分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用.pdf

工程师园地收稿日期：2009-04-19作者简介：高旭（1984-），男，硕士，2007 年毕业于江南大学，主要从事香精香料的研究与开发。文章编号：1002-1124（2009）10-0054-03Sum169 No.10化学工程师ChemicalEngineer2009 年第 10 期烟叶碎片是烟叶在复烤、制丝等加工过程中产生的烟叶碎片1，其中含有大马酮、茄酮、香叶基丙酮、金合欢基丙酮、西柏三烯二醇等多种致香成分2，这些成分是烤烟香味的主要来源。利用烟叶碎片为原料提取制备烟用香料一直被人们所关注。但多是利用溶剂法提取，得到的浸膏虽然可以较好地弥补烟香，但由于没对致香成分进行选择性分离，其中含有一些不利于卷烟吸味的物质，在增加烟香的同时也带来了吸味不适，粗糙感和干燥感增加等副作用。因此，有必要分离除去烟叶碎片提取物中不利于卷烟吸味的物质。分子蒸馏技术是国际上一种新型的精细分离技术。该技术目前已经广泛应用于石油化工、食品、香料等领域。唐自文3等考察了不同溶剂烟草萃取物对分子蒸馏分离的影响,认为石油醚效果较好。本文拟利用正交设计实验,考察分子蒸馏技术的关键条件对烟叶碎片致香成分分离效果的影响，并对其产品进行 GC-MS 分析和卷烟感官评吸。为获得适合卷烟加香的烟草提取物香料制品提供理论依据。1实验部分1.1实验材料与仪器玉溪烟叶碎片（玉溪卷烟厂）。TD-50 微型提取浓缩机组（温州天众机械制造有限公司）；RE-52AA型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；2 英寸刮膜式分子蒸馏仪（美国 POPE 公司）。1.2烟叶碎片提取物制备称取 5kg 烟叶碎片装入提取罐，加入 22.5L 沸程 6090工业级石油醚，搅拌，50浸提 2h，提取 2 次，合并 2 次滤液，浓缩得浸膏。1.3分子蒸馏工艺条件正交实验设计分别以分子蒸馏温度、物料流速、转子转速为影响因素4-7，以分离物中主要致香成分总的相对含量为指标8，进行L16(43)正交实验。因素、水平见表1。分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用高旭，陈鹏，洪林军，王立峰，杨君（云南天宏香精香料有限公司，云南 玉溪 653100）摘要：采用分子蒸馏技术富集烟叶碎片萃取物中的致香物质。通过正交试验优化得到最佳分离条件：压力 0.1Pa、温度 60、转子转速 250r min-1、进料流速 70mL h-1。卷烟加香试验表明：该馏出物能够增补卷烟香气中的清甜香韵，增加香气的透发飘逸感，是一种适宜卷烟加香的理想香精制品。关键词：分子蒸馏；致香成分；正交试验；分离中图分类号：O658.3文献标识码：BApplication of molecular distillation on separation of flavor material for tobaccoGAO Xu,CHEN Peng,HONG Lin-jun,WANG Li-feng,YANG Jun(Yunnan Tianhong Fragrance and Flavor Co.,Ltd.,Yuxi 653100,China)Abstract:To enrich the main flavor components from tobacco extract,molecular distillation was used.Through orthogonal experiments,the best technological conditions were found：temperature 60,pressure 0.1Pa,rotation 250 r min-1and flow rate 70mL h-1.The practical effects of perfuming indicated that the distillate was anideal flavoring essence product that could subjoin fresh and sweet aroma and elegant feeling smoke and was fit tocigarette perfuming.Key words:molecular distillation;flavor components;orthogonal experiment;separation表 1 分子蒸馏分离条件因素-水平表Tab.1The factor and level of molecular distillation condition操作方法：每次加入 30g 上述提取物于分子蒸馏仪进料罐中，通过改变蒸馏温度、物料流速、转子转速 3 个主要影响因素进行分离，收集馏出物，通过 GC-MS 检测分析其主要致香物质总相对百分含量，并通过卷烟加香试验来验证实际效果。1.4分子蒸馏馏出物挥发性成分分析称取 3g 馏出物，加入 50mL 水，用 25mL CH2Cl2同时蒸馏萃取 3h，加入 2 g无水 Na2SO4，干燥 3h，过滤，浓缩至 3mL，进行 GC-MS检测。GC条件：HP-5MS柱(30m250mm0.25m)；进样口温度 250；程序升温：初温 50，以 5min-1升至 100，保持 5min；再以 4 min-1升至260，保持 10min。He 流速：1mL min-1；进样量：1L，分流比 101。MS 条件：EI 源电子能量 70eV，电子倍增器电压 1600V，质量扫描范围：30550AMU，离子源温度 230，四极杆温度 150，对采集到的质谱图利用 Nist05 谱库进行检索。1.5加香方法称取适量的馏出物，加入 5mL乙醇，混匀后，用微量喷雾器均匀地喷于 50g烟丝上，放入恒温(221)相对湿度(602)%的恒湿箱内平衡 24h，卷制成烟支，由评吸专家小组进行评吸。空白组只加入等量乙醇。2实验结果2.1烟叶碎片提取物制备玉溪烟叶碎片按照上述方法提取，得到石油醚萃取物，得率为 2.874%。2.2正交设计实验结果对正交实验的结果进行极差分析，结果见表 2。由表 2 可以看出，蒸馏温度越低，主要致香成分的相对含量越高。