CN101072517A - 降低吸烟时的刺激和辛辣的烟草原料、调味剂和再生烟草原料，制备烟草原料的方法和制备调味剂的方法 - Google Patents

降低吸烟时的刺激和辛辣的烟草原料、调味剂和再生烟草原料，制备烟草原料的方法和制备调味剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种烟草原料，其通过减少着色酸性水溶性聚合物质的含量而降低吸烟时的刺激和辛辣。

Description

降低吸烟时的刺激和辛辣的烟草原料、调味剂和再生烟草原料，制备烟草原料的方法和制备调味剂的方法
技术领域
本发明涉及改进烟草气味和味道的领域，尤其涉及降低吸烟时的刺激和辛辣的烟草原料、调味剂和再生烟草，还涉及制备烟草原料的方法和制备烟草调味剂的方法
背景技术
天然烟草表现出诸如刺激和辛辣的不希望有的味道。白莱(burley)烟尤其具有强烈的不希望有的味道，诸如刺激和辛辣，因而通过各种方法对烟草施以改良，例如加入香料或加热处理。然而，导致出现不希望有的味道的原因还不清楚。过去用来改良烟草味道的香料技术和处理烟草的方法是基于经验并且在效率和成本方面不令人满意。(《Tobacco Reporter》，2003年7月，第64-70页)。
如果导致天然烟草尤其是白莱烟刺激和辛辣的成分能在化学上分析清楚，就极可能通过适当处理减少问题成分来有效地改善天然烟草原料的气味和味道。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过化学方法分析清楚导致天然烟草尤其是白莱烟刺激和辛辣的成分，来提供减少由于其物理和化学性质而产生刺激和辛辣感的成分的措施，从而改善天然烟草原料的气味和味道。
本发明人通过各种色层分离技术分馏白莱烟的水提取液，然后用每种成分制成香烟。基于用器官感觉评价刺激和辛辣的表现，提纯造成刺激和辛辣的成分。结果明白导致刺激和辛辣的成分(下文以“该起因成分”提及)是一种着色酸性水溶性聚合物质，其包括在所述水提取液中。在分馏提纯过程中，导致开发减少该起因成分的方法的物理化学性质被弄清。连带地，由于该起因成分是不挥发的，所以考虑该起因成分不直接产生刺激和辛辣，而是产生吸烟时导致刺激和辛辣的成分的前体成分。本发明正是基于这些发现。
更具体地，根据本发明的第一方面，提供了一种烟草原料，其特征在于通过降低着色酸性水溶性聚合物质的含量减少烟草原料的刺激和辛辣。
根据本发明的第二方面，提供了一种烟草调味剂，其特征在于含有烟草提取液，通过减少着色酸性水溶性聚合物质的含量减少吸烟时产生刺激和辛辣的成分。
根据本发明的第三方面，提供了一种再生烟草原料，其特征在于包括一种包括纤维的再生烟草网包括。这些纤维是天然烟草原料提取物的残渣并加入调味剂，调味剂包括天然烟草原料水提取液，并且所述调味剂是根据本发明的调味剂。
根据本发明的第四方面，提供了一种制备烟草原料的方法，其特征在于减少了着色酸性水溶性聚合物质。
此外，根据本发明的第五方面，提供了一种制备调味剂的方法，其特征在于从天然烟草原料水提取液中减少了着色酸性水溶性聚合物质。
附图说明
图1是着色酸性水溶性聚合物质(导致刺激和辛辣的成分)的胶体过滤高性能色谱图；
图2是着色酸性水溶性聚合物质(导致刺激和辛辣的成分)的可视紫外线吸收频谱图；和
图3是着色酸性水溶性聚合物质(导致刺激和辛辣的成分)的红外线吸收频谱图。
具体实施方式
本发明将在下文详细说明。
为了通过化学方法分析清楚导致天然烟草原料尤其是白莱烟原料刺激和辛辣的成分，白莱烟原料用水溶液提取而得到提取液。提取物残渣基本上由纤维构成。提取物残渣用普通方法形成浆液，这些浆液制成再生网片，再生网片切碎得到再生烟草丝。
