热醇化技术应用于烟草过剩提取液深加工处理研究

卢 岚，沈 进，王 宁

(上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司技术中心，江苏 太仓 215433)

造纸法再造烟叶是以水为主要萃取溶剂，将烟草原料(如烟末、碎烟片、烟梗等)的可溶性成分和不溶性成分固液分离，可溶部分进行浓缩，不溶部分进行制浆，然后经抄造、涂布、干燥等工序制成的均质化烟叶[1]。在这一系列过程中，根据物料衡算，会有一部分提取液过剩，而随着新技术的逐步投入使用，提取液过剩现象逐步加剧，若将多余的提取液直接进行排放，一方面会对污水站的污水处理能力形成较大的挑战，另一方面提取液中含有较多的有效成分，如烟草香味成分、有机酸、多酚[2-4]等，直接排放会造成大量的浪费。

近年来，电子烟市场呈现快速增长趋势，为了追求与传统卷烟相似的吸食感受，电子烟中往往会使用烟草提取物，但成本较高，若对烟草过剩提取液进行更有效的资源利用，不仅可以降低电子烟的具有烟草风格烟叶原料的成本，而且能保护环境，变废为宝。

本论文根据热醇化作用原理[5]，对过剩提取液开展了热醇化处理技术研究，即在提取液离线深加工前，对提取液采用热醇化技术进行“前处理”，再进行醇沉[6]，以降低烟草提取液以及烟草浸膏中的总糖含量，同时提高致香成分含量，旨在为制备适用于电子烟以及其他烟草制品的高品质烟草浸膏提供参考。

1 实 验

1.1 材料与试剂

烟草基片、烟草提取液、烟草薄片调制液均取自上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司生产车间现场；氢氧化钾(分析纯)；乙酸苯乙酯(分析纯)，甲基叔丁基醚(色谱纯)，无水硫酸钠(分析纯)；脯氨酸(生物试剂)；谷氨酸(99%)；天门冬氨酸(分析纯)；甘氨酸(食品级)；苯丙氨酸(分析纯)；色氨酸(99%)。

1.2 仪器与设备

7890A/5975C气相色谱质谱联用仪，美国Agilent公司；DB-WAXETR毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)，美国安捷伦科技有限公司；VENTICELL鼓风干燥箱，德国MMM公司；XP603S电子天平(感量0.1 mg)，瑞士梅特勒-托利多公司；AA3流动分析仪，德国SEAL公司；旋转蒸发仪，瑞士BUCHI公司；台式高速离心机，上海安亭科学仪器厂；超声波清洗机，上海声彦超声波仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 热醇化处理

取再造烟叶提取液200 g，加入适量氢氧化钾将pH值调节至8.9，再加入0.2%复合氨基酸(脯氨酸∶谷氨酸∶天门冬氨酸∶丙氨酸∶甘氨酸∶苯丙氨酸∶色氨酸=150∶82∶70∶43∶32∶29∶7)，90 ℃下热醇化72 h。

1.3.2 醇沉处理

将热醇化处理后的提取液，加入518 g初始浓度为95%的乙醇进行醇沉，其中乙醇的滴加速度为0.15～0.25 L/min，提取液初始温度为5 ℃，醇沉8 h，取上层清液，在旋转浓缩液上40 ℃浓缩至密度为(1.18±0.1)g/cm3，即得烟草浸膏。

1.4 检测方法

1.4.1 总糖含量检测

采用《YC/T 159-2002 烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》进行测定。

1.4.2 致香成分检测

样品前处理：取烟草提取液10 mL，加入40 μL 10 mg/mL的乙酸苯乙酯内标溶液，以及20 mL甲基叔丁基醚，超声萃取1 h，再放置在恒温摇床上，震荡4 h，静置过夜，离心，取上层清液，加入适量无水硫酸钠，在旋转浓缩仪中浓缩40 ℃至1 mL，取出过滤待GC/MS上样分析。

