CN110693063B - 一种烟用蓝莓提取物的制备方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明涉及烟用香料技术领域，尤其涉及一种烟用蓝莓提取物的制备方法。其包括以下步骤：将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温降压使得超临界CO2液化，然后搅拌将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后用热气流加热，干冰升华得到混合物；将混合物与固定化乳酸菌混合发酵；将发酵产物过滤，得到蓝莓提取液。本发明通过抗氧化剂保护、固定化乳酸菌发酵制备出果香丰富、营养完整的蓝莓提取物，其用于卷烟具有丰富烟香、增加果甜香、柔和烟气、减轻喉部刺激性、改善口感、降低残留的作用。
Description
技术领域
本发明涉及烟用香料技术领域，尤其涉及一种烟用蓝莓提取物的制备方法。
背景技术
在烟草制品中，烟草的香气和吸味是至关重要的，添加香料是卷烟工艺中的关键环节，也是完善产品风格和提高卷烟香气质量的有效手段之一，可以给消费者提供一些香气和吸味满意的卷烟制品。目前，我国烟草中添加的烟用香精香料大多是通过对天然动植物的提取、化学合成制备，由于天然植物资源有限以及化学合成条件较苛刻，这类方法受到限制。同时所制得的烟用香料虽然市场操作简单，但存在香气单调，对烟草改善性不足，而且改善卷烟抽吸品质效果不明显等缺点。
蓝莓，属杜鹃花科，越橘属植物，多年生灌木小浆果果树，因果实呈蓝色，故称为蓝莓。蓝莓具有香爽宜人的香气，甜酸适口，既可以鲜食，还可以加工成食品及食品的配料、医疗保健用品、高级化妆品。蓝莓是一种营养价值非常高的水果，果实除了富含常规营养成分：蛋白质、维生素（VA、VB、Vc、VE等）、矿质元素（K、Fe、P、Zn、Ca等）、 食用纤维，还含有极为丰富的黄酮类和多糖类化合物。果实中还含有特殊营养成分：花青素、有机酸（枸橼酸、熊果酸、奎宁酸、苹果酸等）、多酚类物质（酚酸如氯原酸）、 超氧化物歧化酶 SOD、果胶、紫檀芪、云彬单宁醇、苯甲酸钠等，因此被称为“水果皇后”和“浆果之王”。 蓝莓果实有极强的药用价值及营养保健功能，具有降低血压血糖、有益心脑及肠道健康、保护及强化视力、抗自由基延缓衰老、抗氧化、抗癌及肿瘤、抗炎、抗糖尿病、增强人机体免疫等功能，还可以减小肚腩、治疗一般的伤风感冒、咽喉疼痛、便秘、腹泻等症。蓝莓叶中含有丰富的黄酮类化合物，具有抗氧化性。如果能够实现将蓝莓用于烟草制品中，不仅能够改善烟气口感，还具有一定的保健作用。
但是，虽然通过传统回流提取所制备的蓝莓提取物在卷烟中具有丰富烟香、增加果甜香韵的作用，但同时也会带来增加刺激性、增加残留、烟气粗糙的负面效果。因此，需要开发一种能够降低刺激性、减少残留的蓝莓提取方法。
随着生物技术的发展，近年来，利用微生物发酵法制备烟用香原料，开发一些传统方法无法生产的新型烟用香原料，已发展成为烟用香原料生产的一条经济、高效的途径。
微生物固定化技术，是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适应条件下能够快速、大量增殖的生物技术，能够弥补悬浮微生物发酵处理效率低、固液分离困难、抗毒性差等缺点。因此，近年来，微生物固定化技术的研究非常活跃，发展较快，已应用到许多工业部门如食品发酵工业，环境保护，新能源开发以及生物传感器等，并取得了深入发展，显示出了强大的优越性。主要涉及到以下几个方面：在食品发酵工业中用于生产乙醇、啤酒、酸奶等；在环境保护中用于环境监测和工业废水的处理；在新能源开发中用于生产氢气、甲烷、生化电池、微生物电池等；固定化微生物还可作为分子识别元件，用于制作各种生物传感器。而随着固定微生物技术的不断成熟、完善，逐渐向高效低能耗、低成本、简单化、安全自动化、无污染等方向发展，在能源危机、资源短缺、环境污染日趋严重的情况下，由此将推动其在废水处理方面更加深入和广泛的应用，具有更加深远的意义。尤其在废水处理方面，具有很大的应用前景。
乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称，能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸，常用于制造酸奶、乳酪、德国酸菜、啤酒、葡萄酒、泡菜、腌渍食品和其他发酵食品，是一种可以用于生产烟用香料的优质产香菌。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种烟用蓝莓提取物的制备方法。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种烟用蓝莓提取物的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备新鲜的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温降压使得超临界CO2液化，然后搅拌将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后用热气流加热，干冰升华得到混合物；
（2）准备固定化乳酸菌；
（3）将混合物与固定化乳酸菌混合发酵；
（4）将发酵产物过滤，得到蓝莓提取液。
其中，二氧化碳在温度高于临界温度31.26℃，压力高于临界压力7.38MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，这种状态下的二氧化碳即为超临界CO2。将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备中可以提取出蓝莓叶中具有抗氧化性的黄酮类物质。包含有这种黄酮类抗氧化剂的流体液化后，与蓝莓混合，包裹蓝莓后再对蓝莓进行粉碎，使得抗氧化剂包裹住蓝莓中花青素等营养成分，防止粉碎作用对营养成分造成的破坏。进一步释压，液态CO2形成干冰，此时包含抗氧化剂的干冰充满在蓝莓的细胞内和细胞间隙中，提高蓝莓对抗氧化剂的吸收。并通过干冰升华使得蓝莓膨胀的作用，使得蓝莓进一步深度吸收抗氧化剂，防止后续发酵等步骤中，蓝莓营养物的破坏变质。
