复合酶法降低烟草薄片刺激性的研究

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摘要：摘要：针对引起烟草薄片刺激性的果胶、蛋白质等大分子前体物，采用酶制剂进行降解。酶解最优条件为蛋白酶用量为300 U/g，果胶酶用量为400 U/g，酶解时间为4 h。考察同时酶解(PP)、先蛋白酶后果胶酶(PrE-PE)、先果胶酶后蛋白酶(PE-PrE)等3种酶解方式对薄片品

　　摘要：针对引起烟草薄片刺激性的果胶、蛋白质等大分子前体物，采用酶制剂进行降解。酶解最优条件为蛋白酶用量为300 U/g，果胶酶用量为400 U/g，酶解时间为4 h。考察同时酶解(PP)、先蛋白酶后果胶酶(PrE-PE)、先果胶酶后蛋白酶(PE-PrE)等3种酶解方式对薄片品质的影响。酶解后提取率均得到提高，PE-PrE处理可以获得最高的提取率。酶解后热重性质主要变化为纤维、果胶等大分子物质裂解失重效果减小，燃烧阶段失重效果变大。烟气常规考察发现，除PP处理外，2种分步酶解处理方式的总粒相物、焦油含量均有所下降;3种酶解方式的一氧化碳、烟碱含量降低，烟气水分和抽吸口数上升。气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析结果表明，经PrE-PE、PE-PrE、PP处理后，香气成分总量分别增加22%、9%、16%。感官评吸结果表明，PrE-PE处理感官品质最优，PE-PrE处理感官品质较差。综合各个指标，PrE-PE处理最优，可以在降低刺激性的同时，得到较好的烟气品质。

　　关键词：烟草薄片;复合酶法;刺激性;感官评定;酶解;香气成分

　　烟草薄片(reconstituted tobacco，简称RT)是利用烟梗、烟末、碎烟片等卷烟生产过程中的废弃物，外加植物纤维，经过重新组合而成的产品，也称为再造烟叶。20世纪90年代末，我国才开始对造纸法烟草薄片进行系统研究。与国外产品相比还有一定差距，主要表现在干燥感严重，刺激性较大，烟气不协调，木质气严重[1];虽然焦油等有害成分较低，但一氧化碳含量偏高[2]。蛋白质和果胶是烟末和烟梗中含量较高、对吸味及危害性影响较大的2种大分子物质。果胶含量过高时，在干燥环境下薄片易碎，果胶裂解时还会产生甲醇、甲醛、甲酸等，增加了烟气刺激性，也不利于安全性。蛋白质燃烧则会产生烧焦羽毛的气味，产生杂气，蛋白质也是氨气的重要前体物，易增加烟气刺激性。这些问题限制着薄片在卷烟产品中的应用，要提升其感官品质，烟气干燥感和刺激性是必须解决的两大直接而突出的问题。

　　由于高效、绿色环保的优势，酶和生物技术在这方面发挥着越来越大的作用。于建军等利用不同用量果胶酶处理湖北C3F等级烟叶，发现果胶酶用量越大，果胶去除率越高，可达15%;而总糖含量显著升高，苯甲醇、苯乙醇等烟叶中重要的致香成分含量显著升高，致香成分总量升高29.94%，有利于烟叶香气质量改善[3-4]。韦杰等通过采用4种酶复合优化工艺处理烟末制备浸膏，发现处理后的浸膏中还原糖含量增加123%，氨基酸含量增加74%，膏烟气浓度和劲头明显增加，烟气柔和细腻，有润感和甜感，烟香丰富，有烘烤香和果甜[5]。但是现有研究多侧重于单纯的酶解条件的优化及香气物质的提升，却缺少对酶解产物其他方面性质，尤其是主流烟气刺激性成分及有害成分变化的考察。将酶应用于薄片的研究多见于对原料或成品涂布液的处理，缺少结合薄片生产工艺进行酶解研究，在萃取时进行处理的研究还较少见[6]。

　　本研究结合烟草薄片生产工艺，在烟末萃取过程中进行酶解。选择果胶酶、中性蛋白酶进行试验，考察酶用量、酶解时间、酶解方式等对酶解效果及所制备薄片感官品质的影响。进一步考察不同酶解方式对烟草薄片主流烟气常规成分、主流烟气挥发性物质含量(羰基化合物、氨气、一氧化碳)、感官品质与燃烧裂解性能的影响。最后，综合各个指标得出最优酶解工艺，以期为实际生产中进一步提升薄片品质提供依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验材料

　　中性蛋白酶，活性为61 500 U/mL[诺维信(中国)生物技术有限公司];果胶酶，活性为 40 000 U/g(上海创赛科技有限公司);烟梗、烟末(山东瑞博斯烟草有限公司);乙酸苯乙酯、苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、糠醛、糠醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-二氢大马酮、β-紫罗兰酮、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛等(分析纯，北京百灵威科技有限公司);二氯甲烷、乙腈等为色谱纯，氯化钠、高氯酸、无水硫酸钠、2，4-二硝基苯肼、异丙醇、吡啶等为分析纯(国药集团化学试剂有限公司);剑桥滤片[博瓦特凯希(中国)有限公司];有机滤膜，孔径为0.45 μm(上海兴亚净化材料厂)。

　　1.2 主要仪器

　　HP6890A/5975C气质联用仪(美国安捷伦科技公司);STA449C热重分析仪(德国耐驰公司);同时蒸馏萃取仪(郑州烟草研究院);Dionex Ultimate 3000液相色谱仪(戴安中国有限公司);RM200A吸烟机[博瓦特凯希(中国)有限公司)]。以上仪器由安徽中烟工业有限责任公司技术中心提供。

　　1.3 试验方法

　　1.3.1 蛋白酶与果胶酶同时酶解正交试验 选择蛋白酶用量(200、300、400 U/g)、果胶酶用量(300、400、500 U/g)和酶解时间(2、3、4 h)进行正交试验，考察提取率和感官评吸得分。

　　1.3.2 3种不同的酶解方式 (1)果胶酶、蛋白酶同时酶解(PP)：取一定量烟末于锥形瓶中，按照料液比 1 ∶10 加入一定量去离子水，蛋白酶用量为 300 U/g，果胶酶用量为400 U/g，50 ℃酶解2 h，取出后在90 ℃水浴锅中加热15 min灭酶，取出后用流水冷却，以5 000 r/min离心3 min。(2)先用蛋白酶处理，后用果胶酶处理(PrE-PE处理)：用1 mol/L氢氧化钠溶液将初始pH值调为6.5，加入200 U/g的蛋白酶，50 ℃酶解3 h后取出，在90 ℃水浴锅中加热 15 min 灭酶。冷却后用1 mol/L鹽酸调节初始pH值为5.8，加入400 U/g果胶酶，50 ℃酶解时间为3 h，取出后于90 ℃水浴中加热15 min灭酶，以 5 000 r/min 离心3 min。(3)先用果胶酶处理，后用蛋白酶处理(PE-PrE处理)：先用400 U/g果胶酶于50 ℃水浴中酶解3 h，之后90 ℃水浴下灭酶 15 min，冷却后用 1 mol/L 氢氧化钠调节pH值至6.5，加入200 U/g蛋白酶，50 ℃酶解3 h，然后在 90 ℃ 水浴中加热 15 min 灭酶，以5 000 r/min离心3 min。

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