烟草挥发物的水蒸气蒸馏制备工艺及其在电子烟中的应用研究
邬帅帆 陆诚玮 崔秀明 冯奇 杨菁
摘要：采用水蒸气蒸馏法制备烟草挥发物，优化了工艺条件，采用GC＼|MS分析了烟草挥发物中的香味成分，将最优条件下制得的烟草挥发物应用于电子烟烟液的制备，通过感官评价分析其应用效果.结果表明：1）水中蒸馏方式烟草挥发物的得率明显高于水上蒸馏方式;2）最佳蒸馏条件为浸润时间2h，蒸馏时间6h，蒸馏体系中NaCl质量分数为5%;3）采用水中蒸馏方式，在最佳蒸馏条件下，烟草挥发物中致香成分主要包括新植二烯、茄酮、大马烯酮、巨豆三烯酮、香叶基丙酮、法尼基丙酮等，烟碱未检出;4）在最佳蒸馏条件下且同样稀释2000倍时，水中蒸馏获得的烟草挥发物香韵丰富，烟草本香突出，香气量充足，香气浓郁、厚实，优于水上蒸馏获得的烟草挥发物品质，更能满足电子烟所需传统卷烟的烟草风格和烟气状态.
Abstract：Tobaccovolatileswerepreparedbysteamdistillation，andtheprocessconditionswereoptimized.ThearomacomponentsintobaccovolatileswereanalyzedbyGC＼|MS.Thetobaccovolatilespreparedundertheoptimalconditionswereusedinthepreparationofelectroniccigaretteliquid，anditsapplicationeffectwasanalyzedbysensoryevaluation.Theresultsshowedthat：Theyieldoftobaccovolatilespreparedbydistillationinwaterwassignificantlyhigherthanthatpreparedbydistillationoverwater;Thebestdistillationconditionswere2hinfiltrationtime，6hindistillationtime，andtheNaClmassfractioninthedistillationsystemwas5%;Distilledinwater，underthebestdistillationconditions，thearomacomponentsintobaccovolatilesmainlyincludeneophytadiene，solanone，damascenone，megastigmatrienone，geranylacetone，farnesylacetone，etc.，butnicotinewasnotdetected;Underthebestdistillationconditionsandthesamedilution2000times，thetobaccovolatilespreparedbydistillationinwaterwererichinflavor，obviousintobaccofragrance，abundantinaroma，strongandthickinaroma，whichwasbetterthanthatpreparedbydistillationoverwater.Tobaccovolatilespreparedunderbestdistillationconditionsbydistillationinwatercouldbettermeetthetobaccostyleandsmokestateoftraditionalcigarettesrequiredbyelectroniccigarettes.
关键词：水蒸气蒸馏;烟草挥发物;电子烟
Keywords：steamdistillation;tobaccovolatile;electroniccigarette
0引言
电子烟是国际控烟环境催生的一种新产品.电子烟具有有害成分释放量少、环境烟气释放量低等特点[1]，这种体现健康生活理念，集现代微电子技术、生物化学技术为一体的新产品满足了消费者的新需求.电子烟的加热温度只有200℃左右，传统的烟草提取物在电子烟中的应用效果不是很好，容易出现结焦、碳化、烟感弱等情况[2-4].传统的烟草挥发性成分（挥发物）提取分离技术主要包括水蒸气蒸馏法[5]、溶剂萃取法[6]、超临界萃取法[7]等.水蒸气蒸馏法是将含有挥发性成分的原料与水共蒸馏，使挥发性成分随水蒸氣一并馏出，经冷凝后，分离获取挥发性成分的方法.按蒸馏方式，水蒸气蒸馏法可以分为水中蒸馏和水上蒸馏两种[5].通过水蒸气蒸馏得到的烟草挥发物，很大程度上剥离了高沸点的致香前体物，通过较高的浓缩倍数富集了大量的挥发性烟草香味成分[8-9].此类烟草挥发物具有释放温度低、香味前体物少、溶剂适配性高的特点，很适合用于电子烟烟液，但是其在电子烟烟液调香的应用尚未见报道.鉴于此，本文拟通过水蒸气蒸馏法制备烟草挥发物，对水蒸气蒸馏条件进行优化，对烟草挥发物香味成分和感官评价进行分析，以提升电子烟烟草风味的感官品质，为电子烟烟液调香提供技术支撑.
