吳亦集，沈光林，陶紅，周瑢，林翔

廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廣州市中山七路333號(hào)510145

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的造紙法煙草再造煙葉生產(chǎn)工藝是將煙末和煙梗萃取，萃取液固液分離，固體部分制漿后抄制成紙基，液體部分濃縮后回涂到紙基上。在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中，萃取是第一道工序，目的是提取其中的煙堿等有效成分以便回用。萃取過程直接影響后續(xù)的生產(chǎn)過程，包括能耗、再造煙葉得率、生產(chǎn)成本、再造煙葉香氣質(zhì)量和污水處理等[1]。造紙法再造煙葉萃取過程大多是用水浸提煙草原料，這種浸提方法存在一些不足，如煙梗、煙末中的有效成分溶出率不高(只有40%左右);制備工藝僅僅是一個(gè)原材料的物理重組過程，大分子化合物在制備過程中幾乎不發(fā)生轉(zhuǎn)化，片基中仍存留有大量不溶性的多糖、蛋白、果膠、淀粉等不利成分。從而導(dǎo)致再造煙葉存在吃味品質(zhì)較差、雜氣重等吸味缺陷，影響了再造煙葉在卷煙產(chǎn)品中的使用效果和添加量。國(guó)內(nèi)通常采用加料的辦法來部分改善這些不足，但這種方法對(duì)再造煙葉的內(nèi)在品質(zhì)改變不大。如何降低再造煙葉的雜氣，改善口感，增濃煙香，是許多煙草生產(chǎn)企業(yè)迫切希望解決的技術(shù)難題[2]。何漢平等[3]研究了在萃取液中添加復(fù)合酶制劑以改善回加萃取液的再造煙葉的香氣品質(zhì);馬東萍等[4]采用生物酶處理煙梗;李魯和葛少林[5]研究了煙草薄片原料中蛋白質(zhì)的酶法降解。這些研究雖然在一定程度上改善了提取液的品質(zhì)，但煙草片基中仍有大量的不溶性的大分子物質(zhì)。纖維素酶和半纖維素酶已經(jīng)被造紙工業(yè)廣泛地用于改善纖維性能。磨漿前加酶，目的是提高漿料的打漿性能和改變纖維的性質(zhì)。打漿后加酶，主要是為了提高漿料的濾水性。一種纖維素酶和半纖維素酶混合成的商品酶——Pergalase-A 40(Trichoderma)已被許多造紙廠用于印刷用紙和證書用紙的木漿纖維改性[6]。20世紀(jì)80年代，Jackson等[7]采用纖維素酶和半纖維素酶處理經(jīng)一次干燥的漂白針葉木纖維，結(jié)果表明，酶處理木漿纖維雖然在一定程度上被酶降解，但纖維長(zhǎng)度基本不受影響，主要是比表面積較高的微細(xì)纖維更容易受到進(jìn)攻而降解。因此進(jìn)行了本實(shí)驗(yàn)，旨在提高煙草原料的萃取效率，減少片基中的蛋白質(zhì)、多糖和果膠等，進(jìn)一步改善再造煙葉的感官質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料

煙末、煙梗樣品(廣州卷煙二廠提供);50 000 U/g果膠酶、半纖維素酶(食品級(jí)，寧夏夏盛公司);0.8 AU/g中性蛋白酶Neutrase 0.8 L(食品級(jí)，諾維信公司)。

DZKW-4型電子恒溫水浴鍋(浙江英松儀器設(shè)備制造有限公司);NDJ-8S數(shù)顯粘度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司);Lambda 850紫外可見分光光度計(jì)(美國(guó)Perkin Elmer);Titrando836全自動(dòng)電位滴定儀(pH計(jì))(瑞士Metrohm公司);BS423S型電子天平(感量:0.001 g，德國(guó)Sartrius)等。

1.2 煙梗和煙末的萃取與測(cè)定

(1)熱水萃取:取100 g煙末或煙梗，加1 000 mL自來水(固液比為1∶10，g∶L)，50℃下攪拌(速度5 r/min)2 h，抽濾，得濾液和殘?jiān)?/p>

