響應面法優化蓽澄茄揮發油提取工藝

黃東業 李志華 劉鴻 農李政 白家峰 寧振興 宋凌勇 劉紹華 龍章德 吳彥

摘要：【目的】優化蓽澄茄揮發油提取工藝，并研究其對卷煙吸食品質的影響，為天然植物在卷煙中的進一步應用提供新方向及思路。【方法】采用水蒸氣蒸餾法提取蓽澄茄揮發油，利用響應面法優化其提取工藝，并通過評吸法評價其對卷煙吸食品質的影響。【結果】蓽澄茄揮發油最佳提取工藝條件：液料比2.5∶1、浸泡時間18 h、蒸餾時間1 h，將在此條件下提取的揮發油添加至卷煙中進行評吸，評吸得分為90.5分，略高于預測值（90.0分）。蓽澄茄揮發油能起到提升卷煙香氣質、降低煙氣刺激性、改善余味、掩蓋雜氣等作用，對卷煙吸食品質有較好的促進作用。【結論】優化條件下提取的蓽澄茄揮發油對提升卷煙的吸食品質效果最佳，可用于卷煙加香和品質的提升。

關鍵詞： 蓽澄茄；揮發油；工藝優化；卷煙；吸食品質；加香

中圖分類號： TS264.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）10-1761-05

0 引言

【研究意義】蓽澄茄（Fructus Litseae）為樟科植物山雞椒[Litsea cubeba（Lour.） Pers.]的干燥成熟果實，主要分布于我國廣西、四川、浙江等地。中醫記載蓽澄茄為溫里藥，性溫，昧辛，能行氣、溫中散寒、止痛，可用于治療脘腹冷痛、寒濕、寒疝、胃寒呃逆、腹痛等（國家藥典委員會，2005）。已有研究表明，蓽澄茄揮發油具有降低膽固醇、促進消化、抗心血管疾病等作用（閆佳旭等，2013），在我國煙草行業大力發展中式特色卷煙的背景下，若能將蓽澄茄揮發油應用于卷煙中以提高其吸食品質，對于天然植物的有效利用及中式特色卷煙的發展將具有重要意義。【前人研究進展】近年來，已有不少學者對蓽澄茄揮發油進行了研究，主要集中在其成分（張婭南和王飛，2009；程煥等，2013）、藥理（湯杰等，2011；張明發和沈雅琴，2011；張小麗等，2015）及養生保健價值（閆佳旭等，2013）等方面。作為各種研究的基礎，蓽澄茄揮發油成分的提取工藝研究相對較早，相關研究報道也不少，如湯杰等（2008）采用超臨界二氧化碳萃取技術對蓽澄茄揮發油進行萃取，通過正交試驗優化其工藝，隨后研究其在鎮痛方面的活性；王姿媛等（2008）通過正交試驗優化蓽澄茄揮發油的超臨界二氧化碳萃取工藝，并在此基礎上進一步研究其藥效；程軒軒和黃鏗（2012）則采用水蒸氣蒸餾技術制備蓽澄茄揮發油，通過正交試驗得到其最佳提取工藝，建立了提取過程動力學數學模型。【本研究切入點】目前，已有較多關于天然植物揮發油應用于卷煙的研究報道（孟祥東，2014；邱婷和黃正虹，2015；吳恒等，2015），但尚未見蓽澄茄揮發油的應用研究報道。【擬解決的關鍵問題】從廣西特色植物蓽澄茄中提取揮發油添加至卷煙中，優化其提取工藝，并通過評吸法評價蓽澄茄揮發油對卷煙吸食品質的影響，為天然植物在卷煙中的進一步應用提供新方向及思路。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

蓽澄茄購自南寧市景昌中藥材有限公司，無水乙醇、無水硫酸鈉購自國藥集團化學試劑有限公司。主要儀器設備：常規水蒸氣蒸餾揮發油裝置（肥城金塔機械有限公司）、HH-6型電熱恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司）、KDM型調溫電熱套（山東省鄄城新華電熱儀器廠）、N-1100型旋轉蒸發儀（東京理化器械株式會社）、BINDER恒溫恒濕箱（德國Binder公司）、AB204-S型電子分析天平（瑞士梅特勒—托利多公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 蓽澄茄揮發油提取 將洗凈的蓽澄茄粉碎，過40目篩后，取一定量樣品置于2000 mL圓底燒瓶中，加入一定量蒸餾水，浸泡一定時間；再接到水蒸氣蒸餾裝置上，蒸餾一段時間得到蓽澄茄揮發油，然后用無水乙醇稀釋100倍并以無水硫酸鈉干燥過夜。

