基于香味成分含量?jī)?yōu)化羅漢果浸膏提取工藝研究

胡志忠，胡 超，宋凌勇，務(wù)文濤，張文潔，張峻松

（1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西南寧 530001；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

羅漢果[Siraitia grosvenorii（Swingle） C.Jeffrey]為葫蘆科多年生藤本植物的果實(shí)[1-2]，又稱為“神仙果”[3-4]，被衛(wèi)生部列為既是食品又是藥品的產(chǎn)品[5-7]，其提取物具有清心潤(rùn)肺、止渴化痰、清熱解暑、潤(rùn)腸通便等功效[8-12]。羅漢果浸膏屬于羅漢果提取物的一種，其提取過程簡(jiǎn)單且易于儲(chǔ)存，可以很好地保持羅漢果的原有成分[13]。鄭小嘎、吳彥等人[14-15]研究表明，羅漢果浸膏中含有的多種香味成分，應(yīng)用于卷煙加香中可明顯改善和修飾煙氣、提高燃吸品質(zhì)，但關(guān)于羅漢果浸膏提取工藝的研究較少。張書銘等人[16]僅以提取率為考查指標(biāo)對(duì)羅漢果浸膏的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，未對(duì)羅漢果浸膏中的香味成分進(jìn)行測(cè)定分析，但在該工藝條件下提取的羅漢果浸膏可能會(huì)造成部分香味成分提取不完全。因此，為了建立適于卷煙加香的羅漢果浸膏提取工藝條件，通過分析羅漢果浸膏的香味成分組成特征，以對(duì)卷煙燃吸品質(zhì)有正面影響的香味成分含量為考查指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到羅漢果浸膏的最優(yōu)工藝條件，為合理使用天然香原料提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

材料：羅漢果果實(shí)，購(gòu)自廣西壯族自治區(qū)桂林市。

試劑：無水乙醇（色譜級(jí)），天津市富宇精細(xì)化工有限公司提供；苯甲酸芐酯（≥98.9%），北京百靈威科技有限公司提供；甲醇（≥99.8%），迪馬科技有限公司提供。

儀器：SHSL 型調(diào)溫電熱套，上海樹立儀器儀表有限公司產(chǎn)品；DLSB-10/25 型低溫冷去液循環(huán)泵，鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；SHB-3 型循環(huán)水多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠產(chǎn)品；RE-52AA 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品；7890B/5977A 型氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS），美國(guó)Agilent 公司產(chǎn)品；KBF720 型恒溫恒濕箱，德國(guó)弗蘭茨賓德有限公司產(chǎn)品；EL204 型電子天平（感量0.000 1 g），Mettler-Toledo儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；CIJECTOR 型香精注射機(jī)，瑞士Burghart 公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 羅漢果浸膏的提取方法

準(zhǔn)確稱取30 g 羅漢果粉末，用濾紙包裹，放入索氏提取器，加入體積分?jǐn)?shù)為100%的無水乙醇300 mL。電熱套加熱，回流2.5 h，提取3 次，得到的提取液冷卻至室溫后常壓過濾。利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑，得到羅漢果浸膏。

1.2.2 樣品前處理方法

準(zhǔn)確稱取0.3 g 羅漢果浸膏，置于離心管中，加入質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL 的苯甲酸芐酯（內(nèi)標(biāo)） 甲醇溶液5 mL，渦旋振蕩萃取5 min，過0.45 μm 有機(jī)膜后轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，進(jìn)行GC-MS 分析。

1.2.3 GC- MS 分析條件

GC-MS 分析條件如下：

色譜條件：色譜柱，HP-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣，He，流量1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度280 ℃，進(jìn)樣量1 μL，分流比5∶1；升溫程序：初始溫度50 ℃，保留時(shí)間2 min，以3 ℃/min 的速率升溫至100 ℃，保留時(shí)間10 min，再以5 ℃/min的速率升溫至280 ℃，保留時(shí)間10 min。

質(zhì)譜條件：傳輸線溫度280 ℃，EI 源電子能量70 eV，電子倍增器電壓1 750 V，掃描方式：全掃描，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，溶劑延遲6 min。

通過NIST14 譜庫(kù)比對(duì)，以匹配度≥80%者定性，采用內(nèi)標(biāo)進(jìn)行半定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 羅漢果浸膏香味成分的確定

按照1.2.1 的方法，加入體積分?jǐn)?shù)為90%的無水乙醇400 mL，回流時(shí)間3 h，提取次數(shù)1 次，得到羅漢果浸膏中主要揮發(fā)性成分共35 種。結(jié)果表明，羅漢果浸膏中具有香味特征的成分有糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、2,4 - 二羥基- 2,5 - 二甲基- 3（2H）- 呋喃- 3- 酮、2,3- 二氫- 3,5- 二羥基- 6- 甲基- 4H-吡喃- 4- 酮、（S）-（-）- 5- 羥甲基- 2（5H）- 呋喃酮、3,5 - 二羥基- 2 - 甲基- 4H - 吡喃- 4 - 酮、5 -羥甲基糠醛和反式角鯊烯。其中，糠醛類具有似焦糖谷物烘烤氣息、果香、面包香，可賦予卷煙木香、花香、果香和甜香[17]；呋喃酮類具有焦甜香，其氣味通常與烘烤制品相聯(lián)系，如咖啡、堅(jiān)果、烤肉、焦糖等香氣，可賦予卷煙甜香、果香；吡喃酮類具有烘烤的、焦糖的香氣，可賦予卷煙典型的烤甜香韻；角鯊烯屬于非色素的萜烯類物質(zhì)，既能增進(jìn)吸味和香氣，又可通過降解轉(zhuǎn)化形成致香成分[18]。

