CN100539883C - 处理烟草提取液以除去镁离子的方法和制备再生烟草材料的方法以及再生的烟草材料 - Google Patents

Abstract

一种处理烟草提取液的方法，该方法包括使提取液与侧链中具有官能团的聚合物接触，所述提取液是通过用水性提取溶剂抽提天然烟草材料而得到的，所述官能团能够俘获至少包括镁的金属，从而制得至少镁含量得以降低的提取液。

Description

处理烟草提取液以除去镁离子的方法和制备再生烟草材料的方法以及再生的烟草材料

技术领域

本发明涉及处理烟草提取液以除去镁离子的方法，制备再生烟草材料的方法，及再生的烟草材料。

背景技术

烟草材料如天然烟叶、烟丝、烟叶脉、烟梗和烟根等包含很多的组分，包括烟碱、蛋白质、碱金属和碱土金属。这些组分从天然烟草材料中提取出来，用作烟草的香味添加剂。由于吸烟味道或某些其它理由，理想的是，天然烟草材料这些组分当中的一些组分必需降低含量或被除去，而其它组分应当不被除去甚至增加含量。

例如，US 3616801公开一种方法，其中通过阳离子交换树脂与烟草的水性提取液接触，降低水性烟草提取液中金属离子(镁、钙、钾等)的含量，以改善烟草的燃烧性质、香味和灰分特性。据介绍，通过将金属离子含量降低的烟草提取液添加到提取残渣中，可以得到烟草的燃烧特性、香味和灰分特性均得到改善的再生烟草材料。

发明内容

本发明的发明人研究了烟叶丝中的组分，对于香烟的主流烟(mainstreamsmoke)中的组分的产生的影响，并且发现，烟叶丝中存在的金属类、特别是镁，促进例如苯并芘、氰化氢、丙烯醛、氮氧化物(NOx)和氨基萘等在主流烟中的产生。因此，如果从利用水性提取介质抽提烟叶丝而得到的提取液中除去诸如镁等金属，并将除去金属的提取液添加到利用提取残渣制成的再生去脉烟叶(tobacco web)中，可以得到苯并芘、氰化氢、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的含量得到降低的再生烟草材料。然而，当这种烟草提取液用上述专利文件1中所公开的阳离子交换树脂处理时，不仅烟草提取液中所包含的金属被显著地除去，而且烟碱同样被显著地除去。

因此，本发明的目的是提供一种处理天然烟草材料提取液的方法，该方法可以从天然烟草的提取液中除去包括镁的金属，又不明显地除去其它组分，尤其是烟碱；以及一种制备再生烟草材料的方法和再生的烟草材料。

根据本发明的第一方面，提供一种处理烟草提取液的方法，该方法包括使提取液与侧链中具有官能团的聚合物接触，所述提取液是通过用水性提取溶剂抽提天然烟草材料而得到的，所述官能团捕获至少包括镁的金属离子，由此得到至少镁的含量得以降低的提取液。

根据本发明的第二方面，提供一种制备再生烟草材料的方法，该方法包括以下步骤：(a)用水性提取溶剂抽提天然烟草材料，得到含天然烟草材料组分的提取液和提取残渣；(b)使上述提取液与侧链中具有官能团的聚合物接触，该官能团捕获至少包括镁的金属离子，从而得到至少镁的含量得以降低的提取液；(c)利用上述提取残渣制备再生去脉烟叶；及(d)将上述至少镁的含量得以降低的提取液，至少部分地添加到再生去脉烟叶中。

而且，根据本发明的第三方面，提供一种根据本发明的制备再生烟草材料的方法制备的再生烟草材料。

具体实施方式

下面将参照不同的实施方案，更具体地说明本发明。

本发明采用侧链中包含捕获至少包括镁的金属离子的官能团的聚合物，从利用水性提取溶剂抽提天然烟草材料而得到的提取液中实质上除去包括镁等的金属，同时将诸如烟碱等其它组分的损失抑制在最小程度。

首先，通过混合并搅拌天然烟草材料和提取溶剂，使天然烟草材料经受提取处理。

作为天然烟草材料，可以使用烟叶、烟丝、烟叶脉、烟梗、烟根及其混合物。作为提取溶剂，可以使用水性溶剂。该水性提取溶剂如水可以是碱性或酸性的。也可以使用水和能与水混溶的有机溶剂的混合物作为水性提取溶剂。这类有机溶剂的实例包括醇类如乙醇。这些提取溶剂可包含无机盐如溶解于其中的氢氧化钠。提取处理一般在室温至100℃的温度下进行约5分钟至6小时。