优选地，步骤（1）中，降温至30℃以下，降压至7MPa以下使得超临界CO2液化。
优选地，步骤（1）中，进一步降低压力至常压，使得剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰。
优选地，步骤（1）中，用300～340℃的热气流对干冰加热。
优选地，步骤（3）中，将混合物与固定化乳酸菌按照质量比（2～5）：1混合，在温度为20～28℃，搅拌转速为1～5rpm的条件下发酵48～96h。
优选地，步骤（3）中，还包括将发酵产物超声提取步骤：将发酵产物与质量分数为50%～95%的乙醇以1：（3～8）的物料比混合，然后在超声频率为45～65Hz、温度为30～50℃的条件下提取30～120min。
优选地，步骤（4）中，将超声提取后的提取液经0.6～0.9μm的过滤膜过滤，得到蓝莓提取液。
优选地，将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.01～-0.1Mpa、温度为45～55℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.25～1.35，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
优选地，步骤（2）中，所述固定化乳酸菌的制备方法：将乳酸菌体与质量分数为3%～6%的海藻酸钠溶液以（3～5）：100的体积比混合，将得到的混合液逐滴加入到质量分数为3%～6%的CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶珠，并将CaCl2溶液和海藻酸钙凝胶珠于-4℃下保存12-24h后，取出小球，用无菌水冲洗，烘干得到固定化乳酸菌。
优选地，所述乳酸菌体的制备方法：将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为35～40℃、搅拌转速为45～55rpm的条件下培养40～50h，取培养液于7000～10000rpm下离心，得到乳酸菌体。
本发明的有益效果：
1. 通过蓝莓叶中提取的黄酮类抗氧化剂保护蓝莓中的营养物质，既增强了蓝莓提取物的香味，也极大程度地保留了蓝莓提取物的营养成分，使得其用于卷烟产品中时，不仅具有清甜的蓝莓香气，还具有有效的保健功能。
2.采用乳酸菌发酵蓝莓，改善了蓝莓提取物的品质，提升了蓝莓提取物在卷烟中的应用效果：乳酸菌能够将蓝莓中引起卷烟刺激性、口感残留、烟气粗糙感负面效果的大分子物质降解，将之转化为乳酸等酸香型物质，消除了负面影响，变不利为有利。另外，发酵过程中还可产生醋酸、丙酸等有机酸。它们在赋予制品以酸味的同时，还可与乳酸发酵过程中产生的醇、醛、酮等物质相互作用，形成多种新的呈味物质，改善制品风味，产生的酸香物质可以在卷烟中起到增加清甜香韵和柔和烟气的作用。
3.采用固定化技术，具有发酵处理效率高、固液分离容易、抗毒性强等优点，能够弥补传统生物工艺的不足。
4.发酵后采用超声提取法提取效率高，在低温条件下可最大限度地避免有效成分受热破坏，使得蓝莓提取物的香气丰富、香气质好，嗅香保持最佳状态，得到品质较好的烟用蓝莓提取物。
5.替代了蓝莓提取物传统的提取技术，更新了生物发酵制备工艺，使得其在卷烟中的适用性增加，得到了一种经济、高效且可定向生产天然烟用香料的新途径，开发出传统香料生产法所不能生产的新型烟用香料。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种烟用蓝莓提取物的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备新鲜的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温至28℃，降压至6.89MPa使得超临界CO2液化。该容器中设有搅拌件，开启搅拌件将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力至常压，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后送入膨胀塔，用320℃热气流加热，干冰升华得到混合物。
（2）将乳酸菌接种到肉汤培养基中，肉汤培养基的具体配方为（每升）：蛋白胨10g，牛肉膏粉3g，氯化钠5g，最终pH7.3±0.1。将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为37℃、搅拌转速为50rpm的条件下培养48h，取培养液于8000rpm下离心，得到乳酸菌体。
（3）将乳酸菌体与质量分数为4%的海藻酸钠溶液以4：100的体积比混合，将得到的混合液逐滴加入到质量分数为4%的CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶珠，并将CaCl2溶液和海藻酸钙凝胶珠于-4℃下保存16h后，取出小球，用无菌水冲洗，烘干得到固定化乳酸菌。
（4）将混合物与固定化乳酸菌按照质量比3：1混合，在温度为25℃，搅拌转速为3rpm的条件下发酵72h。
（5）将发酵产物与质量分数为70%的乙醇以1：6的物料比混合，然后在超声频率为55Hz、温度为40℃的条件下提取60min。
（6）将超声提取后的提取液经0.8μm的过滤膜过滤。
（7）将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.05Mpa、温度为50℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.27，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