1. 2. 2 單因素試驗設計 分別考察液料比（1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1）、浸泡時間（12、24、26、48和60 h）、蒸餾時間（1、2、3、4和5 h）對添加蓽澄茄揮發油卷煙評吸得分的影響。

1. 2. 3 響應面法優化蓽澄茄揮發油提取工藝 在單因素試驗的基礎上，選擇液料比、浸泡時間、蒸餾時間為自變量，以評吸得分為評價指標，根據Box-Behnken試驗設計原理采用3因素3水平的響應面分析法，確定蓽澄茄揮發油提取的最佳工藝參數。響應面試驗因素水平如表1所示。

1. 2. 4 加香評吸 在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的條件下，將一定量未加香加料的煙絲進行平衡，之后對其進行蓽澄茄揮發油加香評吸試驗。加香條件為：蓽澄茄揮發油添加量0.1 μg/mL，稀釋溶劑為70%乙醇溶液。加香后的煙絲在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡48 h，之后卷成卷煙，由10名廣西中煙工業有限責任公司技術中心評吸評委進行評吸。具體評吸方法參考GB 5606.4-2005《卷煙 第4部分：感官技術要求》，評分標準如表2所示。

1. 3 統計分析

利用SPSS 17.0對單因素試驗數據進行方差分析，Design-Expert V 8.0.6.1對響應面試驗結果進行統計分析。

2 結果與分析

2. 1 單因素試驗結果

2. 1. 1 液料比對添加蓽澄茄揮發油卷煙評吸得分的影響 由圖1可知，在固定浸泡時間24 h、蒸餾時間2 h的條件下，隨著液料比的增大，添加蓽澄茄揮發油卷煙評吸得分呈先升高后降低的變化趨勢。當液料比為3∶1時，評吸得分最高（90.0分），顯著高于其他液料比（P<0.05，下同）；之后隨著液料比的繼續增大，卷煙評吸得分不斷下降。液料比為1∶1、2∶1和3∶1的評吸得分相對較高，故選擇這3個水平進行響應面試驗。

2. 1. 2 浸泡時間對添加蓽澄茄揮發油卷煙評吸得分的影響 由圖2可知，在固定液料比3∶1、蒸餾時間2 h的條件下，隨著浸泡時間的延長，添加蓽澄茄揮發油卷煙的評吸得分呈緩慢升高后緩慢降低的變化趨勢，總體變化幅度較小。當浸泡時間為24 h時，評吸得分最高（80.0分），顯著高于浸泡時間為12、48和60 h的評吸得分；之后隨著浸泡時間的繼續延長，評吸得分緩慢降低。浸泡時間為12、24和36 h時，卷煙的評吸得分相對較高，故選擇這3個水平進行響應面試驗。

2. 1. 3 蒸餾時間對添加蓽澄茄揮發油卷煙評吸得分的影響 由圖3可知，在固定液料比3∶1、浸泡時間24 h的條件下，隨著蒸餾時間的延長，添加蓽澄茄揮發油卷煙的評吸得分呈先升高后快速降低的變化趨勢。當蒸餾時間為3 h時，評吸得分最高（90.0分），顯著高于其他蒸餾時間的評吸得分；之后隨著蒸餾時間的延長，評吸得分迅速降低。表明蒸餾時間過長，提取出的蓽澄茄揮發油對卷煙吸食品質的負面影響越大。蒸餾時間為1、2和3 h時，卷煙的評吸得分相對較高，故選擇這3個水平進行響應面試驗。

2. 2 響應面法對蓽澄茄揮發油提取工藝的優化

2. 2. 1 響應面試驗結果 蓽澄茄揮發油提取工藝的響應面試驗設計及結果見表3。利用Design-Expert V 8.0.6.1對表3數據進行二次多元回歸擬合，得到模型的二次多項回歸方程：Y=83.60+6.88A-6.31B-4.56C-