提取处理之后，所得到的提取混合物提供给通过例如过滤等进行的分离操作，以分离成提取液和提取残渣。提取液包含天然烟草材料中的水溶性组分，例如金属离子(如镁、钙和钾等)，无机酸类(如磷酸、硫酸和氢氯酸等)，有机酸类(如苹果酸和柠檬酸等)，烟碱，糖类，氨基酸类，蛋白质等。

下一步，将通过分离操作得到的提取液提供给，利用侧链中包含捕获至少包括镁的金属离子的官能团的聚合物的金属去除操作。在本发明中，该金属去除操作可通过使提取液与侧链中包含捕获至少包括镁的金属离子的官能团的聚合物接触来进行。作为所使用的聚合物，优选侧链中具有通过螯合作用捕获镁的官能团的聚合物。作为这类官能团的实例包括亚氨基二乙酸基团。本发明中特别优选的聚合物是具有下式所示重复单元的聚合物：

[化学式1]

这类聚合物可以商购(例如，得自三菱化学公司的DIAION CR-11)。该聚合物具有范围为300～1180μm范围的粒度和730g/L的表观密度。

本发明中使用的聚合物不溶于水。

上述聚合物除了镁之外还能够捕获诸如钙、钾等金属。通过使用该聚合物，可以从烟草提取液中显著地除去镁，同时将诸如烟碱、糖类、氨基酸和蛋白质等其它组分的损失抑制在最小程度。

聚合物的用量可依聚合物的类型而异，但是对于具有上述重复单元的聚合物时，优选其用量相对于100mL的提取液为20g或更少。如果每100mL的提取液使用超过20g的聚合物，则除金属离子之外的其它组分也可能显著地被除去。更优选聚合物的用量相对于100mL的提取液为8g或更少。此外，还优选聚合物的用量相对于100mL的提取液为4g或更多。

对提取液与聚合物接触的温度没有特别的限制，它们可以在高于提取液的冰点但低于提取液沸点的温度下接触。

如此，可以得到镁被显著除去的提取液。

应当注意到，在提取天然烟草材料之后通过过滤而得到的滤液，包含具有较高分子量的物质如上述的蛋白质和淀粉等，这些物质会阻碍聚合物的金属去除作用。因此，优选将该滤液供给离心分离操作，以将其分离成上清液和沉淀物，优选将聚合物加到上清液中。由于离心分离操作之后得到的沉淀物中包含烟草风味中所需要的组分，所以它们可与聚合物处理的上清液一起加到再生烟草中。

下面，将说明根据本发明的制备再生烟草材料的方法。

上述通过用水性提取溶剂抽提天然烟草材料、接着进行分离操作而得到的提取残渣，主要由纤维组成。利用该提取残渣，通过普通方法制备再生的去脉烟叶。该再生去脉烟叶可部分地由提取残渣构成，也可以完全由提取残渣构成。

然后，将去除镁的提取液浓缩或不进行浓缩，并将其至少一部分添加到再生去脉烟叶中。于是，得到所需的再生烟草材料。当抽吸利用该再生烟草材料制造的香烟时，在所产生的烟中，苯并芘、HCN、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的含量显著地降低。

下面将通过实施例说明本发明。

实施例

<烟丝的制备>

将1000mL的去离子水加到100g烤干的烟叶丝中，通过在20℃下摇动30分钟进行提取，并利用孔径0.75mm的Teflon(注册商标)筛过滤该混合物，由此得到滤液和提取残渣。将所得提取残渣干燥。

另一方面，将上述滤液离心分离(3000rpm下进行10分钟)，由此得到上清液和沉淀物。向得到的上清液中，以0.8g/10mL的量加入螯合树脂(得自三菱化学公司的DIAION CR-11)，将其在25℃下摇动30分钟，然后使其静置，由此得到上清液。将该上清液与通过离心分离得到的沉淀物合并，然后将其冻干。将得到的冻干物质溶解于去离子水中，接着将其均匀地喷撒在上述干燥的提取残渣上，由此制得烟丝。

