专利名称：降低造纸法烟草薄片中木质素含量的方法
技术领域：
本发明属于卷烟烟草薄片技术领域，具体涉及烟草薄片生产中使用模拟酶体系处理烟草浆料以脱除其中的木质素的方法。
背景技术：
现有技术中，烟草薄片又名重组烟草，是利用烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料制成片状(或丝状)的再生产品，用作卷烟填充料，其理化特性与烟草相似。制造烟草薄片的方法很多，常用的有辊压法、稠浆法和造纸法。典型的造纸法烟草薄片生产方法是将原料用水浸泡后，将可溶物与不可溶物萃取分离，将不可溶物烟草纤维(或加上部分木浆纤维)打浆，采用造纸机制成片基；可溶物萃取液浓缩后加料调制，浸到片基上，片基经干燥、分切制成烟草薄片。由于该技术吸收了制浆造纸工艺及纸加工工艺过程的特点，使制得的烟草薄片在结构强度、燃烧性能、焦油释放量、卷烟填充度以及外观色泽等方面具有辊压法和稠浆法薄片无法比拟的优点。与辊压法和稠浆法薄片相比，造纸法薄片具有如下优势①密度小，填充值高；②耐机械加工性能好，成丝率高；③燃烧速度快，焦油释放量仅为烟叶的50%左右，是降低卷烟焦油量的有效手段之一；④产品具有可塑性，可根据实际需要对薄片物理性能和内在化学指标进行人工调控。以上这些优势使得造纸法烟草薄片在卷烟工业中得到越来越广泛的应用。目前，除烟碱和焦油以外，个别国家还要求在烟盒上标明的第三种成分是一氧化碳。2000年6月，欧盟提出一个草案，对一氧化碳的限量是lOmg/cig，2004年欧盟已经明确规定允许市售卷烟主流烟气一氧化碳含量必须低于lOmg/cig。我国也于2006年4月I日起，规定国内销售的卷烟必须标注一氧化碳含量，否则将不得上市销售。目前，我国卷烟产品的释放量大致在10-15mg/cig之间，离欧盟成员国的要求还有一定的差距。这对我国卷烟产品进入国际市场是个巨大的障碍和技术壁垒。因此，目前研究如何有效地脱除卷烟烟气中的一氧化碳，非常迫切和必要。为迎接挑战，2003年国家局已确定了以“降焦减害”为主线的工作思路。为减少烟气中一氧化碳对人体健康的危害，我们必须采用新技术、新工艺来降低烟气中一氧化碳的含量，以实现中式卷烟的“高香气、低焦油、低危害”(一高二低)的目标，这对我国烟草行业的长远发展有着十分重要的现实意义。从目前的研究成果来看，影响烟草品质及风味的化学成份及因素极为复杂。产生有害成份的主要是占烟草绝干质量28%的细胞壁成份(纤维素、半纤维素、木质素、果胶)，它们在烟草整个贮藏、陈化、加工过程中极少发生降解变化，尤其是烟草纤维中的木质素作为具有三维立体网状结构的天然高分子聚合物，采用常规的化学方法或生物方法难以去除，它们或降解困难或降解的同时产生新的杂气，影响卷烟的感官质量和吸味，对烟草内在品质及风味均有不利影响。目前，针对烟草木质素模型物的裂解研究中发现，烟梗磨木木质素裂解产生的气体经气相色谱(GC)测定可知，CO的含量随温度升高逐步增加，增长趋势与CO2的增加趋势基本一致；C0含量在500°C时，增加的幅度较大，在900°C时含量为16. 53%,其含量与烟梗β -0-4型的酚型木质素裂解时的含量要高，这是因为CO的生成是木质素一次分解和挥发性成分二次分解的缩合效果。其主要原因在于，木质素热裂解产生的CO主要来源于两种醚键，一种是具有较低键能的β-0-4型的酚型木质素结构单元(其中β-0-4型的酚型木质素只是MWL木质素含量较高的结构单元之一，约占70%左右)，另一种是二芳基醚键，它的断裂是高温(高于500°C时才发生键的断裂)时CO含量增加的原因之一。中国专利公开的CN1049275A《烟草处理方法》，中国专利CN1403036公开的《一种烟草薄片的制备方法》，中国专利公开的CN1438843A《烟草的处理》，中国专利公开的CN101637298A《一种烟草薄片的制备方法及其应用》都是采用萃取后涂布抄造的造纸法制备烟草薄片，只是萃取工艺及条件不同。这些制备技术与工艺存在共同的不足之处，就是没有对萃取后的烟草纤维进行处理。整个生产过程基本不涉及任何化学变化，烟草薄片中影响烟草品质的大分子化合物的含量与原料相比变化不大，薄片品质较差，有较重的刺激性和木质气。中国专利公开的CN 1694628A《减少烟草中含氮化合物和木质素的方法》，美国专利公开的US2006/0037620A1从烟草的提纯物或浆料中移除蛋白质和其它生物分子的过程(Process to remove protein and other biomolecules from tobaccoextractor slurry)，美国专利公开的US2006/0130859A1从烟草中减少含有尼古丁的复合物和木质素的过程(process for reducing nitrogen containing compounds andlignin intobacco)，采用对萃取后分离得到的烟草纤维进行化学法处理(在碱性条件下加入过氧化氢处理)，其残余的化学品对烟草薄片的品质有一定的影响，应用的局限性很大。