造纸法再造烟叶萃取工艺研究现状

谭正兰，刘丽，伊奥尔，乔丹娜，曹秋娥，汤建国

（1.红塔烟草（集团）有限责任公司技术中心，云南玉溪 653100；2.云南大学化学科学与工程学院，云南昆明 650091）

造纸法再造烟叶萃取工艺研究现状

谭正兰1，2，刘丽1，2，伊奥尔1，乔丹娜1，曹秋娥2，汤建国1

（1.红塔烟草（集团）有限责任公司技术中心，云南玉溪 653100；2.云南大学化学科学与工程学院，云南昆明 650091）

萃取工艺是造纸法再造烟叶生产过程中影响其产率、品质以及生产成本最关键因素之一。该文对近年来国内造纸法再造烟叶萃取工艺研究成果及现状进行了系统综述，并对造纸法再造烟叶萃取工艺应用研究和开发前景进行了展望。

造纸法再造烟叶；萃取；现状

造纸法再造烟叶起源较早，20世纪70年代国外烟草商已经开始系统研究造纸法薄片工艺技术，并在80年代得到广泛的推广应用，将其作为降低卷烟产品焦油量的一个有效手段[1]。国产造纸法再造烟叶发展经历了起步阶段、快速发展阶段和至今的全面创新阶段。2010年，我国卷烟中造纸法再造烟叶掺配量约为5.5%，5年后将会超过8%，由此可见，造纸法再造烟叶在烟草行业中的重要性越来越显著[2]。造纸法再造烟叶是指按再造烟叶原料配方要求，应用类似造纸工艺生产出的一种可用于卷烟填充料的再生产品。在制造过程中，先将烟末、烟梗等原料用水浸泡萃取后，分离萃取液和不溶性纤维物质；不溶性纤维物质以类似造纸的方法制成高填充值的片基，然后在片基上加入经浓缩的萃取液和适当的添加剂，干燥后便成为再造烟叶。与其他方法相比，造纸法再造烟叶不仅具有密度小、填充数值高和整丝率高等优点，而且耐加工性优于天然烟叶，焦油释放量仅为天然烟叶的一半左右[3]。同时，造纸法再造烟叶由于其生产工艺科技含量高、可控性强及产品品质优势逐渐代替辊压法和稠浆法，成为现代再造烟叶生产行业中运用最多的生产工艺[4]。在造纸法再造烟叶生产过程中，萃取工艺是最为关键的工序之一，具有举足轻重的地位。

本文对国内关于造纸方法再造烟叶萃取工艺的研究进行系统综述。

1 传统提取方法

1.1 水浸提

水浸提是一种传统的溶剂萃取方法，操作简单、收率高、成本低，而且不会破坏物质性质，最常用于中药有效成分萃取[5]，也是再造烟叶萃取工艺中采用最多的一种萃取方法[6]21-23。其不足之处在于水萃取得到的烟草原料萃取液，需要通过浓缩才能达到涂布工序要求，并且在浓缩萃取液时，易挥发物质随温度升高而逸出，造成损失。国内学者在研究水浸提工艺时主要考察萃取时间、萃取温度、物料与水的比例和萃取次数等因素对烟草原料萃取率影响[7]，同时为了确定最佳工艺条件，一般会先进行单因素实验确定实验因素和水平，然后在此基础上进行正交优化实验。

杨彦明等通过单因素实验系统地研究了4种因素（萃取温度、萃取时间、物料比及萃取次数）分别对烟梗和烟叶萃取率的影响；根据实验结果，烟梗最佳工艺参数：60℃、40 min、物料比1∶8（m∶V）；烟叶最佳工艺参数：60℃、20 min、物料比1∶10（m∶V），萃取次数均为1次[8]。

凌秀菊等结合单因素实验和正交设计实验对造纸法再造烟叶原料热水萃取工艺进行了优化，得到烟梗最佳工艺：80℃、1 h、物料比l∶8（m∶V）；烟叶最佳工艺：80℃、1.5 h、物料比1∶10（m∶V）。与其他研究者不同，凌秀菊等还采用膜浓缩代替了旧工艺中多效浓缩，经实验得出改进后工艺不仅能更好地除杂、降低能耗、回收芳香物质，还可以达到节约水资源的目的[6]21-23。

刘丽等采用中心组合设计响应面法对烟叶碎片萃取工艺进行优化，得到烟叶碎片最佳提取工艺：浸提温度69℃、浸提时间39 min、液料比10.6∶1（V∶m），萃取率为40.22%，并建立了相应的数学模型，模型预测值为40.46%，与实测值相对误差仅为0.59%，为工业应用提供了理论基础[9]。