(2)酶處理萃取:取一定量的煙末或煙梗，按1∶10的量加入水，在水溫達(dá)到設(shè)定值后加入酶，在5 r/min的攪拌速度下保溫萃取一定時(shí)間。抽濾，得濾液和殘?jiān)?/p>

萃取后的固體煙末或煙梗殘?jiān)湃牒嫦洌?0℃下烘干，取出稱量。參照YC/T 31-1996測(cè)定萃取前后煙梗、煙末的干質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算其萃取后重量損失率;參照YC/T 159-2002，YC/T 161-2002 YC/T 249-2008和YC/T 160-2002規(guī)定的方法和文獻(xiàn)[8-9]分別檢測(cè)萃取前后煙梗和煙末的總糖、總氮、總蛋白質(zhì)、煙堿、細(xì)胞壁物質(zhì)、木素、綜纖維素和果膠。

取20 mL萃取液，于105℃下烘4～6 h至恒重，稱量，計(jì)算萃取液的含固量。采用DNS法(3，5-二硝基水楊酸法)[10-11]、GB/T 8314-87《茶游離氨基酸總量測(cè)定》規(guī)定的方法分別測(cè)定萃取液中的游離半乳糖醛酸、游離氨基酸含量;采用數(shù)顯粘度計(jì)和pH計(jì)分別測(cè)定萃取液的粘度(測(cè)定條件:1#轉(zhuǎn)子，60 r/min，40℃)和pH。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙梗和煙末加酶萃取條件的確定

分析結(jié)果(圖1)顯示:①隨著果膠酶、蛋白酶和半纖維素酶用量的增大，煙梗萃取液中的蛋白和還原糖含量增大。當(dāng)?shù)鞍酌?、果膠酶和半纖維素酶的用量分別達(dá)到0.12%、0.2%和0.3%時(shí)，萃取液中的蛋白含量和還原糖含量達(dá)到最大，分別為3.68，16.5和17.8 mg/mL。而后隨著酶用量的增大，萃取液中的蛋白和還原糖的含量并未發(fā)生明顯變化;②萃取液中的蛋白含量和還原糖含量隨著酶解時(shí)間的變化具有相同的趨勢(shì)，均在2 h左右達(dá)到最大值;③隨著酶解溫度由30℃上升至50℃，萃取液中的蛋白含量和還原糖含量幾乎呈線性增大，在50℃時(shí)達(dá)到最大，而后隨著溫度的升高，蛋白含量和還原糖含量反而降低。可能是因?yàn)闇囟忍咭种屏嗣傅幕钚?，甚至?xí)蛊溻g化;④煙末萃取液中的蛋白和還原糖含量受酶解溫度、酶解時(shí)間的影響與煙梗萃取液的基本相同，在應(yīng)用相同的酶進(jìn)行水解時(shí)，兩種物料在水解時(shí)間和水解溫度上差別不大，主要是酶的用量有差異，可能是二者化學(xué)成分含量的差異所致。考慮到煙梗中綜纖維素含量對(duì)于制漿抄紙時(shí)有一定的影響，確定煙梗和煙末的酶處理萃取條件為:處理溫度50℃;處理時(shí)間2 h;煙梗的酶用量0.5%(酶/煙梗質(zhì)量分?jǐn)?shù)，果膠酶、半纖維素酶和蛋白酶質(zhì)量比2∶2∶1);煙末的酶用量0.8%(果膠酶、半纖維素酶和蛋白酶質(zhì)量比1∶2∶2)。

2.2 加酶萃取對(duì)煙梗和煙末化學(xué)成分的影響

圖1 酶用量、酶解溫度、酶解時(shí)間對(duì)煙末、煙梗萃取液蛋白質(zhì)和還原糖含量的影響

表1 萃取前后煙梗和煙末的化學(xué)組成(%)

