专利名称：利用多种生物酶增强和改善烟草浸膏香气的方法
技术领域：
本发明涉及一种香料的制备方法，特别是涉及一种生物酶处理烟草浸膏增强和改善烟草浸膏香气的生产方法。
背景技术：
烟草浸膏是一种深棕色粘稠膏体，具有烟草的特征性香气。根据烟叶的品种，烟草浸膏通常可分为烤烟浸膏、白肋烟浸膏和香料烟浸膏三类。常见的烟草浸膏有云烟浸膏、豫烟浸膏、香料烟浸膏、凤凰烟浸膏和白肋烟浸膏。烟草浸膏可用于烟草香精中增强补充烟草固有特征的自然香气，圆和烟气，掩盖单一地区烟叶的地方性气息。在烤烟型香精中用量3％-5％，混合型香精中用量白肋烟浸膏5％-10％、云烟浸膏3％-5％、香料烟浸膏1％-2％。
最近十几年，国内一些香料厂家和科研单位相继开展了烟草浸膏的研究与生产，先后开发出了白肋烟浸膏、云烟浸膏和晒红烟浸膏等天然烟草香料。杨一兵利用烟草原料用水萃取，萃取液酸化，萃取液酸化后蒸馏浓缩，浓缩物重蒸馏得挥发油，萃取液的浓缩物用醇沉淀，回收醇后加入挥发油便得烟草浸膏。韩贵忠和杨一兵以晒红烟的废料如烟末、烟拐、烟片为原料，经水提、浓缩、乙醇沉淀等工序制取晒红烟浸膏。康武成等人以白肋烟去杂烟末浸膏加醇、加水分次萃取，取萃取液过滤，浓缩、加香得棕褐色膏状物产品，具有浓郁的白肋烟香，烟碱含量＞4％，醇溶解量39.12％。
但是，到目前为止，国内的烟草浸膏品种还比较少，质量尚有待于进一步提高，在一定程度上阻碍了烟草工业的进一步发展，为此产业部门希望有关的科技人员，提供一种价廉物美简单易行的提高和改善烟草浸膏香气的方法，推动烟草工业的技术进步。本发明利用生物酶处理烟草浸膏以增强和改善烟草浸膏香气方面填补了国内空白，具有较强的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用多种生物酶处理烟草浸膏以增强和改善烟草浸膏香气的方法，使其制得的烟草浸膏，香气强度进一步提高，香气质量进一步改善，香气更加逼真、自然。
本发明的构思是这样的烟草浸膏是一种在卷烟制品中通常使用的烟用香料，它可以增强卷烟产品的特征性卷烟香气。但烟草浸膏中含有少量的纤维素、半纤维素以及果胶等大分子物质，这些物质的存在会影响卷烟产品的香气质量，同时由于这些大分子物质的存在还会影响烟草浸膏在乙醇、丙二醇以及甘油中的溶解性能；另外，在烟草浸膏中还含有大量的香料前体-糖苷类物质，糖苷类物质是是指环状单糖上的半缩醛与R-OH、R2NH及R-SH等形成的一类缩醛型的化合物，由糖基、配基通过糖苷键连接，大都以β构型半缩醛羟基形成的β-糖苷存在。多数糖苷能溶于水，以及酒精、丙酮等有机溶剂，溶解度远大于游离态配基。糖苷溶液具有易被酸和酶水解等性质。其中与香料物质结合的小分子糖类物质有葡萄糖、半乳糖等。糖苷类物质本身没有香气，只有在食品加工中在温度、酸性或酶的作用下或烟草燃吸过程中在高温的作用下，糖苷类物质发生断链，从而释放出与小分子糖类物质键合的香料物质。
采用市售的烟草浸膏为原料，添加适量的水，进行混合均匀、加热恒温后，进行酶解，加入的酶为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上酶的复合酶，将果胶或纤维素等大分子水解成为对增强和改善烟草浸膏香气有用的小分子物质，然后，加入添加适量的β-葡萄糖苷酶，将烟草浸膏中的香料前体-糖苷类物质水解成致香成分和小分子糖类物质，从而增强和改善烟草浸膏的香气。酶解后的物料经加热灭酶、冷却、真空浓缩后即得所需的产品。
通过处理后的产品，大分子的纤维素、半纤维素以及果胶等大分子物质得以降解，烟草浸膏的内在组成发生改变，内在质量提高；香料前体-糖苷类物质也被降解为香料物质和小分子糖类物质，产品的香气强度得以增强，香气质量也得到改善；产品在乙醇、丙二醇以及甘油中的溶解性能也得到改善。
本发明亦是这样实现的
由于烟草浸膏中含有少量的纤维素以及果胶等大分子物质，纤维素、半纤维素类物质是由多个葡萄糖残基通过β-1，4-糖苷键聚合而成的多糖物质；果胶是由β-半乳糖醛酸聚合而成的大分子物质，其侧链上也含有许多小分子的糖，如葡萄糖、阿拉伯糖、麦芽糖等，在果胶酶的作用下，果胶物质被酶解成β-半乳糖醛酸以及葡萄糖、阿拉伯糖、麦芽糖等，这些小分子的糖类物质在烟草燃吸过程中，可以作为糖源参与美拉德反应过程，从而丰富烟香；另外烟草浸膏中还含有大量的糖苷类香料前体物质，这些物质在β-葡萄糖苷酶的作用下释放出香料物质，从而增强产品的香气。
本发明中的酶解过程全部在全自动生物反应器中进行，该生物反应器具有自动控制酶解的温度、pH、搅拌速率和酶解时间的功能。
先在生物反应器中加入烟草浸膏。由于烟草浸膏是一种粘稠体系，因此在进行酶解前要加入一定量的水，所说的水可以是蒸馏水、去离子水或纯净水中的一种。添加的水量为烟草浸膏含量的4-15倍(重量百分比，W/W)。添加水之后，进行搅拌至烟草浸膏分散均匀，形成烟草浸膏水分散体系。
在搅拌的情况下，开始对烟草浸膏水分散体系进行迅速加热杀菌，升温速率为5-15℃/分钟，杀菌温度为70-90℃，保持5-20分钟。杀菌后，迅速对体系进行冷却，冷却的介质可以为水或其它温控冷却介质。当温度下降到40℃-55℃时，停止冷却。
