熱醇化技術(shù)應(yīng)用于煙草過剩提取液深加工處理研究

盧 嵐，沈 進(jìn)，王 寧

(上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司技術(shù)中心，江蘇 太倉 215433)

造紙法再造煙葉是以水為主要萃取溶劑，將煙草原料(如煙末、碎煙片、煙梗等)的可溶性成分和不溶性成分固液分離，可溶部分進(jìn)行濃縮，不溶部分進(jìn)行制漿，然后經(jīng)抄造、涂布、干燥等工序制成的均質(zhì)化煙葉[1]。在這一系列過程中，根據(jù)物料衡算，會有一部分提取液過剩，而隨著新技術(shù)的逐步投入使用，提取液過剩現(xiàn)象逐步加劇，若將多余的提取液直接進(jìn)行排放，一方面會對污水站的污水處理能力形成較大的挑戰(zhàn)，另一方面提取液中含有較多的有效成分，如煙草香味成分、有機酸、多酚[2-4]等，直接排放會造成大量的浪費。

近年來，電子煙市場呈現(xiàn)快速增長趨勢，為了追求與傳統(tǒng)卷煙相似的吸食感受，電子煙中往往會使用煙草提取物，但成本較高，若對煙草過剩提取液進(jìn)行更有效的資源利用，不僅可以降低電子煙的具有煙草風(fēng)格煙葉原料的成本，而且能保護(hù)環(huán)境，變廢為寶。

本論文根據(jù)熱醇化作用原理[5]，對過剩提取液開展了熱醇化處理技術(shù)研究，即在提取液離線深加工前，對提取液采用熱醇化技術(shù)進(jìn)行“前處理”，再進(jìn)行醇沉[6]，以降低煙草提取液以及煙草浸膏中的總糖含量，同時提高致香成分含量，旨在為制備適用于電子煙以及其他煙草制品的高品質(zhì)煙草浸膏提供參考。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

煙草基片、煙草提取液、煙草薄片調(diào)制液均取自上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司生產(chǎn)車間現(xiàn)場；氫氧化鉀(分析純)；乙酸苯乙酯(分析純)，甲基叔丁基醚(色譜純)，無水硫酸鈉(分析純)；脯氨酸(生物試劑)；谷氨酸(99%)；天門冬氨酸(分析純)；甘氨酸(食品級)；苯丙氨酸(分析純)；色氨酸(99%)。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A/5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司；DB-WAXETR毛細(xì)管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國安捷倫科技有限公司；VENTICELL鼓風(fēng)干燥箱，德國MMM公司；XP603S電子天平(感量0.1 mg)，瑞士梅特勒-托利多公司；AA3流動分析儀，德國SEAL公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，瑞士BUCHI公司；臺式高速離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠；超聲波清洗機，上海聲彥超聲波儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 熱醇化處理

取再造煙葉提取液200 g，加入適量氫氧化鉀將pH值調(diào)節(jié)至8.9，再加入0.2%復(fù)合氨基酸(脯氨酸∶谷氨酸∶天門冬氨酸∶丙氨酸∶甘氨酸∶苯丙氨酸∶色氨酸=150∶82∶70∶43∶32∶29∶7)，90 ℃下熱醇化72 h。

1.3.2 醇沉處理

將熱醇化處理后的提取液，加入518 g初始濃度為95%的乙醇進(jìn)行醇沉，其中乙醇的滴加速度為0.15～0.25 L/min，提取液初始溫度為5 ℃，醇沉8 h，取上層清液，在旋轉(zhuǎn)濃縮液上40 ℃濃縮至密度為(1.18±0.1)g/cm3，即得煙草浸膏。

1.4 檢測方法

1.4.1 總糖含量檢測

采用《YC/T 159-2002 煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續(xù)流動法》進(jìn)行測定。

1.4.2 致香成分檢測

樣品前處理：取煙草提取液10 mL，加入40 μL 10 mg/mL的乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)溶液，以及20 mL甲基叔丁基醚，超聲萃取1 h，再放置在恒溫?fù)u床上，震蕩4 h，靜置過夜，離心，取上層清液，加入適量無水硫酸鈉，在旋轉(zhuǎn)濃縮儀中濃縮40 ℃至1 mL，取出過濾待GC/MS上樣分析。

GC/MS分析條件：色譜柱DB-waxlter(60 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管柱；進(jìn)樣口溫度：240 ℃；載氣：高純He，流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：1 μL；不分流進(jìn)樣；升溫程序：40 ℃保持2 min，以3 ℃/min的速度升至230 ℃，保持20 min，總分析時間為85.33 min；傳輸管線溫度：240 ℃；離子源溫度：230 ℃，四級桿溫度：150 ℃；電離方式：EI源；電離能量：70 eV；掃描方式：全掃描(Scan)；質(zhì)量掃描范圍m/z：29～450 amu。

