纳米材料结合生物酶技术对烟梗的处理方法

摘要

本发明公开了一种纳米材料结合生物酶技术对烟梗的处理方法。复合酶分为I型配方组合物和II型配方组合物，I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、漆酶、β-葡萄糖苷酶、纳米碳。在烟梗生产中，用I型配方组合物对原料进行预处理，用II型配方组合物处理梗丝。本发明利用两步酶制剂与纳米材料协同处理烟梗，一方面破坏烟梗表面的天然保护物质——蜡质和果胶，增加梗丝香气量，降低刺激、杂气；另一方面使得纳米材料较好的吸附于梗丝上，在卷烟降焦同时达到的减害目的。该发明可提高梗丝在成品烟中的掺配比例，降低卷烟成本，有不可忽视的社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及卷烟生产工艺，特别是涉及纳米材料结合生物酶技术对烟梗的处理方法。

背景技术

随着烟草行业减害降焦研究不断深入，希望卷烟能够在降焦的同时相应的进行减害处理。烟梗在降焦上有着重要的作用，但其化学成分的性质基本与叶片相同，但含量上差异较大，导致用烟梗所制成的梗丝在燃吸过程中香气不足，吸味平淡，刺激性和劲头较小，杂气较重，尤其是木质性杂气重。同时纳米材料对减害有着重要的作用，但是因为纳米材料的特殊性，很难在烟叶表面进行有效的吸附，也就很难对减害产生明显作用。烟梗有着与烟叶不同的组织结构，能够成为纳米材料良好的载体。但是从使用情况来看，效果并不显著。如何提高梗丝的抽吸品质并使得其能够较好的负载纳米材料，是现阶段行业内重点研究的方向。目前对于烟梗的利用主要是将其制成高填充力的梗丝，作为卷烟的填充性原料，从而发挥梗丝较强的支撑作用，增加烟丝的填充力和燃吸时空气的透过量，达到降低消耗，提高烟支燃烧性的目的。这种方式只是对烟梗的物理性状进行了改变，但没有改变其化学成分，因此吸味和可用性不能很好的改善：同时由于细胞壁等阻碍纳米材料吸附的内部结构没有相应的改变，所以依然难以成为减害有效的载体。

国内降解烟梗细胞壁物质的方法主要有：1、物理处理方法，主要用微波、蒸汽爆破等方法处理。物理处理方法处理强度大，对烟梗中致香成分损失较大，影响卷烟的吸食品质，同时并不能改变其固有的微观结构，很难使得纳米材料有效吸附。2、化学处理方法，主要用稀酸、碱、臭氧、有机溶剂和氧化等处理，化学处理方法在生产中存在化学物质后期难以处理的问题。3、生物酶处理方法，生物处理主要通过生物酶对烟梗的细胞壁成分进行降解，如中国专利CN 102613689A公开的“一种提高烟梗润透率和吸食品质的方法”；中国专利CN 102613690A公开的“一种改善梗丝品质的方法”；中国专利CN 102599640A公开的“改善梗丝品质的加工方法”；中国专利CN 102613685A公开的“一种改善烟梗品质的预处理方法”等专利，均采用将各种单酶及复合酶直接作用于烟梗，但烟梗表面有一层蜡质，普通的淀粉多糖酶及非淀粉多糖酶很难通过这层蜡质直接作用于烟梗的细胞壁物质，所以以上酶制剂作用并不理想，不能有效改变烟梗品质和有效改变烟梗微观结构以提高纳米材料吸附作用。4、微生物发酵处理方法，主要用从烟草自身筛选的菌种，经诱导，纯化后用于烟梗的发酵，或者通过外源菌种加入到烟梗中进行发酵，对细胞壁物质进行降解。该方法中菌对烟叶的作用程度很难把握，烟梗中细胞壁成分不易多，也不易少，降解过度和降解不完全都直接影响烟梗的填充效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种工艺简单且能改善烟梗内在品质的酶制剂与纳米材料组合物及在烟梗生产中的应用。

1、酶制剂与纳米材料组合物及在烟梗生产中的应用，其特征包括下列步骤：

(1)将打叶复烤后并进行醇化后的烟梗作为初梗。

(2)初梗经水洗除杂，一次洗梗后进入滚筒进行润梗。

(3)酶制剂与纳米材料配方组合物配制：I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，每克I型配方组合物，脂肪酶的活力为100-1200IU/g，果胶酶的活力为200-3000IU/g，蛋白酶的活力为200-2200IU/g；II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶、纳米碳，每克II型酶制剂组合物中，纤维素酶50-500IU/g，木聚糖酶100-600IU/g，甘露聚糖酶50-300IU/g，木质素酶10-60IU/g，β-葡萄糖苷酶10-100IU/g，纳米碳0.001-0.01g/g梗丝。

