CN1732813A - 利用生物酶制备烟草浸膏的方法 - Google Patents

Abstract

本发明采用烟末、低次烟叶以及烟叶为原料，加入果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上酶的复合酶，进行酶解，将果胶或纤维素等大分子水解成为对增强和改善烟草浸膏香气有用的小分子物质，同时增加了可溶性物质的含量，提高了烟草浸膏的得率；还可通过第二步酶解，加入脂肪酸酶、烟碱降解酶或β－葡萄糖苷酶，经处理后得到的浸膏产品，其流动性明显得到改善，蜡质状物质减少，在乙醇和丙二醇中的溶解性能得到进一步改善，香气也更为丰富，其烟碱含量绝大部分被降解，提高了烟草的安全性，符合当今烟草添加剂的发展方向。

Description

利用生物酶制备烟草浸膏的方法

技术领域

本发明涉及一种香料的制备方法，特别是涉及一种利用多种生物酶处理烟末、低次烟叶和烟叶制备不同品质烟草浸膏的方法。

背景技术

最近十几年，国内一些香料厂家和科研单位相继开展了烟草浸膏的研究与生产，先后开发出了白肋烟浸膏、云烟浸膏和晒红烟浸膏等天然烟草香料。杨一兵利用烟草原料用水萃取，萃取液酸化，萃取液酸化后蒸馏浓缩，浓缩物重蒸馏得挥发油，萃取液的浓缩物用醇沉淀，回收醇后加入挥发油便得烟草浸膏。韩贵忠和杨一兵以晒红烟的废料如：烟末、烟拐、烟片为原料，经水提、浓缩、乙醇沉淀等工序制取晒红烟浸膏。康武成等人以白肋烟去杂烟末浸膏加醇、加水分次萃取，取萃取液过滤，浓缩、加香得棕褐色膏状物产品，具有浓郁的白肋烟香，烟碱含量＞4％，醇溶解量39.12％。

烟草浸膏是一种在卷烟制品中通常使用的烟用香料，它可以增强卷烟产品的特征性卷烟香气。但国内市场现有烟草浸膏中含有少量的纤维素、半纤维素以及果胶等大分子物质，这些物质的存在会影响卷烟产品的香气质量，同时由于这些大分子物质的存在还会影响烟草浸膏在乙醇、丙二醇以及甘油中的溶解性能；国内市场现有烟草浸膏的香气强度尚显不足，其中含有大量的香料前体-糖苷类物质，这些物质本身没有香气，只有在食品加工中在温度、酸性或酶的作用下或烟草燃吸过程中在高温的作用下，糖苷类物质发生断链，从而释放出与小分子糖类物质键合的香料物质；另外国内烟草浸膏中含有许多脂类物质，具有一些蜡纸气息；而且国内现有烟草浸膏中烟碱的含量比较高，这对发展低烟碱含量、高安全性卷烟是不利的。到目前为止，国内的烟草浸膏品种还比较少，质量尚有待于进一步提高，这也在一定程度上阻碍了烟草工业的进一步发展，为此产业部门希望有关的科技人员，提供一种价廉物美简单易行的提高和改善烟草浸膏香气的方法，推动烟草工业的技术进步。本发明利用多种生物酶处理烟末、低次烟叶和烟叶制备不同品质烟草浸膏的方法和工艺填补了国内空白，具有较强的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用多种生物酶处理烟末、低次烟叶和烟叶制备不同品质烟草浸膏的方法，提高烟草浸膏的得率，并使其制得的烟草浸膏质量进一步改善，香气更加逼真、自然。

本发明的构思是这样的：

采用烟末、低次烟叶以及烟叶为原料，经过粉碎后，添加适量的水，进行混合均匀后，加热恒温后，进行酶解，加入的酶为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上酶的复合酶，将果胶或纤维素等大分子水解成为对增强和改善烟草浸膏香气有用的小分子物质，同时增加了可溶性物质的含量，提高了烟草浸膏的得率；然后，添加适量的脂肪酶把烟粉中的脂类物质进行水解，降低烟草浸膏的蜡纸气息；添加适量的烟碱降解酶，降低烟草浸膏中烟碱的含量；酶解后的物料经加热灭酶、冷却、过滤、真空浓缩后即得所需的产品。

本发明中的酶解过程全部在全自动或半自动萃取釜中进行，该萃取釜具有自动或人为控制酶解的温度、pH、搅拌速率和酶解时间的功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的以酶法制备烟草浸膏的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

1)采用烟末、低次烟叶以及烟叶为原料，经过粉碎后，添加适量的水，均匀混合、加热灭菌、冷却并恒温；

2)在搅拌情况下，进行酶解，加入的酶为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上酶的复合酶，酶解时间为15分钟-5小时；