另一方面，上述提取液经具有截止分子量为10000道尔顿的超滤膜处理，得到分子量小于10000道尔顿的馏分和分子量不小于10000道尔顿的馏分。分子量小于10000道尔顿的馏分被浓缩，然后加入上述再生烟草丝，接着使用得到的烟草丝制备香烟，所述香烟经感官感受测试得到评价结果，即与加入自身提取液的再生烟草丝制备的香烟相比较，烟的味道得到了显著的改善，其刺激和辛辣几乎感觉不到。从这结果可以推测该起因成分包括在水溶性聚合物部分且具有不低于10000道尔顿的分子量。
然而，由于大部分的气味和味道成分例如糖、氨基酸和葡糖苷已经从分子量不低于10000道尔顿的馏分中去除，无法评价用加入上述特殊馏分的上述再生烟草丝制备的香烟。既然情况如此，进行感官感受测试评价单独的和加入分子量不低于10000道尔顿的馏分制备的香烟。结果表现出与白莱烟类似的刺激和辛辣，从而支持了上面给出的评价。
基于上述研究，后续的每个提纯步骤对每个馏分进行截止分子量为10000道尔顿的超滤膜处理，以执行关于分子量不低于10000道尔顿的成分的评价。
同样，用每种馏分制备的下述评价香烟，执行所述评价香烟的感官感受测试以允许分馏的进行，该测试以刺激和辛辣表现为指标。
馏分的感官感受评价方法
用来评价加入每种馏分的评价香烟的评价是由10人专家组执行的，对比只加入纯净水的控制香烟，评价是否表现出刺激和辛辣的感官感受评价。除了不加入香料，其他如尼古丁和焦油含量非常低(1毫克焦油，0.1毫克尼古丁)的市售香烟一样的香烟用作评价香烟。这些香烟表现出这样的倾向，即味道效果与加入其中的香料量关系较小。然而，这些香烟实质上没有自己的味道，所以在判断每种馏分的味道作用方面得到令人满意的结果。溶解得自20g白莱烟烟草原料的馏分于1mL纯净水中，然后使用注射器注入10μL该溶液(相当于从0.2g烟草原料中得到的馏分)到评价香烟，通过这样每种馏分被加入。每只香烟的烟丝量约为0.6g，每种馏分加入量相当于烟丝量的约1/3。
分馏提纯的初步研究
本发明人研究了各种分馏提纯水溶性聚合物的方法以试图分馏提纯该起因成分。然而，一开始执行系统的分馏比较困难，因为分馏提纯导致所述聚合物pH值或离子浓度的改变使其不可溶并不可逆地吸附于树脂等。在这种情况下整理各种分馏操作获得的信息，并研究所述单位分馏方法的组合。
单位分馏操作获取的信息
(1)该起因成分相比溶于纯净水其更容易溶于盐的水溶液，而且相比在酸性环境下其在碱性环境下更容易溶解。然而，如果水溶液具有高碱性，该起因成分可能会反应和分解。因此，弱酸盐(醋酸钠)的水溶液被用来提取天然烟草原料。提取温度设定为室温(约25℃)、60℃和90℃，室温下提取的提取液表现出最强的刺激和辛辣。
(2)如上所述，当使用具有截止分子量为10000道尔顿的超滤膜执行分馏处理，刺激和辛辣物质被认为在分子量不低于10000道尔顿的馏分中。
(3)不同于多聚糖，该起因成分被反相树脂吸附并用水/甲醇等洗提。
(4)该起因成分被诸如二乙基氨基乙基纤维素(DEAE纤维素)的阴离子交换树脂吸附并表现出酸的特性。
(5)不同于蛋白质和多聚糖，该起因成分不会被甲醇/水的混合溶剂(体积比9/1)沉淀，而且存在于不溶于该混合溶剂的部分中。
(6)存在于烟草中的典型的类黄酮不表现出刺激和辛辣，而趋于与聚合物联合并具有颜色。因此类黄酮作为干扰成分被去除(吸附在聚乙烯基吡咯烷酮树脂上)。
基于上述初步研究，能得到最好结果的分馏提纯方案如下文详细说明。
白莱烟中导致刺激和辛辣的成分的分馏提纯方案
味道较淡且刺激和辛辣较明显的白莱烟烟草的中脉(叶子的叶柄、厚叶脉部分)用作研究的对象。
