CN104032609A - 重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：以质量百分比计，它由以下成分组成：45～60％的酶制剂、5～10％的稳定剂、5～15％的葡萄糖酸钠、8～12％的聚乙二醇、5～10％的山梨醇、10～15％的丙三醇。本发明还公开了一种重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法。本发明的方法简单，易于实施，具有节能减耗、分丝帚化、吸水润涨、清洁生产等优点，打浆性能良好，本发明的纤维处理剂直接加入到重组烟叶浆料混合物，通过聚合、分丝帚化、吸水润涨等反应过程，以达到节能减耗、除杂增香等目的，从根本上提高和改善重组烟叶的品质和使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及重组烟叶生化制浆技术领域，具体是指重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂及其制备方法。
背景技术
重组烟叶在我国卷烟的发展中占有重要地位，但在其生产和使用中仍然存在两方面亟待解决的问题。第一：能源消耗巨大是重组烟叶生产中面临的主要问题之一，在一定程度上制约着烟草工业的发展。在重组烟叶生产过程中，打浆或磨浆将消耗大量的能源，大约占从原料到基片所需总能源的18～25％。国内外虽已有一些纤维素微生物应用于重组烟叶的研究与应用的报道，但仍然存在降解效率低、性质敏感、保质困难等问题，而且单纯的酶制剂应用到打浆过程时，会对纤维素链部分降解，导致烟草浆粘度降低，抗张强度下降。用酶降低打浆能耗有着广阔的应用前景，但酶对烟草浆的作用规律及酶促打浆的广泛工业化还有待进一步的研究。第二：国产造纸法重组烟叶其内在品质方面还存在不足。重组烟叶木质气较重，纸质明显，具有辛辣感等吸味缺陷；同时在其柔软性和抗张强度等物理性能方面存在不足，这些直接导致重组烟叶与烟叶的配伍性差，影响重组烟叶在卷烟产品中的使用效果和添加量。为此，国内外学者也进行了较多的研究，主要集中在通过改变造纸法重组烟叶的生产工艺以及加香加料等方面来实现节能减耗，改善重组烟叶质量等不足之处，虽然具有一定的作用，但效果并不十分明显，难以解决重组烟叶质量的一些深层次的问题。
针对以上问题，公司科研人员转而研究利用纤维素酶、半纤维素酶以及其他功能性添加剂进行科学复配。这些功能性添加剂和酶制剂的配伍使用，能在一定程度上稳定、激活酶的性质，而且对打浆具有良好的作用。重组烟叶纤维生化处理剂用于浆料的磨前预处理可以改善打浆性能，综合优化重组烟叶生产过程，符合环境友好型、资源节约型的现代化重组烟叶工业的发展方向。
发明内容
为克服现有生物酶制浆技术的不足，本发明的目的是提供一种重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂及其制备方法，在不增加重组烟叶生产设备的情况下，将该处理剂直接加入到重组烟叶浆料混合物，通过聚合、分丝帚化、吸水润涨等反应过程，以达到节能减耗、除杂增香等目的，从根本上提高和改善重组烟叶的品质和使用价值。
为实现上述目的，本发明提供的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：以质量百分比计，它由以下成分组成：45～60％的酶制剂、5～10％的稳定剂、5～15％的葡萄糖酸钠、8～12％的聚乙二醇、5～10％的山梨醇、10～15％的丙三醇。
作为优选方案，以质量百分比计，它由以下成分组成：50％的酶制剂、8％的稳定剂、10％的葡萄糖酸钠、11％的聚乙二醇、8％的山梨醇、13％的丙三醇。
进一步地，所述酶制剂为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶中的一种或几种混合物；纤维素酶活性为100000U/mL，半纤维素酶活性为150000U/mL。
