同时蒸馏萃取法提取烟草挥发油工艺优化研究
【摘 要】本文对同时蒸馏萃取法提取烟草挥发油的工艺进行了研究。实验以烟草挥发油得率为指标，考察破碎度，浸泡时间，料液比，提取时间四因素对同时蒸馏萃取法提取烟草挥发油得率的影响，通过单因素实验与正交实验对提取工艺进行优化。实验结果显示同时蒸馏萃取法对烟草挥发油提取的最佳工艺条件是提取时间为8h，浸泡时间为10h，料液比1：20，破碎度为40目，在此条件下烟草挥发油平均得率可达到2.42%。
【关键词】同时蒸馏萃取；提取；烟草；挥发油
作为世界范围内最常见的一种嗜好品，烟草可以被制作成口味独特，类型繁多的各式制品。烟叶的风格和品质是由其内在化学成分种类和含量所决定的[1-3]，烟叶化学成分的分析工作一直是烟草科研工作的重点之一，这方面前人已经做了大量工作[4-8]。烟草制品本身有着特殊的质量要求，这些主要由烟草中的挥发性物质决定，即在一定程度上烟草中的挥发油成分决定了烟草制品的风味和质量。
烟草中的挥发油能够显著影响烟叶的物理性状，含挥发油较多的烟草本身较为柔软，在含水量较少的情况下，仍能保持油润状态，有较大的韧性，但由于挥发油本身属于疏水性物质，其含量的多少会对烟叶的吸水性能有一定影响[9]。在本研究中，选择同时蒸馏萃取法作为主要研究手段，以二氯甲烷作为溶剂[10]，采取正交实验方法，对影响提取效果的因素与条件进行筛选，从而确定最佳的提取工艺。
1.材料与方法
1.1材料与仪器
二氯甲烷、无水硫酸钠、氯化钠 均为分析纯；烟叶取自洛阳市洛宁县王庄试验田。
同时蒸馏萃取装置 （定制）；FW-100高万能粉碎机 天津市华鑫仪器；AR1140型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HH.S电热恒温水浴锅 上海跃进医疗机械厂；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限责任公司；RE-52A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂
1.2试验方法
1.2.1烟叶的预处理
将烟样放入烘箱中，于80℃的条件下烘3-4h，稍微冷却后，用粉碎机粉碎，过40目、60目、80目、100目筛，分别置于广口棕色瓶中密封保存。
1.2.2 烟叶挥发油的提取
准确称量10.00g烟样，置于500ml圆底烧瓶中，再加入一定量的80g/L氯化钠水溶液，浸泡若干小时。量取50ml二氯甲烷于100ml鸡心瓶中，将试样烧瓶和鸡心瓶连接于同时蒸馏萃取装置中，打开冷却水。试样烧瓶用电热套加热；溶剂烧瓶用水浴60℃（加热），蒸馏萃取若干小时。萃取完毕后，弃去样品悬浊液，收集二氯化碳提取液。更换新的样品烧瓶，分别加入100ml蒸馏水和30ml的新鲜的二氯甲烷，按照上面的方法蒸馏15min，以清洗仪器。合并两次二氯甲烷的萃取液。加入10g无水硫酸钠干燥，过滤，用二氯甲烷清洗无水硫酸钠及漏斗，并将洗液并入干燥后的二氯甲烷萃取液中，最后将滤液置于旋转蒸发器中，于35℃下减压蒸馏浓缩。将浓缩过后的物质冷却至室温，采用减重法计算提取得到的挥发性半挥发性物质得率。
1.2.3单因素实验
以粒径40目，浸泡时间2h，料液比1：25，提取时间4h，作为基本条件，在其它条件不变的情况下，分别改变粒径、浸泡时间、料液比、提取时间进行单因素实验，单因素实验设计安排表见表1。
1.2.4 正交试验
由单因素实验得出不同因素对于挥发油的得率的影响，通过正交实验进行提取条件的优化，以提取时间（A）、浸泡时间（B）、料液比（C）、颗粒直径（D）为影响因素，安排三水平四因素正交试验L9（34），正交实验因素水平表见表2。
2.结果与讨论
2.1 破碎度对于烟草中挥发油提取得率的影响
从图1可以看出，破碎度在40目时烟草中挥发油提取得率最大，整体的挥发油得率随着破碎度的增大先增大后减小，最后趋于平衡。造成这种结果的原因是随着破碎度的增大，烟草中的挥发性成分便于从烟草细胞壁中溶出，有利于烟草中挥发油成分的提取，但与此同时，过度的破碎会导致烟叶中挥发油的过度损失，从而不利于烟草中挥发油的提取。
2.2浸泡时间对于烟草中挥发油提取得率的影响
从图2可以看出，在浸泡时间为6h时，挥发油得率最大；整体挥发油提取得率是一个先增大后减小的过程。产生这种结果的原因在于随着浸泡时间的增加，由于盐析作用，烟草中的挥发油在前期浸泡的过程中，从细胞内逐步溶出，有利于提高挥发油的得率；但与此同时，长时间的浸泡会导致挥发油浸出并损失，使得产生了一个得率下降的趋势。
2.3料液比对于烟草中挥发油提取得率的影响
从图3中可以看出，在1：25的料液比的条件下，烟草中挥发油的提取率最高，整体是一个先增大后减小的过程。合适的料液比会在同时蒸馏萃取的过程提供为提取提供合适的蒸汽流量，有利于蒸汽从水中将烟草中挥发油携出，以便于与二氯甲烷蒸汽充分混合；而过度的水蒸气会导致同时萃取蒸馏萃取时的水蒸气与二氯甲烷气体不能够实现充分混合，从而导致一部分挥发油从水蒸气中损失，使得烟草中的挥发油得率下降。
2.4提取时间对于烟草中挥发油提取得率的影响
从图4中可以看出，伴随着提取时间的增加，烟草中挥发油的得率不断提高，并于8h时到达最高，以后趋于平衡。提取时间的增加，使得烟草中挥发油能够有更长的时间从水中被水蒸气携出，从而使得整体上挥发油的得率得到提高，而伴随着时间的增长，挥发油逐步被提取出来，整体上挥发油的得率也就达到了一个峰值，出现平衡状态，继续加热以期提高挥发油的得率便失去了意义和价值。
2.5 最佳工艺条件的确定
按照1.2.4的实验设计进行正交试验，实验结果见表3。
对实验结果进行方差分析，其结果见表4。由表4可以看出，RA>RD>RC>RB ，提取时间最具显著性，其次是颗粒直径和料液比。因此各因素对提取结果的影响的程度依次是提取时间>颗粒直径>料液比>浸泡时间。再由均值分析得出，提取工艺的最佳搭配是A3B3C1D2，即提取时间为8h、浸泡时间为10h、料液比为1：20、颗粒直径为40目。考虑到浸泡时间的影响最小以及实验本身的可操作性，可以把整个提取工艺改变为浸泡过夜、提取时间8h、料液比1：20、颗粒直径为40目。
