CN107224003B - 一种改善烟草薄片质量的酶解-醇化法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟草薄片制备技术领域,具体涉及一种改善烟草薄片质量的酶解‑醇化法。本发明将特定菌种首先混合发酵,获得最高果胶酶酶活的粗酶液,然后将粗酶液直接用于烟草薄片浓缩液处理以降低其果胶含量,进一步将酶解后浓缩液通过美拉德反应以增加香味物质含量,从而最终改善烟草薄片质量。试验表明,本发明对烟草薄片浓缩液中果胶降解率达到24%左右。感官抽吸评价表明,添加有酶解和美拉德反应后烟草薄片浓缩液制备成烟草薄片所制成的卷烟样品相较于未处理的样品,卷烟香气更加细腻,烟气透发性更好,甜润感有所增强且刺激性减轻,口感发涩程度减小,杂气减少,劲头足,且燃烧性更好,从而较好的改善了烟草的吸食品质。
Description
技术领域
本发明属于烟草薄片制备技术领域,具体涉及一种改善烟草薄片质量的酶解-醇化法。
背景技术
造纸法烟草薄片(Paper-Process Reconstituted Tobacco)是一种烟草资源再生利用的产品。它是利用一些烟草废弃料、边角料,如烟梗、烟叶碎片、烟末等为原料,经过浸提、浓缩、分离、打浆、磨浆、抄造、烘干、加香工艺过程,制成烟叶薄片,用作卷烟填充物。造纸法烟草薄片,不仅在改善烟叶产品结构强度、燃烧性能及降低卷烟的烟气烟碱和焦油量等方面具有优势,同时还能降低烟叶单耗,节约生产成本,可以说是烟草工业近年最重要的成果之一。而近年来,生物技术与造纸法烟草薄片技术在生产中的结合应用,不仅发挥了造纸法烟草薄片的工艺优势,而且利用生物技术有选择地改变烟草化学成分,明显改善了烟草薄片的品质。
研究表明,烟草原料中的纤维素、木质素、果胶和蛋白质在高温下均会产生芳烃类化合物。其中果胶是一种胶体性物质,沉积在初生细胞壁和胞间层,并与纤维素、半纤维素、木质素以及一些蛋白质相互交联。果胶在热解过程中主要生成甲醇等有害物质。果胶的去除不仅能够减少这类物质的生成,而且还能够改变烟草细胞结构,让细胞变的更松散透气,有利于提高烟草燃烧能力,减少热解的发生。
现有技术中,针对烟草薄片浓缩液(浸取液)中果胶类物质的降解主要是采用传统的果胶酶进行的。但是由于烟草薄片中果胶结构的复杂性和多样性,而现有技术中的果胶酶普遍存在对于烟草薄片浓缩液中果胶降解针对性不强、降解不够充分、降解过程难以控制的缺陷,因而急需探讨新的果胶酶及其在烟草薄片加工中的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用特定菌株发酵制备的果胶酶,利用该果胶酶可对烟草薄片浓缩液中的果胶有针对性的进行降解,同时配合后续酶解-醇化法对美拉德反应的优化,从而较好改善烟草薄片质量。
本发明的技术方案具体如下所述。
一种鲜绿青霉发酵制备的果胶酶,通过如下生产步骤制备获得:
(1)菌种活化,从保藏培养基上挑取发酵菌株,接种到活化培养基中25℃~35℃活化培养2~3d左右;
所述发酵菌株具体为中国工业微生物菌种保藏中心(CICC)保藏的保藏号为41001的鲜绿青霉(Penicillium viridiatum);该菌株为可公开获得菌株;
所述活化培养基为PDA培养基;从保藏培养基挑取菌株后接种活化培养基时具体可采用划线法接种;
所述PDA培养基按常规方法制备,具体为:马铃薯提取液 1.0L(200g马铃薯),葡萄糖 20.0g,琼脂 15.0g,pH自然;
(2)制备种子液,将步骤(1)中活化后的菌种接种到种子培养基中,24~28℃、120~180rmin摇床培养36~48h左右(优选,26℃、160 r/min培养48h),制备种子液;
所述种子培养基配方为:果胶5g/L,蛋白胨10g/L,NaNO3 3.0g,MgSO4•7H2O 0.5g,KCl 0.5g,FeSO4•4H2O 0.01g,K2HPO4 1.0g,pH=6.0~6.5;
(3)发酵培养,将步骤(2)中所制备的种子液接种到发酵培养基中,24~28℃、120~180rmin摇床培养3.95~14.05h以进一步发酵培养(优选:26℃、160 r/min摇床培养12h左右);
将种子液接种发酵培养基时,接种量具体可按4%体积分数比例进行接种;