进一步地，所述稳定剂为氯化钠和海藻糖的混合物，所述氯化钠与海藻糖的质量比为2:3。
进一步地，以质量分数计，所述山梨醇为含67～73％D-山梨醇的固态颗粒。
本发明还提供一种重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，它包括如下步骤：
(1)取丙三醇和酶制剂按照比例在反应釜中进行配比，得到混合液；
(2)按照比例把稳定剂、葡萄糖酸钠、聚乙二醇和山梨醇依次添加到丙三醇与酶制剂的混合液中，进行搅拌；控制釜内温度为20～25℃，pH值为4.0～5.0，搅拌机转速为300～450rpm，搅拌时间为30～90min；
(3)将步骤(2)中釜内各原料搅拌均匀后，再用超声杀菌10～15min，静置后，即得到纤维处理剂。
进一步地，所述步骤(1)中，酶制剂为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶中的一种或几种混合物；纤维素酶活性为100000U/mL，半纤维素酶活性为150000U/mL。
进一步地，所述步骤(2)中，稳定剂为氯化钠和海藻糖的混合物，所述氯化钠与海藻糖的质量比为2:3；以质量分数计，山梨醇为含67～73％D-山梨醇的固态颗粒。
进一步地，所述步骤(2)中，釜内温度为22℃，pH值为4.5，搅拌机转速为300rpm，搅拌时间为60min。
进一步地，所述步骤(3)中，用超声杀菌10min。
以上所述活力单位定义为：1小时内，特定条件下，使用DNS方法水解羧甲基纤维素产生1mg葡萄糖所需的酶量，即为1个酶活力单位；各组分添加剂均为食品级添加剂。
本发明的纤维处理剂必须满足以下条件：产品应为清洁、无杂质流体；pH值在4.0～5.0之间，方可进入分装工序。
该重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂使用方法为：用该发明重组烟叶纤维生化处理剂对造纸法重组烟叶浆料纤维进行预处理，从而达到对制浆结果的预期效果。
纤维素酶：纤维素酶是由康氏木霉(Trichoderma koningii)诱变筛选的高产菌株，经液态深层通风发酵精制提取制成，是可以将其分解成多糖或单糖的蛋白质。纤维素酶在分解纤维素时起生物催化作用，通过对纤维内部进行分解，促进(打)磨浆过程中纤维的分丝和帚化，使打浆变得更容易，节省打浆能耗。同时使纤维表面和末端的羟基和羧基增多，从而增强纤维之间的结合力，达到增强基片性能、提高基片品质的效果。
半纤维素酶：应用于生物制浆中，对基片的抗张强度、耐折度等物理性能效果更为理想。
山梨醇：为白色结晶性粉末，无臭，味略甜，可作为稳定剂、分散剂、填充剂，具有吸湿性，不易发生氧化，具有一定的生理活性。山梨醇在重组烟叶制浆中具有表面活性剂的作用，能在纤维表面形成疏水基向外的反向吸附，降低纤维物质的动、静摩擦因素，防止其干裂，保持其新鲜、平滑、柔软，延长其保质期。
氯化钠：酶制剂的稳定剂。
海藻糖：是一种安全、可靠的天然糖类，研究发现海藻糖在高温下能保持酶的正常活性，甚至起热激活作用。在反应体系中加入海藻糖，能使热敏感的酶在高温下的稳定性和活性增强，可当作耐热酶使用，海藻糖的这一作用在生物药学和工业生产领域具有广泛的应用价值。
葡萄糖酸钠：在重组烟叶浆料中添加葡萄糖酸钠不但可以改善重组烟叶的物理性质，加大烟丝的耐性，又可保护水分不被挥发，减弱造碎。重组烟叶在高温和潮湿的地方容易发霉变质，在重组烟叶中吸附少量的葡萄糖酸钠可以抵抗霉菌的繁殖，延长烟草制品的寿命。
聚乙二醇：可用作酶制剂的激活剂，增溶剂及稳定剂，同时具有广泛的粘度和吸湿性，对重组烟叶制浆具有良好的应用性能。
丙三醇：丙三醇对重组烟叶具有保润，减少刺激和增加甜味的作用，同时对酶制剂的稳定性具有一定效果。
本发明中的重组烟叶纤维是木浆纤维和烟梗、烟末、碎烟片混合物。本发明的重组烟叶纤维生化处理剂是利用酶制剂和其他功能性添加剂，通过多效综合、科学复配以及相关工艺技术条件的系统研究，在明确不同原料加工特性及配合使用时相互间因果关系的基础上研发而成。