1.2 三级逆流萃取

三级逆流萃取技术是指原料液从第一级进入，依次经过各级萃取，成为各级的萃余相，其溶质组成逐级降低，溶剂从末级即第三级进入系统，依次通过各级与萃余相逆相接触，进行萃取，使得萃取相中的溶质组成逐级提高，最终获得的萃取相和萃余相。在生产过程中，萃取相和萃余相中包含的溶剂将通过脱溶剂塔脱除，并返回系统循环使用，三级逆流萃取技术具有分离程度高、经济实用和可连续操作的特点。因此，大多数造纸法再造烟叶的生产企业为了降低能耗和水耗，提高萃取率以达到涂布的要求，工业上一般采用三级逆流萃取。

严新龙等则对造纸法再造烟叶工艺进行了更为系统的研究，采用正交实验优化原料萃取的萃取时间、萃取温度、物料比、萃取次数和萃取后物料的挤压干度对萃取参数的影响，模拟工业生产三级逆流萃取过程，其萃取率和萃取液波美度均能达到实际生产要求[10]。

常纪恒等采用正交实验优化烟梗和烟末单次萃取工艺参数，在实验室条件下模拟了三步逆向萃取，并优化3次加水比例，得到了烟梗和烟末最优工艺参数。烟梗：60℃、40 min每次、3次加水比例分别为1∶10、1∶7和1∶7（m∶V）。烟叶：30～40℃、20 min每次、3次加水比例分别为1∶10、1∶5和1∶5（m∶V）。验证实验结果表明，烟梗和烟叶按可溶物含量比例计算可分别达到86%和90%[11]。

1.3 萃取剂优化萃取

单纯地优化萃取条件，萃取率增幅是有限的。为了能达到更好的萃取效果，很多研究者试图改进萃取剂，常用的就是在萃取过程中加入可以改善萃取效果的化学物质，如表面活性剂、尿包剂等。

孙霞等在萃取过程中加入一种非离子型表面活性剂聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯（Tween-80），可以有效地提高萃取率。在萃取过程中加入尿包剂，有效地提高了萃取率，烟梗和烟末的萃取率分别为54.12% 和56.36%[12]。

刘志昌等通过单因素实验和正交实验，确定尿包萃取法浸提烟梗和烟末的最佳提取工艺条件，明显提高了造纸法烟草薄片生产中烟梗、烟末的萃取率。烟梗最佳浸提条件为：尿包剂添加量2%，提取温度70℃、料液比为1∶5（m∶V）、提取时间100 min；烟末的最佳浸提条件为：尿包剂添加量3%，提取温度80℃、料液比为1∶5（m∶V）、提取时间100 min[13]。

2 辅助浸提法

2.1 超声波辅助浸提

超声波萃取法（UE）是在超声能量辅助下利用超声波空化作用增强溶剂穿透力，加速可溶物溶出，提高萃取率的浸提方法[14]。除此之外，超声波还有许多次级效应，包括乳化、扩散、击碎和化学效应等，都对加速目标物质溶出和提高萃取率有正面影响。超声萃取法具有操作简单、萃取时间短、萃取率高和萃取成本低的优点，但使用超声萃取设备生产时可能会造成噪声污染。

为了改善再造烟叶抽吸品质，以草酸铵溶液或0.12%EDTA络合自来水为萃取剂，采用超声辅助萃取，有效降低了烟梗中果胶含量[15-17]。澳华达国际香料（广州）有限公司发明了一种采用超声波萃取技术生产再造烟叶的方法[18]。此法不仅能提高烟草原料有效成分萃取率，还可以节约能源和减少环境污染[19]。

2.2 酶制剂辅助浸提

酶萃取法原理是利用酶制剂反应的高度专一性，将待萃取组分从生物细胞中萃取出来，酶是催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。酶萃取法具有反应选择性高、萃取条件温和、得率高、时间短、成本低、环保而且不会破坏萃取成分的化学结构和生物活性等优点。酶萃取法常应用于食品加工、生物制药及萃取中药有效成分，也常被用于改善再造烟叶产品的抽吸品质。酶制剂在一定条件才能保证其活性，某些酶制剂还需要灭活处理，增加生产工序和难度。

目前，国产造纸法再造烟叶存在杂质气和木质气偏重、刺激性大和口感差等不足，这些缺陷导致再造烟叶配伍性差，更影响其在卷烟产品中的添加量和添加效果。如在萃取液浓缩阶段，对萃取液进行浓缩纯化可达到除杂气、增香气的目的[20]。尽管如此，最常用的改善措施还是添加香料，但是改善程度有限，难以从根源上解决问题。