(4)润梗时采用型配方组合物对烟梗表面的蜡质及构成细胞壁的成分果胶进行生物降解，按照烟梗重量的3‰-6‰的比例添加I型配方组合物，添加I型配方组合物后在自然pH值，温度为30℃，湿度为60％的条件下储存6h。

(5)经步骤(4)之后的物料按正常工艺进行蒸梗、压梗、切丝、切丝加料。在加料工序中按正常工艺进行配料，并加入梗丝重量5‰-8‰II型配方组合物。

(6)将步骤(5)所得混合料液按梗丝重量3％的比例均匀施加在梗丝中。

(7)施加料液后的梗丝在贮丝柜中室温条件下储存2h。

.(8)完成储存后的梗丝进行干燥处理。

上述处理方法工艺简单，利用酶制剂和纳米材料组合物之间的协同效应对烟梗及梗丝进行2次处理，使得梗丝不仅吸味品质得到改善并且能够有明显的减害作用。首次处理可使烟梗中的梗蜡、油脂、果胶质、淀粉、蛋白质、纤维素和木质素部分降解，并且使得内部结构产生一定变化，使得烟梗易于吸收水分和料液，吸味品质等向着好的方向转化，并且为纳米材料吸附于烟梗造就微观结构。第二次处理主要使用酶制剂配方使得梗丝香气变得柔和、刺激、降低杂气，并且处理后进一步使得梗丝内部结构发生变化，使得纳米材料较容易吸附于梗丝上。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

根据对烟梗化学成分及烟梗加工工艺的分析，本发明提供的一实施方式的用于烟梗处理的酶制剂和纳米材料组合物配制：

I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶。

脂肪酶即三酰基甘油酰基水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯，对烟梗中的蜡质起到了生物降解作用，其降解产物脂肪酸、甘油等为烟梗的天然保润剂。

果胶酶的主要功能是通过裂解切断果胶质中的糖苷键，使果胶裂解成多聚半乳糖醛酸。果胶质是亲水性胶体物质，通过渗透作用吸收水分，对烟梗的吸湿性和弹性起一定作用。

蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。利用蛋白酶的酶促反应，可把烟梗的大分子蛋白质水解成小分子肽或氨基酸，在高温下有利于美拉德的反应，对烟梗的品质有较好的提升作用。

II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶、纳米碳。

纤维素酶是水解纤维素生成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。纤维素酶中往往伴生木聚糖酶和甘露聚糖酶等半纤维素酶活力，纤维素酶和伴生的半纤维酶对烟梗细胞壁的有较好的协同降解作用。

木质素酶包括木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶，这类酶能够降解木质素及多环芳烃等有机化合物，生成的产物的蒽醌类化合物，具有天然的香味。

β-葡萄糖苷酶可将纤维二糖降解成葡萄糖，减少梗丝在燃烧过程中杂气的产生。

纳米碳添加卷烟配方中，可有效降低苯酚等有害物质含量，达到减害目标。

酶制剂之间会发生协同效应，可充分破坏木质素、纤维素等结构，一方面促进纤维素、半纤维素和木质素等转化，提高还原糖含量，促进风味成分的释放，改善其烟的吸食品质；另一方面，经过两次酶制剂的作用，使得内部纤维素、木质素、半纤维素等结构发生变化，使得纳米材料易于吸附于烟梗表面，从而在燃烧时候纳米材料可以起到减害作用。

本发明提供的一实施方式酶制剂组合物及在烟梗生产中的应用，其特征包括下列步骤：

(1)将打叶复烤后并进行醇化后的烟梗作为初梗。

(2)初梗经水洗除杂，一次洗梗后进入滚筒进行润梗。

(3)酶制剂与纳米材料配方组合物配制：I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，每克I型配方组合物，脂肪酶的活力为100-1200IU/g，果胶酶的活力为200-3000IU/g，蛋白酶的活力为200-2200IU/g；II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶、纳米碳，每克II型酶制剂组合物中，纤维素酶50-500IU/g，木聚糖酶100-600IU/g，甘露聚糖酶50-300IU/g，木质素酶10-60IU/g，β-葡萄糖苷酶10-100IU/g，纳米碳0.001-0.01g/g梗丝。

(4)润梗时将I型配方组合物对烟梗表面的蜡质及构成细胞壁的成分果胶进行生物降解，按照烟梗重量的3‰-6‰的比例添加I型配方组合物，添加I型配方组合物后在自然pH值，温度为30℃，湿度为60％的条件下储存6h。