本发明的优点如下：
1、多功能
重组烟叶纤维生化处理剂是由酶制剂和其他功能性添加剂复配而成，不是简单地功能叠加，而是充分利用各成分的不同特性，取长补短，相辅相成，属于新型高端科技产品，符合重组烟叶生产过程中节能减耗、抗张力强、易于成型、减害增香的需求，满足当今人们对卷烟的严格要求。
2、高效能
实践证明，单纯使用酶制剂制浆具有成本高、易断碎等缺陷；单独使用高分子聚合物助剂改善烟草浆性能时，易引起纤维絮聚，影响重组烟叶的匀度和平滑度。重组烟叶纤维生化处理剂集合酶制剂、高分子聚合物助剂(聚乙二醇)于一体配合使用，在酶剂量较低范围内就取得了较好的使用效果。
3、零污染
重组烟叶纤维生化处理剂中的酶是一种超级催化剂，可降低化学反应中所需的外界能量及加快反应速度，是从活性有机体中分泌出的蛋白质，在起催化作用时，无污染，且无副作用，同时也意味着能在温和的条件下起作用。
4、性质稳定
纤维素酶作为一种高效安全的生物催化剂，应用前景虽然广阔，但是仍然具有产量低、成本高、易失活、性质不稳定等问题。重组烟叶纤维生化处理剂是酶制剂和其他功能性添加剂的复配产品，其中的氯化钠、海藻糖、山梨醇对酶制剂具有一定的激活、稳定作用，具有克服酶制剂的不足和利于打浆的双重效果，生产、使用和储存方便，保质期长达1年。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
图2是本发明的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂处理浆料前后纤维的状态对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
实施例一：
通过固、液体发酵的融合技术规模化生产出纤维素酶与半纤维素酶。取高活性的半纤维素酶30kg，取较低活性的纤维素酶20kg、丙三醇13kg在反应釜中进行配比，在不停搅拌的情况下依次添加氯化钠3.2kg、海藻糖4.8kg、葡萄糖酸钠10kg、聚乙二醇11kg、山梨醇8kg。在温度为22℃，转速为300rpm，pH值为4.5的釜内，电动搅拌60min，确认复配完全之后超声10min，静置开始取式样用于制浆，取2kg处理剂用于1吨浆料，反应时间为1h左右，控制pH值为4.0～5.0，温度范围在20～65℃打浆。
根据上述实施例得出：用处理剂对浆料进行预处理，打浆能耗降低12％左右，同时重组烟叶强度增加5％以上，减少了针叶浆配比，改善重组烟叶成形；重组烟叶刺激性和杂气明显降低，香气和余味大有改善。
实施例二：
通过固、液体发酵的融合技术规模化生产出纤维素酶与半纤维素酶。取纤维素酶50kg、丙三醇15kg在反应釜中进行配比，在不停搅拌的情况下依次添加氯化钠4kg、海藻糖6kg、葡萄糖酸钠6kg、聚乙二醇9kg、山梨醇10kg。在温度为20℃，转速为400rpm，pH值为4.0的釜内电动搅拌30min，确认复配完全之后超声15min，静置开始取式样用于制浆，取2kg处理剂用于1吨浆料，反应时间为1h左右，控制pH值为4.0～5.0，温度范围在20～65℃打浆。
根据上述实施例得出：用处理剂对浆料进行预处理，打浆能耗降低15％左右，同时重组烟叶强度略有增加，减少了针叶浆配比，改善重组烟叶成形；重组烟叶刺激性和杂气明显降低，香气和余味有所改善。
实施例三：
通过固、液体发酵的融合技术规模化生产出纤维素酶与半纤维素酶。取半纤维素酶45kg、丙三醇15kg在反应釜中进行配比，在不停搅拌的情况下依次添加氯化钠2kg、海藻糖3kg、葡萄糖酸钠12kg、聚乙二醇8kg、山梨醇10kg。在温度为25℃，转速为450rpm，pH值为5.0的釜内电动搅拌90min，确认复配完全之后超声12min，静置开始取式样用于制浆，取2kg处理剂用于1吨浆料，反应时间为1h左右，控制pH值为4.0～5.0，温度范围在20～65℃打浆。
