CN102247009B - 烟梗提取液的美拉德反应工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烟梗提取液的美拉德反应工艺，包括如下步骤：1)对烟梗进行前处理；2)对烟梗进行酶处理：将烟梗粉末加α-淀粉酶、糖化酶GA II、诺维信纤维素酶、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，密封后水浴摇床，而后加入风味蛋白酶，水浴摇床，灭活后离心，取上清液，得到烟梗提取液a；3)微生物发酵处理：对烟梗提取液a进行灭菌，发酵后灭活，再离心，取上清液，得到烟梗提取液b；4)进行美拉德反应：将烟梗提取液b的pH值调节为6.5-8，进行蒸馏，停止反应即得美拉德反应物-烟梗提取液c。本发明的工艺得到的烟梗，其所含对烟气品质不利的组分含量大大减少；而烟梗提取液中的香味组分含量增加，其用于烟草薄片中，将大大改善再造烟叶的品质。
Description
技术领域
本发明涉及烟梗处理技术领域，具体来说是一种烟梗提取液的美拉德反应工艺。
背景技术
烟梗是烟叶的粗硬叶脉，约占烟叶重的25-30％，是烟草工业的主要副产物。作为烟草生产大国，中国每年约有数十万吨烟梗废弃物没有得到合理的处理而被弃置。既对环境造成了污染，同时也是对自然资源的浪费。烟梗是再造烟叶的主要原料成分，再造烟叶是通过将烟草生产过程中的烟梗、烟末以及部分烟叶按造纸原理经过加工处理，制成接近天然烟叶的薄片，而后再加入烟梗提取液。制造烟草薄片是烟梗高值化利用主要的方式。
由于烟梗中果胶、木质素等大分子物质含量较高，不仅影响烟梗纤维的疏解，而且片基的物理结构密切相关，能引起片基透气度的变化，影响再造烟叶的燃烧性能，导致再造烟叶杂气增加，同时，烟梗萃取液中含有较多的糖分，糖分在燃烧过程中产生的焦油量大，从而降低了薄片在卷烟配方中减少焦油释放量的功能，导致这种方法制得的烟草薄片存在吃味品质较差、杂气重等吸味缺陷，影响了薄片在卷烟工业产品中的使用效果和添加量。因而，需要对烟梗进行相关处理，改善以上问题。现有技术中有直接对烟梗处理，而后将处理后的烟梗制成烟草薄片的方法，这种方法由于处理液不能直接地接触烟梗内部，因而无法彻底的对烟梗进行处理。另外还有一种传统的处理工艺——三级逆流提取工艺，这种工艺仅有水去萃取提取液，烟梗内部仍然残留一些大分子的果胶、木质素等物质，影响再造烟叶的品质。
国内外研究表明，通过微生物发酵，明显消除烟叶的青杂气，减轻刺激性，并且对烟叶香气质量的改善有一定的促进作用。利用酶制可以降解烟叶中蛋白质、淀粉、细胞壁物质和果胶质，增加香气和改善改善烟叶、烟草薄片及烟梗的品质。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种烟梗提取液的美拉德反应工艺，能够改善烟草薄片的品质。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种烟梗提取液的美拉德反应工艺，包括：
1)对烟梗进行前处理：将原料烟梗烘干，而后粉碎成粉末；
2)对烟梗进行酶处理：将烟梗粉末加α-淀粉酶、糖化酶GA II、诺维信纤维素酶、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，密封后水浴摇床，而后加入风味蛋白酶，密封后进行水浴摇床，再在水浴下灭活，而后离心处理，取上清液，得到烟梗提取液a；
3)微生物发酵处理：对烟梗提取液a进行灭菌，接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，发酵后在水浴中灭活，而后进行离心处理，取上清液，得到烟梗提取液b；
4)进行美拉德反应：将烟梗提取液b的pH值调节为6.5～8，进行蒸馏，蒸馏完毕后先停止加热再关水，停止反应即得美拉德反应物-烟梗提取液c。
优选地，步骤1)中的烘干具体为：将原料烟梗放入烘箱中，在30℃～60℃的温度下烘4h～6h。
优选地，步骤2)中，以重量百分比计，烟梗粉末与添加的α-淀粉酶、糖化酶GA II、诺维信纤维素酶、风味蛋白酶的配比为：
烟梗粉末20份、α-淀粉酶0.3份～0.5份、糖化酶GA II0.3份～0.5份、诺维信纤维素酶0.3份～0.5份、风味蛋白酶0.5份～0.7份；
