一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂及其制备方法和应用
【专利说明】一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂及其制备方法和应用
[0001]本申请为《一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂及其制备方法和应用》的分案申请，原申请的申请日=2013.10.18，申请号:201310493334.2。
技术领域
[0002]本发明涉及烟草制备领域，特别是涉及一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0003]近年来有关吸烟和健康的研究发现，卷烟烟气中的自由基是引起各种疾病的重要原因。卷烟烟气自由基的直接毒性是直接损伤细胞和酶等物质，并与DNA结合使细胞转化而产生突变；其间接毒性是可在体内激活和产生大量活性更高毒性更大的其他自由基，如超氧自由基和羟基自由基，从而导致多种病变。每支卷烟的烟气产生约1*1016个自由基，烟气中的自由基一般分为两类，即气相自由基和粒相自由基。气相自由基性质非常活泼，以烷基自由基和烷氧基自由基为主；粒相自由基的性质较稳定，以醌类和半醌类、稠环芳烃类自由基为主。研究发现卷烟气相自由基具有较强的氧化性，而粒相自由基具有较强还原性；并且由于粒相自由基被包埋于烟气粒相聚合物基体中，因此对于粒相自由基的去除主要依赖于烟气总粒相物含量的整体的下降，选择性降低主流烟气中自由基含量的研究主要集中在气相自由基方面。
[0004]祛除卷烟烟气中自由基的研究取得了许多成果，如北京卷烟厂和中国科学院生物物理研究所利用绿茶提取物和维生素的混合物祛除卷烟烟气中气相自由基；希腊雅典大学的Stavridis领导的课题组用血红蛋白祛除烟气中气相自由基和其它有害物质，且利用研究成果分别生产出了 ENJ0Y、五叶神和BF等卷烟产品；广州神农烟科技有限公司等根据中医药学理论研制开发的“神农萃取液”降低卷烟气相自由基、TSNAs等有害成分；梅建华发明了一种以茶多酚和维生素C为有效成份的抑制氮氧自由基的卷烟滤嘴；赵保路等发明了一种能明显降低烟气中自由基的卷烟滤嘴，添加剂为前花青素，或花青素与维生素C混合使用。
[0005]由于这些技术大多采用抗氧化剂，而卷烟长期放置后抗氧化剂对自由基的祛除效果会受到影响，因此，寻找新型廉价、稳定、高效、缓释的抗氧化剂祛除卷烟烟气中气相自由基是非常必要的。过氧化氢酶又称触酶(Catalase，简称CAT)，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中，动物肝脏、红细胞、植物叶绿体以及细菌、真菌、放线菌等中含有大量过氧化氢酶。迄今过氧化氢酶已经成为农业，以及食品与乳制品业、纸浆和造纸业、农业环保产业中有应用价值的酶之一。过氧化氢酶是一个同源四聚体，每一个亚基含有超过500个氨基酸残基，每个亚基的活性位点都含有一个卟啉血红素基团，用于催化过氧化氢的反应。过氧化氢酶能够高效催化氧化还原反应，是目前已知几乎所有好氧生物体内最重要的抗氧化屏障；过氧化氢酶在有过氧化物的条件下，能迅速催化降解烟气中的氮氧化物，破坏气相自由基的反应链，从而降低烟气中气相自由基的含量。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种可选择性降低卷烟主流烟气中自由基含量的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂。本发明利用酶固定化技术，制成高效、稳定、缓释的生物酶烟用添加剂，生物酶选择过氧化氢酶，固定化剂可选择多孔淀粉、壳聚糖、壳聚糖衍生物等。
[0007]高活性抗氧化剂自氧化失活快、寿命短、适宜温度范围窄，通过固定化处理后可增强其稳定性，保留较高的酶活性，具有更强的温度适应能力和更宽的pH适应范围。由于酶的高活性，添加至滤嘴或烟丝中的添加剂量较小，烟气经过滤嘴后卷烟原有的香气味道没有被改变，不会破坏消费者的抽吸感受，易被广大消费者认可和接受；同时，此改性滤嘴可不需制成复合滤嘴，投入生产不需要巨大的设备改造投资。
[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中的问题。
[0009]本发明第一方面提供一种固定化的过氧化氢酶烟用添加剂，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂中，固定化试剂选自多孔淀粉、壳聚糖或壳聚糖衍生物等中的一种或多种的组合。
[0010]本发明第二方面提供所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的制备方法，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂中，固定化试剂为多孔淀粉，所述制备方法包括如下步骤:
[0011]I)将多孔淀粉加入过氧化氢酶溶液中，室温下充分搅拌后放入冰箱冷藏过夜；
[0012]2)将步骤I所得产物固液分离，所得沉淀水洗后抽滤、干燥，研磨过筛即得固定化的过氧化氢酶烟用添加剂。
[0013]优选的，所述步骤I中，多孔淀粉和过氧化氢酶溶液的投料比为Ig:8-12ml0
[0014]更优选的，所述步骤I中，将多孔淀粉加入过氧化氢酶溶液中以后，调酶液总体积至 20ml。
[0015]优选的，所述步骤I中，所述过氧化氢酶溶液的酶活性浓度为l*104CIU/ml，溶剂为中性磷酸缓冲液，浓度为0.05mol/Lo
[0016]优选的，所述步骤I中，搅拌的时间为6-10h。
