仿酶體系處理煙草薄片的研究

劉志昌 王學(xué)文 唐向兵 安 瑞 王 磊 謝益民

(1.湖北中煙技術(shù)中心重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430040;2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢，430068)

仿酶體系處理煙草薄片的研究

劉志昌1王學(xué)文1唐向兵1安 瑞2王 磊2謝益民2

(1.湖北中煙技術(shù)中心重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，430040;2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢，430068)

利用Fe-CA仿酶體系處理煙草物質(zhì) (煙梗和煙碎)，抄造煙草薄片，通過正交實(shí)驗(yàn)，確定仿酶體系的最佳處理?xiàng)l件為:處理溫度45℃，處理時(shí)間30 min，仿酶用量20 mmol/kg，H2O2用量1%。最佳條件下煙草薄片的柔軟度和抗張指數(shù)與空白樣品相比，分別提高了11.4%、5.2%;對(duì)仿酶體系處理后的煙草薄片進(jìn)行評(píng)吸，結(jié)果表明，煙草薄片經(jīng)仿酶處理后，其香氣、雜氣和諧調(diào)程度有一定的改善，木質(zhì)雜氣減少，刺激性較小，品質(zhì)提高，達(dá)到了提高煙草薄片物理性能 (抗張強(qiáng)度、柔軟度)與品質(zhì)的雙重效果。

仿酶體系;煙草薄片;抗張強(qiáng)度;柔軟度;評(píng)吸

煙草薄片又名重組煙草，是以煙末、煙梗、碎煙片等煙草物質(zhì)為原料制成片狀 (或絲狀)的再生產(chǎn)品，用作卷煙填充料，其理化特性與煙草相似，常用的方法有輥壓法、稠漿法和造紙法［1-2］。與輥壓法和稠漿法薄片相比，造紙法薄片具有許多優(yōu)勢(shì)，使得造紙法煙草薄片在卷煙工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛［3-5］。

目前，國(guó)內(nèi)造紙法煙草薄片在產(chǎn)品質(zhì)量方面與國(guó)外產(chǎn)品存在一定差距。在物理性質(zhì)方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的煙草薄片較厚，且厚薄不均;柔軟性較差;色澤不均勻，部分薄片顏色較深;韌性不如進(jìn)口煙草薄片。在薄片內(nèi)在品質(zhì)方面，國(guó)產(chǎn)薄片存在木質(zhì)氣比較重，刺激性大，煙氣不諧調(diào)，紙質(zhì)氣明顯，煙氣柔和程度差等缺點(diǎn)。

仿酶，就是從天然酶中挑選出起主導(dǎo)作用的一些因素，如活性中心結(jié)構(gòu)、疏水微環(huán)境、與底物的多種非共價(jià)鍵相互作用及其協(xié)同效應(yīng)等，用以設(shè)計(jì)合成既能表現(xiàn)酶的優(yōu)異功能又比酶簡(jiǎn)單穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)分子或分子集合體［6］。

目前，研究比較多的仿酶系統(tǒng)有:①金屬卟啉配合物 (包括鐵卟啉配合物、錳卟啉配合物)［7-8］;②非卟啉金屬配合物［9-10］。其中，鐵系的仿酶系統(tǒng)有:鐵卟啉、硫酸鐵、Fe-EDTA和鐵-血紅素［11-18］。而Fe-羧酸復(fù)合物仿酶 (Fe-CA)/H2O2的仿酶體系對(duì)天然植物纖維原料中木質(zhì)素的脫除具有良好的選擇性，其三維立方體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Fe-CA仿酶三維立體結(jié)構(gòu)

由于木質(zhì)素本身熱解會(huì)產(chǎn)生兒茶酚、烷基兒茶酚等引起澀口，并有促癌活性。木質(zhì)素含量的降低，有利于提高煙草的感官質(zhì)量和吸味，其相關(guān)的研究在國(guó)內(nèi)外尚處于空白。本課題采用仿生物酶技術(shù) (Fe-CA仿酶體系)處理煙梗和煙碎來降低煙草中木質(zhì)素的含量，達(dá)到提高煙草薄片的物理性能的目的。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

煙梗:武漢長(zhǎng)梗，ECX/YCX/YB;煙碎:貴州碎葉片、云南碎葉片、三益06碎葉片、香料煙、武煙卷包煙末;外加纖維:全部由湖北中煙提供;FeSO4·7H2O、羧酸、H2O2均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