3)酶解完成后，对所得的酶解体系进行加热灭酶，灭酶完成后，迅速冷却，过滤，得到滤液；对滤液进行浓缩处理，得到目的产品烟草浸膏；

其中，反应物的用量分别为：水的添加量为烟草浸膏重量的5-15倍，步骤2)中酶的添加量为烟粉和水总重量的0.1-0.5％；酶解时的pH控制在4-7，酶解时反应温度为40℃-55℃。

本发明的进一步改进的技术方案为：在上述方法的步骤3)之前增加一个二次酶解过程，即于上述方法所述步骤2)的酶解完成后，再加入生物酶进行第二次酶解；所加的生物酶为β-葡萄糖苷酶、脂肪酶、烟碱降解酶中的一种，第二次酶解反应中，酶的添加量为烟粉和水总量的0.05-0.5％(W/W)，酶解时间：β-葡萄糖苷酶为15分钟-3小时，脂肪酶、烟碱降解酶为15分钟-2小时。

有益效果

本方法制得的烟草浸膏产品很好地保留了烟末、低次烟叶或烟叶中许多特征性致香成分，这些致香成分都没有发生大的变化，在保留这些物质的基础上，通过纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶的酶解提高了烟草浸膏产品的产率；通过β-葡萄糖苷酶对烟草中糖苷类物质的酶解，生成了许多烟草浸膏中不存在的致香成分；通过脂肪酶的酶解，把分子的脂类物质降解成小分子的醇和脂肪酸类物质，同时降低了烟草浸膏的蜡纸气息；通过烟碱降解酶的作用降低了烟草浸膏中烟碱的含量，对生产低烟碱含量的卷烟非常有用，且都在不同程度上增强和改善了烟草浸膏产品的质量，可以改善卷烟的品质，丰富烟香，增强卷烟的安全性。

具体实施方式

先将烟末和/或低次烟叶和/或烟叶进行粉碎，粉碎粒度为40-100目。然后将它们加入到萃取釜中，加入一定量的水，这些水可以是蒸馏水、去离子水或纯净水。水的添加量为烟草浸膏含量的5-15倍(重量百分比，W/W)。添加水之后，应进行搅拌，使粉末分散均匀，形成烟粉水分散体系。

在搅拌的情况下，开始对烟粉水分散体系进行迅速加热杀菌，升温速率为5-15℃/分钟，杀菌温度为70-90℃，保持5-20分钟。杀菌后，迅速对体系进行冷却，冷却的介质可以为水或其它温控冷却介质。当温度下降到40℃-55℃时，停止冷却。

保持体系温度在40℃-55℃，在搅拌情况下，加入纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，搅拌的速率控制在50转/分-200转/分，速率不宜太快，否则体系会由于搅拌带入大量的空气，从而产生较多的泡沫，从而引起由于表面张力过大而造成酶活的下降；加入的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶可以分别为它们的单一酶，也可以为这三种酶中两种和两种以上酶的复合酶，加入量均为烟粉和水总量的0.1-0.5％(W/W)。酶解时，酶解体系的pH控制在4-7，酶解的时间一般根据所添加酶的活力以及酶解进行的程度而定，通常酶解的时间为15分钟-5小时。

酶解完成后，对酶解体系进行加热灭酶，灭酶的温度通常为75-90℃，灭酶的时间为5-20分钟，搅拌速率仍然控制在50转/分-200转/分。

灭酶完成后，迅速冷却至30-40℃，冷却的介质可以为水或其它温控冷却介质，冷却速率为3-15℃/分钟。把物料放出，用纱布或普通过滤设备进行过滤除去不溶物，得到滤液。

由于滤液中含有大量的水分，因此需要进行浓缩。将酶反应器的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在40-55℃，真空度控制在100Pa-800Pa。真空浓缩仪的冷却介质的温度-20-5℃，可以降低挥发性香料物质的损失。当产品中的水分含量为1-5％时，停止浓缩。把物料放出，即得到烟草浸膏产品。

进一步改进的方式：

1、如前述实施方式，在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入β-葡萄糖苷酶，对烟草浸膏中的香料前体-糖苷类物质进行酶解，酶解的温度仍然控制在40-55℃，酶解时酶解体系的pH控制在4-7的范围内，酶的添加量为烟粉和水总量的0.05-0.5％(W/W)，酶解的时间为15分钟-3小时。其后步骤同上。

2、如前述实施方式，在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入脂肪酶，对烟粉中存在的脂类物质或油树脂类物质或蜡质类物质进行酶解。酶解的温度仍然控制在40-55℃，酶解时酶解体系的pH控制在4-7的范围内，酶的添加量为烟粉和水总量的0.05-0.5％(W/W)，酶解的时间为15分钟-2小时。