[0017]优选的，所述步骤I中，冰箱冷藏过夜的温度为0°C。
[0018]优选的，所述步骤2中，将步骤I所得产物固液分离的具体方法为:将步骤I所得产物离心后弃上清液。
[0019]优选的，所述步骤2中，所得沉淀水洗的具体方法为:用去离子水反复冲洗。
[0020]优选的，所述步骤2中，干燥的温度为35_45°C。
[0021]优选的，所述步骤2中，过筛的具体条件为过80目筛。
[0022]本发明第三方面提供所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的制备方法，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂中，固定化试剂为壳聚糖或壳聚糖衍生物，所述制备方法包括如下步骤:
[0023]I)先将壳聚糖或壳聚糖衍生物溶于冰醋酸水溶液中，再在所得溶液中加入NaOH水溶液，使其产生白色絮状沉淀；
[0024]2)固液分离，将所得沉淀水洗至中性，过滤后即得壳聚糖载体；
[0025]3)将所得壳聚糖载体加入戊二醛溶液中，充分搅拌后静置，再过滤、水洗；
[0026]4)将步骤3所得产物加入磷酸缓冲液中，再加入过氧化氢酶溶液，充分搅拌后静置，再抽滤、干燥，研磨过筛即得固定化的过氧化氢酶烟用添加剂。
[0027]优选的，所述步骤I中，壳聚糖的平均分子量为2X 105-5X 105。
[0028]优选的，所述步骤I中，冰醋酸水溶液的浓度为0.8-1.2wt %。
[0029]优选的，所述步骤I中，NaOH水溶液的浓度为1.5-2.5mol/L。
[0030]优选的，所述步骤I中，壳聚糖或壳聚糖衍生物、冰醋酸水溶液、NaOH水溶液的投料比为 3g:1000-1200ml:4_6ml。
[0031 ] 优选的，所述步骤3中，戊二醛溶液为戊二醛水溶液，浓度为4_6wt %。
[0032]优选的，所述步骤3中，壳聚糖载体、戊二醛溶液的投料比为Ig:120-180ml。
[0033]优选的，所述步骤3中，搅拌的温度为室温，静置的时间长度为6_8h。
[0034]所述步骤3中，水洗的目的为洗去多余的戊二醛。
[0035]优选的，所述步骤4中，磷酸缓冲液的pH为6.0-8.0，浓度为0.05mol/L。
[0036]优选的，所述步骤4中，过氧化氢酶溶液的活性为l*104CIU/ml，溶剂为中性磷酸缓冲液，浓度为0.05mol/Lo
[0037]优选的，所述步骤4中，步骤3所得产物、磷酸缓冲液、过氧化氢酶溶液的投料比为Ig:40-50ml:14-18ml。
[0038]优选的，所述步骤4中，搅拌的温度为室温，静置的时间长度为5_7h。
[0039]优选的，所述步骤4中，干燥的温度为35_45°C。
[0040]优选的，所述步骤4中，过筛的具体条件为过80目筛。
[0041]本发明所提供的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的制备方法中，壳聚糖采取先交联后吸附的方式固定，即壳聚糖先与交联剂戊二醛充分交联后再吸附过氧化氢酶，较现有的先吸附后交联的方法有更高的固定化率。
[0042]本发明第四方面提供所述的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的制备方法在烟草制备领域的应用。
[0043]本发明第五方面提供一种降低烟气中气相自由基含量的方法，将所述的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的制备方法所制备的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂添加至醋酸纤维滤嘴或均匀喷洒至烟丝中。
[0044]优选的，添加至醋酸纤维滤嘴时，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的添加量为醋酸纤维丝束重量的0.2wt% -1.5wt%之间，最佳添加量为0.5wt%。
[0045]更优选的，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂添加至醋酸纤维滤嘴的具体方法为:在丝束制浆过程中添加，制成改性滤嘴。
[0046]更优选的，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂添加至醋酸纤维滤嘴的具体方法为:在纺丝上油过程中添加至醋酸纤维滤嘴表面制成改性滤嘴。
[0047]更优选的，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂添加至醋酸纤维滤嘴的具体方法为:将添加剂以可破裂胶囊的形式加于滤嘴中，制成改性滤嘴。
[0048]更优选的，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂添加至醋酸纤维滤嘴的具体方法为:以粉末的形式将添加剂含于滤嘴中制成复合滤嘴。
[0049]优选的，均匀喷洒至烟丝时，所述固定化的过氧化氢酶烟用添加剂的添加量为烟丝重量的0.2wt% -1.5wt%，最佳添加量为0.5wt%。
[0050]将本发明所提供的固定化的过氧化氢酶烟用添加剂制成功能性滤嘴后抽吸检测，卷烟主流烟气经此滤嘴过滤后气相自由基含量下降35% -43%，卷烟常规指标吸阻、烟碱、焦油及CO无明显变化。评吸此功能性滤嘴的卷烟刺激性略有降低，原有的烟气香味基本不变。
[0051]本发明中，过氧化氢酶经过环保无毒的固定化剂处理，固定化处理后酶稳定性好、能有效祛除卷烟烟气中的自由基，减害的同时保证醋酸纤维的可纺性、单丝强度、延伸率等不受影。
【具体