此外，将直接得自提取过程的滤液均匀地喷撒在上述再生的去脉烟叶上，并将其切制成对照烟丝。

<香烟的制造>

在保持室温(22℃)和60％相对湿度的调节室中，分别将如上制备的烟丝进行48小时的湿度调节。然后，利用小卷烟机(得自RIZLA UK)，制造烟丝重量为700mg、长度为59mm、圆周长为25mm的香烟。

<烟丝中主要组分的分析>

烟丝中主要组分的分析是按照下列方式进行的。

(a)金属、无机酸和有机酸

通过摇动(25℃下进行30分钟)，用10mL的去离子水提取1g的烟丝，并用0.45μm的聚四氟乙烯(PTFE)过滤器进行过滤。利用毛细管电泳仪(得自Agilent Technologies)，定量地测定滤液中所包含的金属(Mg、Ca和K)，无机酸(磷酸根离子、氯离子和硫酸根离子)，有机酸(苹果酸和柠檬酸)。

(b)烟碱

根据文件A(加拿大卫生部制订的官方方法，日期为1999年12月31日)中规定的分析烟丝中的各组分的方法，定量地测定烟丝中的烟碱。

(c)糖类

通过摇动(25℃下进行30分钟)，用10mL水提取1g的烟丝，并用0.45μm的PTFE过滤器进行过滤。利用高效液相色谱(HPLC)，定量地测定滤液中所含的糖类(葡萄糖和果糖)。

分析仪器采用得自Agilent公司制的HPLC 1100系列(逆相)。

分析条件，色谱柱：Carbohydrate Cartridge(250×4.6mm)；流动相：丙酮和水的梯度液；检测器：差示折射计；定量方法：绝对校准曲线法。

(d)氨基酸

通过摇动(25℃下进行30分钟)，用10mL水提取1g的烟丝，并用0.45μm的PTFE过滤器进行过滤。利用氨基酸自动分析仪(得自JEOL的JLC-500)，定量地测定滤液中所含的氨基酸。

<主流烟中的各组分的分析>

(I)吸烟条件

将香烟在ISO方法规定的标准吸烟条件下燃烧。具体地，将香烟在自动吸烟机上抽吸，一吹(puff)的持续时间为2秒，每吹的时间间隔为1分钟，每吹的体积为35mL，直至烟蒂的长度为23mm，并且收集主流烟。

(II)分析主流烟中的各组分的方法

根据上述文件A中规定的分析主流烟中的各组分的方法，以下列方式分析主流烟中的HCN、苯并芘(B[a]P)、丙烯醛、NOx和2-氨基萘。

(a)HCN

用一个包含玻璃纤维过滤器和30mL 0.1N氢氧化钠溶液的尘埃测定器(impinger)，收集两只香烟的主流烟。通过摇动30分钟，将含焦油的过滤器用30mL的0.1N氢氧化钠溶液提取，然后将提取液用0.45μm的PTFE过滤器过滤。利用自动分析仪(BRAN+LUBBE)，通过比色法分析滤液和尘埃测定器溶液中所含的氰根离子，由此定量测定主流烟中的HCN。

(b)丙烯醛

用一个包含100mL的2，4-DNPH酸性乙腈溶液的尘埃测定器(以冰冷却的)，收集两只香烟的主流烟。使所收集的液体在室温下静置60～90分钟，并通过0.45μm的PTFE过滤器进行过滤。然后，将4mL的1％tirizma碱液加到6mL的滤液中，接着用HPLC定量测定丙烯醛。

所用分析仪器为得自Agilent Technologies公司制的HPLC 1100系列(逆相)。

分析条件，色谱柱：Merck Lichrospher RP-18e；流动相：乙腈、去离子水、四氢呋喃和异丙醇的梯度液；检测器：UV；定量方法：绝对校准曲线法。

(c)B[a]P

用玻璃纤维过滤器收集两只香烟的主流烟。由过滤器重量变化的测量结果，计算每只香烟的粗焦油含量。通过摇动30分钟，用环己烷提取含焦油的过滤器(对每1mg的粗焦油用1mL的溶剂提取)，并将提取物用0.45μm的PTFE过滤器进行过滤。然后，将滤液加料于Sep-Pak Plus NH2 Cartridge(WATERS)，并在50℃和氮气氛下，将利用己烷收集的液体蒸发至干。将干物质溶解于1mL的乙腈，并用HPLC定量地测定B[a]P。

