吴亦集，沈光林，陶红，周瑢，林翔

广东中烟工业有限责任公司技术中心，广州市中山七路333号510145

目前，国内现有的造纸法烟草再造烟叶生产工艺是将烟末和烟梗萃取，萃取液固液分离，固体部分制浆后抄制成纸基，液体部分浓缩后回涂到纸基上。在整个生产工艺流程中，萃取是第一道工序，目的是提取其中的烟碱等有效成分以便回用。萃取过程直接影响后续的生产过程，包括能耗、再造烟叶得率、生产成本、再造烟叶香气质量和污水处理等[1]。造纸法再造烟叶萃取过程大多是用水浸提烟草原料，这种浸提方法存在一些不足，如烟梗、烟末中的有效成分溶出率不高(只有40%左右);制备工艺仅仅是一个原材料的物理重组过程，大分子化合物在制备过程中几乎不发生转化，片基中仍存留有大量不溶性的多糖、蛋白、果胶、淀粉等不利成分。从而导致再造烟叶存在吃味品质较差、杂气重等吸味缺陷，影响了再造烟叶在卷烟产品中的使用效果和添加量。国内通常采用加料的办法来部分改善这些不足，但这种方法对再造烟叶的内在品质改变不大。如何降低再造烟叶的杂气，改善口感，增浓烟香，是许多烟草生产企业迫切希望解决的技术难题[2]。何汉平等[3]研究了在萃取液中添加复合酶制剂以改善回加萃取液的再造烟叶的香气品质;马东萍等[4]采用生物酶处理烟梗;李鲁和葛少林[5]研究了烟草薄片原料中蛋白质的酶法降解。这些研究虽然在一定程度上改善了提取液的品质，但烟草片基中仍有大量的不溶性的大分子物质。纤维素酶和半纤维素酶已经被造纸工业广泛地用于改善纤维性能。磨浆前加酶，目的是提高浆料的打浆性能和改变纤维的性质。打浆后加酶，主要是为了提高浆料的滤水性。一种纤维素酶和半纤维素酶混合成的商品酶——Pergalase-A 40(Trichoderma)已被许多造纸厂用于印刷用纸和证书用纸的木浆纤维改性[6]。20世纪80年代，Jackson等[7]采用纤维素酶和半纤维素酶处理经一次干燥的漂白针叶木纤维，结果表明，酶处理木浆纤维虽然在一定程度上被酶降解，但纤维长度基本不受影响，主要是比表面积较高的微细纤维更容易受到进攻而降解。因此进行了本实验，旨在提高烟草原料的萃取效率，减少片基中的蛋白质、多糖和果胶等，进一步改善再造烟叶的感官质量。

1 材料与方法

1.1 材料

烟末、烟梗样品(广州卷烟二厂提供);50 000 U/g果胶酶、半纤维素酶(食品级，宁夏夏盛公司);0.8 AU/g中性蛋白酶Neutrase 0.8 L(食品级，诺维信公司)。

DZKW-4型电子恒温水浴锅(浙江英松仪器设备制造有限公司);NDJ-8S数显粘度计(上海精密科学仪器有限公司);Lambda 850紫外可见分光光度计(美国Perkin Elmer);Titrando836全自动电位滴定仪(pH计)(瑞士Metrohm公司);BS423S型电子天平(感量:0.001 g，德国Sartrius)等。

1.2 烟梗和烟末的萃取与测定

(1)热水萃取:取100 g烟末或烟梗，加1 000 mL自来水(固液比为1∶10，g∶L)，50℃下搅拌(速度5 r/min)2 h，抽滤，得滤液和残渣。

(2)酶处理萃取:取一定量的烟末或烟梗，按1∶10的量加入水，在水温达到设定值后加入酶，在5 r/min的搅拌速度下保温萃取一定时间。抽滤，得滤液和残渣。

萃取后的固体烟末或烟梗残渣放入烘箱，40℃下烘干，取出称量。参照YC/T 31-1996测定萃取前后烟梗、烟末的干质量，据此计算其萃取后重量损失率;参照YC/T 159-2002，YC/T 161-2002 YC/T 249-2008和YC/T 160-2002规定的方法和文献[8-9]分别检测萃取前后烟梗和烟末的总糖、总氮、总蛋白质、烟碱、细胞壁物质、木素、综纤维素和果胶。

