仿酶體系處理煙草薄片的研究

劉志昌 王學文 唐向兵 安 瑞 王 磊 謝益民

(1.湖北中煙技術中心重組煙葉應用技術研究湖北省重點實驗室，湖北武漢，430040;2.湖北工業大學化學與環境工程學院，湖北武漢，430068)

仿酶體系處理煙草薄片的研究

劉志昌1王學文1唐向兵1安 瑞2王 磊2謝益民2

(1.湖北中煙技術中心重組煙葉應用技術研究湖北省重點實驗室，湖北武漢，430040;2.湖北工業大學化學與環境工程學院，湖北武漢，430068)

利用Fe-CA仿酶體系處理煙草物質 (煙梗和煙碎)，抄造煙草薄片，通過正交實驗，確定仿酶體系的最佳處理條件為:處理溫度45℃，處理時間30 min，仿酶用量20 mmol/kg，H2O2用量1%。最佳條件下煙草薄片的柔軟度和抗張指數與空白樣品相比，分別提高了11.4%、5.2%;對仿酶體系處理后的煙草薄片進行評吸，結果表明，煙草薄片經仿酶處理后，其香氣、雜氣和諧調程度有一定的改善，木質雜氣減少，刺激性較小，品質提高，達到了提高煙草薄片物理性能 (抗張強度、柔軟度)與品質的雙重效果。

仿酶體系;煙草薄片;抗張強度;柔軟度;評吸

煙草薄片又名重組煙草，是以煙末、煙梗、碎煙片等煙草物質為原料制成片狀 (或絲狀)的再生產品，用作卷煙填充料，其理化特性與煙草相似，常用的方法有輥壓法、稠漿法和造紙法［1-2］。與輥壓法和稠漿法薄片相比，造紙法薄片具有許多優勢，使得造紙法煙草薄片在卷煙工業中的應用越來越廣泛［3-5］。

目前，國內造紙法煙草薄片在產品質量方面與國外產品存在一定差距。在物理性質方面，國內生產的煙草薄片較厚，且厚薄不均;柔軟性較差;色澤不均勻，部分薄片顏色較深;韌性不如進口煙草薄片。在薄片內在品質方面，國產薄片存在木質氣比較重，刺激性大，煙氣不諧調，紙質氣明顯，煙氣柔和程度差等缺點。

仿酶，就是從天然酶中挑選出起主導作用的一些因素，如活性中心結構、疏水微環境、與底物的多種非共價鍵相互作用及其協同效應等，用以設計合成既能表現酶的優異功能又比酶簡單穩定的非蛋白質分子或分子集合體［6］。

目前，研究比較多的仿酶系統有:①金屬卟啉配合物 (包括鐵卟啉配合物、錳卟啉配合物)［7-8］;②非卟啉金屬配合物［9-10］。其中，鐵系的仿酶系統有:鐵卟啉、硫酸鐵、Fe-EDTA和鐵-血紅素［11-18］。而Fe-羧酸復合物仿酶 (Fe-CA)/H2O2的仿酶體系對天然植物纖維原料中木質素的脫除具有良好的選擇性，其三維立方體結構如圖1所示。

圖1 Fe-CA仿酶三維立體結構

由于木質素本身熱解會產生兒茶酚、烷基兒茶酚等引起澀口，并有促癌活性。木質素含量的降低，有利于提高煙草的感官質量和吸味，其相關的研究在國內外尚處于空白。本課題采用仿生物酶技術 (Fe-CA仿酶體系)處理煙梗和煙碎來降低煙草中木質素的含量，達到提高煙草薄片的物理性能的目的。

1 實驗

1.1 實驗原料與試劑

煙梗:武漢長梗，ECX/YCX/YB;煙碎:貴州碎葉片、云南碎葉片、三益06碎葉片、香料煙、武煙卷包煙末;外加纖維:全部由湖北中煙提供;FeSO4·7H2O、羧酸、H2O2均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。

1.2 實驗儀器

L＆W抗張強度測試儀 (Lorentzen＆Wettre，型號:062)，柔軟度測試儀 (EMTEC，型號:TSA)，RK-3A凱塞法抄片器 (奧地利，PTI-Flank)，HPLC(日本島津，型號:LC-20AT)，恒溫水浴鍋 (寧波天恒儀器廠，型號:SJH-6S)。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