（8）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
实施例2
一种烟用蓝莓提取物的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备新鲜的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温至20℃，降压至5.73MPa使得超临界CO2液化，然后搅拌将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力至常压，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后送入膨胀塔，用300℃热气流加热，干冰升华得到混合物。
（2）将乳酸菌接种到肉汤培养基中，肉汤培养基的具体配方为（每升）：蛋白胨10g，牛肉膏粉3g，氯化钠5g，最终pH7.3±0.1。将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为35℃、搅拌转速为45rpm的条件下培养40h，取培养液于7000rpm下离心，得到乳酸菌体。
（3）将乳酸菌体与质量分数为3%的海藻酸钠溶液以3：100的体积比混合，将得到的混合液逐滴加入到质量分数为3%的CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶珠，并将CaCl2溶液和海藻酸钙凝胶珠于-4℃下保存12h后，取出小球，用无菌水冲洗，烘干得到固定化乳酸菌。
（4）将混合物与固定化乳酸菌按照质量比2：1混合，在温度为20℃，搅拌转速为1rpm的条件下发酵48h。
（5）将发酵产物与质量分数为50%的乙醇以1：8的物料比混合，然后在超声频率为45Hz、温度为50℃的条件下提取120min。
（6）将超声提取后的提取液经0.6μm的过滤膜过滤。
（7）将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.01Mpa、温度为45℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.25，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
（8）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
实施例3
一种烟用蓝莓提取物的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备新鲜的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温至25℃，降压至6.43MPa使得超临界CO2液化，然后搅拌将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力至常压，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后送入膨胀塔，用340℃热气流加热，干冰升华得到混合物。
（2）将乳酸菌接种到肉汤培养基中，肉汤培养基的具体配方为（每升）：蛋白胨10g，牛肉膏粉3g，氯化钠5g，最终pH7.3±0.1。将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为40℃、搅拌转速为55rpm的条件下培养50h，取培养液于10000rpm下离心，得到乳酸菌体。
（3）将乳酸菌体与质量分数为6%的海藻酸钠溶液以3：100的体积比混合，将得到的混合液逐滴加入到质量分数为6%的CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶珠，并将CaCl2溶液和海藻酸钙凝胶珠于-4℃下保存24h后，取出小球，用无菌水冲洗，烘干得到固定化乳酸菌。
（4）将混合物与固定化乳酸菌按照质量比5：1混合，在温度为28℃，搅拌转速为5rpm的条件下发酵96h。
（5）将发酵产物与质量分数为95%的乙醇以1：3的物料比混合，然后在超声频率为65Hz、温度为30℃的条件下提取30min。
（6）将超声提取后的提取液经0.9μm的过滤膜过滤。
（7）将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.1Mpa、温度为55℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.35，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
（8）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
对比例1
本对比例中，采用传统的回流提取法提取蓝莓提取液，其包括以下步骤：
（1）将与实施例1等量的蓝莓和蓝莓叶装于圆底烧瓶中，加入乙醇作为溶剂，然后将圆底烧瓶置于水浴中加热回流提取1h,过滤得到蓝莓提取液。
（2）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
对比例2
本对比例中，采用悬浮乳酸菌发酵提取蓝莓提取液，其包括以下步骤：
（1）准备与实施例1等量的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温至28℃，降压至6.89MPa使得超临界CO2液化。该容器中设有搅拌件，开启搅拌件将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力至常压，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后送入膨胀塔，用320℃热气流加热，干冰升华得到混合物。
