煙草水提液醇沉技術(shù)制備煙草浸膏的研究

葛金元，李新生，林曉利，沈 進(jìn)

（上海煙草集團(tuán)太倉(cāng)海煙煙草薄片有限公司，江蘇太倉(cāng) 215433）

在造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中，隨著新型表面涂布技術(shù)的應(yīng)用、新型薄片和膨脹梗絲等新技術(shù)投產(chǎn)使用，在再造煙葉生產(chǎn)過程中煙草水提液將處于過剩狀態(tài)。將煙草水提液直接排放，將產(chǎn)生大量高濃廢水污染環(huán)境。同時(shí)，將萃取液作為廢水處理本身就是一種浪費(fèi)。眾所周知，煙草水提液中含有大量有效成分，如煙草香味成分、煙堿、茄尼醇、多酚等[1-2]。因此，煙草水提液如果能被重新回收利用，將會(huì)對(duì)企業(yè)直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

中藥醇沉工藝是先以水為溶劑提取藥材有效成分，再用不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇沉淀去除水提液中雜質(zhì)的方法。其原理是通過加入適量的乙醇，促使蛋白質(zhì)、糊化淀粉、黏液質(zhì)、樹脂、樹膠、油脂和色素等這類醇不溶物沉淀析出，而有效成分（如生物堿鹽類、有機(jī)酸鹽、氨基酸等） 因易溶于醇不被析出而得以保留[3-6]。

煙草浸膏因其香味成分含量高在卷煙中具有豐富煙香，體現(xiàn)了煙草本香的作用[7]。借鑒中藥醇沉工藝通過往煙草水提液中加入乙醇，選擇性地去除煙草水提液中蛋白、淀粉、黏液質(zhì)等對(duì)煙草感官產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)[8]，從而提高煙草水提液中有效成分相對(duì)含量（如煙堿、總糖和香味成分等），實(shí)現(xiàn)從煙草水提液制備煙草浸膏。研究考查了乙醇終體積分?jǐn)?shù)和煙草水提液初始密度這2 個(gè)因素對(duì)煙草水提液醇沉效果的影響，以有效成分保留率（煙堿、總糖和中性致香）、總固體和大分子去除率為指標(biāo)，采用多指標(biāo)綜合評(píng)分法優(yōu)選出煙草水提液最佳醇沉工藝，旨在合理利用過剩煙草水提液，變廢為寶。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

乙醇，色譜純；煙草水提液，上海煙草集團(tuán)太倉(cāng)海煙煙草薄片有限公司提供。

Agilent 7890B-5977A 型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent 公司產(chǎn)品；XP205 型電子分析天平（感量：0.01 mg），瑞士Mettler Toledo 公司產(chǎn)品；TDL-5-A 型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；磨粉機(jī)，丹麥FOSS 公司產(chǎn)品；AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)分析儀，德國(guó)SEAL 公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 不同密度煙草水提液的制備

取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)煙草水提液適量，加一定量水稀釋，用密度計(jì)測(cè)量密度，分別配制成密度為1.188 6，1.167 0，1.145 1，1.123 7，1.090 2 g/cm3的煙草水提液。

1.2.2 煙草水提液醇沉工藝及煙草浸膏制備工藝

試驗(yàn)過程在潔凈燒杯中進(jìn)行，精密稱取上述5 種密度的煙草水提液200 g，在攪拌下將水提液中勻速加入一定量已知初體積分?jǐn)?shù)為99.7%的乙醇溶液，常溫靜置24 h。取上層清液在40 ℃和真空度8.5 kPa下濃縮成密度為1.3 g/cm3的煙草浸膏。

1.2.3 乙醇終體積分?jǐn)?shù)的影響

稱取200 g 密度為1.188 6 g/cm3煙草水提液5 份，在攪拌下往煙草水提液中勻速加入99.7%乙醇使煙草水提液終點(diǎn)乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為50.0%，60.0%，66.7%，71.4%，75.0%，常溫靜置24 h。取上層清液在40 ℃和真空度8.5 kPa 下濃縮成密度為1.3 g/cm3煙草浸膏。測(cè)定和計(jì)算有效成分保留率（煙堿、總糖和中性致香），總固體和大分子去除率，浸膏中煙堿、總糖和中性致香成分含量和多指標(biāo)綜合評(píng)分。

