基于香味成分含量优化罗汉果浸膏提取工艺研究

胡志忠，胡 超，宋凌勇，务文涛，张文洁，张峻松

（1.广西中烟工业有限责任公司，广西南宁 530001；2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450001）

罗汉果[Siraitia grosvenorii（Swingle） C.Jeffrey]为葫芦科多年生藤本植物的果实[1-2]，又称为“神仙果”[3-4]，被卫生部列为既是食品又是药品的产品[5-7]，其提取物具有清心润肺、止渴化痰、清热解暑、润肠通便等功效[8-12]。罗汉果浸膏属于罗汉果提取物的一种，其提取过程简单且易于储存，可以很好地保持罗汉果的原有成分[13]。郑小嘎、吴彦等人[14-15]研究表明，罗汉果浸膏中含有的多种香味成分，应用于卷烟加香中可明显改善和修饰烟气、提高燃吸品质，但关于罗汉果浸膏提取工艺的研究较少。张书铭等人[16]仅以提取率为考查指标对罗汉果浸膏的工艺条件进行了优化，未对罗汉果浸膏中的香味成分进行测定分析，但在该工艺条件下提取的罗汉果浸膏可能会造成部分香味成分提取不完全。因此，为了建立适于卷烟加香的罗汉果浸膏提取工艺条件，通过分析罗汉果浸膏的香味成分组成特征，以对卷烟燃吸品质有正面影响的香味成分含量为考查指标，通过单因素试验和正交试验优化得到罗汉果浸膏的最优工艺条件，为合理使用天然香原料提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

材料：罗汉果果实，购自广西壮族自治区桂林市。

试剂：无水乙醇（色谱级），天津市富宇精细化工有限公司提供；苯甲酸苄酯（≥98.9%），北京百灵威科技有限公司提供；甲醇（≥99.8%），迪马科技有限公司提供。

仪器：SHSL 型调温电热套，上海树立仪器仪表有限公司产品；DLSB-10/25 型低温冷去液循环泵，郑州凯鹏实验仪器有限公司产品；SHB-3 型循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂产品；RE-52AA 型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；7890B/5977A 型气相色谱- 质谱联用仪（GC/MS），美国Agilent 公司产品；KBF720 型恒温恒湿箱，德国弗兰茨宾德有限公司产品；EL204 型电子天平（感量0.000 1 g），Mettler-Toledo仪器（上海） 有限公司产品；CIJECTOR 型香精注射机，瑞士Burghart 公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 罗汉果浸膏的提取方法

准确称取30 g 罗汉果粉末，用滤纸包裹，放入索氏提取器，加入体积分数为100%的无水乙醇300 mL。电热套加热，回流2.5 h，提取3 次，得到的提取液冷却至室温后常压过滤。利用旋转蒸发仪除去溶剂，得到罗汉果浸膏。

1.2.2 样品前处理方法

准确称取0.3 g 罗汉果浸膏，置于离心管中，加入质量浓度为0.1 mg/mL 的苯甲酸苄酯（内标） 甲醇溶液5 mL，涡旋振荡萃取5 min，过0.45 μm 有机膜后转移至色谱瓶中，进行GC-MS 分析。

1.2.3 GC- MS 分析条件

GC-MS 分析条件如下：

色谱条件：色谱柱，HP-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气，He，流量1.0 mL/min；进样口温度280 ℃，进样量1 μL，分流比5∶1；升温程序：初始温度50 ℃，保留时间2 min，以3 ℃/min 的速率升温至100 ℃，保留时间10 min，再以5 ℃/min的速率升温至280 ℃，保留时间10 min。

质谱条件：传输线温度280 ℃，EI 源电子能量70 eV，电子倍增器电压1 750 V，扫描方式：全扫描，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，溶剂延迟6 min。

通过NIST14 谱库比对，以匹配度≥80%者定性，采用内标进行半定量。

2 结果与分析

2.1 罗汉果浸膏香味成分的确定

按照1.2.1 的方法，加入体积分数为90%的无水乙醇400 mL，回流时间3 h，提取次数1 次，得到罗汉果浸膏中主要挥发性成分共35 种。结果表明，罗汉果浸膏中具有香味特征的成分有糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、2,4 - 二羟基- 2,5 - 二甲基- 3（2H）- 呋喃- 3- 酮、2,3- 二氢- 3,5- 二羟基- 6- 甲基- 4H-吡喃- 4- 酮、（S）-（-）- 5- 羟甲基- 2（5H）- 呋喃酮、3,5 - 二羟基- 2 - 甲基- 4H - 吡喃- 4 - 酮、5 -羟甲基糠醛和反式角鲨烯。其中，糠醛类具有似焦糖谷物烘烤气息、果香、面包香，可赋予卷烟木香、花香、果香和甜香[17]；呋喃酮类具有焦甜香，其气味通常与烘烤制品相联系，如咖啡、坚果、烤肉、焦糖等香气，可赋予卷烟甜香、果香；吡喃酮类具有烘烤的、焦糖的香气，可赋予卷烟典型的烤甜香韵；角鲨烯属于非色素的萜烯类物质，既能增进吸味和香气，又可通过降解转化形成致香成分[18]。