3、如前述实施方式，在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入烟碱降解酶，对烟粉中存在的烟碱进行酶解。酶解的温度控制在40-55℃，酶解时酶解体系的pH控制在4-7的范围内，酶的添加量为烟粉和水总量的0.05-0.5％(W/W)，酶解的时间为15分钟-2小时。其后步骤同上。

烟末或烟草下脚料通过酶法处理后得到的烟草浸膏产品，其在丙二醇或乙醇中的溶剂性能大大提高，这说明了烟草浸膏中的大分子的纤维素、半纤维素以及果胶等大分子物质得以降解，烟草浸膏的内在组成发生改变，其溶解性能提高。另外，由于纤维素、半纤维素以及果胶酶的作用，通过酶法制备的烟草浸膏的得率通常要比溶剂萃取法要提高20-30％。通过SPME/GC/MS(固相微萃取/气质联用仪)测得的，利用生物酶法制备烟末浸膏和商品烟末浸膏中主要挥发性成分及其相对含量及烟碱含量见表1与表2：

表一  酶法制备烟末浸膏和商品烟末浸膏中主要挥发性成分及其相对含量

主要成分	商品烟末浸膏相对百分含量(％)	酶法制备烟末浸膏(脂肪酶)相对百分含量(％)
			甲酸乙酯	0.50	0.16
乙酸乙酯	1.85	-
			2-甲基丁醛	0.22	-
乙醇	1.39	-
			4-甲基-2-丙基-1，3-二氧杂烷	1.07	-
乙酸	-	0.81
			2-乙基-6-甲基苯胺	-	0.13
十五烷	-	0.43
			十六烷	-	0.86
1，2，3，4-四氢萘	1.40	-
			(Z)-2-(1’-丁烯基)-1，3，5-三甲基苯	1.59	-
十七烷	-	0.77
			5-甲基-2-(1-甲基)-环己醇	0.67	-
三环烯	10.98	1.79
			2，4-癸二烯醛	-	0.60
1-环己烯-1-乙醛	0.31	-
			苯乙酸乙酯	0.18	0.60
十八烷	-	0.36
			Beta-大马酮	1.22	0.42
十二酸乙酯	0.22	-
			6，10-二甲基-5，9-二烯-2-十一酮	0.84	-

尼古丁	6.10	12.95
			新植二烯	20.10	11.69
6，10，14-三甲基-十五-2-酮	0.43	-
			新茄尼二酮	0.31	-
Heneicosane	-	0.40
			二十二烷	-	0.94
二十三烷	-	0.87
			二十四烷	-	1.80
二十五烷	-	1.66
			二十七烷	-	0.41
1-十九烯	-	1.91
			1，2，3，4-四氢甲基萘	0.44	-
巨豆三烯酮2	0.61	0.42
			西柏烯	0.43	-
巨豆三烯酮1	2.61	1.65
			十六酸甲酯	0.60	-
十六酸乙酯	0.72	0.46
			巨豆三烯酮3	0.62	0.41
巨豆三烯酮4	1.87	1.14
			月桂酸	-	0.62
豆蔻酸	-	3.49
			十五酸	-	1.30
棕榈酸	-	11.76
			5，6，7，7a-四2(4氢)苯并呋喃酮	0.39	-
2，3’-二吡啶	0.27	-
			邻苯二甲酸二丁酯	1.85	7.90
己二酸二辛酯	27.24	7.96

表二  酶法制备烟末浸膏和商品烟末浸膏中烟碱含量

	商品烟末浸膏	添加烟碱降解酶制备的烟末浸膏
			烟碱含量(W/W％)	3.0-6.10	0.50-1.50

从表一和表二可以发现，烟末或烟草下脚料经脂肪酶处理后，挥发性组分中长链脂肪酸的含量和长链烷烃的含量迅速增加，这主要是由于脂肪酶作用于高级脂肪酸酯和蜡质类物质以后水解所致。经脂肪酸处理后得到的浸膏产品，其流动性明显得到改善，蜡质状物质减少，在乙醇和丙二醇中的溶解性能得到进一步改善，香气也更为丰富。经烟碱降解酶处理得到的烟末浸膏，其烟碱含量绝大部分被降解，提高了烟草的安全性，符合当今烟草添加剂的发展方向。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述，但并不限制本发明的保护范围：

实施例一：

称取100克烟末，用粉碎机将它们粉碎，粉碎粒度为60-80目。然后将它们加入到萃取釜中，加入600克去离子水，应进行搅拌，使粉末分散均匀。在搅拌的情况下，迅速加热杀菌，升温速率为8℃/分钟，开始对烟粉水分散体系进行杀菌，温度升高到85℃，保持5分钟。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到50℃时，停止冷却。在搅拌情况下，分别加入0.1％(W/W)的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N的盐酸或氢氧化钠调节体系的pH为5.5，酶解的时间为2小时。