1材料与方法
1.1材料、试剂和仪器
材料：用切丝机将津巴布韦烟叶切成1.5mm宽细丝，津巴布韦烟叶为上海新型烟草制品研究院自有资源.
试剂：NaCl（AR），无水Na2SO4（AR），无水乙醇（AR），上海凌峰化学有限公司产;烟酸甲酯（内标，99%），百灵威科技有限公司产.
仪器：20L水蒸气蒸馏釜，上海矩源自动化科技有限公司产;QS-5烟叶切丝机，开封捷力美嘉机械设备有限公司产;LM79-J10酒精计，上海化科实验器材有限公司产;R-1001旋转蒸发仪，郑州长城科工贸有限公司产;7890A/5975C气相色谱仪-质谱联用仪，HP-INNOWax色谱柱（60m×0.25mm×0.25μm），美国安捷伦公司产.
1.2实验方法
1.2.1烟草挥发物的制备
水中蒸馏：称取1kg烟丝装入蒸馏釜中，加入10kg水、一定量的NaCl，轻微搅拌使烟丝完全浸没水中并分散均匀，浸润一段时间.启动加热，至水沸腾回流后开始计时，蒸馏一段时间.结束后静置冷却，收集分液装置中的油性成分，加入少量无水Na2SO4干燥，过滤称重，得水中蒸馏烟草挥发物.
水上蒸馏：将烟丝均匀铺撒在水上隔板上，不浸润，其他操作同水中蒸馏，得水上蒸馏烟草挥发物.
1.2.2香味成分分析检测
称取100mg烟酸甲酯，用无水乙醇定容至100mL容量瓶中，配成1mg/mL的内标储备液.用移液枪移取2mL内标储备液，置于20mL容量瓶中，用无水乙醇定容，配成0.1mg/mL烟酸甲酯内标液备用.
取20μL烟草挥发物于带有内衬管的色谱瓶中，加入200μL烟酸甲酯内标液，进行GC＼|MS分析.
GC＼|MS分析条件：色谱柱选用HP-INNO-Wax（60m×0.25mm×0.25μm）;载气为He;流速1.5mL/min;进样量1μL，分流比10GA6FA1;升温程序为60℃保持2min，2℃/min升温至250℃，保持40min;传输线温度280℃;离子源温度230℃;溶剂延迟0min;质量数范围30～450amu;采用Wiley7图库检索.
1.2.3感官评价
以《卷烟第4部分：感官技术要求》（GB5606.4—2005）[10]和《烟草及烟草制品感官评价方法》（YC/T138—1998）[11]的方法为基础，结合电子烟特有的感官质量要求，建立电子烟用烟草提取物感官评价标准.
评价指标包括：香韵、香气浓度、烟草本香、香气质、香气量、杂气、刺激性、干燥感和余味，其中香韵包括干草香、清甜香、正甜香、焦甜香、青香、辛香、木香、坚果香、果香、
焦香、花香、酒香.每项指标得分范围均为0～5分，最小评分单位为0.5分，其中刺激性、干燥感越低，得分越高.
为了评价烟草挥发物在电子烟中的应用效果，用甘油和丙二醇以4GA6FA6的质量比配成溶剂，在最佳蒸馏条件下，将采用水中蒸馏和水上蒸馏两种方式制得的烟草挥发物样品稀释一定倍数（质量比）配制得到电子烟烟液，用滴管吸取配制好的电子烟烟液直接注入电子烟烟弹中进行感官评价.