加入的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液与烟梗粉末的比例为：烟梗粉末20g，，加入180ml～220ml pH5.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液。
优选地，步骤2)中，水浴摇床的温度为40℃～60℃、时间为3h～5h、速度为170rpm～190rpm。
优选地，步骤2)中，水浴灭活的温度为90℃～110℃，时间为6min～10min，离心速度为11000rpm～13000rpm，时间为8min～12min。
优选地，步骤3)中，烟梗提取液a中按照0.8～1.2％的接种量接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，在30℃～35℃、离心速度170rpm～190rpm下摇瓶发酵3h～5h，取上清液，得到烟梗提取液b。
优选地，步骤3)中，在80℃～120℃水浴下灭活7min～9min。
优选地，步骤3)中，在11000rpm～13000rpm的离心速度下离心8min～12min。
优选地，步骤4)中，将烟梗提取液b在100℃～120℃的温度下蒸馏4h～6h。
与现有技术相比，本发明的烟梗提取液的美拉德反应工艺采用酶解液提取及复合酶、微生物发酵和美拉德反应对烟梗进行处理，通过酶解液对烟梗进行处理，使得烟梗中的淀粉、果胶等糖类组分，及蛋白质等大分子物质尽可能多的被提取出来，有利于其后的复合酶处理、微生物发酵、美拉德反应。经本发明的提取工艺的酶处理，烟梗中大分子物质能得到一定程度上的降解，生成还原糖和氨基酸，得到的烟梗提取液中的还原糖与传统的三级逆流提取工艺进行相比，还原糖增加，氨基态氮大量增加，通过酶处理步骤使一些大分子物质降解，并通过风味蛋白酶处理和美拉德反应生成一些易引起风味成分的前体物质，挥发性物质大量增加，因而经本发明工艺处理后的烟梗用于烟草薄片制作，所得薄片中所含对烟气品质不利的组分，如淀粉、蛋白质等，其含量大大减少；而将本发明工艺得到的烟梗提取液用于烟草薄片中，将大大改善再造烟叶的品质。
附图说明
图1为本发明烟梗提取液的美拉德反应工艺流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本实施例的烟梗提取液的美拉德反应工艺包括如下步骤：
1、烟梗的前处理
将原料烟梗在40℃烘箱烘5h后，用粉碎机粉碎成粉末，放置密封袋存放备用。
在其他实施例中，原料烟梗也可在30℃～60℃的温度范围中烘4h～6h，如温度可为30℃、34℃、36℃、42℃、48℃、60℃等，时间可以为4h、5h、6h。
2、烟梗的酶处理(E)
取20g烟梗粉末，分别加α-淀粉酶(0.4g，2％)、糖化酶GA II(0.4g，2％)、诺维信纤维素酶(0.4g，2％)，加入200ml pH5.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，密封，在速度180rpm、温度50℃下水浴摇床4h，再加入风味蛋白酶(0.6g，3％)，密封，在180rpm、50℃下水浴摇床4h，后在100℃水浴时灭活8min，在12000rpm的离心速度下离心10min，取上清液，得到烟梗提取液a。取适量的烟梗提取液a，测定还原糖和氨基氮的含量。
在其他实施例中，水浴摇床的温度可为40℃～60℃这一范围的任意一个值，如40℃、46℃、50℃、51℃、54℃、60℃等，时间可为3h～5h中的任意一值，如3h、3.5h、4h、5h等，速度为170rpm～190rpm这一范围中的任意一值，如170rpm、174rpm、178rpm、184rpm、190rpm。
在其他实施例中，水浴灭活的温度为90℃～110℃中的任意一值，如90℃、93℃、96℃、98℃、100℃、103℃、110℃，灭活时间为6min～10min中的任意一值，如6min、7min、9min、10min，离心速度为11000rpm～13000rpm中的任意一值，如11000rpm、11400rpm、12000rpm、12300rpm、12700rpm、13000rpm，离心时间为8min～12min中的任意一值，如8min、9min、10min、11min、12min。