(5)经步骤(4)之后的物料按正常工艺进行蒸梗、压梗、切丝、切丝加料。在加料工序中按正常工艺进行配料，并加入梗丝重量5‰-8‰II型配方组合物。

(6)将步骤(5)所得混合料液按梗丝重量3％的比例均匀施加在梗丝中。

(7)施加料液后的梗丝在贮丝柜中室温条件下储存2h；

(8)完成储存后的梗丝在180℃干燥2min。

上述处理方法工艺简单，利用酶制剂和纳米材料组合物之间的协同效应对烟梗及梗丝进行2次处理，使得梗丝不仅吸味品质得到改善并且能够有明显的减害作用。首次处理可使烟梗中的梗蜡、油脂、果胶质、淀粉、蛋白质、纤维素和木质素部分降解，并且使得内部结构产生一定变化，使得烟梗易于吸收水分和料液，.吸味品质等向着好的方向转化。第二次处理主要使用酶制剂配方使得梗丝香气变得柔和、刺激、杂气降低，并且处理后进一步使得梗丝内部结构发生变化，易于纳米材料吸附。

以下通过具体实施例来进一步说明。

实施例1

一种酶制剂和纳米材料组合物，它包括两套配方组合物，I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，每克I型配方组合物中，脂肪酶的活力为600IU/g，果胶酶的活力为1500IU/g，蛋白酶的活力为1000IU/g；II型酶制剂组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶、纳米碳，每克II型配方组合物包括，纤维素酶500IU/g，木聚糖酶600IU/g，甘露聚糖酶300IU/g，木质素酶60IU/g，β-葡萄糖苷酶100IU/g、纳米碳0.008g/g梗丝。

在烟梗回潮后，将I型配方组合物按照烟梗重量6‰加入到烟梗上，然后在进行贮藏平衡、压梗、切梗丝工序后加入II型配方组合物，加入量为梗丝重量的5‰。贮藏2h后，在180℃下进行烘干2min。

本发明方法对烟梗纤维素、果胶、半纤维素、木质素含量、细胞壁物质、有害物质产生的量等有明显降低，对总致香物质含量、纳米碳对烟草有害物质吸附率的提高较明显。

实施例2

一种酶制剂和纳米材料组合物，它包括两套配方组合物，I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，每克I型配方组合物中，脂肪酶的活力为400IU/g，果胶酶的活力为1700IU/g，蛋白酶的活力为800IU/g；II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶，纳米碳。每克II型酶制剂组合物中，纤维素酶300IU/g，木聚糖酶200IU/g，甘露聚糖酶100IU/g，木质素酶40IU/g，β-葡萄糖苷酶60IU/g、纳米碳0.09g/g梗丝。

在烟梗回潮后，将I型配方组合物按照烟梗重量3‰加入到烟梗上，然后在进行贮藏平衡、压梗、切梗丝工序后加入II型配方组合物，加入量为梗丝重量的8‰。贮藏2h后，在180℃下进行烘干2min。

本发明方法对烟梗纤维素、果胶、半纤维素、木质素含量、细胞壁物质、有害物质产生的量等有明显降低，对总致香物质含量、纳米碳对烟草有害物质吸附率的提高较明显。

实施例3

一种酶制剂和纳米材料组合物，它包括两套配方组合物，I型配方组合物包括脂肪酶、果胶酶、蛋白酶，每克I型配方组合物中，脂肪酶的活力为1000IU/g，果胶酶的活力为1000IU/g，蛋白酶的活力为600IU/g；II型配方组合物包括纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、木质素酶、β-葡萄糖苷酶，纳米碳。每克II型酶制剂组合物中，纤维素酶400IU/g，木聚糖酶100IU/g，甘露聚糖酶200IU/g，木质素酶30IU/g，β-葡萄糖苷酶60IU/g，纳米碳0.01g/g梗丝。

在烟梗回潮后，将I型配方组合物按照烟梗重量5‰加入到烟梗上，然后在进行贮藏平衡、压梗、切梗丝工序后加入II型配方组合物，加入量为梗丝重量的6‰。贮藏2h后，在180℃下进行烘干2min。

本发明方法对烟梗纤维素、果胶、半纤维素、木质素含量、细胞壁物质、有害物质产生的量等有明显降低，对总致香物质含量、纳米碳对烟草有害物质吸附率的提高较明显。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

实施例细胞壁物质检测数据：

实施例致香物质检测数据：

纳米碳对烟草有害物质吸附率

  对照组  实施例1  实施例2  实施例3  吸附率(％)  12.50  38.78  46.54  43.67

本技术对卷烟有害物质产生量的影响