模拟酶，就是从天然酶中挑选出起主导作用的一些因素，如活性中心结构、疏水微环境、与底物的多种非共价键相互作用及其协同效应等，用以设计合成既能表现酶的优异功能又比酶简单稳定很多的非蛋白质分子或分子集合体，模拟酶对底物的识别结合及催化作用，从而开发具有绿色化学特点的一些新合成反应或方法。目前，模拟酶在催化氧化、特种材料、抗癌药物、微量分析、纸浆漂白、生物制浆与化工医药等众多领域的应用前景非常广阔。目前，现有技术中采用天然生物酶技术处理植物纤维以脱除木质素，例如，利用微生物预处理植物纤维原料，这种方法对设备、操作环境、操作都有很高的要求，并且处理时间很长(约需2-4周)。利用生物酶预处理的制浆方法虽然工艺简单，处理时间短，过程易于控制，但是，其处理成本较高，大规模产业化困难、处理条件苛刻，存在天然酶容易失活，系统抗冲击性能差等缺点，在实际应用中存在较大难度。因此，模拟酶催化不仅兼有天然酶催化与化学催化两者的优点，而且是实现绿色化学直接而有效的途径。但迄今为止，还未见模拟酶在烟草行业和造纸法烟草薄片生产中的应用。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种降低造纸法烟草薄片中木质素含量的方法。将模拟酶体系(Fe-羧酸复合物模拟酶体系)应用于造纸法烟草薄片的生产，能有效的降低烟草薄片中木质素的含量，提高烟草薄片的品质。 本发明的技术方案是一种降低造纸法烟草薄片中木质素含量的方法，烟草原料制浆阶段之前和烟草原料制浆阶段之后的工序按现有技术的方法进行，在造纸法烟草薄片生产过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的I % 6. 5%的比例将模拟酶加入到烟草浆料之中，模拟酶加入时烟草浆料的温度为25°C 40°C，加入后保持上述温度的时间为20min 40min ；
所述模拟酶按以下方法制备(I)将下述物质按下述重量百分比进行称量配合，FeSO4 · 7H20 10 % 35% ;柠檬酸 5% 20%;草酸2% 28%;水20% 60%;(2)在温度为25 45°C的水中，加入FeSO4 · 7H20,以200 300转/分钟的搅拌速度，搅拌3 5分钟；(3)再在步骤⑵的溶液中加入柠檬酸，以500 700转/分钟的搅拌速度，搅拌I 3分钟；(4)再在步骤(3)的溶液中加入草酸，以100 200转/分钟的搅拌速度，搅拌2 7分钟，所得的混合均匀的溶液即为所述的模拟酶。本发明的方法合理，操作简单，效果显著，能使烟草薄片的木质素含量减少，使烟草薄片的吸味品质得到提升，木质杂气减少，刺激性降低，自然的烟草味比较明显。
附图I是用X-ray得到的Fe-CA模拟酶三维立体结构示意；附图2是本发明的配位化合物的紫外光谱图。图中标记I是Fe2+/柠檬酸/草酸的紫外光谱图；标记2是Fe2+/草酸的紫外光谱图；标记3是柠檬酸/草酸的紫外光谱图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式
及有关技术问题作进一步详细的描述。本发明的模拟酶的配方是根据大量的条件实验，经过检测不同配比条件下模拟酶降解木质素的效果，同时结合评吸，最终确定的。在本发明的模拟酶制备过程中，对水温，搅拌速度和搅拌时间进行了大量的条件实验，通过检测所形成的配合物的吸光度(吸光度越高，形成配合物的效果越好)，选择了合适的反应水温，搅拌时间和搅拌速度。本发明还对模拟酶反应温度进行了选择。选择在201，251，301，351，401，450C，50°C温度下分别进行实验，模拟酶的用量4%，处理时间为40min，检测浆料中木质素的去除率。经过检测结果显示温度在25°C -40°C之间时，木质素去除效果最佳，木质素去除率为28. 37%-55. 67%。处理温度为25°C以下和40°C以上时的处理效果不佳。因此选择反应温度为25°C -40°C。本发明还对模拟酶用量进行了选择。选择模拟酶用量为0.5%，1%，1.5%，2%，
