一种弱碱、漆酶与表面活性剂协同脱除烟梗中木质素的方法

摘要

本发明公开了一种弱碱、漆酶与表面活性剂协同脱除烟梗中木质素的方法。先用1％-5％的碳酸氢钠在80℃-100℃的温度下对烟梗进行预处理20-50min。预处理后用清水将烟梗洗涤，烘干。之后将处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂的水溶液中。通过醋酸钠-醋酸的缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解2-7个小时。本发明提供的烟梗中的木质素降解方法操作简单，反应条件温和，时间短，成本低，且对烟梗本身的破坏程度低。通过该工艺处理后，烟梗中的木质素降解率可以达到40.31％，有效地降低了烟梗丝燃烧的木质素气息，提升了烟梗的品质，同时提升了卷烟的品质和安全。

说明书

技术领域

本发明涉及烟梗中木质素的降解，特别涉及烟梗制备烟草薄片生产过程中 木质素的脱除。

背景技术

通常，木质素在烟梗中的含量为4-8％，这部分木质素是造成烟气中木质 气息重，以至于产生强烈的咳呛等和燃烧时产生灼喉的主要原因，干扰烟气的 香气，且木质素热解会产生儿茶酚、烷基儿茶酚，引起涩口且有促癌活性，影 响卷烟品质和安全。因此，烟梗中木质素的降解脱除有利于烟草质量的提高。

目前对于木质素的脱除方法通常包括：①有机酸脱除法：该方法是使用乙 酸等有机酸，使木质素的醚键断裂，大分子结构的木质素被降解而脱除。脱除 效果受反应温度、催化剂、反应时间的影响。该方法容易导致纤维素的酸性水 解，从而影响到烟梗的品质。②有机溶剂提取法：该方法以甲醇、乙醇、丁醇 等为有机溶剂，以无机酸作为催化剂，是木质素溶解，分离出纤维不溶物，然 后再改变溶液的极性或加入沉淀剂，沉淀出木质素。这种方法的木质素的降解 率较低，降解率大约是植物体内木质素总量的10％左右。③高沸醇溶剂法：该 方法使用高沸点溶剂如乙二醇、丁二醇等溶解木质素，再通过调整溶液的极性， 使木质素从溶液中沉淀出来。这种方法所用的高沸醇脱除温度高，接近200℃， 不适合工业应用。③碱性脱除法：利用木质素与碱形成酚钠结构而溶于碱的特 性，在烟梗中加入氢氧化钠可以除去一定量的木质素。但要达到较好的木质素 脱除效果，碱性处理需要在大于2.5MPa和170℃以上的高温下处理。难以实 现大批量处理。④生物降解法：利用一些过氧化物酶氧化木质素，该方法条件 温和，容易实现工业化生产。但目前单纯的生物降解脱除率低。公布号为 CN103859579A的中国发明专利申请公开了一种用漆酶降解烟梗中的木质素的 方法，反应温度为40℃-48℃，pH为4.5-5.5,反应时间为36h-60h,酶解后的 烟梗中木质素脱除率为16.3％。但该方法直接用漆酶对烟梗中木质素进行酶 解，由于烟梗中纤维素、半纤维素和木质素相互缠绕和包裹，酶解效率低，对 木质素的降解率低，且该专利侧重于漆酶的培养。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的问题，提供一种先用弱碱对烟梗进行碱预处 理，再利用漆酶在表面活性剂的协同作用下对烟梗进行酶解，从而达到烟梗中 木质素的脱除方法。

目前对烟梗木质素脱除的研究较少，化学的降解方法由于处理的溶剂和反 应条件的限制难以运用到烟梗中，而单纯的生物降解的降解率不高。本发明利 用温和的化学方法预处理后再进行生物降解的降解方法将会更有利于降解烟 梗中的木质素。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种弱碱、漆酶与表面活性剂协同脱除烟梗中木质素的方法，包括以下 步骤：

(1)用质量浓度为1％-5％的弱碱在80℃-100℃的温度下对烟梗进行预处 理20-50min,预处理后用清水将烟梗洗涤，烘干；

(2)将步骤(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的 水溶液中,其中漆酶浓度为0.1g/L-0.8g/L,吐温80的浓度为 0.08g/L-0.15g/L,通过的缓冲溶液控制反应pH值为5,在温度为50℃，搅拌 下酶解2-7个小时。

为进一步实现本发明目的，优选地，步骤(1)中弱碱为碳酸氢钠。

优选地，步骤(1)中碳酸氢钠的质量浓度为3％。

优选地，步骤(1)中，碳酸氢钠的处理温度为100℃；碳酸氢钠的处理 时间为30min。

优选地，步骤(1)中，所述烘干是放在50℃的烘箱里进行。

优选地，步骤(2)中，漆酶浓度为0.4g/L。

优选地，步骤(2)中，吐温80的浓度为0.12g/L。

优选地，步骤(2)中，酶解时间为4个小时。

优选地，步骤(2)中，缓冲溶液为醋酸钠-醋酸。

优选地，步骤(2)中，所述搅拌的转速为150r/min。

本发明技术的突出特征是利用碳酸氢钠对烟梗进行预处理，使烟梗的结构 变得疏松，木质素从纤维素和半纤维素中暴露出来，从而有利于下一步酶解的 进行，同时利用表面活性剂增大酶和烟梗的接触面积，提升烟梗中的木质素脱 除率。

