仿酶体系处理烟草薄片的研究

刘志昌 王学文 唐向兵 安 瑞 王 磊 谢益民

(1.湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040;2.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉，430068)

仿酶体系处理烟草薄片的研究

刘志昌1王学文1唐向兵1安 瑞2王 磊2谢益民2

(1.湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040;2.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉，430068)

利用Fe-CA仿酶体系处理烟草物质 (烟梗和烟碎)，抄造烟草薄片，通过正交实验，确定仿酶体系的最佳处理条件为:处理温度45℃，处理时间30 min，仿酶用量20 mmol/kg，H2O2用量1%。最佳条件下烟草薄片的柔软度和抗张指数与空白样品相比，分别提高了11.4%、5.2%;对仿酶体系处理后的烟草薄片进行评吸，结果表明，烟草薄片经仿酶处理后，其香气、杂气和谐调程度有一定的改善，木质杂气减少，刺激性较小，品质提高，达到了提高烟草薄片物理性能 (抗张强度、柔软度)与品质的双重效果。

仿酶体系;烟草薄片;抗张强度;柔软度;评吸

烟草薄片又名重组烟草，是以烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料制成片状 (或丝状)的再生产品，用作卷烟填充料，其理化特性与烟草相似，常用的方法有辊压法、稠浆法和造纸法［1-2］。与辊压法和稠浆法薄片相比，造纸法薄片具有许多优势，使得造纸法烟草薄片在卷烟工业中的应用越来越广泛［3-5］。

目前，国内造纸法烟草薄片在产品质量方面与国外产品存在一定差距。在物理性质方面，国内生产的烟草薄片较厚，且厚薄不均;柔软性较差;色泽不均匀，部分薄片颜色较深;韧性不如进口烟草薄片。在薄片内在品质方面，国产薄片存在木质气比较重，刺激性大，烟气不谐调，纸质气明显，烟气柔和程度差等缺点。

仿酶，就是从天然酶中挑选出起主导作用的一些因素，如活性中心结构、疏水微环境、与底物的多种非共价键相互作用及其协同效应等，用以设计合成既能表现酶的优异功能又比酶简单稳定的非蛋白质分子或分子集合体［6］。

目前，研究比较多的仿酶系统有:①金属卟啉配合物 (包括铁卟啉配合物、锰卟啉配合物)［7-8］;②非卟啉金属配合物［9-10］。其中，铁系的仿酶系统有:铁卟啉、硫酸铁、Fe-EDTA和铁-血红素［11-18］。而Fe-羧酸复合物仿酶 (Fe-CA)/H2O2的仿酶体系对天然植物纤维原料中木质素的脱除具有良好的选择性，其三维立方体结构如图1所示。

图1 Fe-CA仿酶三维立体结构

由于木质素本身热解会产生儿茶酚、烷基儿茶酚等引起涩口，并有促癌活性。木质素含量的降低，有利于提高烟草的感官质量和吸味，其相关的研究在国内外尚处于空白。本课题采用仿生物酶技术 (Fe-CA仿酶体系)处理烟梗和烟碎来降低烟草中木质素的含量，达到提高烟草薄片的物理性能的目的。

1 实验

1.1 实验原料与试剂

烟梗:武汉长梗，ECX/YCX/YB;烟碎:贵州碎叶片、云南碎叶片、三益06碎叶片、香料烟、武烟卷包烟末;外加纤维:全部由湖北中烟提供;FeSO4·7H2O、羧酸、H2O2均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。

1.2 实验仪器

L＆W抗张强度测试仪 (Lorentzen＆Wettre，型号:062)，柔软度测试仪 (EMTEC，型号:TSA)，RK-3A凯塞法抄片器 (奥地利，PTI-Flank)，HPLC(日本岛津，型号:LC-20AT)，恒温水浴锅 (宁波天恒仪器厂，型号:SJH-6S)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

称量烟碎900 g，加入3.78 L水浸泡 (料液比为1∶4.2)，在温度 (45±5)℃的条件下，萃取40 min，随后进行固液分离;称量烟梗600 g，加入2.25 L水浸泡 (料液比为1∶3.75)，在温度 (65±5)℃的条件下，萃取40 min，随后进行固液分离。分离后的烟梗高浓磨浆到 (11±2)°SR，然后与分离后的烟碎混合磨浆到 (20±2)°SR，接着按照表1进行L9(34)四因素三水平的正交实验，确定最佳仿酶处理条件，随后加入外加纤维 (外加纤维的打浆度为 (42±2)°SR)和碳酸钙，抄造制成烟草薄片片基，萃取后的液体经浓缩后再浸涂到烟草薄片片基上，经干燥分切制得造纸法烟草薄片，定量为 (61±2)g/m2，然后对烟草薄片物理性能进行检测。

表1 正交实验设计表

1.3.2 Fe-CA仿酶体系的制备

取27.8 g FeSO4·7H2O，18.6 g羧酸 A 和12.6 g的羧酸B进行鳌合复配制成Fe-CA仿酶体系，搅拌混合均匀，加水稀释到浓度0.25 mol/L，备用。

