各有優缺點，隨著新興技術的發展，如亞臨界水提取技術在精油提取中的應用［27］等，煙草精油提取技術必將迎來新的發展。

4 煙草精油成分的分析技術

煙草精油的化學成分復雜，目前，應用于精油化學成分分析的主要是氣相色譜(GC)和氣相色譜－質譜聯用技術(GC－MS)。一般是將煙草精油溶于有機溶劑中直接進行GC和GC－MS分析，通過樣品GC色譜圖與標準品色譜圖的比較進行定量，通過質譜分析進行定性?，F有的研究都是通過GC－MS儀器自身所帶的質譜圖庫進行煙草精油化學成分的定性分析，如NIST(美國國家標準與技術研究院)質譜圖庫和 Wiley數據庫質譜圖庫等［28－29］，但是這些圖庫并不包含所有的化學物質，定性結果有時會出現錯誤。因此，一些研究引入了科瓦茨指數來進行定性，科瓦茨指數又稱保留指數，是以色譜圖上位于待測物質兩側的相鄰正構烷烴的保留值為基準，用對數內插法求得，該指數在同一根色譜柱上穩定性高，是化合物定性的一種有效手段［30］。

雖然現代毛細管GC是一種高效分離技術，但對于煙草精油這種復雜的混合物來說，僅用一根色譜柱往往達不到完全分離的目的，所以一些研究人員提出用多根色譜柱的組合來實現精油組分的完全分離。Zhu等應用全二維氣相色譜－飛行時間質譜法(GC×GC/TOMFS)對一種煙草精油進行分析，與傳統的GC－MS方法相比，GC×GC/TOMFS方法更加靈敏，檢測出很多GC－MS方法中沒有檢測出來的成分［31］?？梢哉f，GC×GC是氣相色譜技術的一次革命性突破，將會在煙草精油的分離分析中占據越來越重要的地位。

5 煙草精油的生物活性及應用

目前，關于煙草精油生物活性方面的研究較少。Stojanovic等對Otlja煙草精油進行了抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌的研究，結果發現，煙草精油與超臨界萃取物都具有一定的抑菌效果，且精油的抑菌效果強于萃取物［20］;其課題組還對Yaka和Prilep煙草精油進行了抑菌研究，這兩種煙草精油同樣具有抑菌效果，且Yaka精油抑菌效果與對照百里香酚相當。目前，煙草精油主要作為煙用香料，以提高卷煙產品的香味質量，還有極少量的煙草精油被用作日化香精中的添加劑。從以上文獻可知，煙草精油中含有一些具有抑菌活性的物質，這為煙草精油的正面應用提供了理論基礎。

6 煙草精油開發前景

煙草精油是卷煙工業中一種重要的增香劑，同時也是一些日化香精中的調香劑。由于其在煙葉中含量較低，選擇合適的提取技術顯得至關重要，怎樣在保證產率的基礎上不破壞精油中重要致香成分是今后煙草精油提取技術研究的關鍵。在吸煙與健康問題的壓力下，煙草行業提出了“降焦減害”的目標，即降低卷煙中的焦油含量，但是在降焦的過程中煙草本身的香味物質會隨之流失，因此會在煙草中再添加一些具有煙草本香的增香劑，煙草精油就是最好的增香劑之一，因此，在今后的一段時間內，煙草精油的開發和應用還是集中在煙草行業中。但是，煙草及煙草精油中的生物活性成分不可忽視，隨著現代分離分析技術的發展，煙草精油的全部成分必將會研究清除，通過分離提純其中的生物活性成分，將煙草精油應用于煙草以外的行業，同樣具有重要的意義。

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Recent progress in research and application of tobacco essential oil

ZHANG Xian－zhong1，YANG Jun2，YIN Jie2，YE Xing－qian1，*
(1.School of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China;2.China Tobacco Zhejiang Industrial Co.，Ltd.，Hangzhou 310008，China)

Tobacco essential oil is a complexity of tobacco secondary metabolites.It is mainly consisted of volatile and semi－ volatile compounds.As an important source of tobacco characteristic aroma compounds，tobacco essential oil is mainly used as spices in cigarette blends nowadays.This paper mainly introduced the research progress of concept，chemical composition，extraction technology，analysis method and application of tobacco essential oil.The development prospect in these fields was also explored.

tobacco essential oil;application;progress

TS49

A

1002－0306(2012)17－0395－04

2012－03－06 *通訊聯系人

張獻忠(1982－)，男，博士研究生，研究方向:食品安全和天然產物研究開發。

中央高校基本科研業務費專項資金資助－農產品交叉研究中心;浙江中煙工業有限責任公司科技項目(81000134)。