取20 mL萃取液，于105℃下烘4～6 h至恒重，称量，计算萃取液的含固量。采用DNS法(3，5-二硝基水杨酸法)[10-11]、GB/T 8314-87《茶游离氨基酸总量测定》规定的方法分别测定萃取液中的游离半乳糖醛酸、游离氨基酸含量;采用数显粘度计和pH计分别测定萃取液的粘度(测定条件:1#转子，60 r/min，40℃)和pH。

2 结果与讨论

2.1 烟梗和烟末加酶萃取条件的确定

分析结果(图1)显示:①随着果胶酶、蛋白酶和半纤维素酶用量的增大，烟梗萃取液中的蛋白和还原糖含量增大。当蛋白酶、果胶酶和半纤维素酶的用量分别达到0.12%、0.2%和0.3%时，萃取液中的蛋白含量和还原糖含量达到最大，分别为3.68，16.5和17.8 mg/mL。而后随着酶用量的增大，萃取液中的蛋白和还原糖的含量并未发生明显变化;②萃取液中的蛋白含量和还原糖含量随着酶解时间的变化具有相同的趋势，均在2 h左右达到最大值;③随着酶解温度由30℃上升至50℃，萃取液中的蛋白含量和还原糖含量几乎呈线性增大，在50℃时达到最大，而后随着温度的升高，蛋白含量和还原糖含量反而降低。可能是因为温度太高抑制了酶的活性，甚至会使其钝化;④烟末萃取液中的蛋白和还原糖含量受酶解温度、酶解时间的影响与烟梗萃取液的基本相同，在应用相同的酶进行水解时，两种物料在水解时间和水解温度上差别不大，主要是酶的用量有差异，可能是二者化学成分含量的差异所致。考虑到烟梗中综纤维素含量对于制浆抄纸时有一定的影响，确定烟梗和烟末的酶处理萃取条件为:处理温度50℃;处理时间2 h;烟梗的酶用量0.5%(酶/烟梗质量分数，果胶酶、半纤维素酶和蛋白酶质量比2∶2∶1);烟末的酶用量0.8%(果胶酶、半纤维素酶和蛋白酶质量比1∶2∶2)。

2.2 加酶萃取对烟梗和烟末化学成分的影响

图1 酶用量、酶解温度、酶解时间对烟末、烟梗萃取液蛋白质和还原糖含量的影响

表1 萃取前后烟梗和烟末的化学组成(%)

从分析结果(表1)可以看出，萃取后，烟梗和烟末的重量、总糖、烟碱和蛋白质含量均有大幅降低，而且加酶萃取的降幅比热水萃取的略大，这说明加酶萃取对烟草可溶性成分包括糖类和烟碱以及蛋白质的溶出有一定的作用。然而，萃取后，烟梗和烟末中的细胞壁物质、综纤维素和果胶含量却大幅升高，按理，加入酶后会有更多的不溶性大分子物质如细胞壁物质、纤维素和果胶经过分解转化成为可溶物溶于萃取液中，其残渣中含量应该降低，这可能是残渣中的可溶性成分含量相对较小造成的。为了更好地了解加酶萃取对烟梗和烟末中大分子物质的影响，根据表1中的数据计算了热水萃取和酶处理萃取后细胞壁物质、蛋白质、综纤维素和果胶的转化率，结果见表2。

从表2可以看出:①不管是烟末，还是烟梗，加酶萃取细胞壁物质、蛋白质、综纤维素和果胶的转化率均明显高于热水萃取，尤其是细胞壁物质、综纤维素和果胶，这说明加酶萃取确实可以使烟末和烟梗中这些大分子成分大幅降低;②不管是加酶萃取，还是热水萃取，烟末和烟梗中的蛋白质的转化率均很高，加酶萃取的转化率在60%，热水萃取的接近50%，这说明加酶萃取和热水萃取都可显著降低烟末和烟梗中的蛋白质，加酶萃取的效果更好;③烟末的酶解效果较烟梗好，主要原因是烟末中含有较多的不溶蛋白质，不溶性的大分子蛋白经过酶水解后，肽链被打断，暴露较多的氢键，使溶解性提高，转移至萃取液中，另一方面，烟末的比表面积大，与萃取液接触面积大，经过酶破壁后，有利于萃取的进行。片基中存在较多的此类成分正是造成再造烟叶烟气的苦味增加，有蛋白臭味，燃烧性降低，木质气重的主要原因[12-13]。因此，将这种经过酶处理后的烟梗、烟末固体部分抄制成纸基，对于改善再造烟叶的口感和减少刺激性是有利的。