白莱烟烟草原料的中脉被研磨碎并通过在0.1M醋酸钠水溶液中室温下搅拌30分钟的操作提取，所述醋酸钠水溶液按体积是中脉的10倍。提取液被过滤和离心分离以去除细微粉状物质。所述提取液放入反相吸附物质，且此柱被水清洗过。用水/甲醇或水/氰化甲烷尤其是水/甲醇(6/4)洗提出来的黑褐色溶液，通过减压浓缩而不含有有机溶液，接着加入少量聚乙烯基吡咯烷酮搅拌过滤以去除多酚。然后，处理过的液体使用DEAE-纤维素的离子交换层析。芯柱用水清洗以去除中性和碱性成分，洗提物导入氢氧化钠水溶液。洗提物经过超滤(截止分子量为10000道尔顿)处理以去除低分子量成分，用水洗并冻干。冻干物进一步用甲醇/水(9/1)分馏沉淀，再经过离心分离以去除沉淀的多聚糖和蛋白质。上层清液经过减压浓缩和冻干得到最终提纯物。该起因成分的最终提纯物从原材料中的产出约为0.2％。10人专家组都确认没有加入香料而加入浓度约400ppm最终提纯产品的评价香烟表现出白莱烟特有的刺激和辛辣。
图1表示该起因成分的胶体过滤高性能液相色谱图(见下述例1)。从图1可以看出，该起因成分具有分子量10000至60000道尔顿，其峰值分子量为16000道尔顿。如上所述，该起因成分是酸性物质，其水溶液根据浓度展现从褐色到黑褐色的颜色(参见图2所示的可视紫外线吸收频谱图)。并且，不同于烟草中的诸如果胶、蛋白质等其它水溶性聚合物，该起因成分溶于含水乙醇。
图3表示该起因成分的红外线吸收频谱图。如图3所示，该起因成分显示出在3423、2935、1618、1411、1261、1070和534cm-1的吸收峰值。
该起因成分的元素分析结果如下：
碳：36.2％；氢：4.70％；氮：4.09％；灰分：12.6％。
该起因成分的可视紫外线吸收频谱图的特点与包含在一般食物中被称作蛋白黑素的褐色聚合物的特点类似。已经有针对食物中含有的蛋白黑素的各种研究。据说在蛋白黑素形成中包括糖和氨基酸的梅拉德(非酶褐变)反应、酶导致的多酚的氧化聚合反应(酶褐变)反应。然而，由于相关成分依食物种类而不同，蛋白黑素具有不同的化学构成和性质，因而蛋白黑素的一般化学结构仍没有确认(参见Science of Food as Viewed from Color，KazuhikoTakamiya编写，第183-191页(2004)，和Science ofStarch，vol.38，No.1，第73-79页(1991))。
另一方面，包含在白莱烟原料中的着色成分称作褐色素，其与该起因成分化学性质相似。已经有了针对褐色素的化学研究。在Arch.Biochem.Biophys.，86，94-101(1960)和Arch.Biochem.Biophys.，93，580-590(1961)中认为褐色素是一种聚合成分，其由缀合蛋白质、铁离子等的多酚(绿原酸和芸香苷)的氧化聚合材料(酶的褐化反应)形成。后来的研究澄清包含在烟草中的褐色素可以归入几种彼此化学成分不同的种类(参见J.Agric.Food Chem.，26(1978)，380-385)。
而且，在日本专利申请No.11-83827的公开文件中提出含在烟草叶中的褐色素的分析方法以及采用此方法来分辨正常叶子和变质叶子的分辨方法。在此分析方法中，烟草叶的粗提取液经使用乙腈的比例持续增加的水/乙腈溶剂系统的反相液相色层法分离不同极性的褐色素。分辨正常叶子和变质叶子是基于褐色素成分的比例进行的。颜色构成确定烟叶原料质量等级的因素。在此意义上，构成颜色主体的褐色素成分是重要的。但是，没有关于褐色素成分的直接味道作用的报道。
在这种情况下，本发明人首次发现包括在天然烟草原料尤其是白莱烟原料中的着色酸性聚合物成分表现出白莱烟固有的刺激和辛辣。而且阐明了该起因成分的化学性质与蛋白黑素和烟草中称为褐色素的成分的性质类似。