GC/MS分析条件：色谱柱DB-waxlter(60 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管柱；进样口温度：240 ℃；载气：高纯He，流速：1.0 mL/min；进样量：1 μL；不分流进样；升温程序：40 ℃保持2 min，以3 ℃/min的速度升至230 ℃，保持20 min，总分析时间为85.33 min；传输管线温度：240 ℃；离子源温度：230 ℃，四级杆温度：150 ℃；电离方式：EI源；电离能量：70 eV；扫描方式：全扫描(Scan)；质量扫描范围m/z：29～450 amu。

定性方法：采用NIST14.L和Wiley7n.L标准谱库进行检索定性。

2 结果与讨论

2.1 热醇化处理条件对降低提取液总糖含量的影响

2.1.1 复合氨基酸添加比例的影响

在其他条件保持不变的情况下，考察了不同比例复合氨基酸对降低提取液总糖含量的影响，结果如图1所示。由图1可知，随着复合氨基酸添加比例的增加，总糖含量逐渐降低，当复合氨基酸添加比例为0.2%时，总糖含量接近最低值，此后，随着复合氨基酸添加比例的增加，总糖含量基本保持不变，因此，选择0.2%的复合氨基酸为最佳添加比例。

图1 复合氨基酸添加比例对总糖含量的影响关系Fig.1 Influence of compound amino acid addition ratio on total sugar content

2.1.2 pH值的影响

在其他条件保持不变的情况下，考察了不同pH值对降低提取液总糖含量的影响，结果如图2所示，随着pH值的增加，总糖含量逐渐降低，由于将提取液pH值调节至9.8需加入的氢氧化钾较多，故选择的最佳pH为8.9，该条件下降糖效果较好且加入的氢氧化钾也相对较少。

图2 复合氨基酸添加比例对总糖含量的影响关系Fig.2 Influence of compound amino acid addition ratio to total sugar content

2.1.3 反应温度的影响

在其他条件保持不变的情况下，考察了不同反应温度对降低提取液总糖含量的影响，由于烟草提取液中的溶剂为水，温度不能高于100 ℃，故将考察的温度选择在60～90 ℃范围内，结果如图3所示，随着反应温度的增加，总糖含量逐渐降低，尤其是从80 ℃到90 ℃时，降低幅度较为明显，因此，选择90 ℃为最佳反应温度。

图3 反应温度对总糖含量的影响关系Fig.3 Influence of reaction temperature to total sugar content

2.1.4 反应时间的影响

在其他条件保持不变的情况下，考察了反应时间对降低提取液总糖含量的影响，结果如图4所示，随着反应时间的延长，总糖含量逐渐降低，当反应时间为72 h时，总糖含量降低幅度趋于平缓，因此，选择72 h为最佳的反应时间。

图4 反应时间对总糖含量的影响关系Fig.4 Influence of reaction time to total sugar content

综上，烟草提取液降低总糖的最佳条件为：pH值8.9，复合氨基酸添加比例0.2%，反应温度90 ℃，反应时间72 h。

2.2 热醇化处理对降低提取液和烟草浸膏中总糖含量的影响

在最佳的热醇化条件下，处理得到醇化前后的烟草提取液，并通过醇沉技术，对醇化前后提取液进行处理，得到热醇化处理前后的烟草浸膏，对其中的总糖含量变化考察结果如表1所示。

表1 热醇化处理前后提取液、烟草浸膏中总糖含量变化Table 1 Changes of total sugar content in tobacco extract and preparation of tobacco extract before and after thermal alcoholization

由表1结合图5可以看出，烟草提取液经热醇化处理以后，其总糖含量明显降低，降低幅度达66.07%，在此基础上制备的烟草浸膏，总糖含量也明显降低，降低幅度达66.42%，说明烟草浸膏中的总糖含量随着提取液中总糖含量的降低而降低，而烟草浸膏中总糖含量的降低，一方面对提高和稳定烟草薄片质量具有重要意义，另一方面，烟草浸膏通常被用来提高电子烟的抽吸品质，但对其中的糖含量有一定要求，因为糖类物质在200～250 ℃下无法气化，最终会沉积在雾化器上，缩短电子烟器具寿命。