從分析結(jié)果(表1)可以看出，萃取后，煙梗和煙末的重量、總糖、煙堿和蛋白質(zhì)含量均有大幅降低，而且加酶萃取的降幅比熱水萃取的略大，這說明加酶萃取對(duì)煙草可溶性成分包括糖類和煙堿以及蛋白質(zhì)的溶出有一定的作用。然而，萃取后，煙梗和煙末中的細(xì)胞壁物質(zhì)、綜纖維素和果膠含量卻大幅升高，按理，加入酶后會(huì)有更多的不溶性大分子物質(zhì)如細(xì)胞壁物質(zhì)、纖維素和果膠經(jīng)過分解轉(zhuǎn)化成為可溶物溶于萃取液中，其殘?jiān)泻繎?yīng)該降低，這可能是殘?jiān)械目扇苄猿煞趾肯鄬?duì)較小造成的。為了更好地了解加酶萃取對(duì)煙梗和煙末中大分子物質(zhì)的影響，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)計(jì)算了熱水萃取和酶處理萃取后細(xì)胞壁物質(zhì)、蛋白質(zhì)、綜纖維素和果膠的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表2。

從表2可以看出:①不管是煙末，還是煙梗，加酶萃取細(xì)胞壁物質(zhì)、蛋白質(zhì)、綜纖維素和果膠的轉(zhuǎn)化率均明顯高于熱水萃取，尤其是細(xì)胞壁物質(zhì)、綜纖維素和果膠，這說明加酶萃取確實(shí)可以使煙末和煙梗中這些大分子成分大幅降低;②不管是加酶萃取，還是熱水萃取，煙末和煙梗中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化率均很高，加酶萃取的轉(zhuǎn)化率在60%，熱水萃取的接近50%，這說明加酶萃取和熱水萃取都可顯著降低煙末和煙梗中的蛋白質(zhì)，加酶萃取的效果更好;③煙末的酶解效果較煙梗好，主要原因是煙末中含有較多的不溶蛋白質(zhì)，不溶性的大分子蛋白經(jīng)過酶水解后，肽鏈被打斷，暴露較多的氫鍵，使溶解性提高，轉(zhuǎn)移至萃取液中，另一方面，煙末的比表面積大，與萃取液接觸面積大，經(jīng)過酶破壁后，有利于萃取的進(jìn)行。片基中存在較多的此類成分正是造成再造煙葉煙氣的苦味增加，有蛋白臭味，燃燒性降低，木質(zhì)氣重的主要原因[12-13]。因此，將這種經(jīng)過酶處理后的煙梗、煙末固體部分抄制成紙基，對(duì)于改善再造煙葉的口感和減少刺激性是有利的。

表2 不同處理后煙梗和煙末樣品中細(xì)胞壁物質(zhì)、蛋白質(zhì)、綜纖維素和果膠的轉(zhuǎn)化率①(%)

2.3 加酶對(duì)煙梗、煙末萃取液理化性質(zhì)的影響

加酶和不加酶煙梗和煙末萃取液的理化檢測(cè)結(jié)果見表3。由此可見:①與不加酶的對(duì)照相比，不管是煙末，還是煙梗，加酶萃取液的固形物含量升高，但其粘度均有不同程度的降低，這可能是由于一些大分子，特別是蛋白質(zhì)和果膠的降解，使得萃取液的粘度有了一定程度的降低，這在一定程度上避免濃縮液在存放過程中出現(xiàn)的結(jié)膠現(xiàn)象;②加酶萃取液的總糖、還原糖、總氮和游離氨基酸的含量明顯增大，而其pH和煙堿含量略有下降，這可能是大分子化合物被降解后產(chǎn)生了一些有機(jī)酸的緣故，如蛋白質(zhì)水解后生成較多的游離氨基酸，果膠水解生成半乳糖醛酸。這些對(duì)于改善再造煙葉品質(zhì)至關(guān)重要。

表3 酶處理前后煙梗、煙末萃取液理化性質(zhì)

3 結(jié)論

在造紙法再造煙葉萃取工藝過程中加入果膠酶、半纖維素酶和蛋白酶復(fù)合酶制劑，能夠有效降解再造煙葉原料煙末和煙梗中的蛋白質(zhì)、果膠及纖維素等，提高萃取液中的氨基酸和還原糖的含量，有利于改善造紙法再造煙葉的感官質(zhì)量。

本研究用的復(fù)合酶對(duì)在再造煙葉生產(chǎn)過程中的打漿及紙漿抄造過程的影響，有待在后續(xù)的工作中進(jìn)一步研究。

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