所述发酵培养基配方为:果胶50 g/L、蛋白胨2.0g/L,pH=6.0~6.5;
(4)制备粗酶液,将步骤(3)中发酵液经抽滤滤去菌体,再经超滤浓缩即可获得粗酶液,测定酶活后即可作为果胶酶进行应用。
所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶在烟草中的应用,用于降解烟草薄片浓缩液中果胶成分。
具体使用时,以上述步骤(4)所制备粗酶液直接应用为例,将果胶酶粗酶液稀释0~40倍后,烟草薄片浓缩液(干重):果胶酶粗酶液=1g:1~5mL,将烟草薄片浓缩液与果胶酶粗酶液溶液混合均匀,40~50℃、酶解2~6h;
优选处理条件为,将所述果胶酶粗酶液稀释10倍,烟草薄片浓缩液(干重):果胶酶粗酶液=1g:3mL,50℃、酶解6h。
一种改善烟草薄片质量的酶解-醇化法,具体包括如下步骤:
(1)制备粗酶液,按照上述步骤(1)至步骤(4)方法制备粗酶液,稀释0~40倍备用;
(2)将步骤(1)中稀释后粗酶液用于烟草薄片浓缩液,烟草薄片浓缩液(干重):果胶酶粗酶液=1g:1~5mL,将烟草薄片浓缩液与果胶酶粗酶液溶液混合均匀,40~50℃、酶解2~6h;
(3)将步骤(2)中酶解后烟草薄片浓缩液在60~80℃条件下进行美拉德反应10~15h(优选70℃条件下进行美拉德反应13h),提高香味物质含量;美拉德反应结束后,即可将烟草薄片浓缩液按现有技术进行后续生产以制备烟草薄片。
本发明的总体技术路线是:将特定菌种首先混合发酵,筛选优化最佳发酵温度条件,获得最高果胶酶酶活的粗酶液,然后将粗酶液直接用于烟草薄片浓缩液处理以降低其果胶含量,通过优化处理工艺,获得最佳降解效果,进一步将酶解后浓缩液通过美拉德反应以增加香味物质含量,从而最终改善烟草薄片质量。
初步试验表明,本发明采用特定菌种发酵所得粗酶液的酶活最高可达2872.36U/mL,具有较好的应用潜力。进一步用于烟草薄片浓缩液处理后,可将烟草薄片浓缩液中果胶含量由2.00%降低到1.51%,降解率达到24 %左右。进一步进行美拉德反应处理后,将处理后烟草薄片浓缩液制备成烟草薄片用于卷烟后,进一步的感官抽吸评价表明,添加有酶解和美拉德反应后烟草薄片浓缩液制备成烟草薄片所制成的卷烟样品相较于未处理的样品,卷烟香气更加细腻,烟气透发性更好,甜润感有所增强且刺激性减轻,口感发涩程度减小,杂气减少,劲头足,且燃烧性更好,从而较好的改善了烟草的吸食品质。
需要解释的是,本申请中所述酶解-醇化法主要是指对烟草薄片中果胶降解时酶解温度的调控和美拉德反应中温度调控两个方面,通过相关工艺参数的优化,从而最终改善烟草质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。在介绍具体实施例前,就下述实施例中果胶含量测定、果胶降解率的计算方法简要介绍如下。
果胶含量测定
下述实施例中对于烟草薄片浓缩液中的果胶含量采用咔唑比色法测定,具体测定步骤如下:
1、样品预处理,取待测样品,称取10mL,样品于250mL锥形瓶中,加入150mL加热至沸腾的0.05mol/L 的HCl 溶液,装上冷凝器,于90℃水浴中加热回流1h,冷却后把滤液移入250mL容量瓶中,加入2mol/L的NaOH中和至pH=4,摇匀,收集滤液即得总果胶提取液,备用;
2、以半乳糖醛酸为标准品,咔唑比色法测定果胶含量,取步骤A中所得总果胶提取液1mL于含有6mL浓硫酸的试管中,摇匀;
85℃水浴加热15min;冷却,加入0.15%咔唑无水乙醇溶液0.3mL,摇匀,暗置30min;530nm下测吸光度;
3、根据咔唑比色法标准曲线和公式,求得待测液果胶含量;
所述公式为:果胶(%)= C×V×K×100/(W×106) ;
其中,C:对照标准曲线求得的果胶提取稀释液的果胶含量(μg/mL),V:果胶提取液原液体积(mL),K:果胶提取液稀释倍数,W:样品质量(g),106:质量单位换算系数;
所述咔唑比色法标准曲线的绘制方法为:
首先准确称取0.1000g半乳糖醛酸标准品于烧杯中,用少量蒸馏水溶解后转移至100mL容量瓶中,用pH为3的盐酸定容;
