孟曉軍,史先鑫,趙傳成,杜文杰,蘇海建,聶守杰,朱友民
(1. 頤中(青島) 實(shí)業(yè)有限公司,山東青島 266021;2. 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,山東青島 266101)
中草藥是中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的寶貴財(cái)富,大量研究表明,以中草藥為原料制備的天然中藥提取物能與卷煙產(chǎn)品的香味自然結(jié)合,使卷煙產(chǎn)品具有明顯的藥草香韻,形成獨(dú)特的香氣風(fēng)格和口味特征[1],因此利用中醫(yī)藥理論,將中草藥或中草藥提取物添加到卷煙中,開(kāi)發(fā)獨(dú)具特色的卷煙產(chǎn)品是提高中式卷煙競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段和方向。
煙草本身在我國(guó)古代就是一味中藥,中醫(yī)角度認(rèn)為煙草性辛溫、易燥肺、咽喉干燥,采用潤(rùn)肺、理氣、清熱的中藥復(fù)方配伍以潤(rùn)燥生津、宣利肺氣、潤(rùn)燥與理氣合用,則可以清潤(rùn)肺氣、化痰降燥[2]。將中草藥應(yīng)用于卷煙中可以從補(bǔ)氣藥、養(yǎng)陰藥、清熱解毒藥、止咳平喘藥這幾類(lèi)中草藥中篩選[3],研究表明,養(yǎng)陰藥五味子、沙參、烏梅等可降低煙氣自由基[4-5],百合可改善卷煙抽吸品質(zhì)、提高卷煙香氣質(zhì)量、柔和煙氣、降低刺激性的作用[6]。生地黃為玄參科植物地黃的新鮮或干燥塊根,性寒,味甘苦,歸心、肝、腎經(jīng),可清熱涼血、養(yǎng)陰生津[7],而其在卷煙中的應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道。
目前,生地黃的研究主要集中在有效成分提取及藥理活性研究[8-9],地黃中發(fā)現(xiàn)了近200 種化學(xué)成分,主要有環(huán)烯醚萜類(lèi)、多糖及苯乙醇苷類(lèi)、紫羅蘭酮類(lèi)、揮發(fā)油類(lèi)、甾醇類(lèi)、酚酸類(lèi)等[10-12],其中多糖成分含量最高,約16.89%。藥理試驗(yàn)已表明,地黃對(duì)免疫系統(tǒng)、抗腫瘤、抗衰老及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等有著廣泛的生物活性,其在卷煙中也有較好的應(yīng)用效果。目前,地黃提取物應(yīng)用于卷煙中未見(jiàn)報(bào)道。
鼓風(fēng)干燥箱,德國(guó)BINDER 公司產(chǎn)品;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,德國(guó)BUCHI 公司產(chǎn)品;30 L 多功能提取濃縮機(jī)組,上海順儀科技有限公司產(chǎn)品。
生地黃,惠民百草藥業(yè)提供;乙醇(95%(V/V),食品級(jí)),青島誠(chéng)基有限公司提供;丙二醇(醫(yī)藥級(jí)),韓國(guó)SK 提供;純凈水。
1.2.1 生地黃提取物的制備
稱(chēng)取一定量的生地黃,加入5 倍提取溶劑浸泡4 h 后破碎處理,備用。首先,稱(chēng)取一定量的提取溶劑加入到提取罐中,開(kāi)啟攪拌后,再稱(chēng)取定量的生地黃破碎液,待生地黃均勻分散后,在合適的溫度(提取溫度) 下熱回流浸提一定的時(shí)間,提取2 次,將提取液過(guò)濾后,合并濾液,減壓濃縮至膏狀(相對(duì)密度為1.245 0±0.008 0),得生地黃提取物。
1.2.2 生地黃提取物得率計(jì)算
式中:W——生地黃提取物得率,%;
m1——生地黃提取物質(zhì)量,g;
m2——生地黃質(zhì)量,g;
1.2.3 卷煙加香及感官評(píng)吸
稱(chēng)取定量的生地黃提取物,用純凈水、丙二醇稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液,然后使用噴霧器均勻地噴灑在煙絲上,對(duì)照樣品,噴灑等量的純凈水、丙二醇,然后將處理好的煙絲置于恒溫恒濕箱中平衡48 h(環(huán)境溫度22±1 ℃,相對(duì)濕度60%±2%),手工卷制成煙支,平衡48 h 后,由山東中煙技術(shù)中心7 位專(zhuān)家按照卷煙國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行感官評(píng)吸。