定性方法：采用NIST14.L和Wiley7n.L標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱醇化處理條件對降低提取液總糖含量的影響

2.1.1 復(fù)合氨基酸添加比例的影響

在其他條件保持不變的情況下，考察了不同比例復(fù)合氨基酸對降低提取液總糖含量的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，隨著復(fù)合氨基酸添加比例的增加，總糖含量逐漸降低，當(dāng)復(fù)合氨基酸添加比例為0.2%時，總糖含量接近最低值，此后，隨著復(fù)合氨基酸添加比例的增加，總糖含量基本保持不變，因此，選擇0.2%的復(fù)合氨基酸為最佳添加比例。

圖1 復(fù)合氨基酸添加比例對總糖含量的影響關(guān)系Fig.1 Influence of compound amino acid addition ratio on total sugar content

2.1.2 pH值的影響

在其他條件保持不變的情況下，考察了不同pH值對降低提取液總糖含量的影響，結(jié)果如圖2所示，隨著pH值的增加，總糖含量逐漸降低，由于將提取液pH值調(diào)節(jié)至9.8需加入的氫氧化鉀較多，故選擇的最佳pH為8.9，該條件下降糖效果較好且加入的氫氧化鉀也相對較少。

圖2 復(fù)合氨基酸添加比例對總糖含量的影響關(guān)系Fig.2 Influence of compound amino acid addition ratio to total sugar content

2.1.3 反應(yīng)溫度的影響

在其他條件保持不變的情況下，考察了不同反應(yīng)溫度對降低提取液總糖含量的影響，由于煙草提取液中的溶劑為水，溫度不能高于100 ℃，故將考察的溫度選擇在60～90 ℃范圍內(nèi)，結(jié)果如圖3所示，隨著反應(yīng)溫度的增加，總糖含量逐漸降低，尤其是從80 ℃到90 ℃時，降低幅度較為明顯，因此，選擇90 ℃為最佳反應(yīng)溫度。

圖3 反應(yīng)溫度對總糖含量的影響關(guān)系Fig.3 Influence of reaction temperature to total sugar content

2.1.4 反應(yīng)時間的影響

在其他條件保持不變的情況下，考察了反應(yīng)時間對降低提取液總糖含量的影響，結(jié)果如圖4所示，隨著反應(yīng)時間的延長，總糖含量逐漸降低，當(dāng)反應(yīng)時間為72 h時，總糖含量降低幅度趨于平緩，因此，選擇72 h為最佳的反應(yīng)時間。

圖4 反應(yīng)時間對總糖含量的影響關(guān)系Fig.4 Influence of reaction time to total sugar content

綜上，煙草提取液降低總糖的最佳條件為：pH值8.9，復(fù)合氨基酸添加比例0.2%，反應(yīng)溫度90 ℃，反應(yīng)時間72 h。

2.2 熱醇化處理對降低提取液和煙草浸膏中總糖含量的影響

在最佳的熱醇化條件下，處理得到醇化前后的煙草提取液，并通過醇沉技術(shù)，對醇化前后提取液進(jìn)行處理，得到熱醇化處理前后的煙草浸膏，對其中的總糖含量變化考察結(jié)果如表1所示。

表1 熱醇化處理前后提取液、煙草浸膏中總糖含量變化Table 1 Changes of total sugar content in tobacco extract and preparation of tobacco extract before and after thermal alcoholization

由表1結(jié)合圖5可以看出，煙草提取液經(jīng)熱醇化處理以后，其總糖含量明顯降低，降低幅度達(dá)66.07%，在此基礎(chǔ)上制備的煙草浸膏，總糖含量也明顯降低，降低幅度達(dá)66.42%，說明煙草浸膏中的總糖含量隨著提取液中總糖含量的降低而降低，而煙草浸膏中總糖含量的降低，一方面對提高和穩(wěn)定煙草薄片質(zhì)量具有重要意義，另一方面，煙草浸膏通常被用來提高電子煙的抽吸品質(zhì)，但對其中的糖含量有一定要求，因為糖類物質(zhì)在200～250 ℃下無法氣化，最終會沉積在霧化器上，縮短電子煙器具壽命。

圖5 熱醇化處理前后提取液、煙草浸膏中總糖含量變化Fig.5 Changes of total sugar content in tobacco extract and preparation of tobacco extract before and after thermal alcoholization