接下来通过从天然烟草特别是白莱烟原料中减少该起因成分可以降低刺激和辛辣，以有效改善烟草的气味和味道。从而，本发明可以提供一种烟草原料其特征在于通过减少着色酸性水溶性聚合物质的含量降低了吸烟时的刺激和辛辣。
通过从用水提取溶剂提取天然烟草原料而得到提取物降低该起因成分而得到提取液，其直接可以用作，或浓缩或冻干后用作降低了刺激和辛辣的烟草调味剂。另外还得到一种再生烟草原料，其通过将烟草调味剂加入利用作为提取物残渣的纤维用常规方法制备的再生网片而得到。
可以使用天然烟草的叶子、碎片、中脉、梗和根及它们的混合物进行提取处理。水溶剂可以用作提取溶剂。所述水溶剂可以是碱性或酸性的。水和易溶于水的有机溶剂的混合物可以用作水提取溶剂。例如这样的有机溶剂包括醇类，例如乙醇。可以在这些提取溶剂中溶解无机盐，如氯化钠。提取处理通常在室温(约25℃)到100℃持续5分钟到6小时。
完成提取处理后，提取的混合物经过分离操作，例如压缩过滤，以将混合物分离成提取液和提取物残渣(纤维)。通过减少提取液中的该起因成分的含量可以得到本发明的烟草调味剂。该烟草调味剂可以直接使用，或浓缩或冻干后使用。
另一方面，使用提取物残渣制备的浆液制成再生烟草网。所述再生烟草网可以全部或部分由提取物残渣形成。而且，所述提取物残渣可以是直接用来制备本发明的烟草调味剂的提取处理的产物，也可以是用于其它目的提取天然烟草而得到的。
接下来，将要说明更多的用来降低提取液中该起因成分的方法。这些降低方法直接利用该起因成分的物理和化学性质。也就是说，该起因成分分子量为10000至60000道尔顿、其极性低于烟草中例如果胶的其他成分、其为一种酸性水溶性聚合物质，利用该起因成分是一种具有这些物理和化学性质的聚合物，通过有效减少该起因成分以改善烟草的气味和味道。现详细说明减少该起因成分的方法。顺便提及，从天然烟草原料中得到所述提取物的方法如上文所述。
用超过滤法等减少该起因成分的方法
使用半透膜或中空纤维对从天然烟草原料中得到的提取液进行超滤处理以去除分子量不低于1000道尔顿尤其是不低于10000道尔顿的聚合物成分。此去除操作也可使用透析法或胶体过滤法。分子量低于1000道尔顿尤其是低于10000道尔顿的部分可以用作烟草调味剂。
用离子交换减少该起因成分的方法
使用诸如DEAE纤维素(DEAE赛璐珞(商品名))的离子交换树脂对从天然烟草原料中得到的提取液进行吸附处理，然后树脂被去除，例如用过滤法去除。得到的滤出液中该起因成分被减少。此滤出液可被用作烟草调味剂。在此操作中，也可使用离子交换膜。
用吸附树脂等减少该起因成分的方法
使用活性碳、吸附性树脂(例如聚苯乙烯/二乙烯苯共聚物、或反相吸附剂(代表性的例如：十八烷基硅胶(ODS)等)对从天然烟草原料中得到的提取液进行吸附处理，接着分离该吸附剂得到处理过的液体。用水、水/乙醇混合体系或类似物冲洗吸附剂，冲洗物加入到所述处理过的液体。此处理过的液体可被用作烟草调味剂。
用酸沉淀来减少该起因成分的方法
由于该起因成分是一种表现出酸性的聚合物质，可以用低pH值(氢离子浓缩)溶液使其不可溶解以将其分离(步骤参见J.Agric.Food Chem.，26(1978)，380-385)。特别地，无机酸(例如硫酸或磷酸)或有机酸(例如草酸)加入从天然烟草原料中得到的提取液使pH值降到最好是2或更小。在沉淀物被过滤或离心分离去除后，碱性物质(例如氢氧化钙)被加入使pH值恢复原来的数值。如果使用草酸，加入氢氧化钙的处理会形成不溶于水的草酸钙，其可以用例如离心分离法去除。此处理过的液体可用作烟草调味剂。
使用溶剂沉淀减少该起因成分的方法
