本发明涉及卷烟材料制备技术领域，具体涉及一种桂皮柔拟碳化发酵颗粒、其制备方法及用于卷烟嘴棒的用途。
背景技术：
低焦化已是烟草行业发展的必然趋势，低焦化带来的卷烟抽吸口感降低，香气不足逐渐成为烟草发展的凸显问题。如何攻克影响烟叶香气质、香气量的关键技术，已经成为提高卷烟生产竞争力的核心所在。卷烟烟丝中添加烟用香精香料，已是一种常规的、必需的增补香气的技术手段，但其提升卷烟品质的空间已相对有限，故从卷烟非燃烧段出发，寻找相关的新型材料来改善、提升卷烟的香气质和香气量、降低卷烟烟气刺激性已成为新的发展趋势。其中，在卷烟滤棒中添加一些具有多孔性和特殊香气的颗粒材料，以改善或提升卷烟产品的品质，是一种比较新颖、有效的研究方向。但由于在制备方法及原料选择和组配方面还存在一些问题，使得现有的颗粒材料添加剂优势未能充分发挥出来。比如活性炭、微粉硅胶等吸附性材料制成的颗粒虽然在吸附烟气有害物质上有显著功效，但同时也造成了香味成分的大量吸附，使得卷烟抽吸品质显著降低。而通过制粒法得到的植物颗粒材料，虽然能向卷烟烟气中引入与卷烟香气相协调的香味物质，但往往会因为粘合剂的添加，造成植物材料本身孔洞被包埋，减少了有害物质的吸附位点，降低了降焦减害作用。另外，针对原料的选择及处理，现有技术所公布的各种植物材料与卷烟香气的协调性尚需提升，烟草本香还不够丰富，还有待提高。
针对上述缺点，如何选择恰当的植物原材料并进行改性，以弥补现有工艺技术的不足，在降低卷烟烟气刺激性的同时，提高颗粒材料在增加卷烟烟气协调性和生津感等方面的作用，就成为需要进一步解决的技术问题。
植物加热柔拟碳化，即将干燥的植物在较高温度下(一般100～300℃，优选120～200℃)在短时间内(一般20h以内，优选2～8h)脱去植物细胞内部的部分结合水，在植物内部形成空隙，该空隙能对烟气有害物质进行吸附。同时植物加热柔拟碳化工艺温度达不到植物碳化温度，该工艺不破坏植物本身的香味特性。
利用微生物发酵技术进行香料的提取转化，已在烟用香精中得到广泛的应用。微生物在增殖过程中可产生庞大的高活性酶系，在酶促作用、化学作用及微生物复杂代谢的协同作用下，能形成大量复杂的低分子化合物，其中包括各种香气物质，这些香气物质可作为烟草添加剂的香气组分，强化烟香特征、改善口感。利用微生物对本身具有气味的植物原材料进行发酵，还能赋予植物原材料以区别于原有气味的独特香味。
技术实现要素：
本发明针对现有植物颗粒存在的烟气有害物质吸附效果不明显及吸附材料颗粒不能直接赋香及卷烟香气协调性不佳等缺点，通过对桂皮原材料进行改性，提供一种既能增强减害降焦效果、降低卷烟烟气刺激性，又能增强赋香效果、能显著提升甜润感的桂皮柔拟碳化发酵颗粒及其制备方法，并将所述颗粒用于卷烟嘴棒中，桂皮本身的特殊焦香味仍能保留。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
本发明第一方面公开了一种桂皮柔拟碳化发酵颗粒，该颗粒是以桂皮为原料进行加热柔拟碳化处理，然后通过枯草芽孢杆菌van3(菌株保藏信息。菌株保藏编号：cgmccno.4091；保藏日期：2010年8月16日；保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心)对其进行发酵，再将发酵后的中间产物粉碎成粒径为100～180目的粉末，用粘合剂粘合成粒径为20～60目的颗粒，即为所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒。
优选地，所述加热柔拟碳化处理的条件为：隔绝空气在120～200℃下保持2～8h。
优选地，所述粘合剂为浓度为5～12wt％的明胶和羧甲基淀粉钠溶液，其中明胶与羧甲基淀粉质量比为1:1～3。
本发明第二方面公开了所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将干燥的桂皮在120～200℃下密闭并保持2～8h进行柔拟碳化处理；
(2)将步骤(1)柔拟碳化处理后的产物喷施枯草芽孢杆菌van3，然后在22℃，相对湿度为60％的条件下发酵24～72h；