根据上述实施例得出：用处理剂对浆料进行预处理，打浆能耗降低10％左右，同时重组烟叶强度增加8％以上，减少了针叶浆配比，改善重组烟叶成形；重组烟叶刺激性和杂气明显降低，香气和余味有所改善。
实施例四：
通过固、液体发酵的融合技术规模化生产出纤维素酶与半纤维素酶。取纤维素酶60kg、丙三醇10kg在反应釜中进行配比，在不停搅拌的情况下依次添加氯化钠4kg、海藻糖6kg、葡萄糖酸钠15kg、聚乙二醇10kg、山梨醇5kg。在温度为20～25℃，转速为300rpm，pH值为4.5的釜内电动搅拌60min，确认复配完全之后超声10min，静置开始取式样用于制浆，取2kg处理剂用于1吨浆料，反应时间为1h左右，控制pH值为4.0～5.0，温度范围在20～65℃打浆。
根据上述实施例得出：用处理剂对浆料进行预处理，打浆能耗降低15％左右，同时重组烟叶强度略有增加，减少了针叶浆配比，改善重组烟叶成形；重组烟叶刺激性和杂气明显降低，香气和余味有所改善。
实施例五：
通过固、液体发酵的融合技术规模化生产出纤维素酶与半纤维素酶。取高活性的半纤维素酶30kg，取较低活性的纤维素酶30kg、丙三醇10kg在反应釜中进行配比，在不停搅拌的情况下依次添加氯化钠3.2kg、海藻糖4.8kg、葡萄糖酸钠5kg、聚乙二醇12kg、山梨醇5kg。在温度为25℃，转速为300rpm，pH值为4.5的釜内，电动搅拌75min，确认复配完全之后超声13min，静置开始取式样用于制浆，取2kg处理剂用于1吨浆料，反应时间为1h左右，控制pH值为4.0～5.0，温度范围在20～65℃打浆。
根据上述实施例得出：用处理剂对浆料进行预处理，打浆能耗降低12％左右，同时重组烟叶强度增加5％以上，减少了针叶浆配比，改善重组烟叶成形；重组烟叶刺激性和杂气明显降低，香气和余味大有改善。
本发明的有益效果如下：
1、降低机械制浆磨浆能耗
传统制浆工艺中，大量耗水、耗电，吨浆吨煤的现象普遍存在，其中大部分电能是用于破坏初生壁和剥离次生壁外层，只有一小部分能耗用于分离纤维。重组烟叶纤维生化处理剂通过对纤维内部进行分解，促进打浆过程中纤维的分丝和帚化，使打浆变得更容易，缩短磨浆时间或降低磨浆电流从而节能打浆能耗20％左右，可综合优化重组烟叶生产过程，提高生产效益。
2、改善重组烟叶抗张强度
市场上部分厂家单独采用纤维素酶来实现降低能耗的效果，但是单独纤维素酶的使用会使纤维强度下降，造成过度打浆。生化处理剂可选择性的处理浆料的粗长纤维级分，使纤维细胞壁分层，加速细胞壁破坏和进行分丝帚化，使纤维之间有更多的结合点，烟草浆的抗张强度增加10％以上，在耐破度、耐折度、抗张强度、撕裂度等方面达到最大切合点，能获得理想的强度性能。
3、提高重组烟叶柔软性
该处理剂中的山梨醇具有表面活性剂的作用，在水溶液中能显著降低其表面张力，改善纤维表面水溶液的铺展状况，加速水分子的渗透，能使纤维得到充分的吸水润涨，纤维变得柔软增粗，从而使重组烟叶的松厚度有所增加，吸水性、透气性、柔软性全面提高。
4、改善滤水性能
研究表明纤维素酶可以改善重组烟叶的滤水性能，但对重组烟叶的强度略有不利影响；而半纤维素酶不具有改善烟草浆滤水性能的能力，但可提高重组烟叶的某些强度指标。重组烟叶纤维生化处理剂可以选择性的配方，少量添加纤维素酶，多配比半纤维素酶及其他功能性添加剂应用，来同时提高滤水性能和重组烟叶强度。烟草浆滤水性能的改善具有重要意义，它可以提高纸机速度，增加产量，降低蒸汽消耗量；或通过降低烟草浆上网浓度，可提高重组烟叶匀度和物理强度。
5、抑菌和清洁系统作用。
重组烟叶纤维生化处理剂对粘附于系统中的腐浆具有一定的剥离作用，长时间使用可以使机器设备整个流送系统变的更清洁，避免纸机因腐浆造成色斑等病状和断裂现象，减少成型网和毛毯的清洗次数，延长机械设备寿命。
6、改良烟草品质。