不像其它多聚糖和蛋白质，该起因成分溶于水/甲醇混合溶剂(体积比为1/9)，但是不溶于低极性溶剂。利用此特性，该起因成分可以从其它成分中分离出来。醇类尤其是脂肪醇，例如甲醇(100％)、乙醇和异丙醇，或芳香醇，例如苯甲基醇，或其它溶于水的溶剂，如丙酮、丁酮和乙腈，也可被单独使用或作为混合溶剂作为具有低极性的溶剂。在这种情况下，不易与水混合的溶剂，例如己烷，也可被使用，因为其可以溶解在含醇或类似物的溶剂中。而且，溶剂的种类可逐渐改变，以实现分馏沉淀，馏分可以被保留或抛弃，这基于该起因成分的分析值。
组合使用上述处理方法来减少该起因成分的方法
为了减少烟草原料中的该起因成分，上文给出的方法可以单独使用或组合使用。而且，通过选择条件可以控制该起因成分的减少量，分离的成分可以适量加入到再生烟草网。
也可以混合至少两种从上述减少方法得到的烟草调味剂。
如上所述，可以通过去除天然烟草原料(或其提取液)中的着色酸性水溶性聚合物质来降低最终烟草产品吸烟时的刺激和辛辣。在这种情况下，考虑到减少刺激和辛辣，期望将着色酸性水溶性聚合物降低其初始含量(存在于天然烟草原料或用水提取溶剂提取的提取液中的含量)降低不小于10％，更期望不小于50％，最期望不小于80％。
本发明将通过示例和对比例的方式特别详细地予以说明。
例1：该起因成分的分析方法
作为该起因成分减少的指标，使用高性能液相色谱分析建立对该起因成分的简单分析方法。1.0g白莱烟原料(在提取液的情况下，研磨的是相当于1.0g白莱烟原料量的冻干的提取液)被研磨，然后加入10mL的0.1M醋酸钠水溶液。该混合物在室温下搅拌30分钟，再经过过滤和离心分离。上清液经过反相固相提取筒(Oasis HLB(6cc，500mg，Waters公司))，水洗和用10mL乙腈/水(6/4)洗提。洗出液被减压浓缩以去除乙腈，然后进入小型聚乙烯基吡咯烷酮树脂(Polycler VT(Wako Junyaku K.k.))柱，再进入阴离子交换固相提取筒(BondElute DEA(500mg，varian公司))，水洗后用4mL的0.4N氢氧化钠洗提，洗出液使用超滤设备(Amicon Ultra-4(截止分子量为10000道尔顿，Millipore公司))离心超滤并进入缓冲溶液(0.1M磷酸盐缓冲剂(pH 6.8)，含精制食盐)交换。最后，样品加入同样的缓冲溶液使样品量增加到5mL，然后此样品进行高性能液相色谱分析。
分析条件
使用的高性能液相色谱仪：型号1100，Agilent公司
柱：Protein pack 125(Waters公司)
溶剂：0.1M磷酸盐缓冲剂(pH 6.8)，含精制食盐。
溶剂流速：1.0mL/min。
检测器：二极管阵列，用来测量410nm波长。
图1表示典型的色谱图。在色谱图中的波长为410nm处的峰的积分值作为减少该起因成分的指标。
图2表示该起因成分的可视紫外线吸收频谱图，图3表示该起因成分的红外线吸收频谱图。元素分析的结果如前文所述。
参考例：再生烟草片的制备：
75g的白莱烟原料(中脉∶薄片重量比1∶1)浸入60℃的温水30分钟，然后加压过滤以把混合物分离为滤出液(提取液)和提取物残渣(纤维)。用一般方法使纤维形成浆液用以制成再生烟草网片。调整处理后的再生烟草网片的重量为20.6g。所述再生网片切碎得到烟草丝。
另一方面，滤出液(约0.5L)减压浓缩到50mL或更少，喷洒到所述烟草丝上，然后进行干燥。干燥的原料经调整处理(恒温恒湿储存直到湿气平衡)得到再生烟草丝。此外，香烟(每只香烟烟丝含量约为0.6g)为手工制做。
例2
在参考例中得到的滤出液(0.5L，相当于75g原料)经离心分离(3000rpm，10分钟)以去除不可溶部分，再经使用半透膜的超滤盘(Ultracell PLGC超滤盘，Millipore公司，名义截止分子量为10000道尔顿)超滤处理。所述半透膜由具有截止分馏分子量为10000道尔顿的再生纤维素制成。冻干后，渗透物和浓缩液重量分别为12.8g和2.1g。渗透物的冻干物溶解在50mL水中。将所有所述溶液喷洒于参考例中得到的再生烟草丝。香烟如参考例中用再生烟草丝制成。