然后分别取0、1、2、3、4、5、6、7mL于8个100容量瓶中,用pH为3的HCl定容,得到浓度为0、10、20、30、40、50、60、70μg/mL的标准溶液;
最后以上述方法测定,然后绘制咔唑比色法的标准曲线。
果胶降解率计算
下述实施例中果胶降解率按以下公式计算:
Ei=[(C0-Ci)/C0]×100%;
其中,Ei:果胶的降解率,C0:空白对照样中果胶水解生成的半乳糖醛酸的量;Ci:酶处理的烟草薄片浓缩液中果胶水解生成的半乳糖醛酸的量;空白对照样和酶处理的烟草薄片浓缩液中果胶含量测定均按上述咔唑比色法进行测定。
实施例1
本实施例中所提供的利用鲜绿青霉发酵所制备的果胶酶,通过如下生产步骤制备获得
(1)菌种活化,从保藏培养基上挑取发酵菌株,接种到活化培养基中30℃活化培养3d左右;
所述发酵菌株具体为黑龙江省轻工科学研究院在中国工业微生物菌种保藏中心(CICC)保藏的保藏号为CICC 41001的鲜绿青霉(Penicillium viridiatum);
所述活化培养基为PDA培养基(马铃薯300g/L,葡萄糖20g/L,琼脂20g/L,pH自然,121℃灭菌);从保藏培养基挑取菌株后接种活化培养基时具体采用划线法接种。
(2)制备种子液,将步骤(1)中活化后的菌种接种到种子培养基中,26℃、160 r/min摇床培养48h,制备种子液;
所述种子培养基配方为:果胶5g/L,蛋白胨10g/L,NaNO3 3.0g,MgSO4•7H2O 0.5g,KCl 0.5g,FeSO4•4H2O 0.01g,K2HPO4 1.0g,pH=6.0~6.5,具体装液量为:100/ 250mL锥形瓶。
从活化培养基中挑取菌株时,具体按如下方法进行:
用打孔器在活化培养基平板上靠近菌株生长边缘的位置取两块0.5cm2的、长满新生菌丝的接种块,再接种于种子培养基中;
还需解释的是,在摇床发酵培养结束后后,可加入灭菌的磁珠和适量的玻璃珠,使用磁力搅拌器搅拌2h左右,以使将培养物打碎,便于作为种子液接种用于进一步发酵培养扩增使用。
(3)发酵培养,将步骤(2)中所制备的种子液接种到发酵培养基中,26℃、160 r/min摇床培养12h以进一步发酵培养;
将种子液接种发酵培养基时,接种量具体按4%体积分数比例进行接种;
所述发酵培养基配方为:果胶50 g/L、蛋白胨2.0g/L,pH=6.2。
(4)制备粗酶液,将步骤(3)中发酵液经抽滤滤去菌体,再经超滤浓缩即可获得粗酶液,测定酶活后即可作为果胶酶进行应用。
所制备粗酶液酶活进行测定,最高酶活检测结果为2872.36U/mL。
实施例2
将实施例1所制备粗酶液用于降解烟草薄片浓缩液中果胶,所述具体使用方法为:
将实施例1中所制备果胶酶粗酶液(酶活为2872.36U/mL,理论而言,实施例1中所制备任意酶活的粗酶液均可用于降解果胶应用,但为确定较好降解条件及对烟草实际改善效果,因而仅以实施例1所制备的酶活为2872.36U/mL的粗酶液为例进行实验)进行适当稀释,然后将稀释后粗酶液根据不同配比情况,烟草薄片浓缩液(干重,所述干重为将浓缩液在低温状态下烘至无明显液体挥发即可):果胶酶粗酶液=1g:1~5ml,在40℃~50℃条件下,酶解2~6h;
酶解结束后,迅速将处理后烟草薄片浓缩液放70℃的烘箱中,使粗酶液中的果胶酶失活,测定处理后样品中的果胶含量。
同样操作条件下,以加入失活酶液(将粗酶液煮沸失活)作为对照组,最终计算果胶降解率。
实验过程中,为获得最佳的降解率,发明人采用正交试验设计的方法,选用L9(34)正交表对果胶降解条件(粗酶液稀释倍数A、物料配比B、酶解温度C、酶解时间D)进行了优化试验设计。
实验结果表明,将粗酶液稀释10倍、物料配比1g:3mL、反应温度50℃、处理时间6小时,在此条件下烟草薄片中浓缩液果胶降解率达到最大,为24%左右。
为进一步检测酶解处理后烟草薄片浓缩液所制备的烟草薄片对于烟草吸食效果的改进程度,以上述最佳酶解处理条件处理后烟草薄片浓缩液为例,发明人对其进行了实际卷烟抽吸实验,相关实验过程简要介绍如下。
实施例3
将实施例2中最佳酶解条件处理后烟草薄片浓缩液原料,进行美拉德反应,70℃条件下进行美拉德反应13h,以美拉德反应后浓缩液为涂布液,涂布到烟草片基上并制备为烟草薄片。