纤维素、半纤维素和木质素是构成植物细胞壁的主要物质，占植物所有多糖的50％以上，以往的研究表明，各等级烟叶总细胞壁物质含量在20～30％左右，在烟梗和烟草重组烟叶中甚至要占到总质量的三分之一以上。它们对烟叶的燃烧性能和烟丝的填充值以及卷烟的香吃味都有很直接的影响。例如，纤维素对卷烟燃吸品质具有副作用，产生一种尖刺的刺激性和一种“烧纸”的气味。利用现代工程技术及生物技术相结合制成的重组烟叶纤维生化处理剂，能改善烟叶内在品质，既可除去吸烟时的不适感觉，又可以减少煤焦油、木质杂气的含量，有利于吸烟者的健康。
Claims (10)
1.一种重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：以质量百分比计，它由以下成分组成：45～60％的酶制剂、5～10％的稳定剂、5～15％的葡萄糖酸钠、8～12％的聚乙二醇、5～10％的山梨醇、10～15％的丙三醇。
2.根据权利要求1所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：以质量百分比计，它由以下成分组成：50％的酶制剂、8％的稳定剂、10％的葡萄糖酸钠、11％的聚乙二醇、8％的山梨醇、13％的丙三醇。
3.根据权利要求1或2所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：所述酶制剂为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶中的一种或几种混合物；纤维素酶活性为100000U/mL，半纤维素酶活性为150000U/mL。
4.根据权利要求1或2所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：所述稳定剂为氯化钠和海藻糖的混合物，所述氯化钠与海藻糖的质量比为2:3。
5.根据权利要求1或2所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂，其特征在于：以质量分数计，所述山梨醇为含67～73％D-山梨醇的固态颗粒。
6.根据权利要求1或2所述重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，它包括如下步骤：
(1)取丙三醇和酶制剂按照比例在反应釜中进行配比，得到混合液；
(2)按照比例把稳定剂、葡萄糖酸钠、聚乙二醇和山梨醇依次添加到丙三醇与酶制剂的混合液中，进行搅拌；控制釜内温度为20～25℃，pH值为4.0～5.0，搅拌机转速为300～450rpm，搅拌时间为30～90min；
(3)将步骤(2)中釜内各原料搅拌均匀后，再用超声杀菌10～15min，静置后，即得到纤维处理剂。
7.根据权利要求6所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，酶制剂为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶中的一种或几种混合物；纤维素酶活性为100000U/mL，半纤维素酶活性为150000U/mL。
8.根据权利要求6所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，稳定剂为氯化钠和海藻糖的混合物，所述氯化钠与海藻糖的质量比为2:3；以质量分数计，山梨醇为含67～73％D-山梨醇的固态颗粒。
9.根据权利要求6所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，釜内温度为22℃，pH值为4.5，搅拌机转速为300rpm，搅拌时间为60min。
10.根据权利要求6所述的重组烟叶生化制浆用的纤维处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，用超声杀菌10min。
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