表2 不同处理后烟梗和烟末样品中细胞壁物质、蛋白质、综纤维素和果胶的转化率①(%)

2.3 加酶对烟梗、烟末萃取液理化性质的影响

加酶和不加酶烟梗和烟末萃取液的理化检测结果见表3。由此可见:①与不加酶的对照相比，不管是烟末，还是烟梗，加酶萃取液的固形物含量升高，但其粘度均有不同程度的降低，这可能是由于一些大分子，特别是蛋白质和果胶的降解，使得萃取液的粘度有了一定程度的降低，这在一定程度上避免浓缩液在存放过程中出现的结胶现象;②加酶萃取液的总糖、还原糖、总氮和游离氨基酸的含量明显增大，而其pH和烟碱含量略有下降，这可能是大分子化合物被降解后产生了一些有机酸的缘故，如蛋白质水解后生成较多的游离氨基酸，果胶水解生成半乳糖醛酸。这些对于改善再造烟叶品质至关重要。

表3 酶处理前后烟梗、烟末萃取液理化性质

3 结论

在造纸法再造烟叶萃取工艺过程中加入果胶酶、半纤维素酶和蛋白酶复合酶制剂，能够有效降解再造烟叶原料烟末和烟梗中的蛋白质、果胶及纤维素等，提高萃取液中的氨基酸和还原糖的含量，有利于改善造纸法再造烟叶的感官质量。

本研究用的复合酶对在再造烟叶生产过程中的打浆及纸浆抄造过程的影响，有待在后续的工作中进一步研究。

[1] 常纪恒，牛聪阳，张彩云.造纸法烟草薄片萃取技术初探[J].烟草科技，2002(1):14-17.

[2] 严新龙，陈加林，陆挺.造纸法烟草薄片萃取工艺研究实验初报[C]//中国烟草学会2006年学术年会论文集.2007.

[3] 何汉平，贺世梁，蔡冰，等.造纸法烟草薄片萃取浓缩液酶法降解与增香[C]//中国烟草学会工业专业委员会烟草化学学术研讨会.2005:56-59.

[4] 马东萍，卫青，周瑾，等.一种再造烟叶改性添加剂及其制备和使用方法:中国，200610048738.0[P].2007-04-18.

[5] 李鲁，葛少林.烟草薄片中蛋白质的酶解研究[J].安徽农业科学，2009，37(27):13079，13086.

[6] Pommeir J C，Goma G，Fuentes J L，et al.Using enzymes to improve the process and the product quality in the recycled paper industry.Part 2:indusrtial appilcations[J].Tappi J，1990，73(2):197-202.

[7] Jackson L S，Heitmann J A，Joyce T W.Enzymatic modifications of secondary fiber[J].Tappi J，1993，76(3):147-154.

[8] 李兴波，阎克玉，阎洪洋，等.河南烤烟(40级)细胞壁物质含量及规律性研究[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版)，1999(3):27-30.

[9] 赵利剑.复配酶在烤烟陈化中的作用研究[D].昆明:昆明理工大学，2006:21-27.

[10] 王天龙，仇宏伟，陈海华，等.3，5-二硝基水杨酸法测定果胶酶活力的条件研究[J].食品与机械，2008，24(3):96-99，104.

[11] 周利均，周淑平，韩峰.DNS比色法测定烟草中的糖分含量[J].贵州农业科学，1997(6):41-43.

[12] 任晓红.烤烟细胞壁物质与烟叶质量的关系[D].郑州:河南农业大学，2007.

[13] 姚光明.降低烟叶中蛋白质含量的研究[J].烟草科技，2000(9):6-8.