保持体系温度在40℃-55℃，加入纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，进行搅。搅拌的速率控制在50转/分-200转/分，速率不宜太快，否则体系会由于搅拌带入大量的空气，从而产生较多的泡沫，从而引起由于表面张力过大而造成酶活的下降；加入的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶可以分别为它们的单一酶，也可以为这三种酶中的两种和两种以上酶的复合酶，其加入量均为烟草浸膏和水总量的0.1-0.5％(W/W)。酶解的pH控制在4-6，酶解的时间一般根据所添加酶的活力以及酶解进行的程度而定，通常酶解的时间为15分钟-5小时。
在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入β-葡萄糖苷酶，对烟草浸膏中的香料前体-糖苷类物质进行酶解，酶解的温度仍然控制在40-55℃，酶解时酶解体系的pH控制在4-6的范围内，酶的添加量为烟草浸膏和水总量的0.05-0.5％(W/W)，酶解的时间为15分钟-3小时。
酶解完成后，对酶解体系进行加热灭酶，灭酶的温度通常为75-90℃，灭酶的时间为5-20分钟，搅拌速率仍然控制在50转/分-200转/分。
灭酶完成后，迅速冷却至室温，冷却的介质可以为水或其它温控冷却介质，冷却速率为3-15℃/分钟。
由于酶解后的产品中含有大量的水分，因此需要进行浓缩。将酶反应器的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在40-55℃，真空度控制在100Pa-800Pa。真空浓缩仪的冷却介质的温度-20-5℃，可以降低挥发性香料物质的损失。当产品中的水分含量为1-5％时，停止浓缩。把物料放出，即为所得到的产品。
有益效果本发明很好地保留了烟草浸膏中的许多致香成分，这些致香成分都没有发生大的变化，在保留这些物质的基础上，通过酶解生成了许多烟草浸膏中不存在的致香成分，主要来源于糖苷类物质的水解。同时它还生成了许多小分子的糖类物质和β-半乳糖醛酸，这些小分子组分是一些非常有用的潜香物质，这些物质本身没有香味，但是它们在烟草燃吸时能产生重要的致香成分，可以改善卷烟的品质，丰富烟香。
通过酶处理后的产品，其在丙二醇或乙醇中的溶剂性能大大提高，这说明了烟草浸膏中的大分子的纤维素、半纤维素以及果胶等大分子物质得以降解，烟草浸膏的内在组成发生改变，其溶解性能提高；通过SPME/GC/MS(固相微萃取/气质联用仪)测得的烟末浸膏经酶法处理前、后主要挥发性成分及其相对含量(见表1)。
表1 烟末浸膏经酶法处理前、后主要挥发性成分及其相对含量
从上表可以发现，烟末浸膏经多种酶处理后，其中的许多挥发性成分发生了一定的变化，致香成分的种类增加，香气更加丰富。
另外，把烟末浸膏和酶法处理后的烟末浸膏用95％乙醇进行萃取，然后经高效液相(HPLC)分析后发现，酶法处理后的萃取液中一些醇类或多酚类物质的种类增加，例如经酶法处理后的烟末浸膏萃取液中含有kaempferol、quercetin、stignasterol、sitosterol和Propenyl guaethol等多种物质，这些物质原来都是以糖苷的形式存在烟草中的，在β-葡萄糖苷酶的作用下，这些物质开始以游离态的形式存在。烟末浸膏和酶法处理后的烟末浸膏用去离子水进行萃取，其水相萃取液中小分子的糖类含量迅速增加，例如葡萄糖，阿拉伯糖，甘露糖等，半乳糖醛酸的含量也迅速增加。
实施例下面通过实施例对本发明作进一步阐述，但所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例一称取10克烤烟浸膏于生物反应器中，加入50克去离子水，以200转/分的速度进行搅拌，搅拌20分钟后。以8℃/分钟速率加热升温至85℃，保持10分钟进行杀菌。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到50℃时，停止冷却。在搅拌情况下，分别加入0.2％(W/W)的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N盐酸或氢氧化钠调节体系的pH至5，酶解2小时。在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.3％(W/W)的β-葡萄糖苷酶，酶解的温度仍然控制在50℃，体系的pH为5，酶解的时间为2小时。酶解完成后，对酶解体系进行加热灭酶，灭酶的温度为75℃，灭酶的时间为20分钟，搅拌速率仍然控制在200转/分。灭酶完成后，用水迅速冷却至50℃。将酶反应器的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在45℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩，得到产品。