2.3 熱醇化處理對提取液和煙草浸膏中致香成分的影響

2.3.1 熱醇化處理對提取液中致香成分的影響

為探尋熱醇化處理技術(shù)對提取液中致香成分的影響，在pH值8.9，復(fù)合氨基酸添加比例0.2%，反應(yīng)溫度90 ℃，反應(yīng)時間72 h下，對熱醇化處理前后提取液中的主要致香成分進(jìn)行了GC/MS半定量分析，結(jié)果如表2所示。

表2 熱醇化處理前后提取液中的主要致香成分分析Table 2 Analysis of main aromatic components in the extract before and after thermal alcoholization

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，煙草提取液中共檢測出49種致香成分，而醇化后的提取液中共檢測出74種致香成分，兩者共有的致香成分有44種，由此可見，煙草提取液在熱醇化過程中原有的致香成分種類損失較少，一共只有5種，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知，損失的這些致香成分的含量均低于0.1 μg/g，與此同時，煙草提取液在熱醇化過程中生成了較多的致香成分，其致香成分總量由熱醇化前的11.07 μg/g，增加為熱醇化后的15.79 μg/g，主要為一些吡嗪類、酮類、醇和酯類等物質(zhì)，其中吡嗪類物質(zhì)2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡，它們對煙草及煙草制品的感官特性有著非常重要的影響，是評價煙草及煙草制品感官質(zhì)量的重要指標(biāo)[7]；3-羥基-2-丁酮具有強烈的奶油、脂肪、白脫樣香氣，高度稀釋后有令人愉快的奶香氣，β-大馬酮具有較濃的玫瑰和水果味的香氣味，并帶有一種顯著的煙葉氣味，亞麻酸甲酯具有甜、增加濃度的作用。

2.3.2 熱醇化處理對煙草浸膏中致香成分的影響

為進(jìn)一步探尋熱醇化處理技術(shù)對煙草浸膏中致香成分的影響，在pH值8.9，復(fù)合氨基酸添加比例0.2%，反應(yīng)溫度90 ℃，反應(yīng)時間72 h下，對熱醇化處理前后煙草浸膏中的主要致香成分進(jìn)行了GC/MS半定量分析。

由表3中數(shù)據(jù)，煙草提取液經(jīng)醇化后制備的浸膏，共檢測出致香成分55種 ，而正常煙草提取液制備的浸膏共檢測出致香成分38種，其致香成分總量由34.41 μg/g增加為39.18 μg/g，可見，煙草提取液經(jīng)熱醇化處理，不僅可以提高提取液中致香物質(zhì)的種類和數(shù)量，同時也可提高煙草浸膏中的致香物質(zhì)的種類和數(shù)量。且增加的致香物質(zhì)主要為酮類、醇類和酯類等物質(zhì)，絕大多數(shù)提取液中增加的物質(zhì)一致。

表3 煙草提取液熱醇化處理前后制備的浸膏中致香成分的含量Table 3 Contents of aromatic components in tobacco extract prepared before and after thermal alcoholization

由此可見，煙草提取液經(jīng)熱醇化處理后，由其制備的煙草浸膏相較于未經(jīng)熱醇化處理的煙草提取液制備的浸膏，致香成分種類和含量明顯增加，增加的致香物質(zhì)包括酮類、醇類和酯類等，主要是熱醇化過程中產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物以及煙草本香類物質(zhì)，這些物質(zhì)可賦予卷煙酒香、烤煙香、焦甜等氣味，進(jìn)而提升煙草浸膏品質(zhì)。

3 結(jié) 論

本論文通過對熱醇化處理技術(shù)在煙草過剩提取液再利用方面的研究，得到結(jié)論如下：

(1)優(yōu)化了熱醇化條件，得到最佳的處理條件為pH值8.9，復(fù)合氨基酸添加比例0.2%，反應(yīng)溫度90 ℃，反應(yīng)時間72 h；

(2)對比分析了熱醇化處理前后煙草過剩提取液、煙草浸膏中總糖的含量變化關(guān)系，得到在最佳熱醇化條件下得到的煙草提取液總糖含量降低幅度達(dá)66.07%，由其制備的煙草浸膏的總糖含量降低幅度達(dá)66.42%；

(3)將熱醇化技術(shù)應(yīng)用于煙草過剩提取液的再利用研究，可明顯降低煙草浸膏中的總糖含量，同時能致香物質(zhì)的種類和數(shù)量，進(jìn)而提升煙草浸膏品質(zhì)，不僅實現(xiàn)了煙草過剩提取液的資源化利用，也為電子煙用及其他煙草制品用煙草浸膏的開發(fā)提供了新的技術(shù)參考。