半仿生香料提取技术研究及应用

半仿生香料提取技术研究及应用技术报告一.项目立项的依据及意义在全世界越来越关注吸烟与健康的今天，消费者希望能有一种焦油及有害成分含量不高、香气充溢、能缓解身体及其他方面不适的卷烟，既能满足吸食要求,又能减少危害。随着国家烟草专卖局大力推进低焦油卷烟的开发，卷烟本身的香气、劲头和浓度都会下降。目前，增加卷烟香气主要通过加香加料进行弥补，增加卷烟劲头和浓度则主要是通过烟草提取物来解决，但是，也只能部分弥补，无法完全满足消费者的吸食要求。而且目前烟叶供应趋紧，烟草提取物的生产量受到了限制，亟需找到与烟草提取物类似的香料进行补充。烟草的浓度和劲头主要由生物碱提供，而天然植物中生物碱的分布广泛，大量存在于植物的根、茎、叶、花、果实中。生物碱的结构十分丰富，如吡啶类生物碱、莨菪烷类生物碱、异喹啉类生物碱、吲哚类生物碱、萜类生物碱、甾体类生物碱、有机胺类生物碱等。因此，通过对富含生物碱类的植物进行提取，制备富含生物碱类的天然香料，使它们具备类似烟草提取物能够增加烟气劲头和浓度的作用，同时又不破坏烟草本香，具有非常重要的意义。然而生物碱性质复杂，同一种植物中可能存在多种性质的生物碱，它们的溶解性及酸碱性都有所不同，使用普通提取技术很难将所有性质的生物碱完全富集，而半仿生提取技术（简称SBE）可以较好的解决多种成分的富集。SBE法是从生物药剂学的角度，将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，模拟药物转运吸收的环境，采用活性指导下的导向分离方法，是经消化道口服给药的制剂设计的一种新的提取工艺。SBE法是通过多级溶媒处理药材，每一级溶媒可以靶向性提取药材中的一种或一类成分，同时不破坏其它成分，然后将每一级溶媒的提取物处理后，进行混合，这样既达到了在单级提取时的靶向性，又保证了提取成分的多样性，有效成分流失少。因此SBE提取法非常适合性质复杂的生物碱，也可以运用到其它成分的富集中。此外，有报道证实，吸烟对血管壁有收缩作用，造成一定程度上的血压、血脂升高，而很多生物碱类成分具有很好的降压、降脂作用，项目负责人已经建立了很成熟的降压降脂模型平台，可以从药效学的角度来研究生物碱类香料对人体血压血脂的作用，可以对生物碱类烟用香料的药效作用进行客观的评价。通过本项目的实施，可以运用先进的半仿生提取技术开发生物碱类烟用香料，起到增加烟气浓度和劲头的作用，又可以对生物碱类香料的药效学进行一个客观评价，这对系统开发生物碱类烟用香料具有十分重要的意义。二.技术路线和实施方案半仿生技术对富含生物碱类植物的有效成分的提取：考虑生物碱化学结构繁多，将采取半仿生的方式提取有效成分，同时考虑到烟草中生物碱的种类很多，一种生物碱不一定能够起到类似烟草提取物的作用，可以考虑采用多种富含生物碱的植物进行复配提取，从而模拟烟草中生物碱的多样性。烟气药理实验：比较普通卷烟和制备卷烟烟气对小鼠血压和血脂的影响。技术路线三.项目试验情况1.实验主要仪器提取实验仪器（天津玻璃仪器厂） ，高效液相色谱仪DIONEX U3000色谱系统，配DAD检测器（美国戴安公司） ；紫外分光光度计（LambdaBio40 UV-VIS，美国PE公司） ；BP221S型分析天平，感量0.1mg（德国Sartorius公司）2.