所用分析仪器为得自Agilent Technologies公司制的HPLC 1100系列(逆相)。

分析条件，色谱柱：YOKOGAWA Excelpak SIL-C18 3A；流动相：去离子水的梯度液；检测器：FLD；定量方法：绝对校准曲线法。

(d)NOx

使一只香烟的主流烟经过玻璃纤维过滤器，并引入到化学发光检测器(得自Simazu(岛津制作所)制的CLM-500)中，且定量测定主流烟中的NOx。

(e)2-氨基萘

用玻璃纤维过滤器收集两只香烟的主流烟。通过摇动30分钟，用30mL的5％盐酸溶液提取含焦油的过滤器，然后将提取液用0.45μm的PTFE过滤器进行过滤。将滤液转移至分液漏斗，并加入内标液。随后，将该混合物用用二氯甲烷洗涤三次。向水层中加入50％的氢氧化钠溶液，将pH调节至12或更高。用己烷提取水层，提取液用硫酸钠脱水，并用三甲胺和PFPA(五氟丙酸酐)酰化。将该物质加料于Florisil SPE色谱柱(SPELCO)，并在38℃和氮气氛下，将用己烷/苯/丙酮(5/4/1(体积比))的混合液收集的收集液体浓缩至1mL。接下来，利用质谱-气相色谱(GC-MS)定量地测定2-氨基萘。

所用的分析仪器为得自Agilent公司制的HPLC 1100系列(逆相)。

分析条件，SIM模式；色谱柱：HP-5MS 0.25μm厚；定量方法：内标法。

利用上述方法，将每只香烟重复测量三次，计算每只香烟的平均组分含量和标准偏差。当设定对照的组分为100时，计算各组分的相对值(％)，并利用t-检验，研究相对值统计学上的显著差异。

对所制备的烟丝中的各组分的分析结果，列于下面的表1中。

[表1]

如表1中所示，通过用螯合树脂处理，Mg、Ca和K分别除去78％、82％和57％，而其它组分如烟碱和糖类等其他成分仅除去约0～10％左右。

下一步，将对主流烟中各组分的分析结果示于下面的表2中。

[表2]

注)对于^＊的数据，验证了其统计学上的显著差异(P＜0.05)

与对照的香烟相比，在其中添加了用螯合树脂处理过的提取液的香烟中，每只香烟的B[a]P降低了31％，HCN降低了57％，丙烯醛降低了24％，NOx降低了51％，和2-氨基萘降低了18％。而且，就每粗焦油(TPM)相比，观察到约10～50％的组分降低效果。

如上所述，根据本发明，可以从天然烟草提取液中有效地除去镁，又不明显地除去包括烟碱等的其它组分。因此，向利用提取残渣制备的再生去脉烟叶中，添加除去了镁的提取液，由此制得的再生烟草材料在主流烟中显著地抑制了苯并芘、氰化氢、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的产生。

Claims (7)

1.一种处理烟草提取液的方法，该方法包括使提取液与侧链中具有官能团的聚合物接触，所述提取液是通过用水性提取溶剂抽提天然烟草材料而得到的，所述官能团捕获至少包括镁的金属离子，从而得到至少镁含量得以降低的提取液。

2.根据权利要求1的方法，其中所述官能团是通过螯合作用捕获金属离子的官能团。

3.根据权利要求2的方法，其中所述聚合物具有下式所示的重复单元：

4.一种制备再生烟草材料的方法，该方法包括以下步骤：

(a)用水性提取溶剂抽提天然烟草材料，得到含上述天然烟草材料组分的提取液和提取残渣；

(b)使上述提取液与侧链中具有官能团的聚合物接触，该官能团捕获至少包括镁的金属离子，从而得到至少镁的含量得以降低的提取液；

(c)利用上述提取残渣制备再生去脉烟叶；及

(d)将至少镁的含量得以降低的提取液，至少部分地添加到上述再生去脉烟叶中。

5.根据权利要求4的方法，其中所述官能团是通过螯合作用捕获金属离子的官能团。

6.根据权利要求5的方法，其中所述聚合物具有下式所示的重复单元：

7.一种再生烟草材料，其是根据权利要求4的制备再生烟草材料的方法制备的。