稱量煙碎900 g，加入3.78 L水浸泡 (料液比為1∶4.2)，在溫度 (45±5)℃的條件下，萃取40 min，隨后進行固液分離;稱量煙梗600 g，加入2.25 L水浸泡 (料液比為1∶3.75)，在溫度 (65±5)℃的條件下，萃取40 min，隨后進行固液分離。分離后的煙梗高濃磨漿到 (11±2)°SR，然后與分離后的煙碎混合磨漿到 (20±2)°SR，接著按照表1進行L9(34)四因素三水平的正交實驗，確定最佳仿酶處理條件，隨后加入外加纖維 (外加纖維的打漿度為 (42±2)°SR)和碳酸鈣，抄造制成煙草薄片片基，萃取后的液體經濃縮后再浸涂到煙草薄片片基上，經干燥分切制得造紙法煙草薄片，定量為 (61±2)g/m2，然后對煙草薄片物理性能進行檢測。

表1 正交實驗設計表

1.3.2 Fe-CA仿酶體系的制備

取27.8 g FeSO4·7H2O，18.6 g羧酸 A 和12.6 g的羧酸B進行鰲合復配制成Fe-CA仿酶體系，攪拌混合均勻，加水稀釋到濃度0.25 mol/L，備用。

1.3.3 煙草薄片物理性能檢測

抗張強度的測定按照GB/T 12914紙和紙板抗張強度的測定法進行。

柔軟度的測定按照GB/T 8942—1998紙柔軟度的測定方法進行。

2 結果與討論

煙梗和煙碎仿酶處理正交實驗結果見表2所示。

2.1 處理溫度對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響

從表2可以看出，隨著處理溫度的升高，煙草薄片的柔軟度 (柔軟度值越大，其柔軟性越差)呈現先下降后上升的趨勢，處理溫度為45℃時，處理后的樣品柔軟度最小值為486 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了14.1%;煙草薄片樣品的抗張指數隨著處理溫度的升高，一直呈現上升的趨勢，樣品的抗張指數最大值為9.97 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了18.6%;當處理溫度為45℃時，其抗張指數提高了6.4%。可見，仿酶處理后，柔軟性和抗張強度都有較大幅度的提高。

由不同處理溫度對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響可以看出，35℃與45℃相差不大，同時考慮實際的磨漿溫度，本實驗選擇45℃作為仿酶處理溫度。

2.2 處理時間對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響

由表2可知，隨著仿酶時間的增加，處理煙草薄片的柔軟度呈現先上升后下降的趨勢。當處理時間30 min時，仿酶處理的樣品柔軟度值為505 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了10.8%，處理樣品的柔軟性提高;而煙草薄片樣品的抗張指數隨著處理時間的增加，呈現一直上升的趨勢。仿酶處理樣品的抗張指數最大值為9.73 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了15.7%;處理時間30 min時，其抗張指數提高了5.8%。可見仿酶處理樣品的抗張強度也有了較大幅度的提高。

表2 仿酶正交實驗結果

綜合考慮，仿酶處理時間為30 min比較合適。

2.3 仿酶用量對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響

由表2可以看出，隨著仿酶用量的增加，煙草薄片的柔軟度呈上升的趨勢。當仿酶用量為20 mmol/kg時，處理后的樣品柔軟度為481 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了15.0%，處理后樣品的柔軟性有了很大幅度的提高;樣品的抗張指數隨著仿酶用量的增加，一直呈現上升的趨勢，處理樣品的抗張指數最大值為9.50 N·m/g，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了13.0%;在仿酶用量為20 mmol/kg時，其抗張指數提高了7.9%。可見仿酶處理樣品的抗張強度有了一定程度的提高。

綜合考慮，仿酶用量對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響，選擇20 mmol/kg作為較合適的用量。

