CN1931986A - 一种以含糖溶液为原料生物转化成烟用香料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以含糖溶液为原料生物转化成烟用香料的方法,该法借助酿酒酵母将糖转化成增香型烟用香料,为糖在烟草中的应用找到了一条科学途径,它不仅提高烟草的品质,而且进一步推动了烟用香料工业的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物转化生产烟用香料的方法,具体涉及一种以含糖溶液为原料生物转化成增香型烟用香料的方法。
背景技术
生物转化法是生产香料物质三大方法之一,较之天然提取和化学合成法,生物转化法具有独特的优势——工艺简单、条件温和、对环境友好。因此,如何使用生物转化方法高效地获得品质优良的烟用香料已成为当前研究热点。
糖类物质作为烟草制品的调味剂,适量的糖含量可使香烟吃味醇和、刺激性减轻,这是因为糖的热解产物呈酸性的缘故。糖在香烟中的应用通常有两种加入方法,一是直接添加一些单糖,比如葡萄糖和果糖等,此方法虽在一定程度能改善香烟吃味,但实践证明其效果并不理想,除改进吃味外,几乎无其他作用,且糖又是产生焦油的重要因素之一,所以,在叶组配方中有效地控制烟叶的含糖量是低焦油卷烟设计所要考虑的主要内容之一;另一种方法是加入糖的美拉德反应产物(参见:烟草科技,1994(6),21~24,糖的美拉德产物),它除能改进香烟吃味外,还能在一定程度上增加烟香浓度,所以大家公认添加糖的美拉德产物较直接添加单糖效果更好,但是此法亦存在较大的缺点,即糖的美拉德反应需要在高温、高压下进行,不仅对设备要求较高,存在着安全隐患,而且能耗亦较大,所以上述两种方法均不够理想。
众所周知,以蔗糖为代表的糖类物质是一种结晶的双糖,它作为加料材料,不能直接使用于卷烟工业,这是由于如果将蔗糖液直接加入到烟叶中,会在烟叶的表面产生结晶,不仅烟叶组织细胞吸收不进去,而且在燃吸时产生一种焦糊的气息,影响卷烟的品质,所以双糖类原料一定要先转化成单糖,同时进一步进行科学改进,大幅度提高增香剂的含量,这就是本发明需要解决的任务,产业部门亦希望有关科技工作者提供一种能简便、安全和科学地利用糖类物质生产出一类明显掩盖杂气、增加烟香和改善吃味的烟用香料的方法,进一步推动烟草香料工业的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种以含糖溶液为原料生物转化成增香型烟用香料的方法。(以下为行文简洁将增香型烟用香料简称为烟用香料)
本发明的构思是这样的:
发明人在大量实验的基础上,以含糖溶液为原料,利用优选的酿酒酵母在特定的条件下进行生物转化使溶液中糖转化成烟用的香味组分,当它作为增香型烟用香料加入烟丝中制成卷烟后,明显掩盖杂气,增加烟香丰富性,增强烟气厚实性,改善余味,赋予烟气发酵酿甜感,从而大大提高卷烟的品质。
本发明按照上述构思是这样实现的:
首先发明人在以往从事发酵工作的基础上,从实验公知的保藏菌种中,以含糖溶液为底物,结合卷烟加香试验评价结果,经初选、复选,最终获得十株能良好地生物转化含糖溶液成烟用香料的酿酒酵母,它们分别是酿酒酵母CICC1202(Saccharomyces cerevisiaeCICC1202)、酿酒酵母CICC1223(Saccharomyces cerevisiae CICC1223)、酿酒酵母CICC1330(Saccharomyces cerevisiae CICC1330)、酿酒酵母CICC1336(Saccharomycescerevisiae CICC1336)、酿酒酵母CICC1337(Saccharomyces cerevisiae CICC1337)、酿酒酵母CICC1338(Saccharomyces cerevisiae CICC1338)、酿酒酵母CICC1339(Saccharomyces cerevisiae CICC1339)、酿酒酵母CICC1340(Saccharomyces cerevisiaeCICC1340)、酿酒酵母CICC1447(Saccharomyces cerevisiae CICC1447)、酿酒酵母CICC1448(Saccharomyces cerevisiae CICC1448)。