2结果与讨论
2.1水蒸气蒸馏方式对烟草挥发物得率的影响
在前期实验的基础上，选取NaCl添加量0.5kg，浸润时间2h，总蒸馏时间6h，考察两种蒸馏方式对烟草挥发物得率的影响，结果如图1所示.从图1可以看出，水中蒸馏的得率为0.23‰，明显高于水上蒸馏的得率0.11‰.这可能是由于烟叶原料含水率较低，组织结构结合得比较紧密，水中蒸馏有利于烟丝吸水膨胀，挥发物溶出，进而随水蒸气共馏出.因此，水蒸气蒸馏方式选择水中蒸馏较为合适.
2.2水蒸气蒸馏条件对烟草挥发物得率的影响
2.2.1蒸馏时间对烟草挥发物得率的影响
采用水中蒸馏方式，NaCl添加量0.5kg，浸润时间2h，考察总蒸馏时间分别为2h，4h，6h，8h对烟草挥发物得率的影响，结果
如图2所示.从图2可以看出，水蒸气蒸馏时间对烟草挥发物得率的影响比较大，当蒸馏时间为2h时，得率仅为0.05‰;当蒸馏时间达到6h时，得率可上升到0.23‰;进一步延长蒸馏时间至8h，挥发物得率上升不显著，仅增加了0.02‰，并且烟草挥发物中烟草本香的香气质量有所下降，长时间蒸煮带来的异味有所突出，整体香气品质有所下降.因此，从制备效率和挥发物品质两方面考虑，蒸馏时间选择6h较为合适.
2.2.2浸润时间对烟草挥发物得率的影响
采用水中蒸馏方式，NaCl添加量0.5kg，总蒸馏时间6h，考察浸润时间分别为0h，1h，2h，4h对烟草挥发物得率的影响，结果如图3所示.从图3可以看出，烟草原料不经过浸润，直接进行水蒸气蒸馏的得率只有0.15‰;通过2h浸润再蒸馏的得率可上升到0.23‰;而进一步增加浸润时间，得率并没有显著增加.由此可见，适当的浸润时间有助于水分子更好地渗透到烟草组织中，使干燥的烟叶吸水膨胀，有利于烟草挥发物的溶出，提高挥发物的得率.因此，浸润时间选择2h较为合适.
2.2.3NaCl质量分数对烟草挥发物得率的影响
采用水中蒸馏方式，浸潤时间2h，总蒸馏时间6h，考察NaCl质量分数分别为0%，5%，10%（即添加量分别为0kg，0.5kg和1.0kg）对烟草挥发物得率的影响，结果
如图4所示.从图4可以看出，当水蒸气蒸馏体系中不添加NaCl时，挥发物的得率为0.22‰;当NaCl质量分数达到5%时，得率可提高至0.23‰;进一步提升NaCl质量分数至10%，挥发物得率没有明显变化.由此可见，当蒸馏体系中加入适量NaCl，在盐析的作用下有助于降低烟草挥发物在水中的溶解度进而提高提取效率.因此，在蒸馏体系中NaCl的质量分数选择最优为5%较为合适.
2.3烟草挥发物香味成分分析结果
采用气相色谱-质谱联用技术（GC＼|MS）对采用水中蒸馏方式，在最佳蒸馏条件下所得烟草挥发物的主要成分及含量进行测定，其结果见表1.
从表1可知，烟草挥发物共检出77种致香成分，以挥发性和半挥发性香味成分为主，其中醛酮类物质29种、酸类物质6种（包括挥发性较弱的棕榈酸）、酯类物质14种（包括高级脂肪酸的酯化物）、醇酚类物质16种.其中醛酮类物质种类较多，包括藏红花醛、异佛尔酮、茶香酮、茄酮、大马烯酮、香叶基丙酮、巨豆三烯酮等;另外，挥发物中所含的芳樟醇、香叶醇、苯乙醇、乙酰基吡咯、二氢猕猴桃内酯、金合欢醇等，也是重要的烟草致香成分.制备的烟草挥发物中未检测到烟碱，可能是由于烟碱的水溶性较强且含量低，未能与水分离进入油层.