(3)将步骤(2)发酵后的原料粉碎成粒径为100～180目的粉末，然后用粘合剂粘合成粒径为20～60目的颗粒，即为所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒。
优选地，步骤(2)所述的枯草芽孢杆菌van3为试管斜面培养或种子培养得到：
试管斜面培养步骤如下：
采用luria-bertani(lb)培养基，配方为：蛋白胨10g，氯化钠10g，酵母提取物5g，琼脂20g，蒸馏水定容到1000ml，121℃灭菌25分钟，摆成斜面，接种van35，28℃培养24h，获得试管种，将液体菌种按5％(液体菌种体积百分比，v/v)接种量转接到1l的lb液体培养基中，37℃，150r/min震荡培养12h；培养液以3500r/min离心10min，用无菌水洗涤沉淀、离心，最后用20ml无菌水震荡均匀，使用时稀释10倍，即为所述的枯草芽孢杆菌van3；
种子培养步骤如下：
采用luria-bertani(lb)培养基，配方为：蛋白胨10g，氯化钠10g，酵母提取物5g，蒸馏水定容到1000ml；121℃灭菌25分钟，接种van35试管种，28℃培养24h，获得液体菌种；将液体菌种按5％(液体菌种体积百分比，v/v)接种量转接到1l的lb液体培养基中，37℃，150r/min震荡培养12h；培养液以3500r/min离心10min，用无菌水洗涤沉淀、离心，最后用20ml无菌水震荡均匀，使用时稀释10倍，即为所述的枯草芽孢杆菌van3。
优选地，步骤(3)所述的桂皮柔拟碳化发酵颗粒的制备步骤如下：
①按照重量份称取明胶2～6份、羧甲基淀粉钠3～6份，用蒸馏水配制成浓度为5～12wt％的粘合剂溶液；
②将发酵后的产物在含水率为8～12wt％下粉碎成粒径为100～180目的粉末；
③将步骤②得到的粉末在流化床中流化气压为0.12～0.2bar、气流温度50～60℃条件下干燥5～15分钟；
④在流化气压0.12～0.25bar、气流温度60～80℃，喷雾压力0.08～0.15bar、喷液速率8～12g/分钟的条件下，采用顶喷方式施加步骤①所配制的粘合剂溶液至步骤③得到的干燥后粉末上，得到水分含量为10～12wt％、颗粒粒径为20～60目的颗粒，即为所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒；其中所述粘合剂溶液用量为干燥后粉末重量的25％～50％；
优选地，步骤③所述的流化床为midiglatt流化床。
本发明第三方面公开了所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒用于卷烟嘴棒中的用途。
优选地，在每毫米标准卷烟滤棒中添加1～3mg的所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒。
本发明的有益效果：
1、本发明的桂皮经柔拟碳化处理后，其细胞在短时间内失水并定型，增加了内部空隙，该空隙能够选择性吸附卷烟烟气中有害物质，显著提高其卷烟烟气的过滤效率。同时加热柔拟碳化工艺温度达不到植物碳化温度，该工艺不破坏其本身的香味特性，桂皮本身的特殊焦香味仍能保留。
2、本发明的桂皮经柔拟碳化处理再经微生物发酵后，产生了具有与卷烟香气相协调的特殊香气，丰富了卷烟烟香，同时还具有显著提升甜润感的功效。
3、本发明的制备方法首次采用柔拟碳化和枯草芽孢杆菌van3对桂皮进行处理。在具体的生产过程中不需要对植物颗粒生产工艺进行调整，仅通过对原材料的简单改性就能实现提高增香及降焦双重功效，生产工艺简单，操作方便，原料易得，成本低廉，便于实现工业化生产，有良好的应用价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不是对本发明技术方案的限定。
实施例1
1、桂皮的柔拟碳化
将桂皮放入炭化炉中，将炉温逐渐升温至约80℃，保持40min，待桂皮干燥后，迅速升温至120℃，并保持3h，关闭热源，取出桂皮柔拟碳化样品备用。一般原料变成灰褐色，重量为柔拟碳化前的50-80％时柔拟碳化完成。