然后,进一步研究生物转化过程的特定条件或者该优化条件,包括生物转化液或称待转化液中糖物质的适宜浓度,将酵母菌株培养成菌种的条件,菌种中菌体的浓度,按体积比计的菌种接种量,生物转化温度(或称发酵温度),转化时间,以及后处理方法等,最后比较完整地形成了一种以含糖溶液为原料生物转化成烟用香料的方法,该法借助特定的酿酒酵母将溶液中的糖类物质转化成增香型烟用香料,具体包括如下三个步骤:
(1)首先将酿酒酵母的菌株按照常规的方法,即按照培养基重量的0.5~3.0%投入酵母菌株粉体,完成培养基的接种,并置于摇瓶中,然后在温度20~40℃下,至少在摇床上培养24h,使培养中酵母菌体浓度至少达到2万个/厘米3(或达到2~3万个/厘米3)。其中所说的培养基为一类由糖源(或称碳源)、蛋白胨(或称氮源)、无机盐组成的水溶液,所说的糖源主要包括葡萄糖、蔗糖麦芽糖、纤维二糖中的一种或一种以上,所说的无机盐包括KH2PO4、NaCl、MgSO4诸组分,培养基重量的组成比为:糖源(0.1~3.0wt%),蛋白胨(0.1~3.0wt%),酵母抽提物(0.1~3.0wt%),KH2PO4(0.1~0.5wt%),NaCl(0.1~0.5wt%),MgSO4(0.01~0.05wt%),余量为水组成的溶液。最后将完成菌体培养的溶液,在2365×g的条件下离心,收集酵母菌体,至少用去离子水洗涤酵母菌体二次和离心二次,以除去残留的培养液,获得纯净的酵母菌体,再加入水,配成酵母菌体种液(供下一步使用),种液中菌体浓度至少为20万个/厘米3,所以加入的水量根据菌体浓度要求来调控。所说的酵母菌株至少包括酿酒酵母CICC1202、酿酒酵母CICC1223、酿酒酵母CICC1330、酿酒酵母CICC1336、酿酒酵母CICC1337、酿酒酵母CICC1338、酿酒酵母CICC1339、酿酒酵母CICC1340、酿酒酵母CICC1447、酿酒酵母CICC1448中的一种。
(2)先将步骤(1)所得的酵母菌体种液按体积比1~15%(v/v)接种入待转化液中,并置于带搅拌的常规发酵罐内,然后在温度20~40℃下至少生物转化2~3天(48~72h)得到发酵液。其中所说的待转化液是一种以质量浓度计的含糖量为10~30%的水溶液,简称含糖溶液,它包括天然的含糖提取液,非天然的含糖提取液和常见的糖类物质配制成的溶液,其中所说的天然的含糖提取液为甘蔗汁、甜菜汁、葡萄汁、红枣提取液、胡萝卜提取液以及含糖果品的提取液中的一种;所说的非天然的含糖提取液是指以淀粉或纤维素为原料先通过糖苷酶转化成糖类物质,然后提取出来的溶液,具体包括麦芽糖溶液,纤维二糖溶液;所说的常见的糖类物质是指由葡萄糖、果糖、蔗糖、棉白糖、麦芽糖、纤维二糖以及蜂蜜为原料配制成的溶液,包括上述糖类物质配制成的单一溶液或它们的混合溶液。所说的生物转化时的温度宜在25~35℃下进行。
(3)步骤(2)所得的发酵液(即指已完成生物转化的转化液)进行后处理,即将步骤(2)所得的发酵液先进行离心除去菌体,得到水相(即得到含有增香型烟用香料有效组分的水相),再将水相至少用微波灭菌处理1分钟,即为本发明所说的烟用香料产品(全称为增香型烟用香料产品)。
所得的烟用香料产品具有如下一些共性:
1、性状:外观无色透明、pH为2.8~3.2的水溶液;