1.2.4 煙草水提液密度的影響

稱取200 g 密度為1.188 6，1.167 0，1.145 1，1.123 7，1.090 2 g/cm3煙草水提液5 份，在攪拌下將煙草水提液中勻速加入99.7%乙醇使煙草水提液終點(diǎn)乙醇體積分?jǐn)?shù)為66.7%，常溫靜置24 h。取上層清液在40 ℃和真空度8.5 kPa 下濃縮成密度為1.3 g/cm3煙草浸膏。測(cè)定和計(jì)算有效成分保留率（煙堿、總糖和中性致香成分），總固體和大分子去除率，浸膏中煙堿、總糖和中性致香成分含量和多指標(biāo)綜合評(píng)分。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

（1） 煙堿和總糖含量測(cè)定及保留率。煙堿和總糖的含量，分別按YC/T 159—2002 和YC/T 160—2002 進(jìn)行測(cè)定。

煙堿和總糖保留率（θ），按照公式（1） 計(jì)算：

（2） 總固體去除率。總固體含量測(cè)定參考文獻(xiàn)[9]的方法。

總固體去除率（η），按照公式（2） 計(jì)算：

（3） 大分子物質(zhì)去除率。大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、淀粉和果膠） 的含量，分別按GB 5009.5—2010，GB/T 5009—2003 和GB/T 10742—2008 進(jìn)行測(cè)定。

大分子去除率（ω），按照公式（3） 計(jì)算：

（4） 中性致香成分測(cè)定及保留率。中性致香成分含量測(cè)定參考文獻(xiàn)[10]的方法。

中性致香成分保留率（φ），按照公式（4） 計(jì)算：

（5） 多指標(biāo)綜合評(píng)分。多指標(biāo)綜合評(píng)分是對(duì)煙草水提液醇沉過程中大分子和總固體去除率和有效成分保留率（煙堿、總糖和中性致香成分） 進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。煙草水提液醇沉工藝權(quán)重系數(shù)的設(shè)計(jì)考慮到在優(yōu)先保留有效成分的前提下，盡可能多除去總固體和大分子物質(zhì)，故設(shè)置總固體去除率權(quán)重系數(shù)0.2，大分子去除率權(quán)重系數(shù)0.2，有效成分保留率權(quán)重系數(shù)0.6[11-13]。

綜合評(píng)分公式：

綜合評(píng)分=有效成分保留率得分+總固體去除率得分+大分子去除率得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)中性致香成分保留率的影響見圖1。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)中性致香成分保留率的影響

由圖1 可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，煙堿和總糖的保留率都呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，因?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)越高，越快產(chǎn)生沉淀而引起煙堿和總糖共沉[14]。其中，煙堿保留率大于總糖保留率，這說明通過醇沉作用煙草水提液中煙堿可得到有效保留。乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%～66.7%時(shí)，煙堿保留率較大，達(dá)到了84%以上。因此，從煙堿保留率角度出發(fā)，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%～66.7%比較適合。

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)總固體和大分子物質(zhì)去除率的影響見圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)總固體和大分子物質(zhì)去除率的影響

由圖2 可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，煙草水提液中總固體和大分子物質(zhì)去除率整體呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)≥71.4%，總固體含量去除率已經(jīng)達(dá)到最大。

不同乙醇體積分?jǐn)?shù)制備的浸膏中煙堿和總糖含量見表1。

表1 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)制備的浸膏中煙堿和總糖含量/%

由表1 可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增加，制備的浸膏中煙堿和總糖含量逐漸增加。其中，煙堿含量與煙草水提液中煙堿含量相比增加幅度最大。說明通過醇沉作用，煙堿含量可以得到有效富集。

不同乙醇體積分?jǐn)?shù)制備的浸膏中中性致香成分含量見表2。

表2 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)制備的浸膏中中性致香成分含量

由表2 可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)增加，制備的煙草浸膏中中性香味成分整體呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。乙醇體積分?jǐn)?shù)為66.7%時(shí)，浸膏中總的中性香味成分含量最高，大約是煙草水提液的5 倍。

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多指標(biāo)綜合評(píng)分影響見表3。

表3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)多指標(biāo)綜合評(píng)分影響

由表3 可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，醇沉效果綜合得分呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)。乙醇體積分?jǐn)?shù)為66.7%時(shí)綜合評(píng)分最高，醇沉效果最好。因此，綜合考慮選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為66.7%。