实验方法半仿生技术对富含生物碱类植物的有效成分的提取：考虑生物碱化学结构繁多，将采取半仿生的方式提取有效成分，同时考虑到烟草中生物碱的种类很多，一种生物碱不一定能够起到类似烟草提取物的作用，可以考虑采用多种富含生物碱的植物进行复配提取，从而模拟烟草中生物碱的多样性。烟气药理实验：比较普通卷烟和制备卷烟烟气对小鼠血压和血脂的影响。3.提取物应用验证方法效果评价先请3人评价小组进行萃取物的初步感官及效果评价，若有效果进行初步梯度效果评价。若效果明显，则进行正常工序效果实验，并请7人评价小组进行效果应用评价。最后做效果的稳定性实验，请7人评价小组进行连续3周的复评。第一章 天然植物原料的筛选通过资料文献的调研，对天然植物中生物碱的存在形式、种类、提取的难易程度等进行了初评，筛选出富含生物碱的原料35种。对这35种原料进行了初步的实验和评价，选出有应用前景的原料16种，进行研究。具体种类见下表，表中按植物的生长部位，将这16种原料分为叶、根、花、果实四大部分。表 1 用于本项目研究的天然植物原料生长部位 原料名称 来源 主要成分西湖龙井山茶科常绿灌木或小乔木植物叶茶氨酸 游离氨基酸 咖啡碱五峰茶山茶科常绿灌木或小乔木植物叶茶氨酸 游离氨基酸 咖啡碱紫苏叶 唇形科紫苏属紫苏叶 黄酮类化合物 香豆素类 生物碱叶柏木叶 柏科柏木属柏木树的叶 挥发油 黄酮类 生物碱 香豆素甜菜 藜科甜菜属甜菜 甜菜碱 甜菜色素鸢尾 鸢尾科鸢尾属鸢尾 异黄酮 甾类 蒽醌类 生物碱防风 伞形科防风属防风 挥发油 香豆素 生物碱类根缬草 败酱科缬草挥发油、环烯醚萜、生物碱类、有机酸、黄酮、皂甙、树脂及多糖茉莉花 木犀科素馨属茉莉花茶多酚 游离氨基酸、黄酮类化合物 咖啡碱丁香花 木犀科丁香属 丁香油酚 三萜化合物 生物碱类金合欢 豆科金合欢属 挥发油 香豆素类 生物碱类花菊花 菊科菊属 挥发油 黄酮类 生物碱类无花果 桑科榕属无花果果实琥珀酸 丙二酸奎尼酸 生物碱果实咖啡豆 茜草科常绿小乔木所结果 咖啡因 碳水化合物实可可 梧桐科可可属果实咖啡因 脂肪 含氮化合物 可可碱红枣 鼠李科枣属成熟果实 环肽生物碱茉莉花1.简介木 樨 科 素 馨 属 常 绿 灌 木 或 藤 本 植 物 的 统 称 ， 原 产 于 印 度 、 巴 基 斯 坦 ， 中国 早 已 引 种 ， 并 广 泛 地 种 植 。 枝 条 细 长 小 枝 有 棱 角 ， 有 时 有 毛 ， 略 呈 藤 本 状 。单 叶 对 生 ， 光 亮 ， 宽 卵 形 或 椭 圆 形 ， 叶 脉 明 显 ， 叶 面 微 皱 ， 叶 柄 短 而 向 上 弯曲 ， 有 短 柔 毛 。 初 夏 由 叶 腋 抽 出 新 梢 ， 顶 生 聚 伞 花 序 ， 顶 生 或 腋 生 ， 有 花3-9 朵 ， 通 常 三 到 四 朵 ， 花 冠 白 色 ， 极 芳 香 。 大 多 数 品 种 的 花 期 6-10 月 ，由 初 夏 至 晚 秋 开 花 不 绝 ， 落 叶 型 的 冬 天 开 花 ， 花 期 11 月 至 第 二 年 3 月 。主要化学成分：茉 莉 花 主 要 成 分 为 苯 甲 醇 及 其 酯 类 、 茉 莉 花 素 、 芳 樟 醇 、安 息 香 酸 芳 樟 醇 酯 、 生 物 碱 、 甾 醇 。