将此草薄片在40℃条件下进行适当烘干(至湿度65%)后,切丝,然后置于恒温恒湿箱内平衡(相对湿度(60 ±5)% ,温度 (22 ±2) ℃)48 h;
按烟丝重量15%(即称取0.12 g样品)与平衡后85%的配方烟丝(许昌B2F)均匀混合后按现有技术制备抽吸用卷烟,此即为试验组卷烟。
相同条件及相同方法下,采用仅活酶处理的烟草薄片浓缩液制备的烟草薄片卷烟记为对照组(缺少美拉德反应处理),以灭活酶处理的烟草薄片浓缩液所制备的制备的烟草薄片卷烟记为空白组。
将各组卷烟样品(每支烟只总重0.80±0.01 g)在温度(22±2)℃、相对湿度(60±5)%的恒温恒湿箱中平衡24 h后,依据国家现行成品烟评析标准GB5606.4-2005对卷烟进行质量评吸鉴定和评价。
具体评价结果如下表所示:
。
从上述评价结果可以看出,酶解和美拉德处理后的烟草薄片添加与卷烟后,可使卷烟的香气更加细腻,烟气透发性更好,同时能够增加甜润感且减轻刺激性,口感发涩程度减小,余味纯净舒适,劲头足,且燃烧性更好,卷烟的吸食品质得到了较好改善。
Claims (7)
1.一种鲜绿青霉发酵制备的果胶酶,其特征在于,通过如下生产步骤制备获得:
(1)菌种活化,从保藏培养基上挑取发酵菌株,接种到活化培养基中25℃~35℃活化培养2~3d;
所述发酵菌株具体为中国工业微生物菌种保藏中心保藏的保藏号为41001的鲜绿青霉;
(2)制备种子液,将步骤(1)中活化后的菌种接种到种子培养基中,24~28℃、120~180rmin摇床培养36~48h;
(3)发酵培养,将步骤(2)中所制备的种子液接种到发酵培养基中,24~28℃、120~180rmin摇床培养3.95~14.05h进一步发酵培养;
所述发酵培养基配方为:果胶50 g/L、蛋白胨2.0g/L,pH=6.0~6.5;
(4)制备粗酶液,将步骤(3)中发酵液经抽滤滤去菌体,再经超滤浓缩即可获得粗酶液,测定酶活后即可作为果胶酶进行应用。
2.如权利要求1所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶,其特征在于,步骤(2)中,所述种子培养基配方为:果胶5g/L,蛋白胨10g/L,NaNO3 3.0g,MgSO4•7H2O 0.5g,KCl 0.5g,FeSO4•4H2O0.01g,K2HPO4 1.0g,pH=6.0~6.5。
3.如权利要求1所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶,其特征在于,步骤(3)中,将种子液接种发酵培养基时,接种量按4%体积分数比例进行接种;接种后,26℃、160 r/min摇床培养12h。
4.权利要求1~3任一项所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶在烟草中的应用,其特征在于,用于烟草薄片加工过程,用于降解烟草薄片浓缩液中果胶。
5.如权利要求4所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶在烟草中的应用,其特征在于,将果胶酶粗酶液稀释0~20倍后,烟草薄片浓缩液以干重计,按烟草薄片浓缩液:果胶酶粗酶液=1g:1~5mL,将烟草薄片原料与果胶酶粗酶液溶液混合均匀,40~50℃、酶解2~6h。
6.如权利要求5所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶在烟草中的应用,其特征在于,将果胶酶粗酶液稀释10倍,烟草薄片浓缩液以干重计,烟草薄片浓缩液:果胶酶粗酶液=1g:3mL,50℃、酶解6h。
7.一种利用权利要求1所述鲜绿青霉发酵制备的果胶酶的改善烟草薄片质量的酶解-醇化法,其特征在于,具体包括如下步骤:
(1)制备粗酶液,稀释0~40倍备用;
(2)将步骤(1)中稀释后粗酶液用于烟草薄片浓缩液,烟草薄片浓缩液以干重计,烟草薄片浓缩液:果胶酶粗酶液=1g:1~5mL,将烟草薄片浓缩液与果胶酶粗酶液溶液混合均匀,40~50℃、酶解2~6h;
(3)将步骤(2)中酶解后烟草薄片浓缩液在60~80℃条件下进行美拉德反应10~15h。
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