2.4 H2O2用量對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響

由表2可看出，隨著H2O2用量的增加，煙草薄片的柔軟度呈現上升的趨勢。當H2O2用量為1%時，處理后樣品柔軟度為510 mN，與空白樣品566 mN相比，下降了9.9%，可見，仿酶處理樣品的柔軟性有了一定程度的提高;煙草薄片樣品的抗張指數隨著H2O2用量的增加，一直呈現上升的趨勢。仿酶處理樣品的抗張指數最大值為9.60 N·m/g(H2O2用量為 4%)，與空白樣品8.41 N·m/g相比，提高了14.1%，而H2O2用量為1%時，與空白樣品相比，提高了5.2%。可見仿酶處理樣品的抗張強度有了較大程度的提高。

綜合考慮H2O2用量對煙草薄片柔軟度和抗張指數的影響以及企業的實際運行成本，本實驗選擇 H2O2用量為1%。

綜上實驗結果，確定仿酶最佳處理條件為:處理溫度45℃，處理時間30 min，仿酶用量為20 mmol/kg，H2O2用量為1%。

在上述最佳處理條件下進行再現實驗，結果見表3。由表3可知，在最佳實驗條件下，處理后煙草薄片的柔軟度和抗張指數與空白樣品相比，分別提高了11.4%、5.2%。

表3 仿酶最佳條件下處理結果

2.5仿酶技術處理對煙草薄片感官評吸的影響

湖北中煙集團組織專家對在最佳實驗條件下抄造的煙草薄片 (定量為60 g/m2)進行評吸，結果表明，煙草薄片經仿酶技術處理后，其香氣、雜氣和諧調程度都有一定程度的改善，木質雜氣減少，刺激性較小，品質提高，達到了預期的效果。同時，將處理后的煙草薄片以15%的比例添加到卷煙中，其評吸得分比現有技術制備的煙草薄片 (未經仿酶處理)制作的卷煙高1.8～2.6分 (見表4)。

表4 卷煙感官質量評吸表

3 結論

3.1 仿酶體系處理煙草薄片的最佳條件為:處理溫度45℃，處理時間30 min，仿酶用量為20 mmol/kg，H2O2用量為1%。在最佳條件下處理后的煙草薄片的柔軟度和抗張指數與空白樣品相比，分別提高了11.4%和5.2%，取得了較好的效果。

3.2 仿酶體系處理后的煙草薄片的評吸結果表明，煙草薄片經仿酶技術處理后，其香氣、雜氣、刺激性和諧調程度都有了一定程度的改善，品質得到一定程度的提高，將處理后制得的煙草薄片以15%的比例添加到卷煙中，其評吸得分比現有技術制備的煙草薄片 (未經仿酶處理)制作的卷煙高1.8～2.6分。

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Study on the Treatment of Tobacco Sheet by Fe-CA Biomimetic System

LIU Zhi-chang1WANG Xue-wen1TANG Xiang-bing1AN Rui2WANG Lei2，*XIE Yi-min2
(1．Hubei Key Lab of Applied Research Institute of Reconstituted Tobacco，Technologh Center of Hubei Tobacco，Wuhan，Hubei Province，430040;2．Institute of Pulping＆ Papermaking Engineering，Hubei University of Technology;Wuhan，Hubei Province，430068)

The tobacco(stem，scrap)treated by Fe-CA biomimetic system was used to made tobacco sheet by using a sheet former，through the orthogonality experiment the optimum treatment conditions of the tobacco(stem，scrap)are achieved as following:reaction temperature 45℃;reaction time 30 minutes;dosage of biomimetic 20mmol/kg tobacco;H2O21%．The tensile strength and softness of the tobacco sheet produced under the optimum condition increased about 5．19%and 11．43%respectively compared with the control sample．At the same time，smoking assessment indicates that the aroma，bad odor and harmony of the tobacco improve in certain degree，woody odor reduces，the stimulation of tobacco reduces and quality is improved．

tobacco sheet;biomimetic;lignin;tensile strength;softness degree;smoking

TS727

B

0254-508X(2011)05-0026-04

劉志昌先生，碩士;主要研究方向:煙草薄片生產工藝。

(*E-mail:wanglei820117@163．com)

2010-12-02(修改稿)

本課題為國家自然科學基金 (31070521，30871996)資助項目。

(責任編輯:趙旸宇)