烟草挥发物中检出成分含量方面，新植二烯的含量最大，其他含量较高的物质包括茄酮、大马烯酮、巨豆三烯酮、香叶基丙酮、法尼基丙酮等，这些物质在增加烟气浓度、醇和烟气、突出细腻感、增加甜润感方面具有重要作用[12-14].
2.4烟草挥发物在电子烟中的应用效果
以水中蒸馏获得的烟草挥发物稀释2000倍制得的电子烟烟液为实验组，水上蒸馏获得的烟草挥发物稀释2000倍制得的电子烟烟液为对照组进行感官评价.烟草挥发物制得的电子烟烟液感官评价结果如图5所示
.由图5可以看出，实验组整体香韵更为丰富，烟草本香突出，具有明显的甘草香，香气量更充足，香气也更为浓郁、厚实，能够提供电子烟所需的传统卷烟烟气状态;对照组香气较弱，整体以青甜韵为主，烟草本香也比较欠缺，主体香气较为飘逸，烟气状态也较空虚.而稀释10000倍得到的电
子烟烟液感官评价结果显示，水中蒸馏获得的烟草挥发物制得的电子烟烟液烟气香韵增强，丰富性也得以提升，烟气厚实感减弱;而水上蒸馏获得的烟草挥发物制得的电子烟烟液几乎捕捉不到香气.因此，水中蒸馏烟草挥发物样品
稀释10000倍时，
在极低的质量分数下（0.1‰）依然能表现出较佳的感官品质，但烟气状态和质感会弱于0.5‰（即稀释2000倍）的质量分数.
综上，水中蒸馏烟草挥发物样品可以赋予电子烟烟气以厚实、浓郁的烟草气息，同时给香韵带来一定的补充，在电子烟香精配方中控制质量浓度在0.5‰左右，能够很好地弥补电子烟缺乏传统卷烟烟气的状态，提升电子烟烟气的质感.
3结论
本文采用水蒸气蒸馏法制备津巴布韦烟草挥发物，对制备工艺进行了研究，采用GC＼|MS方法分析了烟草挥发物中的香味成分，将最优条件下制得的烟草挥发物应用于电子烟烟液的制备，通过感官评价分析其应用效果.结果表明：1）水中蒸馏制得的烟草挥发物的得率能够达到0.23%，明显高于水上蒸馏的得率0.11%，因此蒸馏方式选择水中蒸馏;2）最佳蒸馏条件为浸润时间2h，蒸馏时间6h，蒸馏体系中NaCl质量分数为5%，此时烟草挥发物的得率和品质为最佳;3）采用水中蒸馏方式，在最佳蒸馏条件下制备烟草挥发物，所得的挥发物中以挥发性和半挥发性香味成分為主，醛酮类、醇类物质种类较多、含量较高，致香成分主要包括新植二烯、茄酮、大马烯酮、巨豆三烯酮、香叶基丙酮、法尼基丙酮等，烟碱未检出;4）采用水中蒸馏方式，于最佳蒸馏条件下获得的烟草挥发物在稀释2000倍时，其仍香韵丰富，烟草本香突出，香气量充足，香气浓郁、厚实;而采用水上蒸馏方式，在最佳蒸馏条件下获得的烟草挥发物稀释2000倍时，其香气较弱，烟草本香比较欠缺，主体香气较为飘逸，烟气状态也较空虚.本文在最佳蒸馏条件下，采用水中蒸馏方式制备的烟草挥发物更能满足电子烟所需传统卷烟的烟草风格和烟气状态，该研究结果可提升电子烟的烟气状态和质感效果，为电子烟烟草风味的研发提供新的技术手段.
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