2.1.1 溶劑種類(lèi)的選擇
篩選常用提取溶劑蒸餾水、乙醇水溶液進(jìn)行研究,料液比1∶10,提取溫度50 ℃,提取時(shí)間60 min,提取次數(shù)2 次。
提取溶劑的影響見(jiàn)表1。
表1 提取溶劑的影響
由表1 可以看出,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的提高,提取物得率逐漸降低,而提取物的感官品質(zhì)以50%乙醇,效果最好。生地黃中含有大量的單糖、多糖類(lèi)物質(zhì)和揮發(fā)油等其他潛香成分,隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)提高,原料中二糖、多糖類(lèi)物質(zhì)溶出降低,而油溶性揮發(fā)性致香成分溶出量增加,綜合考慮得率及感官品質(zhì)因素,選定最佳提取溶劑為50%乙醇溶液。
2.1.2 料液比對(duì)提取物得率的影響
料液比對(duì)生地黃提取物得率的影響見(jiàn)圖1。
圖1 料液比對(duì)生地黃提取物得率的影響
由圖1 可以看出,隨著料液比逐漸增加,生地黃提取物得率先增加后趨于平穩(wěn),當(dāng)料液比較小時(shí),有效致香成分的溶出率過(guò)低,當(dāng)料液比為1∶12 時(shí),提取物得率最高,綜合考慮后期物料濃縮及成本,初步篩選最佳料液比為1∶12。
2.1.3 提取溫度對(duì)提取物得率的影響
提取溫度對(duì)生地黃提取物得率的影響見(jiàn)圖2。
圖2 提取溫度對(duì)生地黃提取得率的影響
由圖2 可以看出,在一定范圍內(nèi)隨著提取溫度的升高,溶劑擴(kuò)散速度加快,提高了生地黃中有效致香成分的溶出速率和得率,當(dāng)提取溫度大于80 ℃時(shí),產(chǎn)物得率略有降低,其可能的原因是長(zhǎng)時(shí)間較高的溫度易造成有效成分、熱敏性成分的分解、損失。因此,選定最佳提取溫度為80 ℃。
2.1.4 提取時(shí)間對(duì)生地黃提取物得率的影響
提取時(shí)間對(duì)生地黃提取得率的影響見(jiàn)圖3。
由圖3 可以看出,隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng),生地黃提取物先增加后略有降低,時(shí)間延長(zhǎng)有利于生地黃細(xì)胞中有效物質(zhì)的擴(kuò)散,當(dāng)有效物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外濃度趨于平衡時(shí),時(shí)間延長(zhǎng)作用不明顯,當(dāng)萃取時(shí)間大于60 min 時(shí),得率略有降低,可能由于長(zhǎng)時(shí)間的高溫浸提易造成有效成分的分解、損失。因此,選定萃取時(shí)間60 min 時(shí),提取物得率最高。
2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
圖3 提取時(shí)間對(duì)生地黃提取得率的影響
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以單因素最優(yōu)點(diǎn)為中心值,進(jìn)行三因素三水平的中心組合設(shè)計(jì)。以提取物得率為響應(yīng)值,利用Design Expert 8.10 軟件中的Box-Behnken 模型(BBD) 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)。
響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2,響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)
表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果
2.2.2 方差分析
利用Design Expert 8.10 軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合,得到提取物得率對(duì)自變量A,B 和C 的回歸模擬方程為:
R=42.28+1.10A+1.55B+2.03C -0.85AB+0.35AC+0.25BC-1.49A2-1.74B2-2.29C2.