3、微生物发酵处理(E→E+W)
取50g的提取液a灭菌，按照1％的接种量接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，在33℃、速度180rpm下摇瓶发酵4h，反应结束后，在100℃水浴时灭活 8min。在12000rpm的离心速度下离心10min，取上清液，即为烟梗提取液b。取适量的烟梗提取液b，测定还原糖和氨基氮的量。
在其他实施例中，烟梗提取液a中也可按照0.8％～1.2％的接种量接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，在温度为30℃～35℃、离心速度为170rpm～190rpm下摇瓶发酵3h～5h，取上清液，得到烟梗提取液c，例如，接种量可选0.8％、1.0％、1.1％、1.2％；温度可为30℃、31℃、34℃、35℃，离心速度可为170rpm、178rpm、184rpm、190rpm，摇瓶发酵时间可为3h、4.5h、5h。
在其他实施例中，也可在80℃～120℃的水浴下灭活7min～9min，温度可选80℃～120℃中的任意一值，如80℃、95℃、103℃、113℃、120℃，时间可选7min、8min、9min。
在其他实施例中，在离心速度为11000rpm～13000rpm下离心8min～12min，其中，离心速度可为11000rpm、11600rpm、12300rpm、12400rpm、13000rpm。
4、美拉德反应(E+W→E+W+M)
取70g提取液b加入到上接球形冷凝管的500ml圆底烧瓶中，调节pH为6.5～8，在100℃下蒸馏5h，先停止加热再关水，停止反应即得美拉德反应物，即烟梗提取液c。取适量的烟梗提取液c，测定还原糖和氨基氮的量。
在其他实施例中，也可将烟梗提取液b在100℃～120℃的温度下蒸馏4h～6h，温度可为100℃、104℃、106℃、109℃、112℃、117℃、120℃，时间可为4h、4.5h、5h、6h。
本实施例所用的材料与仪器如下：
(1)材料：α-淀粉酶，诺维信(中国)生物技术有限公司；糖化酶GA II，诺维信(中国)生物技术有限公司；复合植物水解酶(液体)，诺维信(中国)生物技术有限公司；纤维素酶(固体颗粒)，诺维信(中国)生物技术有限公司；烟梗，广东中烟工业有限责任公司提供；生香酵母；植物乳杆菌；柠檬酸(主要用来调PH 值)、柠檬酸钠、二氯甲烷、无水硫酸钠，均为分析纯；
(2)仪器：气相色谱质谱联用仪(美国安捷伦公司产品7890-5975)；CP2245电子天平(感量0.0001g，德国Sartorius公司产品)；恒温水浴摇床(DSHZ-300A，太仓市实验设备公司产品)；恒温气浴摇床(ZHWY-200D)；电磁炉(QZ-18(B7)，广州市九阳家电有限公司产品)；粉碎机(FZ102型，天津市泰斯特仪器有限公司)；漩涡振荡器(广州正一科技公司产品)；离心机(Centrifuge 5804R)；50ml圆底烧瓶，容量瓶等玻璃仪器；731型紫外-可见分光光度计(UV-2100)；自动滴定仪(TiraLabTIM840)。
以下通过测定本实施例工艺处理前后烟梗提取液中还原糖、氨基氮，及主要挥发性成分变化，并与现有技术中传统的三级逆流萃取工艺进行比较，以证明本实施例提取工艺的效果。
1、测定所用方法
还原糖测定方法按及氮基氮测定方法参照现有技术中的方法测定。
挥发性成分测定方法为：
称取15g提取液，以二倍体积的二氯甲烷超声提取20min，分液漏斗过滤，水相再以二倍体积二氯甲烷超声提取20min，反复三次，收集二氯甲烷相，45℃常压旋转蒸馏二氯甲烷萃取液至1mL浓缩液，加入无水硫酸钠去除水分，进行气质分析。
采用GC/MS对1.4.6制取的样品进行分析。
GC条件如下：色谱柱：DB-FFAP(30m×0.25mmi.d×0.25μm)；载气：He，流量1.0mL/min；分流比30∶1；进样量为1μL；进样口温度：250℃；程序升温：60℃，维持2min，5℃/min升至250℃，维持10min。MS条件如下：传输线温度：260℃；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；电离电压：70eV；质量数范围：50～550amu；MS谱库：Wiley05+Nist08串联检索；采用丙酸苯乙酯内标法定量。