罗汉果浸膏中主要挥发性成分分析结果见表1。

2.2 单因素试验

表1 罗汉果浸膏中主要挥发性成分分析结果

续表1

2.2.1 乙醇体积分数对罗汉果浸膏提取效果的影响

按照1.2.2 的方法，以乙醇作为提取溶剂，改变乙醇体积分数，考查不同乙醇体积分数（60%，70%，80%，90%，100%） 对罗汉果浸膏提取效果的影响。

乙醇体积分数对罗汉果浸膏香味成分含量的影响见图1。

图1 乙醇体积分数对罗汉果浸膏香味成分含量的影响

由图1 可知，罗汉果香味成分含量在乙醇体积分数为80%，90%，100%时均较高。这可能是由于香味成分的极性均较小，随着乙醇体积分数升高，其提取率也随之上升[19]。因此，选定乙醇体积分数的3 个较优水平为80%，90%，100%。

2.2.2 料液比对罗汉果浸膏提取效果的影响

按照1.2.2 的方法，改变料液比，考查不同料液比（1∶5，1∶8，1∶10，1∶12，1∶15，1∶18）对罗汉果浸膏提取效果的影响。

料液比对罗汉果浸膏香味成分含量的影响见图2。

图2 料液比对罗汉果浸膏香味成分含量的影响

由图2 可知，香味成分含量在料液比1∶5 ～1∶10范围内呈上升趋势，在料液比为1∶10 时香味成分含量达到最大值，继续增加料液比，香味成分含量反而有所下降。可能的原因是料液比可直接影响萃取效率，一方面需要足够大的料液比以满足定量分析的需求；另一方面料液比过大会产生稀释效应[20]。因此，选定料液比3 个较优水平为1∶10，1∶12，1∶15。

2.2.3 回流时间对罗汉果浸膏提取效果的影响

按照1.2.2 的方法，改变回流时间，考查不同回流时间（2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h） 对罗汉果浸膏提取效果的影响。

回流时间对罗汉果浸膏香味成分含量的影响见图3。

图3 回流时间对罗汉果浸膏香味成分含量的影响

由图3 可知，在回流时间为3.0 h 时香味成分含量达到最大值，继续增加回流时间，香味成分含量反而有所下降，可能的原因是提取时间过长，部分挥发性较大的香味成分有所损失。因此，选定回流时间较优的3 个水平为2.0，2.5，3.0 h。

2.2.4 提取次数对罗汉果浸膏提取效果的影响

按照1.2.2 的方法，改变提取次数，考查不同提取次数（1，2，3，4 次） 对罗汉果浸膏提取效果的影响。

提取次数对罗汉果浸膏香味成分的影响见图4。

由图4 可知，香味成分含量在提取次数1～3 次范围内随提取次数的增加而增加，在4 次时略有下降。综合考虑经济因素和试验操作，优选出提取次数3 个较优水平，即提取次数为1，2，3 次。

2.3 正交试验

图4 提取次数对罗汉果浸膏香味成分的影响

通过单因素试验确定了各因素较优的3 个水平，即乙醇体积分数80%，90%，100%；料液比1∶10，1∶12，1∶15（g∶mL）；回流时间为2.0，2.5，3.0 h；提取次数1，2，3 次。制作出四因素三水平正交试验L9（34）表格。

因素与水平设计见表2，四因素三水平正交试验见表3，试验方案及试验结果分析见表4。

表2 因素与水平设计

表3 四因素三水平正交试验

表4 试验方案及试验结果分析

结果表明，影响香味成分含量的4 个因素A（提取时间）、B（提取次数）、C（乙醇体积分数）、D（料液比） 的极差分析结果为C＞D＞A＞B，即乙醇体积分数＞料液比＞提取时间＞提取次数，最优方案为A2B3C3D1，即提取时间2.5 h，提取次数3 次，乙醇体积分数100%，料液比1∶10（g∶mL）。

2.4 验证试验

通过正交试验结果分析得出最优试验方案为A2B3C3D1，为进一步验证正交试验结果的可靠性和重复性，按最优工艺方案进行试验，罗汉果浸膏中香味成分分析结果如表5 所示，所得罗汉果浸膏香味成分含量为12.81 mg/g，相较之前的试验方案均为最高，验证了正交试验所得最优方案的正确性。

最优工艺条件下罗汉果浸膏中香味成分分析结果见表5。

3 结论

利用气相色谱- 质谱法（GC-MS） 明确了罗汉果浸膏的香味成分，以其香味成分含量为考查指标，通过单因素试验和正交试验优化得到罗汉果浸膏的最优工艺水平。结果表明，①罗汉果浸膏的香味成分主要有糠醛、糠醇、5 - 甲基糠醛、2,4 - 二羟基-2,5 - 二甲基- 3（2H）- 呋喃- 3 - 酮、5 - 羟甲基糠醛和反式角鲨烯等，这与郑小嘎等人[14]的研究结果一致；②提取方式为索氏提取法，罗汉果浸膏在提取时间2.5 h，提取次数3 次，乙醇体积分数100%，料液比1∶10（g∶mL） 的条件下香味成分总含量最高，为12.81 mg/g。

表5 最优工艺条件下罗汉果浸膏中香味成分分析结果