考虑到分子蒸馏对温度的限制应选择 60（A1）为蒸馏温度；随着进料流速的增大，主要致香成分的相对含量呈先升高后降低的趋势，70mL h-1（B2）时最高；转子转速以 250 r min-1（C3）最合适，综合起来 A1B2C3为最佳的分离条件。另外由各个因素不同水平间平均相对含量的极差可说明：蒸馏温度对主要致香成分的富集效果的影响最大；转子转速的影响次之；进料流速的影响最小。表 2正交实验及极差分析Tab.2Orthogonal experiment and range analysis2.3工艺验证准确称取 3 份 40g 上述碎片提取物，在压力0.1Pa，转子转速 250r min-1，物料流速为 70mL h-1，蒸馏温度为 60的条件下进行分离，各收集馏出物5.864、6.028、5.913g，由 GC-MS 检测后得出上述主要致香成分的相对含量分别为 68.96%、69.33%、68.57%，与正交中 A1B2C3主要致香成分的相对含量基本一致。2.4感官评析验证（1）将各个蒸馏温度条件下致香成分相对含量最高的样品按烟草质量的 0.05%加入云南 kC3F 中，由评吸小组评价，结果见表 3。由评吸结果可看出，A1B2C3处理的样品能起到明显作用，可作为改良型因素水平1234A温度/60708090B物料流速/mL h-160708090C转子转速/r min-1150200250300试验号12345678910111213141516K1K2K3K4k1k2k3k4RA1111222233334444258.4213.35191.67116.7664.6053.3447.9229.1935.41B2314134212433241174.06201.47208.58196.1143.5250.3752.1549.038.63C3214423114321234186.60213.39196.24183.9946.6553.3449.0646.007.34主要致香成分总相对百分含量/%平均值/%65.4370.7956.8865.3049.2056.1054.1453.9546.4847.9944.8052.4029.2934.1031.8721.5064.5272.7059.2166.1749.1355.1156.0355.8845.8846.3545.8351.1530.7735.2830.0320.8466.3368.8854.5564.4349.2657.0952.2552.0147.0749.6343.7753.6527.8132.9233.7122.15高旭等：分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用2009 年第 10 期55!素；通过单因素实验考察得到合成生物柴油的最佳工艺条件：脱色温度为 60，醇油比为 21，催化剂 I2含量为 1.3%，脱色时间为 2h。在最佳工艺条件下，生物柴油的收率为 58.8%。参考文献1 钱伯章.能源新宠:生物柴油 J.中国石油石化，2004,(11):34-36.2 陈俊英，韩秀丽，马晓建，等.动植物油系列产品的研究与开发现状 J.河南化工，2004,(6):4-6.3 梁斌.生物柴油的生产技术 J.化工进展，2005,24(6):577-586.4 汪习生，罗继权.餐饮泔水油及废动植物油下脚料深加工利用大有可为 J.再生资源研究，2001,3(3)：24-26.5 马遇函.废弃油脂的管理与利用 J.能源研究与利用，2001,(2)：6-8.（上接第 12 页）的香料产品。表 3不同温度条件下馏出物的感官评价结果Tab.3The sensory evaluation of distillate under differenttemperature注：为 A1B2C3处理的样品；为 A2B3C2处理的样品；为 A3B3C2处理的样品；为 A4B2C2处理的样品。（2）将 A1B2C3分离的样品分别按烟丝质量的0.01%、0.05%、0.1%，加入云南 KC3F 叶组中由评吸专家小组评价。结果见表 4。表 4馏出物不同浓度加香感官评价结果Tab.4The sensory evaluation of distillate in differentconcentration由表 4 可以看出，由条件 A1B2C3处理得到的样品，在卷烟加香中以烟丝质量的 0.01%0.05%为适宜加香量。3结论通过正交实验，初步确定玉溪烟叶碎片提取物的最佳分离工艺：压力 0.1Pa,转子转速 250r min-1，蒸馏温度为 60，进料流速为 70mL h-1。GC-MS检测结果显示，该条件下馏出物主要致香成分的相对含量是几个实验条件里最高的。而实际加香评价结果也显示，该馏分可作为实际加香的理想香料。参考文献1 黄嘉礽，袁行思，朱尊权，等.烟草工业手册 M .北京：中国轻工出版社，1994.6-10.2 王瑞新.烟草化学 M .北京：中国农业出版社,2003.172-176.3 唐自文,孔宁川,刘欣宇.分子蒸馏分离烟草提取物溶剂选择性萃取试验研究 J.云南化工,2003,30(2)：46-47.4 卢国藩，张彦东，李军.分子蒸馏及其在香精香料工业中的应用 J.香料香精化妆品,2003，（2）：30-32.5 黄敏，刘杰凤，王宝华，等.分子蒸馏新技术在天然香料分离中的应用 J.化工进展,2006,25(3)：340-342.6 李晓黎，王建.分子蒸馏技术在中草药有效成分提取分离中的应用 J.医药导报,2007,26(11):1328-1329.7 琚行松，孙涛，等.分子蒸馏技术及其对中草药的开发利用 J.唐山师范学院学报,2006,28(2):35-37.8 毛多斌,马宇平.卷烟配方和香精香料 M .北京：化学工业出版社，2001.111-112.样品空白评吸结果香气质较好，香气量尚充足，带有清甜韵，余味较舒适。香气质较好，香气量充足，带有清甜韵，余味舒适，透发飘逸感较好，特征香明显。增加香气浓度，其它方面的作用不明显。对香气质、香气量的改善不明显，带有青草气息，并带烟草生青气。香气与烟香不协调，口感改善较明显。添加量/%0.010.050.1评价结果与对照比烟香略有增加，其它方面效果不明显。香气质较好，香气量充足，带有清甜韵，余味舒适，透发飘逸感较好，特征香明显。香气质较好，香气量充足，带有清甜韵但舌面有较明显残留。56高旭等：分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用2009 年第 10 期