2、枯草芽孢杆菌van3(b.subtilisvan3)的培养
a.试管斜面培养
采用luria-bertani(lb)培养基，配方为：蛋白胨10g，氯化钠10g，酵母提取物5g，琼脂20g，蒸馏水定容到1000ml。121℃灭菌25分钟，摆成斜面。接种van35，28℃培养24h，获得试管种，将液体菌种按5％(液体菌种体积百分比，v/v)接种量转接到1l的lb液体培养基中，37℃，150r/min震荡培养12h；培养液以3500r/min离心10min，用无菌水洗涤沉淀、离心，最后用20ml无菌水震荡均匀，使用时稀释10倍，即为所述的枯草芽孢杆菌van3。
3、桂皮揉拟碳化样的发酵
称取1000g柔拟碳化后的桂皮产物，平衡水分至13wt％，喷施上述得到的枯草芽孢杆菌van3为200ml，然后放入22℃，相对湿度60％的恒温恒湿箱发酵48h。
4、桂皮柔拟碳化发酵颗粒材料的制备
取上述的发酵产物，检测其含水率为10wt％时，再进一步粉碎成粒径为120目的粉末；然后将粉末置于midiglatt流化床中造粒，流化床流化气压为0.2bar、气流温度为60℃条件下干燥5min；然后按重量份称取明胶2份、羧甲基淀粉钠8份，用蒸馏水配制成浓度为10wt％的粘合剂溶液；在流化气压为0.25bar、气流温度为60℃、喷雾压力为0.15bar、喷液速率为12g/分钟的条件下，采用顶喷方式施加300g粘合剂溶液；粘合剂施加完后，在流化气压为0.2bar、气流温度为60℃条件下干燥5分钟，制备得到水分含量为12wt％、表面粗糙、粒径为40目的所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒。
实施例2
1、桂皮的柔拟碳化
将桂皮放入炭化炉中，将炉温逐渐升温至80℃，保持30min，待桂皮干燥后，迅速升温至140℃，并保持2.5h，关闭热源，取出桂皮柔拟碳化样品备用。
2、枯草芽孢杆菌van3的培养
b.种子培养
采用luria-bertani(lb)培养基，配方为：蛋白胨10g，氯化钠10g，酵母提取物5g，蒸馏水定容到1000ml。121℃灭菌25分钟。接种van35试管种，28℃培养24h，获得液体菌种，将液体菌种按5％(液体菌种体积百分比，v/v)接种量转接到1l的lb液体培养基中，37℃，150r/min震荡培养12h；培养液以3500r/min离心10min，用无菌水洗涤沉淀、离心，最后用20ml无菌水震荡均匀，使用时稀释10倍，即为所述的枯草芽孢杆菌van3。
3、桂皮揉拟碳化样的发酵
称取500g柔拟碳化后的桂皮产物，平衡水分至12wt％，喷施上述得到的枯草芽孢杆菌van3为100ml，然后放入22℃，相对湿度60％的恒温恒湿箱发酵72h。
4.桂皮柔拟碳化发酵颗粒的制备
取上述的发酵产物，检测其含水率为12wt％时，再进一步粉碎成粒径为160目的粉末；然后将粉末置于midiglatt流化床中造粒，流化床流化气压为0.15bar、气流温度为60℃条件下干燥15min；然后按重量份称取明胶4份、羧甲基淀粉钠4份，用蒸馏水配制成浓度为8wt％的粘合剂溶液；在流化气压为0.2bar、气流温度为60℃、喷雾压力为0.1bar、喷液速率为10g/分钟的条件下，采用顶喷方式施加200g粘合剂溶液；粘合剂施加完后，在流化气压为0.15bar、气流温度为60℃条件下干燥10分钟，制备得到水分含量为10％、表面粗糙、粒径为60目的所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒。
实施例3：桂皮柔拟碳化发酵颗粒应用于卷烟滤棒中