图5 热醇化处理前后提取液、烟草浸膏中总糖含量变化Fig.5 Changes of total sugar content in tobacco extract and preparation of tobacco extract before and after thermal alcoholization

2.3 热醇化处理对提取液和烟草浸膏中致香成分的影响

2.3.1 热醇化处理对提取液中致香成分的影响

为探寻热醇化处理技术对提取液中致香成分的影响，在pH值8.9，复合氨基酸添加比例0.2%，反应温度90 ℃，反应时间72 h下，对热醇化处理前后提取液中的主要致香成分进行了GC/MS半定量分析，结果如表2所示。

表2 热醇化处理前后提取液中的主要致香成分分析Table 2 Analysis of main aromatic components in the extract before and after thermal alcoholization

由表2中数据可以看出，烟草提取液中共检测出49种致香成分，而醇化后的提取液中共检测出74种致香成分，两者共有的致香成分有44种，由此可见，烟草提取液在热醇化过程中原有的致香成分种类损失较少，一共只有5种，结合表中数据可知，损失的这些致香成分的含量均低于0.1 μg/g，与此同时，烟草提取液在热醇化过程中生成了较多的致香成分，其致香成分总量由热醇化前的11.07 μg/g，增加为热醇化后的15.79 μg/g，主要为一些吡嗪类、酮类、醇和酯类等物质，其中吡嗪类物质2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡，它们对烟草及烟草制品的感官特性有着非常重要的影响，是评价烟草及烟草制品感官质量的重要指标[7]；3-羟基-2-丁酮具有强烈的奶油、脂肪、白脱样香气，高度稀释后有令人愉快的奶香气，β-大马酮具有较浓的玫瑰和水果味的香气味，并带有一种显著的烟叶气味，亚麻酸甲酯具有甜、增加浓度的作用。

2.3.2 热醇化处理对烟草浸膏中致香成分的影响

为进一步探寻热醇化处理技术对烟草浸膏中致香成分的影响，在pH值8.9，复合氨基酸添加比例0.2%，反应温度90 ℃，反应时间72 h下，对热醇化处理前后烟草浸膏中的主要致香成分进行了GC/MS半定量分析。

由表3中数据，烟草提取液经醇化后制备的浸膏，共检测出致香成分55种 ，而正常烟草提取液制备的浸膏共检测出致香成分38种，其致香成分总量由34.41 μg/g增加为39.18 μg/g，可见，烟草提取液经热醇化处理，不仅可以提高提取液中致香物质的种类和数量，同时也可提高烟草浸膏中的致香物质的种类和数量。且增加的致香物质主要为酮类、醇类和酯类等物质，绝大多数提取液中增加的物质一致。

表3 烟草提取液热醇化处理前后制备的浸膏中致香成分的含量Table 3 Contents of aromatic components in tobacco extract prepared before and after thermal alcoholization

由此可见，烟草提取液经热醇化处理后，由其制备的烟草浸膏相较于未经热醇化处理的烟草提取液制备的浸膏，致香成分种类和含量明显增加，增加的致香物质包括酮类、醇类和酯类等，主要是热醇化过程中产生的美拉德反应产物以及烟草本香类物质，这些物质可赋予卷烟酒香、烤烟香、焦甜等气味，进而提升烟草浸膏品质。

3 结 论

本论文通过对热醇化处理技术在烟草过剩提取液再利用方面的研究，得到结论如下：

(1)优化了热醇化条件，得到最佳的处理条件为pH值8.9，复合氨基酸添加比例0.2%，反应温度90 ℃，反应时间72 h；

(2)对比分析了热醇化处理前后烟草过剩提取液、烟草浸膏中总糖的含量变化关系，得到在最佳热醇化条件下得到的烟草提取液总糖含量降低幅度达66.07%，由其制备的烟草浸膏的总糖含量降低幅度达66.42%；

(3)将热醇化技术应用于烟草过剩提取液的再利用研究，可明显降低烟草浸膏中的总糖含量，同时能致香物质的种类和数量，进而提升烟草浸膏品质，不仅实现了烟草过剩提取液的资源化利用，也为电子烟用及其他烟草制品用烟草浸膏的开发提供了新的技术参考。