2.工艺1 酸提碱沉法用可作为香料使用的有机酸（酒石酸、柠檬酸、醋酸）对原料进行酸提，在 80提取 1h，冷却静置至室温过滤，将滤液用高浓度氢氧化钾调 ph 值至 9-11，用二氯甲烷萃取 2-3 次，合并有机相，在旋转蒸发仪上旋干，再用乙醇回溶得样品，编号为 1。2 半仿生提取法选取磷酸氢二钠-柠檬酸作为缓冲体系，初筛选选取 pH 值为 2、6、8 的体系进行提取。醇溶液浓度选为 75%、提取温度为 80、提取时间为 1h。提取参数见表 2。表 2 半仿生初筛选提取参数样品编号 物料比/g/ml 提取温度/ 提取时间/h2 1:6 80 13 1:8 80 14 1:10 80 13 醇水混合液提取法分别用不同浓度 50%、75%、100%的乙醇水溶液对原料进行提取，提取温度 80 摄氏度，提取时间 1h，所得提取物的相应编号为 5、6、7。表 3 醇水混合液提取参数样品编号 醇的浓度/% 提取温度/ 提取时间 /h5 50 80 16 75 80 17 100 80 13.应用效果评价初步效果评价表 4 茉莉花提取物在卷烟中的评价效果提取方法 编号 评吸结果酸提碱沉 1 烟气状态好，较细腻，香调高，有残留，有茉莉清香2 舌面有涂层感，香气不够透发，香气丰富性提高3香气有轻微的甜感，烟气协调性可以，上腭有刺激，舌面有残留可以接受。半仿生4 香气透发性较好，烟气柔和，有甜味感 口腔有苦感5 烟气发散，香气混浊，舌面有残留6 烟气发干，口腔刺激大，舌面有尖刺感醇水7香气透发性较好，刺激性和烟气浓度增大，口腔残留增多加料效果验证根据提取物的性质，将评价效果好的样品作为加料香精用于卷烟中，按照卷烟国家标准 GB5606.4-1996 进行操作。取空白烟丝，在温度 221、相对湿度为 602%环境下平衡 48 小时后，用喉头喷雾器分别均匀喷洒0.02%、 0.04%、0.06%、0.08% 、0.1%的提取物于烟丝上，卷制成烟支，挑选质量在 0.910.02g 范围内的烟支，再在温度 221、相对湿度为 602%环境下平衡 48 小时后，以未添加提取物的空白卷烟做对照评吸。评吸结果如下表所示：表 5 加料评价效果感官评价加料（ 0.02%） 香气有轻微的甜感，协调性较好加料（ 0.04%） 香气有轻微的甜感，协调性较好，烟气丰富性增加加料（ 0.06%） 香气有轻微的甜感，协调性较好，透发性较好加料（ 0.08%） 香气有轻微的甜感，协调性较好，烟气柔和，透发性好加料（ 0.1%） 香气有轻微的甜感，协调性较好，舌面有轻微残留效果评价总结及建议根据评价结果可知，茉莉花整体评价效果较好，尤其是口腔甜感明显，烟气协调性好，虽有轻微残留，但不影响评吸，建议在后续工艺中进行除杂处理，进行进一步优化实验。紫苏叶1.简介一年生草本，高 6090cm，上部有白色柔毛。叶对生，叶片卵圆形或圆形，长 39.5cm，宽 28cm，先端渐尖或尾尖，基部近圆形，边缘有粗锯齿，两面呈紫红色，淡红色，有腺点。花期 7-8 月，果期 9-10 月。主要化学成分：叶的挥发油中含异白苏烯酮, 全草含挥发油约 0.5%，内含紫苏醛约 55%，左旋柠檬烯 20-30%及 -蒎烯少量。