实施例二称取10克烤烟烟末浸膏于生物反应器中，加入100克去离子水，以200转/分的速度进行搅拌，搅拌15分钟后。以10℃/分钟速率加热升温至90℃，保持5分钟进行杀菌。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到55℃时，停止冷却。在搅拌情况下，分别加入0.1％(W/W)的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N盐酸或氢氧化钠调节体系的pH至5.5，酶解90分钟。在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.2％(W/W)的β-葡萄糖苷酶，酶解的温度控制在50℃，体系的pH为5.5，酶解的时间为2小时。酶解完成后，对酶解体系进行加热灭酶，灭酶的温度为80℃，灭酶的时间为15分钟，搅拌速率仍然控制在200转/分。灭酶完成后，用水迅速冷却至50℃。将酶反应器的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在50℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩，得到产品。
实施例三称取10克香料烟浸膏于生物反应器中，加入80克去离子水，以200转/分的速度进行搅拌，搅拌20分钟后。以8℃/分钟速率加热升温至75℃，保持30分钟进行杀菌。杀菌后，用水迅速对体系进行冷却，当温度下降到45℃时，停止冷却。在搅拌情况下，加入0.3％(W/W)的纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶的复合酶，搅拌的速率控制在50转/分，用0.1N盐酸或氢氧化钠调节体系的pH至6，酶解2小时。在纤维素酶、半纤维素酶以及果胶酶酶解完成后，加入0.1％(W/W)的β-葡萄糖苷酶，酶解的温度控制在50℃，体系的pH调整为5，酶解的时间为90分钟。酶解完成后，对酶解体系进行加热灭酶，灭酶的温度为75℃，灭酶的时间为20分钟，搅拌速率仍然控制在200转/分。灭酶完成后，用水迅速冷却至50℃。将酶反应器的产品转移到真空浓缩仪中，进行浓缩处理。浓缩的温度控制在45℃，真空度控制在200Pa。当产品中的水分含量为5％时，停止浓缩，得到产品。
权利要求
1.一种利用多种生物酶增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，该方法以市售的烟草浸膏为主要原料，置于生物反应器中，加水、搅拌成均匀的烟草浸膏水分散体系，经加热灭菌、冷却后，保持体系温度在40℃-55℃，在搅拌情况下进行酶解，加入的酶为果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或几种单体酶，或为选自其中的两种或两种以上的复合酶，酶解时间15分钟-5小时；再加入β-葡萄糖苷酶，酶解时间为15分钟-3小时；酶解完成后，加热灭酶、冷却至室温，经浓缩处理后得到产品；其中，反应物的用量分别为添加的水量为烟草浸膏重量的4-15倍，所加入的果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶中的一种或三种酶的复合酶的添加量，均为烟草浸膏和水总重量的0.1-0.5％，加入的β-葡萄糖苷酶的添加量为烟草浸膏和水总量的0.05-0.5％；酶解体系的pH值均为4-6。
2.如权利要求1所述的增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，加热灭菌温度为70-90℃，升温速率为5-15℃/分钟，灭菌时间为5-20分钟。
3.如权利要求1所述的增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，酶解时的搅拌速率为50转/分-200转/分。
4.如权利要求1所述的增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，加热灭酶温度为75-90℃，灭酶时间为5-20分钟。
5.如权利要求1所述的增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，灭酶完成后至室温，冷却速率为3-15℃/分钟。
6.如权利要求1所述的增强和改善烟草浸膏香气的方法，其特征在于，酶解后的产品置于真空浓缩仪中浓缩处理，浓缩的温度为40-55℃，真空度控制在100Pa-800Pa，真空浓缩仪的冷却介质的温度为-20-5℃，浓缩至产品中的水分含量为1-5％。
全文摘要
本发明提供一种采用市售的烟草浸膏为原料，通过添加果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶及β－葡萄糖苷酶进行酶解，以增强和改善烟草浸膏香气的生产方法。本发明很好地保留了烟草浸膏中的许多致香成分，且通过酶解生成了许多烟草浸膏中不存在的致香成分，同时它还生成了许多小分子的糖类物质和β－半乳糖醛酸，可以改善卷烟的品质，丰富烟香。
文档编号C11B9/00GK1732812SQ20051002956
公开日2006年2月15日 申请日期2005年9月12日 优先权日2005年9月12日
发明者罗昌荣, 穆海菠, 翁昔阳, 赵慧, 黄汉荣 申请人:华宝食用香精香料(上海)有限公司