2、对照例：
现有技术中，采用三级逆流提取工艺对烟梗进行提取，具体方法如下：
将烟梗切割成小于20mm的短梗，加入4倍体积水，65℃下摇床振荡萃取20min，5000r/min，离心10min，按下表进行三个轮次的三级逆流萃取，按生产实际情况，从短梗3开始步入稳定生产状态，新鲜水总在第三次萃取时加入，一次参加其后三次萃取，只有第一次萃取液进入浓缩工序。因此，此处取短梗3的第一轮次萃取液G进行相关检测。
| 萃取过程 | 萃取轮次 | 萃取液编号 |
| 短梗1+新鲜水 | 第一次 | A |
| +新鲜水 | 第二次 | B |
| +新鲜水 | 第三次 | C |
| 短梗2+B | 第一次 | D |
| +C | 第二次 | E |
| +新鲜水 | 第三次 | F |
| 短梗3+E | 第一次 | G |
| +F | 第二次 | H |
| +新鲜水 | 第三次 | I |
3、以下对测定结果进行比较、分析：
1)不同提取工艺对烟梗还原糖量的影响
从表1中可看出，与三级逆流提取工艺对比，本实施例的工艺中，烟梗经过外源活性酶处理后还原糖量提高了12.5％，酶处理对烟梗中多糖大分子进行一定程度的水解，得到的烟梗提取液a，经后续两个步骤处理后，还原糖的量都降低了，并且每个处理步骤，还原糖的量都减少了，这说明本实施例中无论是微生物发酵还是美拉德高温热反应，都将消耗一部分的还原糖，从表中的数据可以得出，本实施例 中微生物发酵消耗还原糖为7.2％，高温热反应消耗还原糖为0.6％，微生物发酵消耗的还原糖的量比美拉德高温热反应消耗的还原糖的量多，微生物发酵是还原糖的量下降的主要原因，与现有技术中的传统工艺相比，本实施例的处理工艺，还原糖增加了3.9％。
表1还原糖含量的变化
注：单位为还原糖量/烟梗重量。
2)不同提取工艺对烟梗氨基态氮含量的影响：
本实施例的工艺与传统工艺得的烟梗提取液中氨基氮含量测定结果参见表2：
表2氨基氮含量的变化
注：单位为氨基氮量/烟梗重量
从表2可以看出，与传统工艺相比，烟梗经过外源活性酶处理，主要是蛋白酶作用后氨基态氮量提高了27.8％。E→E+W过程，氨态氮增加了49.2％，说明高温热作用，多肽进一步降解成氨基酸，菌种可利用酶降解物发酵，并能产生氨态氮，两个过程最终得到的氨态氮的量基本相同。通过高温下热作用，多肽更趋向于进一 步分解为氨基酸。E→E+W，氨态氮增加了49.2％，菌种发酵可产氨态氮，菌种在有氨态氮和多肽的培养基中，更易利用氨态氮发酵。与传统工艺相比，本实施例的工艺，氨基态氮增加了100.7％。
氨基态氮的增加，将为其后的美拉德反应提供原料(美拉德反应主要就是不同小分子糖与不同氨基酸的反应，生成的美拉德产物是一类香味组分)。
3、不同提取工艺对提取物挥发性化学组分的影响
为了比较不同提取工艺烟梗提取液中主要香气成分的变化情况，采用GC-MS对不同提取工艺得到的烟梗提取液的挥发性组分进行了分析，结果参见表3：
表3不同工艺处理后烟梗提取液主要香气成分的变化(μg/g)
结果如表3所示，对比现有技术中的传统提取工艺，本实施例中的酶处理步骤使一些大分子物质降解，并生成一些易引起风味成分的前体物质，挥发性物质增加了112.5％；在本实施例中的美拉德反应步骤作用下，羰基化合物与氨基化合物发生美拉德反应，增加烟梗提取液中的风味物质，改善烟梗提取液品质，挥发性物质含量比酶处理后增加了20.4％；本实施例的工艺中，微生物发酵步骤产生一些醇、醛、酮、酸、酯等成分，增加烟梗提取液的致香成分，微生物发酵后挥发性物质含量比酶处理后增加了27.3％；美拉德反应作用下，挥发性物质含量增加了25.6％。对比传统工艺，该工艺过程所得提取液挥发性物质含量增加了239.6％。微生物及美拉德反应后，在提取液中均检测到在烟梗直接提取液中未检出的β-大马烯酮、3-羟基-β-大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇等重要的烟草致香成分。
由以上对比分析结果可以得出：