1.25AB+4.00AC-0.88BC-5.36A2-5.49B2+0.26C2。

為了檢驗方程的有效性，對評吸得分的數學模型進行方差分析，結果見表4。在模型中P<0.05，表明回歸模型達顯著水平，而失擬項P=0.2231，大于0.05，表明失擬項不顯著。該模型一次項A極顯著（P<0.01，下同），B和C顯著，說明液料比（A）對卷煙評吸得分有極顯著影響，浸泡時間（B）和蒸餾時間（C）對卷煙評吸得分有顯著影響。在所選取的因素水平范圍內，對評吸得分的影響程度為：液料比>浸泡時間>蒸餾時間。交互項AB、AC和AB的P分別為0.6565、0.1809和0.7546，均大于0.05，對響應值無顯著影響（P>0.05，下同）；二次項A2、B2和C2的P依次為0.0803、0.0748和0.9231，均大于0.05，對響應值也無顯著影響。

2. 2. 2 蓽澄茄揮發油提取工藝參數的確定 利用Design-Expert V 8.0.6.1對所得的回歸方程求解，在本研究選取范圍內獲得蓽澄茄揮發油最佳提取工藝條件為：液料比2.53∶1、浸泡時間18.03 h、蒸餾時間1.03 h，在此預測最佳條件下，卷煙的評吸得分為90.0分。通過實際試驗進行驗證，將工藝條件微調為：液料比2.5∶1、浸泡時間18 h、蒸餾時間1 h，實際卷煙評吸得分為90.5分，略高于預測值。

3 討論

目前，我國煙草行業正大力發展中式特色卷煙，已有不少學者研究將天然植物揮發油應用于卷煙中，以改善卷煙吸食品質、提升香氣質、減少刺激性，如孟祥東（2014）將金銀花揮發油添加至卷煙中，發現其可改善卷煙的香氣質；吳恒等（2015）將檸檬葉揮發油添加至卷煙中，發現檸檬葉揮發油能起到改善余味的作用；但至今尚未見蓽澄茄揮發油應用于卷煙的研究報道。本研究將蓽澄茄揮發油添加至卷煙中，以考察其對卷煙吸食品質的影響，結果表明，蓽澄茄揮發油能起到提升卷煙香氣質、降低煙氣刺激性、改善余味、掩蓋雜氣等作用，對卷煙吸食品質有較好的影響，卷煙評吸得分達90.5分。許多植物提取物具有濃郁的植物特征香，與卷煙中的煙草本香難以諧調，甚至會降低卷煙香氣質（李志華等，2014），而蓽澄茄揮發油中的藥香能較好地與煙草本香諧調并可提升香氣質，具有應用潛力。

本研究還發現，不同工藝條件下提取的蓽澄茄揮發油對卷煙吸食品質影響也有所不同。當液料比例過大、浸泡時間過久、蒸餾時間過長時，所獲得揮發油對卷煙香氣質提升無明顯效果甚至具有降低作用；而當液料比小于3∶1、浸泡時間在36 h以內、蒸餾時間不超過1 h時，所獲得揮發油能夠提升卷煙吸食品質，與孟祥東（2014）的研究結果相似，即適量的植物揮發油添加到卷煙中能提升卷煙香氣質、掩蓋雜氣，而當添加量過大或添加濃度過高時會使香氣與煙香不協調，甚至掩蓋卷煙本身香氣。本研究優化的蓽澄茄揮發油提取工藝可為其在卷煙中的進一步應用提供技術參考。

本研究優化了蓽澄茄揮發油提取工藝，并評價了其對卷煙吸食品質的總體影響，但蓽澄茄揮發油中哪些成分對卷煙吸食品質的各項指標有積極的影響，哪些成分有消極的影響，均有待進一步探究。

4 結論

本研究結果表明，在液料比2.5∶1、浸泡時間18 h、水蒸氣蒸餾時間1 h的條件下提取得到的蓽澄茄揮發油對提升卷煙的吸食品質效果最佳，可應用于卷煙加香和品質提升。

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（責任編輯 羅 麗）