對(duì)上述回歸方程進(jìn)行方差分析。
響應(yīng)面二次模型方差分析見(jiàn)表4。
由表4 可以看出,此回歸模型的p<0.000 1,是極其顯著的,回歸模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.985 8,修正后為R2Adj=0.967 5 說(shuō)明該模型能夠解釋96.75%的響應(yīng)值變化,方程的失擬項(xiàng)>0.05,不顯著,表明該模型擬合度好,無(wú)失擬因素存在,誤差小,因此該模型可以代替真實(shí)的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行可行性分析?;貧w模型中的B,C,C2的p 值均<0.0001,說(shuō)明這些因素對(duì)提取物得率的影響極顯著;A(提取時(shí)間)、AB(提取時(shí)間和提取溫度的交互作用)、A2和B2的p<0.05,說(shuō)明這些因素對(duì)生地黃提取物得率的影響顯著。
表4 響應(yīng)面二次模型方差分析
2.2.3 等溫線及響應(yīng)面圖分析
依據(jù)響應(yīng)面回歸方程繪出響應(yīng)面圖及等溫線,分析3 個(gè)因素對(duì)提取物得率的交互影響。
各因素及其交互作用對(duì)生地黃提取物得率的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖4。
由圖 4 (a) 和 (b) 可以看出 A,B 兩因素對(duì)生地黃提取物得率的影響存在較小差異,相對(duì)于提取溫度、提取時(shí)間的影響較弱。圖4(c) 和(d) 顯示B,C 兩因素對(duì)生地黃提取物得率影響顯著,沿C 峰值方向的等高線密度明顯高于沿B 峰值方向的密度,因此相對(duì)于提取溫度,料液比對(duì)提取物得率的影響較大。圖4(e) 和(f) 則顯示A,C 兩因素沿峰值方向等高線密度和響應(yīng)面曲線的陡峭程度,可以看出,C 方向上曲線較為陡峭,A 方向較為平緩,且A方向等高線密度要低于C 方向,因此料液比較提取時(shí)間對(duì)提取物得率影響較大。綜合分析可知,3 個(gè)因素對(duì)生地黃提取物得率的影響程度為料液比>提取溫度>提取時(shí)間。
通過(guò)響應(yīng)面分析模型對(duì)熱回流提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,得到生地黃提取物的最佳提取條件為提取時(shí)間56.13 min,提取溫度85.22 ℃,料液比1∶12,此條件下的得率可達(dá)42.13%。
為驗(yàn)證響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,采用上述得到的最佳提取工藝條件,在50%乙醇為提取溶劑,提取時(shí)間55 min,提取溫度85 ℃,料液比1∶12的條件下,進(jìn)行生地黃提取試驗(yàn),重復(fù)3 次,提取物得率為42.0%,41.8%,42.2%。由以上結(jié)果可知,基于響應(yīng)面法分析所得的提取工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。
圖4 各因素及其交互作用對(duì)生地黃得率的響應(yīng)面圖和等高線圖
生地黃提取物卷煙加香試驗(yàn)評(píng)吸結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 生地黃提取物卷煙加香試驗(yàn)評(píng)吸結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)生地黃提取添加量0.1%~0.4%時(shí),與煙香協(xié)調(diào)、豐富充實(shí)煙香,煙氣甜潤(rùn)豐滿,余味干凈舒適。
地黃是臨床大宗常用中藥材,其來(lái)源豐富,目前對(duì)其在卷煙中的應(yīng)用尚未有報(bào)道,研究開(kāi)發(fā)的生地黃提取物應(yīng)用于卷煙中對(duì)提高卷煙抽吸品質(zhì)、改善舒適度有一定的功效,這為地黃在卷煙中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),但地黃提取物在卷煙燃吸過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)變化尚未研究。需進(jìn)一步加強(qiáng)地黃中有效成分的提取、分離工藝及其加香應(yīng)用研究,深入開(kāi)展地黃提取物熱裂解產(chǎn)物研究、化學(xué)成分與感官特性的相關(guān)性研究,為地黃在卷煙中的應(yīng)用提供新思路。