1.3.3 烟草薄片物理性能检测

抗张强度的测定按照GB/T 12914纸和纸板抗张强度的测定法进行。

柔软度的测定按照GB/T 8942—1998纸柔软度的测定方法进行。

2 结果与讨论

烟梗和烟碎仿酶处理正交实验结果见表2所示。

2.1 处理温度对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响

从表2可以看出，随着处理温度的升高，烟草薄片的柔软度 (柔软度值越大，其柔软性越差)呈现先下降后上升的趋势，处理温度为45℃时，处理后的样品柔软度最小值为486 mN，与空白样品566 mN相比，下降了14.1%;烟草薄片样品的抗张指数随着处理温度的升高，一直呈现上升的趋势，样品的抗张指数最大值为9.97 N·m/g，与空白样品8.41 N·m/g相比，提高了18.6%;当处理温度为45℃时，其抗张指数提高了6.4%。可见，仿酶处理后，柔软性和抗张强度都有较大幅度的提高。

由不同处理温度对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响可以看出，35℃与45℃相差不大，同时考虑实际的磨浆温度，本实验选择45℃作为仿酶处理温度。

2.2 处理时间对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响

由表2可知，随着仿酶时间的增加，处理烟草薄片的柔软度呈现先上升后下降的趋势。当处理时间30 min时，仿酶处理的样品柔软度值为505 mN，与空白样品566 mN相比，下降了10.8%，处理样品的柔软性提高;而烟草薄片样品的抗张指数随着处理时间的增加，呈现一直上升的趋势。仿酶处理样品的抗张指数最大值为9.73 N·m/g，与空白样品8.41 N·m/g相比，提高了15.7%;处理时间30 min时，其抗张指数提高了5.8%。可见仿酶处理样品的抗张强度也有了较大幅度的提高。

表2 仿酶正交实验结果

综合考虑，仿酶处理时间为30 min比较合适。

2.3 仿酶用量对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响

由表2可以看出，随着仿酶用量的增加，烟草薄片的柔软度呈上升的趋势。当仿酶用量为20 mmol/kg时，处理后的样品柔软度为481 mN，与空白样品566 mN相比，下降了15.0%，处理后样品的柔软性有了很大幅度的提高;样品的抗张指数随着仿酶用量的增加，一直呈现上升的趋势，处理样品的抗张指数最大值为9.50 N·m/g，与空白样品8.41 N·m/g相比，提高了13.0%;在仿酶用量为20 mmol/kg时，其抗张指数提高了7.9%。可见仿酶处理样品的抗张强度有了一定程度的提高。

综合考虑，仿酶用量对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响，选择20 mmol/kg作为较合适的用量。

2.4 H2O2用量对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响

由表2可看出，随着H2O2用量的增加，烟草薄片的柔软度呈现上升的趋势。当H2O2用量为1%时，处理后样品柔软度为510 mN，与空白样品566 mN相比，下降了9.9%，可见，仿酶处理样品的柔软性有了一定程度的提高;烟草薄片样品的抗张指数随着H2O2用量的增加，一直呈现上升的趋势。仿酶处理样品的抗张指数最大值为9.60 N·m/g(H2O2用量为 4%)，与空白样品8.41 N·m/g相比，提高了14.1%，而H2O2用量为1%时，与空白样品相比，提高了5.2%。可见仿酶处理样品的抗张强度有了较大程度的提高。

综合考虑H2O2用量对烟草薄片柔软度和抗张指数的影响以及企业的实际运行成本，本实验选择 H2O2用量为1%。

综上实验结果，确定仿酶最佳处理条件为:处理温度45℃，处理时间30 min，仿酶用量为20 mmol/kg，H2O2用量为1%。

在上述最佳处理条件下进行再现实验，结果见表3。由表3可知，在最佳实验条件下，处理后烟草薄片的柔软度和抗张指数与空白样品相比，分别提高了11.4%、5.2%。

表3 仿酶最佳条件下处理结果

2.5仿酶技术处理对烟草薄片感官评吸的影响

湖北中烟集团组织专家对在最佳实验条件下抄造的烟草薄片 (定量为60 g/m2)进行评吸，结果表明，烟草薄片经仿酶技术处理后，其香气、杂气和谐调程度都有一定程度的改善，木质杂气减少，刺激性较小，品质提高，达到了预期的效果。同时，将处理后的烟草薄片以15%的比例添加到卷烟中，其评吸得分比现有技术制备的烟草薄片 (未经仿酶处理)制作的卷烟高1.8～2.6分 (见表4)。

表4 卷烟感官质量评吸表

3 结论

3.1 仿酶体系处理烟草薄片的最佳条件为:处理温度45℃，处理时间30 min，仿酶用量为20 mmol/kg，H2O2用量为1%。在最佳条件下处理后的烟草薄片的柔软度和抗张指数与空白样品相比，分别提高了11.4%和5.2%，取得了较好的效果。

3.2 仿酶体系处理后的烟草薄片的评吸结果表明，烟草薄片经仿酶技术处理后，其香气、杂气、刺激性和谐调程度都有了一定程度的改善，品质得到一定程度的提高，将处理后制得的烟草薄片以15%的比例添加到卷烟中，其评吸得分比现有技术制备的烟草薄片 (未经仿酶处理)制作的卷烟高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

刘志昌先生，硕士;主要研究方向:烟草薄片生产工艺。

(*E-mail:wanglei820117@163．com)

2010-12-02(修改稿)

本课题为国家自然科学基金 (31070521，30871996)资助项目。

(责任编辑:赵旸宇)