L＆W抗張強(qiáng)度測(cè)試儀 (Lorentzen＆Wettre，型號(hào):062)，柔軟度測(cè)試儀 (EMTEC，型號(hào):TSA)，RK-3A凱塞法抄片器 (奧地利，PTI-Flank)，HPLC(日本島津，型號(hào):LC-20AT)，恒溫水浴鍋 (寧波天恒儀器廠，型號(hào):SJH-6S)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

稱量煙碎900 g，加入3.78 L水浸泡 (料液比為1∶4.2)，在溫度 (45±5)℃的條件下，萃取40 min，隨后進(jìn)行固液分離;稱量煙梗600 g，加入2.25 L水浸泡 (料液比為1∶3.75)，在溫度 (65±5)℃的條件下，萃取40 min，隨后進(jìn)行固液分離。分離后的煙梗高濃磨漿到 (11±2)°SR，然后與分離后的煙碎混合磨漿到 (20±2)°SR，接著按照表1進(jìn)行L9(34)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，確定最佳仿酶處理?xiàng)l件，隨后加入外加纖維 (外加纖維的打漿度為 (42±2)°SR)和碳酸鈣，抄造制成煙草薄片片基，萃取后的液體經(jīng)濃縮后再浸涂到煙草薄片片基上，經(jīng)干燥分切制得造紙法煙草薄片，定量為 (61±2)g/m2，然后對(duì)煙草薄片物理性能進(jìn)行檢測(cè)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3.2 Fe-CA仿酶體系的制備

取27.8 g FeSO4·7H2O，18.6 g羧酸 A 和12.6 g的羧酸B進(jìn)行鰲合復(fù)配制成Fe-CA仿酶體系，攪拌混合均勻，加水稀釋到濃度0.25 mol/L，備用。

1.3.3 煙草薄片物理性能檢測(cè)

抗張強(qiáng)度的測(cè)定按照GB/T 12914紙和紙板抗張強(qiáng)度的測(cè)定法進(jìn)行。

柔軟度的測(cè)定按照GB/T 8942—1998紙柔軟度的測(cè)定方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

煙梗和煙碎仿酶處理正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

2.1 處理溫度對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響

從表2可以看出，隨著處理溫度的升高，煙草薄片的柔軟度 (柔軟度值越大，其柔軟性越差)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，處理溫度為45℃時(shí)，處理后的樣品柔軟度最小值為486 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了14.1%;煙草薄片樣品的抗張指數(shù)隨著處理溫度的升高，一直呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，樣品的抗張指數(shù)最大值為9.97 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了18.6%;當(dāng)處理溫度為45℃時(shí)，其抗張指數(shù)提高了6.4%?？梢?，仿酶處理后，柔軟性和抗張強(qiáng)度都有較大幅度的提高。

由不同處理溫度對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響可以看出，35℃與45℃相差不大，同時(shí)考慮實(shí)際的磨漿溫度，本實(shí)驗(yàn)選擇45℃作為仿酶處理溫度。

2.2 處理時(shí)間對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響

由表2可知，隨著仿酶時(shí)間的增加，處理煙草薄片的柔軟度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)處理時(shí)間30 min時(shí)，仿酶處理的樣品柔軟度值為505 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了10.8%，處理樣品的柔軟性提高;而煙草薄片樣品的抗張指數(shù)隨著處理時(shí)間的增加，呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì)。仿酶處理樣品的抗張指數(shù)最大值為9.73 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了15.7%;處理時(shí)間30 min時(shí)，其抗張指數(shù)提高了5.8%?？梢姺旅柑幚順悠返目箯垙?qiáng)度也有了較大幅度的提高。

表2 仿酶正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合考慮，仿酶處理時(shí)間為30 min比較合適。

2.3 仿酶用量對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響

由表2可以看出，隨著仿酶用量的增加，煙草薄片的柔軟度呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)仿酶用量為20 mmol/kg時(shí)，處理后的樣品柔軟度為481 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了15.0%，處理后樣品的柔軟性有了很大幅度的提高;樣品的抗張指數(shù)隨著仿酶用量的增加，一直呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，處理樣品的抗張指數(shù)最大值為9.50 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了13.0%;在仿酶用量為20 mmol/kg時(shí)，其抗張指數(shù)提高了7.9%。可見仿酶處理樣品的抗張強(qiáng)度有了一定程度的提高。

綜合考慮，仿酶用量對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響，選擇20 mmol/kg作為較合適的用量。