相比于传统工艺，本实施例中的还原糖增加了3.9％，氨基态氮增加了100.7％。GC-MS分析不同工艺所得烟梗提取液主要挥发性组分变化，所得烟梗提取液均检测到在传统三级逆流提取工艺中未检出的β-大马烯酮、3-羟基-β-大马酮、3-氧代-α-紫罗兰醇等重要的烟草致香成分，且本实施例的(E→E+W→E+W+M)挥发性成分含量增加了239.6％。通过酶处理，烟梗中大分子物质能得到一定程度上的降解，生成还原糖和氨基酸。通酶处理技术有助于降解烟梗多糖、蛋白质等大分子物，并产生小分子的挥发性成分，提高小分子成分及风味前体物质的含量。本实施例的工艺 中采用的微生物发酵和美德拉反应步骤，能增加烟梗提取液风味物质含量和致香组分，改善烟梗提取液的品质。
以上对本发明进行了详细介绍，文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，包括：
1）对烟梗进行前处理：将原料烟梗烘干，而后粉碎成粉末；
2）对烟梗进行酶处理：将烟梗粉末加α-淀粉酶、糖化酶GA II、诺维信纤维素酶、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，密封后水浴摇床，而后加入风味蛋白酶，密封后进行水浴摇床，再在水浴下灭活，而后离心处理，取上清液，得到烟梗提取液a；
3）微生物发酵处理：对烟梗提取液a进行灭菌，接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，发酵后在水浴中灭活，而后进行离心处理，取上清液，得到烟梗提取液b；
4）进行美拉德反应：将烟梗提取液b的pH值调节为6.5~8，进行蒸馏，蒸馏完毕后先停止加热再关水，停止反应即得美拉德反应物—烟梗提取液c；
步骤2）中，以重量百分比计，烟梗粉末与添加的α-淀粉酶、糖化酶GA Ⅱ、诺维信纤维素酶、风味蛋白酶的配比为：
烟梗粉末20份、α-淀粉酶0.3份～0.5份、糖化酶GAⅡ0.3份～0.5份、诺维信纤维素酶0.3份～0.5份、风味蛋白酶0.5份～0.7份；
加入的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液与烟梗粉末的比例为：烟梗粉末20g，加入180ml~220ml pH5.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液。
2.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤1）中的烘干具体为：将原料烟梗放入烘箱中，在30℃～60℃的温度下烘4h～6h。
3.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤2）中，水浴摇床的温度为40℃~60℃、时间为3h~5h、速度为170rpm~190rpm。
4.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤2）中，水浴灭活的温度为90℃~110℃，时间为6min～10min，离心速度为11000rpm~13000rpm，时间为8min~12min。
5.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤3） 中，烟梗提取液a中按照质量百分比0.8~1.2%的接种量接入安琪生香活性干酵母和植物乳杆菌LP，在30℃~35℃、离心速度170rpm~190rpm下摇瓶发酵3h~5h，取上清液，得到烟梗提取液b。
6.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤3）中，在80℃~120℃水浴下灭活7min~9min。
7.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤3）中，在11000rpm~13000rpm的离心速度下离心8min~12min。
8.如权利要求1所述的烟梗提取液的美拉德反应工艺，其特征在于，步骤4）中，将烟梗提取液b在100℃~120℃的温度下蒸馏4h~6h。
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