例3
参考例得到的滤出液(0.5mL，相当于75g原料)经离心分离(3000rpm，10分钟)以去除不可溶解部分，然后加入50mL(湿树脂体积)的阴离子交换树脂(Seikagaku Kogyo K.K.出售的DEAE赛璐珞)搅拌以完成吸附，然后过滤。处理过的液体被减压浓缩，所有所述溶液被喷洒于参考例中得到的再生烟草丝。香烟如参考例中用再生烟草丝制成。
例4
参考例得到的滤出液(0.5mL，相当于75g原料)经离心分离(3000rpm，10分钟)以去除不可溶解部分，然后进入反相吸附树脂柱(Oasis HLB；树脂量为6gx2，Waters公司)以吸附着色成分。处理过的液体被减压浓缩，所有所述溶液被喷洒于参考例中得到的再生烟草丝。香烟如参考例中用再生烟草丝制成。
参考例和例2至例4的分析值和味道评价
这里得到所述分析值(在例1中提到的液相色谱图中波长为410nm的峰值区域；相对值)。而且，对减少刺激和辛辣的评价出自10人专家组成员，专家组成员评价认为相对于参考例的香烟，刺激和辛辣明显地减少了。表1示出结果。
表1
提取液中该起因成分的分析数值 刺激和辛辣减少的评价 烟草味道的评价内容
参考例(无处理；控制) 454.8 刺激和辛辣强烈且吸烟后仍保留在嘴里。辛辣像白莱烟，不快和怪异感很强。
例2(超滤处理) 27.5 10/10 基本上没有刺激和辛辣，且吸烟后嘴里的感觉减少了。吸烟时的不快和怪异感减少了。
例3(离子交换处理) 81.0 6/10 刺激和辛辣减少了。吸烟后嘴里的感觉稍微保留，辛辣减少但是酸味稍微加强。
例4(反相树脂处理) 23.0 10/10 基本上没有刺激和辛辣，且吸烟后嘴里的感觉减少了。稍微有点臭。
本发明参考各种实施例和示例予以说明，但是本发明不限于这些实施例和示例。本发明人首先发现的白莱烟中含有的导致刺激和辛辣的成分也可能含在其它烟草中(例如烟熏烟草、东方烟草和国产烟草)。不必说，本发明可以广泛适用于这些烟草品种和天然烟草原料，包括一般烟草品种。
如上所述，根据本发明可以通过减少包括在烟草原料的水溶性部分的着色酸性水溶性聚合物质，减少烟草原料的刺激和辛辣，而不用加入各种香料和不用施行过去用来改善烟草味道的处理步骤。

Claims (9)

1.一种烟草原料，其通过减少着色酸性水溶性聚合物质的含量而降低吸烟时的刺激和辛辣。
2.根据权利要求1所述的烟草原料，其中所述着色酸性水溶性聚合物质的分子量为10000道尔顿至60000道尔顿。
3.根据权利要求1所述的烟草原料，其中所述烟草原料包括白莱烟。
4.一种烟草调味剂，包括烟草提取液，其通过减少着色酸性水溶性聚合物质的含量而减少了导致刺激和辛辣的起因成分。
5.根据权利要求4所述的烟草调味剂，其中所述着色酸性水溶性聚合物质的分子量为10000道尔顿至60000道尔顿。
6.根据权利要求4所述的烟草调味剂，其中所述烟草提取液来自白莱烟。
7.一种再生烟草原料，其特征在于包括再生烟草网，所述再生烟草网包括纤维，所述纤维为加入调味剂的天然烟草原料提取物残渣，所述调味剂包括天然烟草原料的水提取液，其中所述调味剂是根据权利要求4所述的烟草提取液。
8.一种制备烟草原料的方法，包括减少着色酸性水溶性聚合物质。
9.一种制备调味剂的方法，包括从天然烟草原料的水提取液中减少着色酸性水溶性聚合物质。
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