随着研究深入，发现在再造烟叶生产工艺原料萃取过程中加入酶制剂，可以很好地弥补再造烟叶缺陷[21-24]，此法不仅反应选择性高、萃取条件温和、得率高、时间短、成本低及环保，而且具有不会破坏萃取成分化学结构和生物活性等优点[25-27]。姚元军等试图通过采用自制的3种酶（BTE 0301纤维素酶、BTE 0202蛋白酶和BTE 0505果胶酶）及其复合酶对萃取工艺进行处理，提高和改善再造烟叶内在品质[28]。郑小嘎等采用复合酶（E 1、E 2、E 3、E 4和E 5）在造纸法再造烟叶生产工艺萃取过程中处理烟梗，明显减轻了产品刺激性，香味变浓，口感也变好，明显改善了产品品质[29]。除了采用复合酶制剂，也有采用单一酶处理烟草原料的研究，李鲁等研究了蛋白酶对再造烟叶原料中蛋白质降解程度的影响，并且得到在蛋白质最佳酶解条件（pH=5.2烟草原料水溶液，50～60℃）下，当蛋白质酶添加量和酶反应时间增加时，原料中蛋白质含量降低逐渐减少，同时萃取液中游离氧基酸和可溶性氮含量都呈逐渐增加趋势[30]。

除了以上的研究，还有许多相关专利也被一一公开，孙德平等发明了一种造纸法烟草薄片生产的萃取方法。该方法中加入了一定比例的酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和酶活力促进剂，可提升再造烟叶吃味品质，减少杂气，降低刺激性，还能掩盖部分抄造中形成的酸臭味[31]。武汉烟草（集团）公司发明了一种造纸法再造烟叶生产中酶处理梗料萃取方法，与孙德平发明方法不同，此法采用的是一定比例的果胶酶、糖化酶、木聚糖酶、KT-07-2复合酶及KT-061115酶，在不增加工序的情况下提高了萃取率和萃取液品质，还能利用后续工艺对加入的酶进行灭活[32]。

2.3 微生物处理辅助浸提

除了添加酶制剂[33-35]，利用微生物发酵一样可以改善造纸法再造烟叶品质。艾继涛等通过对节杆菌AN进行诱变处理以期提高其产酶能力，在优化后的发酵条件下，利用经诱变后的节杆菌AN强化废次烟叶的发酵过程和处理其萃取液，再结合酶制剂的酶反应，可以使产品杂质气显著减少，香味转好，吸食质量提高[36]。戴丽君等将烟梗萃取液经过酵母处理，在酵母添加量为l%、活化时间为40 min和反应时间为120 min条件下，很大程度上降低了烟梗浓缩液中的还原糖和总糖含量。经过酵母处理，再造烟叶成品的糖碱比更加合理[37]。

3 结语

近年来，我国造纸法再造烟叶技术已得到越来越广泛的应用，其萃取工艺条件不断地得到优化，这对于降低耗能、改善卷烟内在品质、提高烟草行业的经济效益和社会效益发挥了重大作用；同时，不同的萃取技术正在得到开发，例如，超临界流体萃取、微波辅助萃取[38]、半仿生萃取[39-42]、分子蒸馏技术[43]和大孔吸附树脂分离技术[44]等萃取技术也可运用于再造烟叶萃取工艺研究。虽然国内造纸法再造烟叶萃取工艺优化取得了不少成绩，但是相对于国外的一些技术还存在一定的差距，还有大的发展空间。

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Research Status of Extraction Technology of Paper-making Reconstituted Tobacco

TAN Zheng-lan1，2，LIU Li1，2，YI Ao-er1，QIAO Dan-na1，CAO Qiu-e2，TANG Jian-guo1
（1.R&D Center of Hongta Tobacco（Group）Co.，Ltd.，Yuxi 653100，China；2.School of Chemistry Science and Technology of Yunnan University，Kunming 650091，China）

Extraction technology is one of key factors influencing yield，quality and production cost during the production of paper-making reconstituted tobacco.The research achievements and present situation of extraction technology of paper-making reconstituted tobacco in recent years at home were summarized，and its application research and development prospect were also viewed.

paper-making reconstituted tobacco；extraction；status

TS45

A

1007-2225（2014）01-0001-04

谭正兰女士（1989-），硕士研究生；研究方向：主要从事烟草化学研究；E-mail：tanzhenglan21@ 163.com。

汤建国先生（1975-），博士；主要从事烟草化学与减害降焦研究；电话：0877-2965143；E-mail：jgtang @163.com。

2013-11-07（修回）

本文文献格式：谭正兰，刘丽，伊奥尔，等.造纸法再造烟叶萃取工艺研究现状[J].造纸化学品，2014，26（1）：1-4.