2.5%，3%，3. 5%，4%，4. 5%，5%，5. 5%，6%，6. 5%，7% 下分别进行实验，处理温度为40°C，处理时间为40min，检测各条件下浆料中木质素的去除率。经过检测模拟酶用量在I %-6. 5%之间时，其木质素去除效果最佳，木质素去除率为27. 87% -54. 97%，用量为1%以下和6. 5%以上的处理效果不佳。同时经过评吸对比，模拟酶用量在1%-6. 5%之间的处理样品制备的薄片木质气较轻，香气饱满，杂气较少。因此选择用量为1% -6. 5%。本发明还进行了模拟酶处理时间的选择。选择处理时间分别为10min，20min，30min, 40min, 50min下进行实验，模拟酶的用量4%，处理温度为40°C，检测浆料中木质素的去除率。IOmin时，木质素的去除率仅为10.91%，20min-40min时，木质素的去除率为35. 64% -54. ll%，50min时，木质素的去除率为55. 31 %，增长趋势已经很缓慢，综合考虑，选择处理时间为20min-40min目前，现有技术中研究比较多的模拟酶系统有(I)金属卟啉配合物(包括铁卟啉配合物、锰卟啉配合物)；(2)非卟啉金属配合物，如①金属酞箐含有4个异吲哚啉环内具有四氮卟吩结构的化合物，其金属配合物也可作为一类有效的仿生催化剂；②希夫碱配合物，许多希夫碱配合物具有载氧功能，并使分子氧活化，因而可作为氧化反应的催化剂由水杨醛和乙二胺(salen)缩合形成的希夫碱及其金属配合物，具有良好的生物生理活性
铜-胺配合物，它能够在二氯甲烷存在和室温条件下引起4种木素结构模型物的反应，氧化的方式同漆酶的相似，铜-胺配合物能够模仿漆酶来催化木素的氧化降解反应GIF型(GIF. sur. YVETTE)模拟酶氧化系统。⑤铁系的模拟酶系统有铁卟啉、硫酸铁、Fe-EDTA和铁-血红素，人们对铁卟啉系统已经做了大量研究，对硫酸铁、Fe-EDTA和Fe-血红素这三种仿过氧化物酶体系进行了脱木素选择性的评价。本申请人进行了大量的试验，证明Fe-羧酸复合物模拟酶(Fe-CA)的模拟酶体系能很好选择性的针对烟草中木质素进行脱除，这种模拟酶价格低廉、处理效果良好。Fe-CA模拟过氧化物酶，是依据木素过氧化物酶的活性中心结构、与底物的反应特性等因素，设计合成的具有独特反应活性的铁系模拟酶系统，本体系的关键是采用独特的非蛋白分子配位化合物(柠檬酯、果酸)来模拟天然酶体系，以实现对底物(木质素)的识别与催化脱除作用。本体系具有独特的三维立方体结构，如附图I所示。配位化合物的紫外光谱，如附图2所示。实施例I :(I)模拟酶的制备=FeSO4 ·7Η20 30%，柠檬酸5%，草酸5%，水60%均为质量百分t匕。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在45°C，先加入FeSO4 · 7H20，搅拌速度为200转/分钟，搅拌3分钟；再加入柠檬酸，搅拌速度为700转/分钟，搅拌I分钟；随后加入草酸，搅拌速度为200转/分钟，搅拌2分钟，最后混合均匀备用。(2)在烟草薄片制备过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的1%比例在烟草浆料中加入步骤(I)中制备好的模拟酶，测定烟草浆料的温度为30°C，处理时间控制在25min。(3)经检测，模拟酶处理后，烟草浆料中的木质素含量从3. 55% (未处理对照样品)降低到2. 51%，去除率达29. 30%。实施例2 (I)模拟酶的制备=FeSO4 · 7H20 25%，柠檬酸20%，草酸8%，水47%均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在35°C，先加入FeSO4 · 7H20，搅拌速度为250转/分钟，搅拌4分钟；再加入柠檬酸，搅拌速度为500转/分钟，搅拌3分钟；随后加入草酸，搅拌速度为100转/分钟，搅拌4分钟，最后混合均匀备用。(2)在烟草薄片制备过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的
2.5%比例加入(I)中制备好的模拟酶，测定烟草浆料的温度为35°C，处理时间控制在30mino(3)经检测，烟梗和烟碎经模拟酶体系处理后，烟草浆料中的木质素含量从