羅漢果浸膏中主要揮發(fā)性成分分析結(jié)果見表1。

2.2 單因素試驗(yàn)

表1 羅漢果浸膏中主要揮發(fā)性成分分析結(jié)果

續(xù)表1

2.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響

按照1.2.2 的方法，以乙醇作為提取溶劑，改變乙醇體積分?jǐn)?shù)，考查不同乙醇體積分?jǐn)?shù)（60%，70%，80%，90%，100%） 對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響。

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響見圖1。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響

由圖1 可知，羅漢果香味成分含量在乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，90%，100%時(shí)均較高。這可能是由于香味成分的極性均較小，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)升高，其提取率也隨之上升[19]。因此，選定乙醇體積分?jǐn)?shù)的3 個(gè)較優(yōu)水平為80%，90%，100%。

2.2.2 料液比對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響

按照1.2.2 的方法，改變料液比，考查不同料液比（1∶5，1∶8，1∶10，1∶12，1∶15，1∶18）對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響。

料液比對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響見圖2。

圖2 料液比對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響

由圖2 可知，香味成分含量在料液比1∶5 ～1∶10范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，在料液比為1∶10 時(shí)香味成分含量達(dá)到最大值，繼續(xù)增加料液比，香味成分含量反而有所下降。可能的原因是料液比可直接影響萃取效率，一方面需要足夠大的料液比以滿足定量分析的需求；另一方面料液比過大會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)[20]。因此，選定料液比3 個(gè)較優(yōu)水平為1∶10，1∶12，1∶15。

2.2.3 回流時(shí)間對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響

按照1.2.2 的方法，改變回流時(shí)間，考查不同回流時(shí)間（2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h） 對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響。

回流時(shí)間對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響見圖3。

圖3 回流時(shí)間對(duì)羅漢果浸膏香味成分含量的影響

由圖3 可知，在回流時(shí)間為3.0 h 時(shí)香味成分含量達(dá)到最大值，繼續(xù)增加回流時(shí)間，香味成分含量反而有所下降，可能的原因是提取時(shí)間過長(zhǎng)，部分揮發(fā)性較大的香味成分有所損失。因此，選定回流時(shí)間較優(yōu)的3 個(gè)水平為2.0，2.5，3.0 h。

2.2.4 提取次數(shù)對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響

按照1.2.2 的方法，改變提取次數(shù)，考查不同提取次數(shù)（1，2，3，4 次） 對(duì)羅漢果浸膏提取效果的影響。

提取次數(shù)對(duì)羅漢果浸膏香味成分的影響見圖4。

由圖4 可知，香味成分含量在提取次數(shù)1～3 次范圍內(nèi)隨提取次數(shù)的增加而增加，在4 次時(shí)略有下降。綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素和試驗(yàn)操作，優(yōu)選出提取次數(shù)3 個(gè)較優(yōu)水平，即提取次數(shù)為1，2，3 次。

2.3 正交試驗(yàn)

圖4 提取次數(shù)對(duì)羅漢果浸膏香味成分的影響

通過單因素試驗(yàn)確定了各因素較優(yōu)的3 個(gè)水平，即乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，90%，100%；料液比1∶10，1∶12，1∶15（g∶mL）；回流時(shí)間為2.0，2.5，3.0 h；提取次數(shù)1，2，3 次。制作出四因素三水平正交試驗(yàn)L9（34）表格。

因素與水平設(shè)計(jì)見表2，四因素三水平正交試驗(yàn)見表3，試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析見表4。

表2 因素與水平設(shè)計(jì)

表3 四因素三水平正交試驗(yàn)

表4 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)果表明，影響香味成分含量的4 個(gè)因素A（提取時(shí)間）、B（提取次數(shù)）、C（乙醇體積分?jǐn)?shù)）、D（料液比） 的極差分析結(jié)果為C＞D＞A＞B，即乙醇體積分?jǐn)?shù)＞料液比＞提取時(shí)間＞提取次數(shù)，最優(yōu)方案為A2B3C3D1，即提取時(shí)間2.5 h，提取次數(shù)3 次，乙醇體積分?jǐn)?shù)100%，料液比1∶10（g∶mL）。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過正交試驗(yàn)結(jié)果分析得出最優(yōu)試驗(yàn)方案為A2B3C3D1，為進(jìn)一步驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和重復(fù)性，按最優(yōu)工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)，羅漢果浸膏中香味成分分析結(jié)果如表5 所示，所得羅漢果浸膏香味成分含量為12.81 mg/g，相較之前的試驗(yàn)方案均為最高，驗(yàn)證了正交試驗(yàn)所得最優(yōu)方案的正確性。

最優(yōu)工藝條件下羅漢果浸膏中香味成分分析結(jié)果見表5。

3 結(jié)論

利用氣相色譜- 質(zhì)譜法（GC-MS） 明確了羅漢果浸膏的香味成分，以其香味成分含量為考查指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到羅漢果浸膏的最優(yōu)工藝水平。結(jié)果表明，①羅漢果浸膏的香味成分主要有糠醛、糠醇、5 - 甲基糠醛、2,4 - 二羥基-2,5 - 二甲基- 3（2H）- 呋喃- 3 - 酮、5 - 羥甲基糠醛和反式角鯊烯等，這與鄭小嘎等人[14]的研究結(jié)果一致；②提取方式為索氏提取法，羅漢果浸膏在提取時(shí)間2.5 h，提取次數(shù)3 次，乙醇體積分?jǐn)?shù)100%，料液比1∶10（g∶mL） 的條件下香味成分總含量最高，為12.81 mg/g。

表5 最優(yōu)工藝條件下羅漢果浸膏中香味成分分析結(jié)果