还含精氨酸、枯酸、矢车菊素 3-(6-对香豆-D-葡萄糖甙)，5-D-葡萄糖甙。2.工艺酸提碱沉法用可作为香料使用的有机酸（酒石酸、柠檬酸、醋酸）对原料进行酸提，在 80提取 1h，冷却静置至室温过滤，将滤液用高浓度氢氧化钾调 ph 值至 9-11，用二氯甲烷萃取 2-3 次，合并有机相，在旋转蒸发仪上旋干，再用乙醇回溶得样品，编号为 1。半仿生提取法选取磷酸氢二钠-柠檬酸作为缓冲体系，初筛选选取 pH 值为 2、6、8 的体系进行提取。醇溶液浓度选为 75%、提取温度为 80、提取时间为 1h。提取参数见表 6。表 6 半仿生初筛选提取参数样品编号 物料比/g/ml 提取温度/ 提取时间/h2 1:6 80 13 1:8 80 14 1:10 80 1醇水混合液提取法分别用不同浓度 50%、75%、100%的乙醇水溶液对原料进行提取，提取温度 80 摄氏度，提取时间 1h，所得提取物的相应编号为 5、6、7。表 7 醇水混合液提取参数样品编号 醇的浓度/% 提取温度/ 提取时间/h5 50 80 16 75 80 17 100 80 13.应用效果评价初步效果评价首先请 3 人评价小组用闻香纸涂抹进行卷烟评价，若有一定的改善效果，进一步根据提取物性质采用加香或加料再评价。表 8 紫苏叶提取物在卷烟中涂抹评价效果提取方法 编号 评吸结果酸提碱沉 1 香气较纯正，烟气细腻、成团，浓度略增大，略有残留2 略圧香，烟气细腻柔和，浓度增大，劲头增大3 香气略显沉闷，烟气浓度增大，略有杂气半仿生4 略圧香，烟气较细腻、浓度增大，刺激和残留小5 略有杂气显露，烟气浓度增大，刺激性增大6 烟气细腻程度增强，刺激性增加，香气略沉闷醇水7 烟气发干，刺激性较大，口腔有残留加料效果验证根据提取物的性质，将评价效果好的样品作为加料香精用于卷烟中，按照卷烟国家标准 GB5606.4-1996 进行操作。取空白烟丝，在温度 221、相对湿度为 602%环境下平衡 48 小时后，用喉头喷雾器分别均匀喷洒0.02%、 0.04%、0.06%、 0.08%、0.1%的提取物于烟丝上，卷制成烟支，挑选质量在 0.910.02g 范围内的烟支，再在温度 221、相对湿度为 602%环境下平衡 48 小时后，以未添加提取物的空白卷烟做对照评吸。评吸结果如下表所示：表 9 紫苏叶加料评价效果感官评价加料（ 0.02%） 口感柔和，香气飘逸，掩盖杂气加料（ 0.04%） 口感柔和，香气飘逸，掩盖杂气，香气丰富性增加加料（ 0.06%） 口感柔和，香气飘逸，浓度增加，略有甜感加料（ 0.08%） 口感柔和，香气飘逸，有甜感，香气丰富性明显加料（ 0.1%） 口感柔和，香气飘逸，舌面上腭有刺激感，舌面有残留效果评价总结及建议通过梯度加料试验，可得随着样品浓度的增加，口感柔和性及香气飘逸性都存在，其中加料（0.08%）样整体效果优于其他用料量，当浓度达到0.1%时舌面开始有残留。可可1.简介常绿乔木，树冠繁茂；树皮厚，暗灰褐色；嫩枝褐色，被短柔毛；叶具短柄，卵状长椭圆形至倒卵状长椭圆形，托叶线形，早落。聚伞花序，花瓣淡黄色；子房倒卵形，稍具 5 棱。果椭圆形或长椭圆形，成熟时为深黄色或近于红色，干燥后成褐色，果皮厚，肉质，种子卵