3.55% (未处理对照样品)，降低至IJ I. 69%，去除率达52. 39%。实施例3 (I)模拟酶的制备=FeSO4 · 7H20 35%，柠檬酸12%，草酸9%，水44%均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在40°C，先加入FeSO4 · 7H20，搅拌速度为280转/分钟，搅拌5分钟；再加入柠檬酸，搅拌速度为670转/分钟，搅拌2分钟；随后加 入草酸，搅拌速度为150转/分钟，搅拌5分钟，最后混合均匀备用。(2)在烟草薄片制备过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的3%比例加入(I)中制备好的模拟酶，测定烟草浆料的温度为32°C，处理时间控制在32min。(3)经检测，烟梗和烟碎经模拟酶体系处理后，烟草浆料中的木质素含量从3. 55% (未处理对照样品)降低到2. 01%，去除率达43. 38%。实施例4 (I)模拟酶的制备=FeSO4 · 7H20 10%，柠檬酸18%，草酸13%，水59%，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在30°C，先加入FeSO4 ·7Η20，搅拌速度为280转/分钟，搅拌3分钟；再加入柠檬酸，搅拌速度为580转/分钟，搅拌3分钟；随后加入草酸，搅拌速度为100转/分钟，搅拌约6分钟，最后混合均匀备用。2)在烟草薄片制备过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的5%比例加入(I)中制备好的模拟酶，测定烟草浆料的温度为37°C，处理时间控制在35min。(3)经检测，烟梗和烟碎经模拟酶体系处理后，烟草浆料中的木质素含量从
3.55% (未处理对照样品)降低到2. 16%，去除率达39. 15%。经过以上四个实施例中的处理方法所制备的烟草薄片抽吸时，较现有技术制备的烟草薄片自然烟香明显增加，无明显刺激性与木质气性，口腔比较清爽。将按照前面所述的四个实施例中的方法所制备得到的烟草薄片，均以15%的比例添加到卷烟中，编号分别为1#，2#，3#，4#，以现有技术制备的烟草薄片制作的卷烟作为对照样，编号为0#，经7位专家评吸，评吸结果如表I所示。表I、卷烟感官质量评吸表
分数 ABCABCA BCA B CA B CA BC 扁 g 10 8 6 20 16 12 10 7 4 25 21 17 15 12 9 20 16 12
1#8.516. 77.72112.518.584.9
2#8.516.57.82212. 818.285. 8
3#8. 5167. 921. 612. 518. 685. 1
4#8.516. 18.621.212.618. 785. 7
从评吸结果可以看出，经过本发明制得的的烟草薄片以15%的比例添加到卷烟中 较现有技术制备的烟草薄片制作的卷烟评吸得分高I. 8-2. 7分。
权利要求
1.一种降低造纸法烟草薄片中木质素含量的方法，烟草原料制浆阶段之前和烟草原料制浆阶段之后的工序按现有技术的方法进行，其特征在于在造纸法烟草薄片生产过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的1% 6. 5%的比例将模拟酶加入到烟草浆料之中，模拟酶加入时烟草浆料的温度为25°C 40°C，加入后保持上述温度的时间为20min 40min ； 所述模拟酶按以下方法制备 (1)将下述物质按重量百分比进行称量配合， FeSO4 · 7H20 10% 35%; 柠檬酸5% 20%; 草酸2% 28%; 水20% 60%; (2)在温度为25 45°C的水中，加入FeSO4·7Η20，以200 300转/分钟的搅拌速度，搅拌3 5分钟； (3)再在步骤(2)的溶液中加入柠檬酸，以500 700转/分钟的搅拌速度，搅拌I 3分钟； (4)再在步骤(3)的溶液中加入草酸，以100 200转/分钟的搅拌速度，搅拌2 7分钟，所得的混合均匀的溶液即为所述的模拟酶。
全文摘要
本发明公开了一种降低造纸法烟草薄片中木质素含量的方法，属于卷烟烟草薄片技术领域。本方法是在造纸法烟草薄片生产过程的烟草原料制浆阶段，按照烟草浆料物质干重量的1％～6.5％的比例加入模拟酶，模拟酶加入时烟草浆料的温度为25℃～40℃，加入后保持上述温度的时间为20min～40min；所述模拟酶配方FeSO4·7H2O 10％～35％；柠檬酸5％～20％；草酸2％～15％；水20％～60％；在25～45℃水中，先加入FeSO4·7H2O，再加入柠檬酸，加入草酸，混合均匀即为所述的模拟酶。本发明的方法合理，操作简单，效果显著，能使烟草薄片的木质素含量减少，吸味品质得到提升。
文档编号A24B15/42GK102631023SQ201110037859
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者万超, 刘志昌, 唐向兵, 姚元军, 孙德平, 毛耀, 王亮, 王凤兰, 王学文, 王磊, 谢益民 申请人:武汉淡雅香科技发展股份有限公司