2.2 煙草水提液密度的影響

煙草水提液密度對(duì)煙堿（總糖） 保留率的影響見圖3。

圖3 煙草水提液密度對(duì)煙堿（總糖） 保留率的影響

由圖3 可知，隨著煙草水提液密度增大，煙堿和總糖保留率呈現(xiàn)先逐漸降低后趨于平緩的趨勢(shì)。當(dāng)水提液密度低至1.123 7 g/cm3及以下時(shí)，煙堿保留率顯著提升；當(dāng)水提液密度低至1.145 1 g/cm3及以下時(shí)，總糖保留率顯著提升。因?yàn)樗嵋好芏冗^大，則液體黏稠度較高，乙醇與煙草水提液難以充分接觸，所產(chǎn)生的沉淀易包裹水提液造成有效成分的損失。水提液密度過低，則水提液量較大，需耗費(fèi)大量乙醇，延長(zhǎng)后續(xù)濃縮時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)錢[9]。

煙草水提液密度對(duì)中性致香成分保留率的影響見圖4。

圖4 煙草水提液密度對(duì)中性致香成分保留率的影響

由圖4 可知，隨著水提液密度增大，煙草水提液中中性香味成分保留率變化不大，整體在90%～150%。整體而言，巨豆三烯酮4 和二氫獼猴桃內(nèi)酯保留率較其他3 種香味保留率低；茄酮、β - 大馬酮和巨豆三烯酮2 香味成分總量保留率較高，達(dá)到120%以上。因此，水提液密度的變化對(duì)煙草水提液中中性香味成分保留率影響不大。

煙草水提液密度總固體和大分子物質(zhì)去除率的影響見圖5。

圖5 煙草水提液密度總固體和大分子物質(zhì)去除率的影響

由圖5 可知，隨著水提液密度變大，總固體、蛋白、果膠和淀粉去除率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，且3 種大分子去除率都達(dá)到94%以上。因此，在此密度范圍內(nèi)，3 種大分子物質(zhì)幾乎可全部去除。

不同煙草水提液密度制備的浸膏中煙堿和總糖含量見表4。

表4 不同煙草水提液密度制備的浸膏中煙堿和總糖含量

由表4 可知，隨著水提液密度的增大，制備的浸膏中煙堿和總糖逐漸增加。其中，煙堿含量增加幅度最大。因此，將水提液進(jìn)行一定程度濃縮有助于制備高煙堿的浸膏。

不同煙草水提液制備的浸膏中中性致香成分含量見表5。

由表5 可知，隨著水提液密度的增大，制備的浸膏中茄酮、β - 大馬酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯和巨豆三烯酮含量逐漸增加，中性香味成分總量也是逐漸增加。因?yàn)殡S著水提液密度增大，雜質(zhì)去除率逐漸增大，中性香味成分富集倍數(shù)就越大，所以密度高的水提液制備的浸膏中中性香味成分含量高。因此，選擇密度高的水提液有助于提高浸膏品質(zhì)。

不同煙草水提液密度對(duì)多指標(biāo)綜合評(píng)分的影響見表6。

表6 不同煙草水提液密度對(duì)多指標(biāo)綜合評(píng)分的影響

由表6 可知，隨著水提液的密度增加，綜合得分呈現(xiàn)先增大后平緩的趨勢(shì)。在水提液密度為1.145 1～1.188 6 g/cm3時(shí)，綜合得分較高。水提液密度越大，制備浸膏時(shí)乙醇體積分?jǐn)?shù)越小。綜合考慮，最終選擇水提液密度為1.188 6 g/cm3，此密度恰好是造紙法再造煙葉煙草濃縮液密度。選擇此密度，再造煙葉煙草濃縮液可直接進(jìn)行醇沉，無需額外稀釋或者再濃縮。

3 結(jié)論

（1） 煙草水提液通過醇沉工藝，可選擇性地去除對(duì)煙草感官產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)，從而提高煙草水提液中有效成分相對(duì)含量，實(shí)現(xiàn)從過剩煙草水提液制備煙草浸膏，變廢為寶。

（2） 從2 個(gè)方面開展了煙草水提液醇沉工藝研究。結(jié)果表明，最佳醇沉工藝為乙醇添加量66.7%，水提液密度1.188 6 g/cm3。在此條件下，煙草水提液醇沉過程中大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、果膠和淀粉） 去除率達(dá)到90%以上，煙堿和總糖保留率為70%以上，中性致香成分保留率都在90%以上，制備的浸膏中中性致香成分相對(duì)于煙草水提液為4～6 倍。