本发明与现有技术相比具有如下突出优点和效果：

1、本发明在酶解前采用的碱处理有效地提升了酶解效率，表面活性剂吐 温80的添加使得漆酶更好的吸附到木质素上，进一步的提高了酶解效果。弱 碱、漆酶与表面活性剂协同脱除烟梗中木质素的方法的效果是单独进行碱处理 或酶解无法比拟的。

2、本发明的反应条件温和，时间短，成本低，且在降解木质素时不会破 坏纤维素和半纤维素的结构。

3、本发明所使用的化学品都是食品行业允许的，安全可靠。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发 明的实施方式不限如此。

木质素含量的测量方法按照文献(宋银等，丹参木质素及其单体含量的测 定，分析科学学报，2011,27(5)：586-590)中的酸解结合紫外分光光度计法 进行。

木质素的脱除率按下式计算：

实施例1

(1)用1％的碳酸氢钠在80℃的温度下对烟梗进行预处理20min。预处理 后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.1g/L,吐温80的浓度为0.08g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解2个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为5.21％，木质素脱除率为32.20％。

实施例2

(1)用1％的碳酸氢钠在90℃的温度下对烟梗进行预处理50min。预处理 后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.8g/L,吐温80的浓度为0.15g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解7个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为5.13％，脱除率为33.25％。

实施例3

(1)用3％的碳酸氢钠在100℃的温度下对烟梗进行预处理30min。预处 理后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.4g/L,吐温80的浓度为0.12g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5，在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解4个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为4.59％，脱除率为40.31％。

实施例4

(1)用3％的碳酸氢钠在80℃的温度下对烟梗进行预处理20min。预处理 后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.4g/L,吐温80的浓度为0.15g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解4个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为4.74％，脱除率为38.36％。

实施例5

(1)用5％的碳酸氢钠在100℃的温度下对烟梗进行预处理30min。预处 理后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.8g/L,吐温80的浓度为0.12g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解2个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为4.87％，脱除率为36.65％。

实施例6

(1)用5％的碳酸氢钠在90℃的温度下对烟梗进行预处理50min。预处理 后用清水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。

(2)将(1)中处理后的烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶 液中,其中漆酶浓度为0.1g/L,吐温80的浓度为0.08g/L。通过醋酸钠-醋酸的 缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解7个小时。 将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为5.05％，脱除率为34.31％。

对比例1

用3％的碳酸氢钠在100℃的温度下对烟梗进行预处理30min。处理后用清 水将烟梗洗涤、放在50℃的烘箱里烘干。烘干后测定木质素含量和脱除率。 测定结果为：样品的木质素含量为6.22，脱除率为19.12％。

对比例2

将烟梗放入到含有漆酶水溶液中,其中漆酶浓度为0.4g/L，通过醋酸钠- 醋酸的缓冲溶液控制反应pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解4 个小时。将样品用清水洗涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量 和脱除率。测定结果为：样品的木质素含量为6.46％，脱除率为15.99％。

对比例3

将烟梗放入到含有漆酶和表面活性剂吐温80的水溶液中,其中漆酶浓度 为0.4g/L,吐温80的浓度为0.12g/L。通过醋酸钠-醋酸的缓冲溶液控制反应 pH为5,在50℃，转速为150r/min的搅拌下酶解4个小时。将样品用清水洗 涤3回，放入50℃烘箱进行烘干，测定木质素含量和脱除率。测定结果为： 样品的木质素含量为5.4％，脱除率为29.78％。

实施效果说明

为了说明本发明的实施效果，将实施实例同单独进行碱处理、酶解或酶与 吐温80协同作用的对比例进行对比，对比效果见表1。

表1为本发明实施例中烟梗的木质素含量和木质素脱除率数据。

表1本发明实施案例效果

表1显示经本发明技术实施的烟梗样品(实施例1-6)的木质素含量有了 明显降低，脱除率都在30％以上，最高达到40.31％。明显高于目前国内外文献 所报道的酶解方法降解烟梗中木质素的脱除率。而单独进行碱处理的木质素脱 除率为19.12％(对比例1)，单独进行酶解的木质素脱除率为15.99％(对比例 2)，只进行酶和吐温80协同降解的木质素脱除率为29.78％(对比例3)，都小 于本发明中实施例中的结果，可见弱碱、漆酶与表面活性剂协同脱除烟梗中木 质素的方法的效果是单独进行碱处理或酶解无法比拟的。