2.4 H2O2用量對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響

由表2可看出，隨著H2O2用量的增加，煙草薄片的柔軟度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。當(dāng)H2O2用量為1%時(shí)，處理后樣品柔軟度為510 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了9.9%，可見，仿酶處理樣品的柔軟性有了一定程度的提高;煙草薄片樣品的抗張指數(shù)隨著H2O2用量的增加，一直呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。仿酶處理樣品的抗張指數(shù)最大值為9.60 N·m/g(H2O2用量為 4%)，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了14.1%，而H2O2用量為1%時(shí)，與空白樣品相比，提高了5.2%。可見仿酶處理樣品的抗張強(qiáng)度有了較大程度的提高。

綜合考慮H2O2用量對(duì)煙草薄片柔軟度和抗張指數(shù)的影響以及企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行成本，本實(shí)驗(yàn)選擇 H2O2用量為1%。

綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定仿酶最佳處理?xiàng)l件為:處理溫度45℃，處理時(shí)間30 min，仿酶用量為20 mmol/kg，H2O2用量為1%。

在上述最佳處理?xiàng)l件下進(jìn)行再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3可知，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，處理后煙草薄片的柔軟度和抗張指數(shù)與空白樣品相比，分別提高了11.4%、5.2%。

表3 仿酶最佳條件下處理結(jié)果

2.5仿酶技術(shù)處理對(duì)煙草薄片感官評(píng)吸的影響

湖北中煙集團(tuán)組織專家對(duì)在最佳實(shí)驗(yàn)條件下抄造的煙草薄片 (定量為60 g/m2)進(jìn)行評(píng)吸，結(jié)果表明，煙草薄片經(jīng)仿酶技術(shù)處理后，其香氣、雜氣和諧調(diào)程度都有一定程度的改善，木質(zhì)雜氣減少，刺激性較小，品質(zhì)提高，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，將處理后的煙草薄片以15%的比例添加到卷煙中，其評(píng)吸得分比現(xiàn)有技術(shù)制備的煙草薄片 (未經(jīng)仿酶處理)制作的卷煙高1.8～2.6分 (見表4)。

表4 卷煙感官質(zhì)量評(píng)吸表

3 結(jié)論

3.1 仿酶體系處理煙草薄片的最佳條件為:處理溫度45℃，處理時(shí)間30 min，仿酶用量為20 mmol/kg，H2O2用量為1%。在最佳條件下處理后的煙草薄片的柔軟度和抗張指數(shù)與空白樣品相比，分別提高了11.4%和5.2%，取得了較好的效果。

3.2 仿酶體系處理后的煙草薄片的評(píng)吸結(jié)果表明，煙草薄片經(jīng)仿酶技術(shù)處理后，其香氣、雜氣、刺激性和諧調(diào)程度都有了一定程度的改善，品質(zhì)得到一定程度的提高，將處理后制得的煙草薄片以15%的比例添加到卷煙中，其評(píng)吸得分比現(xiàn)有技術(shù)制備的煙草薄片 (未經(jīng)仿酶處理)制作的卷煙高1.8～2.6分。

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Study on the Treatment of Tobacco Sheet by Fe-CA Biomimetic System

LIU Zhi-chang1WANG Xue-wen1TANG Xiang-bing1AN Rui2WANG Lei2，*XIE Yi-min2
(1．Hubei Key Lab of Applied Research Institute of Reconstituted Tobacco，Technologh Center of Hubei Tobacco，Wuhan，Hubei Province，430040;2．Institute of Pulping＆ Papermaking Engineering，Hubei University of Technology;Wuhan，Hubei Province，430068)

The tobacco(stem，scrap)treated by Fe-CA biomimetic system was used to made tobacco sheet by using a sheet former，through the orthogonality experiment the optimum treatment conditions of the tobacco(stem，scrap)are achieved as following:reaction temperature 45℃;reaction time 30 minutes;dosage of biomimetic 20mmol/kg tobacco;H2O21%．The tensile strength and softness of the tobacco sheet produced under the optimum condition increased about 5．19%and 11．43%respectively compared with the control sample．At the same time，smoking assessment indicates that the aroma，bad odor and harmony of the tobacco improve in certain degree，woody odor reduces，the stimulation of tobacco reduces and quality is improved．

tobacco sheet;biomimetic;lignin;tensile strength;softness degree;smoking

TS727

B

0254-508X(2011)05-0026-04

劉志昌先生，碩士;主要研究方向:煙草薄片生產(chǎn)工藝。

(*E-mail:wanglei820117@163．com)

2010-12-02(修改稿)

本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金 (31070521，30871996)資助項(xiàng)目。

(責(zé)任編輯:趙旸宇)