在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.2％(W/W)的β-葡萄糖苷酶，温度控制在50℃，pH控制在5.5，酶解的时间为2小时。酶解完成后，升温至80℃进行灭酶，灭酶的时间为10分钟。

灭酶完成后，用水迅速冷却至30-40℃。把物料放出，用纱布进行过滤除去不溶物，得到滤液。将萃取釜中的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在50℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩。把物料放出，即得到烟草浸膏产品。

实施例二：

称取100克烟末，用粉碎机将它们粉碎，粉碎粒度为60-80目。然后将它们加入到萃取釜中，加入800克去离子水，应进行搅拌，使粉末分散均匀。在搅拌的情况下，迅速加热杀菌，升温速率为10℃/分钟，开始对烟粉水分散体系进行杀菌，温度升高到80℃，保持10分钟。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到50℃时，停止冷却。在搅拌情况下，分别加入0.1％(W/W)的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N的盐酸或氢氧化钠调节体系的pH为5.5，酶解的时间为3小时。

在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.2％(W/W)的脂肪酶，温度控制在50℃，pH控制在5.5，酶解的时间为2小时。酶解完成后，升温至80℃进行灭酶，灭酶的时间为10分钟。

灭酶完成后，用水迅速冷却至30-40℃。把物料放出，用纱布进行过滤除去不溶物，得到滤液。将萃取釜中的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在50℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩。把物料放出，即得到烟草浸膏产品。

实施例三：

称取100克烟末，用粉碎机将它们粉碎，粉碎粒度为60-80目。然后将它们加入到萃取釜中，加入500克去离子水，应进行搅拌，使粉末分散均匀。在搅拌的情况下，迅速加热杀菌，升温速率为10℃/分钟，开始对烟粉水分散体系进行杀菌，温度升高到80℃，保持10分钟。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到50℃时，停止冷却。在搅拌情况下，加入0.3％(W/W)商品化的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶的复合酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N的盐酸或氢氧化钠调节体系的pH为5.5，酶解的时间为2小时。

在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.2％(W/W)的烟碱降解酶，温度控制在50℃，pH控制在5.5，酶解的时间为3小时。酶解完成后，升温至80℃进行灭酶，灭酶的时间为10分钟。

灭酶完成后，用水迅速冷却至30-40℃。把物料放出，用纱布进行过滤除去不溶物，得到滤液。将萃取釜中的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在50℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩。把物料放出，即得到烟草浸膏产品。

Claims (8)

1、一种利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

1)采用烟末、低次烟叶以及烟叶为原料，经过粉碎后，添加适量的水，均匀混合、加热灭菌、冷却并恒温；

2)在搅拌情况下，进行酶解，加入的酶为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上酶的复合酶，酶解时间为15分钟-5小时；

3)酶解完成后，对所得的酶解体系进行加热灭酶，灭酶完成后，迅速冷却，过滤，得到滤液；对滤液进行浓缩处理，得到目的产品烟草浸膏；

其中，反应物的用量分别为：水的添加量为烟草浸膏重量的5-15倍，步骤2)中酶的添加量为烟粉和水总重量的0.1-0.5％；酶解时的pH控制在4-7，酶解时反应温度为40℃-55℃。

2、如权利要求1所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，在上述方法的步骤3)之前增加一个二次酶解过程，即于上述方法所述步骤2)的酶解完成后，再加入生物酶进行第二次酶解反应，所加的生物酶为β-葡萄糖苷酶、脂肪酶、烟碱降解酶中的一种，第二次酶解反应中，酶的添加量为烟粉和水总重量的0.05-0.5％，酶解时间：β-葡萄糖苷酶为15分钟-3小时，脂肪酶、烟碱降解酶为15分钟-2小时。

3、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，烟末和/或低次烟叶和/或烟叶的粉碎粒度为40-100目。

4、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，加热灭菌温度为70-90℃，升温速率为5-15℃/分钟，灭菌时间为5-20分钟。

5、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，搅拌速率为50转/分-200转/分。

6、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，加热灭酶的温度为75-90℃，灭酶时间为5-20分钟。

7、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，灭酶完成后，冷却至30-40℃，冷却速率为3-15℃/分钟。

8、如权利要求1或2所述的利用生物酶制备烟草浸膏的方法，其特征在于，酶解后的滤液置于真空浓缩仪中浓缩处理，浓缩温度为40-55℃，真空度控制在100Pa-800Pa，真空浓缩仪的冷却介质的温度为-20-5℃，浓缩至产品中的水分含量为1-5％。