《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Comparative study on composition and pyrolytic behavior of tobacco extracts from solvent extraction and pyrolysis
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本研究系统比较了溶剂提取与热解制备的烟草提取物在化学组成、热稳定性和热解产物分布上的差异。通过整合残留物热解和提取物再热解的验证框架，揭示了提取方法对成分完整性和热解行为的影响机制。结果表明溶剂提取物极性越高得率越高（7.08%至33.48%），而热解得率更高（36.80%）；热解提取物富含呋喃甲醇等风味物质（19种目标化合物）且热稳定性更优；溶剂提取通过源头去除前体物质显著抑制酚类生成。该框架为烟草提取物的功能定向设计提供了理论依据。
彭飞路|吴荣成|徐广文|张斌
教育部资源化学材料重点实验室，沈阳化工大学，沈阳，110142，中国
摘要
本研究系统地比较了通过溶剂萃取和热解法制备的烟草提取物在化学组成、热稳定性和热解产物分布方面的差异。采用了一种创新的、系统的验证框架，结合残渣热解和提取物再热解的方法，直接区分了萃取引起的组成效应和热解条件效应。该框架从香气多样性和酚类化合物抑制的角度，阐明了萃取方法、化学组成和热行为之间的内在关联。结果表明，随着溶剂极性的增加，提取率从7.08%提高到33.48%；而通过高温热解，提取率进一步提高到36.80%。溶剂萃取物表现出由极性驱动的组成差异，而热解得到的提取物（Py-Ext）富含糠醇和麦芽醇等特征性香气化合物，并且含有更多的目标化合物（19种），相比之下溶剂萃取物仅含有9-15种目标化合物。热分析显示，溶剂萃取物主要在135-279℃范围内分解，其产物分布对热解条件非常敏感。相比之下，Py-Ext表现出以挥发性为主的热行为，在较宽的操作范围内产物分布稳定。提取物再热解表明，即使在相同的热解条件下，溶剂萃取物的组成不完整性也使其无法达到Py-Ext的香气丰富度；而残渣热解证实，在萃取过程中关键香气前体被保留在固相中。同时，溶剂萃取在再热解过程中通过去除前体显著抑制了酚类化合物的生成。总体而言，所提出的验证框架建立了方法-组成-行为之间的因果关系，为烟草提取物的合理设计提供了依据。
引言
烟草提取物是从原烟草中通过物理或化学方法分离和富集得到的活性成分的复杂混合物。这些提取物含有高水平的尼古丁、香气化合物及其前体，是烟草产品风味开发和降低危害策略的核心基质[1]、[2]、[3]。在传统香烟中，烟草提取物用于增强香气、掩盖不良味道并形成独特的感官特征[4]、[5]。对于新型产品（如加热不燃烧香烟），提取物的组成直接影响香气化合物在热处理过程中的释放途径和速率[6]、[7]。有效保留和控制香气化合物的释放在这两种应用中都至关重要。更重要的是，在上游萃取过程中对提取物组成的定向调节可能有助于从源头上抑制有害化合物的生成[8]、[9]。酚类化合物是烟草热解过程中典型的有害产物，与前体的保留和转化密切相关，因此成为烟草提取物研究中的关键指标[10]、[11]、[12]。因此，提取物组成的复杂性、安全性和功能性直接决定了产品的质量和消费者的使用体验。
目前，制备烟草提取物的主流方法可分为物理萃取和热化学萃取。溶剂萃取是一种代表性的物理方法，利用不同极性的溶剂选择性溶解小分子。尽管操作简单且易于扩展，但其效率受溶解度的限制，大量风味前体通常残留在固体中[13]。例如，郭等人[14]的研究表明，单步溶剂萃取无法完全回收风味前体，即使经过多次或连续萃取步骤后，仍有大量前体残留。热化学萃取（主要是热解）依靠程序化加热来诱导大分子成分（如纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质）的键断裂、缩合和芳香化，从而释放挥发性小分子[15]、[16]。除了提高萃取效率外，这种方法还有助于形成特征性风味化合物[17]。先前的研究[18]在烟草热解产物中发现了长链烃、吡喃酮和其他与风味相关的挥发性物质，证实了热解过程中风味形成的化学重构途径。显然，萃取方法从根本上决定了提取物的化学组成，进而影响其后续的热行为和应用潜力。尽管已有研究探讨了溶剂萃取或热解提取物的组成和热解特性，但大多数研究仅关注单一方法的优化或热解产物分布的分析[14]、[18]、[19]、[20]。然而，一个能够系统比较不同萃取方法并区分由萃取方法引起的组成差异与热解条件效应的统一研究框架仍然缺乏。因此，萃取方法、化学组成和热行为之间的内在关系尚不清楚。这一限制阻碍了烟草提取物在增强香气和抑制有害化合物方面的合理设计和定向应用。因此，有必要建立一个具有明确机制验证价值的比较研究策略，以阐明不同萃取方法如何从根本上影响提取物的组成完整性和后续的热解行为。
为了解决这些限制，本研究提出了一个专门设计的比较验证框架，结合了残渣热解和提取物再热解。该框架能够在统一的实验背景下区分萃取引起的组成效应和热解条件效应。基于这种方法，系统地比较了通过溶剂萃取和热解得到的烟草提取物在物理化学性质、热稳定性和热解产物分布方面的差异，特别关注了香气形成潜力和酚类化合物的抑制效果。该框架旨在建立萃取方法、组成和热行为之间的内在关系，而不仅仅是现象学上的比较，从而为烟草提取物的合理设计和针对特定功能的应用提供理论基础。
材料与化学品
本研究中使用的废弃烟草粉和商业烟草提取物由湖北金华生物工程有限公司提供。首先将烟草在45℃的烤箱中干燥12小时，然后使用粉碎机将其研磨至约50目（约300微米），再干燥12小时，得到原始烟草粉样品（记为RT）。所有溶剂（包括石油醚、乙酸乙酯和无水乙醇）均为分析级，购自Aladdin公司。
萃取效率
表1比较了四种不同极性溶剂（石油醚、乙酸乙酯、无水乙醇和90%乙醇）以及热解法制备的烟草提取物的萃取效率。结果表明，萃取方法对最终提取物的产量有决定性影响。溶剂萃取的产量遵循“相似相溶”的原则，随着溶剂极性的增加而显著提高[21]。非极性的石油醚的萃取效率最低。
结论
本研究系统地比较了通过溶剂萃取和热解法制备的烟草提取物的物理化学性质、热稳定性和热解产物分布。通过结合残渣热解和提取物再热解的验证框架，区分了萃取引起的组成效应和热解条件效应。研究结果揭示了萃取方法、化学组成和热行为之间的内在关联。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（U1908201）的财政支持。