（2）将乳酸菌接种到肉汤培养基中，肉汤培养基的具体配方为（每升）：蛋白胨10g，牛肉膏粉3g，氯化钠5g，最终pH7.3±0.1。将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为37℃、搅拌转速为50rpm的条件下培养48h，取培养液于8000rpm下离心，得到乳酸菌体。
（3）将混合物与乳酸菌体按照质量比3：1混合，在温度为25℃，搅拌转速为3rpm的条件下发酵72h。
（4）将发酵产物与质量分数为70%的乙醇以1：6的物料比混合，然后在超声频率为55Hz、温度为40℃的条件下提取60min。
（5）将超声提取后的提取液经0.8μm的过滤膜过滤。
（6）将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.05Mpa、温度为50℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.27，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
（7）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
对比例3
本对比例中，将蓝莓和蓝莓叶直接进行固定化乳酸菌发酵，包括以下步骤：
（1）准备与实施例1等量的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓和蓝莓叶送入榨汁机榨为糊状。
（2）将糊状蓝莓与实施例1中得到的固定化乳酸菌按照质量比3：1混合，在温度为25℃，搅拌转速为3rpm的条件下发酵72h。
（3）将发酵产物与质量分数为70%的乙醇以1：6的物料比混合，然后在超声频率为55Hz、温度为40℃的条件下提取60min。
（4）将超声提取后的提取液经0.8μm的过滤膜过滤。
（5）将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.05Mpa、温度为50℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.27，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
（6）将蓝莓提取液按照正常加料方式添加到烟丝中，制成卷烟，并进行评吸，其在卷烟中的用量为0.5%。其评吸效果如表1所示。
表1中，以数值1-5代表烟香丰富程度、果香度、烟气粗糙程度、喉部刺激度、口感残留度，数值1表示程度最低，数值5表示程度最高。
表1.
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备新鲜的蓝莓和蓝莓叶，将蓝莓叶送入超临界CO2萃取设备，得到的包含蓝莓叶萃取物的超临界CO2流体直接送入载有蓝莓的高压密封容器中，降温降压使得超临界CO2液化，然后搅拌将蓝莓打碎并使得糊状蓝莓均匀分布于液态CO2中；进一步降低压力，一部分液态CO2蒸发，剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰；将干冰粉碎后用热气流加热，干冰升华得到混合物；
(2)准备固定化乳酸菌；
(3)将混合物与固定化乳酸菌混合发酵，得到发酵产物；步骤（3）中，还包括将发酵产物超声提取步骤：将发酵产物与质量分数为50%～95%的乙醇以1：（3～8）的物料比混合，然后在超声频率为45～65Hz、温度为30～50℃的条件下提取30～120min；
(4)将超声提取后的提取液过滤，得到蓝莓提取液。
2.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，降温至30℃以下，降压至7MPa以下使得超临界CO2液化。
3.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，进一步降低压力至常压，使得剩余液态CO2形成包含有糊状蓝莓的干冰。
4.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，用300～340℃的热气流对干冰加热。
5.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，将混合物与固定化乳酸菌按照质量比（2～5）：1混合，在温度为20～28℃，搅拌转速为1～5rpm的条件下发酵48～96h。
6.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，将超声提取后的提取液经0.6～0.9μm的过滤膜过滤，得到蓝莓提取液。
7.根据权利要求6所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：将经过滤膜过滤得到的提取液在压力为-0.01～-0.1Mpa、温度为45～55℃条件下，减压浓缩至相对密度为1.25～1.35，加入质量为浓缩液质量20%的丙二醇，得到蓝莓提取液。
8.根据权利要求1所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述固定化乳酸菌的制备方法：将乳酸菌体与质量分数为3%～6%的海藻酸钠溶液以（3～5）：100的体积比混合，将得到的混合液逐滴加入到质量分数为3%～6%的CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶珠，并将CaCl2溶液和海藻酸钙凝胶珠于-4℃下保存12～24h后，取出小球，用无菌水冲洗，烘干得到固定化乳酸菌。
9.根据权利要求8所述的一种烟用蓝莓提取物的制备方法，其特征在于：所述乳酸菌体的制备方法：将乳酸菌接种到肉汤培养基中，在温度为35～40℃、搅拌转速为45～55rpm的条件下培养40～50h，取培养液于7000～10000rpm下离心，得到乳酸菌体。
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