将实施例1得到所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒应用于在卷烟复合卷烟滤棒中，每毫米标准卷烟滤棒添加1.5mg颗粒材料，制备成实验烟支，命名为1号烟支；以不添加上述颗粒的烟支为对照样，按国标《gb/t16447～1996烟草及烟草制品调节与测试的大气环境》调节卷烟样品含水率为12wt％，由评吸专家小组按《gb5606.4～1996卷烟感官技术要求》的规定进行卷烟感官评吸和烟气有害成分检测。评吸结果见表1；具体感官打分见表2和表3。按照国标gb5606.5-2005对卷烟进行烟气常规检测，检测结果见表4。按照gb/t21130-2007《卷烟烟气总粒相物中苯并[a]芘的测定》，yc/t253-2008《卷烟主流烟气中氰化氢的测定连续流动法》，yc/t255-2008《卷烟主流烟气中酚类化合物的测定高效液相色谱法》，yc/t254-2008《卷烟主流烟气中主要羰基化合物的测定高效液相色谱法》，yc/t377-2010《卷烟主流烟气中氨的测定离子色谱法》，gb/t23356-2009卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法》，tcjc-zy-iv-005-2012《卷烟主流烟气总粒相物烟草特有n-亚硝胺的测定高效液相色谱-串联质谱联用法》的规定进行烟气7种有害成分检测，检测结果见表5。
实施例4：应用于卷烟滤棒中
将实施例2得到所述桂皮柔拟碳化发酵颗粒应用于在卷烟复合卷烟滤棒中，每毫米标准卷烟滤棒添加3mg颗粒材料，制备成实验烟支，命名为2号烟支，以不添加上述颗粒的烟支为对照样，按国标《gb/t16447～1996烟草及烟草制品调节与测试的大气环境》调节卷烟样品含水率为12wt％，由评吸专家小组按《gb5606.4～1996卷烟感官技术要求》的规定进行卷烟感官评吸和烟气有害成分检测。评吸结果见表1；具体感官打分见表2和表3。按照国标gb5606.5-2005对卷烟进行烟气常规检测，检测结果见表4。按照gb/t21130-2007《卷烟烟气总粒相物中苯并[a]芘的测定》，yc/t253-2008《卷烟主流烟气中氰化氢的测定连续流动法》，yc/t255-2008《卷烟主流烟气中酚类化合物的测定高效液相色谱法》，yc/t254-2008《卷烟主流烟气中主要羰基化合物的测定高效液相色谱法》，yc/t377-2010《卷烟主流烟气中氨的测定离子色谱法》，gb/t23356-2009卷烟烟气气相中一氧化碳的测定非散射红外法》，tcjc-zy-iv-005-2012《卷烟主流烟气总粒相物烟草特有n-亚硝胺的测定高效液相色谱-串联质谱联用法》的规定进行烟气7种有害成分检测，检测结果见表5。
表1卷烟感官评吸结果
表2感官评价打分表
表3抽吸评价表
由表1-表3中的评吸结果表明，得到的桂皮柔拟碳化发酵颗粒添加到卷烟中，制得的卷烟的评吸分均比对照样高0.71分。与对照样相比，卷烟的舒适感特性平均高0.6分左右，烟气特征平均高0.57分，口味风格中甜味平均高0.52分，酸味平均高0.45左右。因此本发明的桂皮柔拟碳化发酵颗粒添加到卷烟中能显著提升烟香、增加烟气甜润感，明显突出清甜香的风格特征，同时，降低卷烟烟气刺激性、提高使用者喉部舒适性的作用，能增加烟香的丰满度和细腻度，有较好的卷烟应用效果，特别是保留有桂皮本身特殊焦香味。
表4烟气常规分析结果
表5有害成分检测结果
由表4可知，与对照样相比，添加本发明的桂皮柔拟碳化发酵颗粒的卷烟主流烟气中总粒相物、烟气烟碱和co都有所降低，特别是焦油含量有明显降低，平均下降了0.77mg/支以上；同时烟气水分明显增加，平均增加了0.38mg/支左右。
由表5可知，与对照样相比，添加本发明的桂皮柔拟碳化发酵颗粒的卷烟中的7种有害成分均有不同程度的降低，其中1号烟支co降低了8.57％((12.72-11.63)/12.72)，b(a)p降低了22.27％，nnk降低了5.45％，巴豆醛降低了20.77％，hcn降低了18.40％，氨离子降低了4.89％，苯酚降低了30.20％；2号烟支co降低了9.67％，b(a)p降低了22.81％，nnk降低了5.45％，巴豆醛降低了21.79％，hcn降低了18.89％，氨离子降低了3.04％，苯酚降低了30.77％。这可能由于本发明的桂皮柔拟碳化发酵颗粒具有丰富的空隙结构，可以通过表面的物理吸附与截留增加对烟气气溶胶的过滤作用。与普通醋纤滤棒相比，本发明的桂皮柔拟碳化发酵颗粒能够显著降低苯酚、巴豆醛、hcn和b(a)p的含量。