2、香气:具有浓郁的酒酿香味;
表1 蔗糖生物转化处理产品中的香味成分比
编号 | 物质名称 | 相对百分比(%) |
12345678910111213141516171819 | 乙醛异丁醛乙醛二乙缩醛乙醇2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊烷2,3-丁二酮异丁醇丁醇异戊醇3-羟基-2-丁酮乙酸丙酸异丁酸丁酸2-甲基丁酸苯乙醇香豆素苯甲酸苯乙酸 | 1.220.020.3086.551.010.032.360.012.584.190.260.030.370.030.120.700.100.020.12 |
3、香气成分及相对组成比:香气成分占溶液中含糖总量(以质量干基计)的5~10%,其香味成分经气-质联用仪检测,获得各组分的相对组成百分比。表1为以蔗糖为代表的含糖溶液,其中含糖量为10~30%wt,借助酿酒酵母CICC1202的生物转化所得的烟用香料,其中的香味成分占5~10%,各组分的相对百分比见表1所示;其中固形物成分占5~20%,具体组分为葡萄糖和果糖,它们之间相对百分比见表2所示。由表1可见,除了乙醇(占86.55%)外,还有18种(合计13.45%)香味物质,毫无疑问这些香味成分的存在对烟草的香味调节发挥着重要作用。由表2可见,其中固形物中,主要成分为果糖(相对质量百分比为91.03%),葡萄糖仅占8.97%,由于双糖蔗糖先被酶解成同分异构体葡萄糖和果糖,但是其中葡萄糖优先被进一步酶解成香味成分,所以原来应该是等量百分比(不管是质量比,还是摩尔比)的葡萄糖和果糖转变成如上的相对百分比的含量。因此从生物转化成香味物质的组分来看,宜优先选用含葡萄糖的糖类,但固形物类单糖对烟草品质的改善亦有一定作用,故不能绝对偏废。产业部门可根据自己的资源优势,按照本发明提供的方法,组织自己的生产线。
表2 蔗糖生物转化处理产品中的固形物组成比
编号 | 物质名称 | 相对百分比(%) |
12 | 果糖葡萄糖 | 91.038.97 |
4、加香效果:将本发明所说的烟用香料,以烟丝重量的0.5~5wt%的量喷于烟丝上,放入密实袋中,至少进行平衡处理2h,使香料渗透到烟丝内,然后按常规的方法炒丝至正常水分,打烟支,继而在恒温恒湿下(20℃,相对湿度60%)至少平衡48h;同时以相同量的水按同样操作作为空白对比。成品烟支请专业的评烟技术人员(每次6人以上)评吸,做出比较客观的评价,一致认为上述的烟用香料能明显掩盖杂气,增加烟香丰富性,增强烟气厚实性,改善余味,赋予烟气发酵酿甜感。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明内容,其目的在于方便人们更好地理解本发明的内容,而非限制本发明的保护范围。
为了行文更加简便起见,下面将本发明所说酿酒酵母分别用代号A来表示,其中A1代表酿酒酵母CICC1202,A2代表酿酒酵母CICC1223,A3代表酿酒酵母CICC1230,A4代表酿酒酵母CICC1447,A5代表酿酒酵母CICC1448,A6代表酿酒酵母CICC1336,A7代表酿酒酵母CICC1337,A8代表酿酒酵母CICC1338,A9代表酿酒酵母CICC1339,A10代表酿酒酵母CICC1340。通过培养获得酵母菌体种液用代号B来表示;通过生物转化所得的发酵液再经过纯化处理后所得的产品用C来表示。
实施例1
①首先将斜面培养的酿酒酵母菌株A1,A2,A3,A4,A5按重量比0.5%分别接种入置于三角烧瓶内的100ml的培养基中,于30℃和200rpm摇床上至少培养24h,获得生长良好的培养液,然后将上述培养液在2356×g至少离心10min收集菌体细胞,继而将菌体细胞至少用去离子水洗涤两次和离心两次以尽量除去残留的培养基,再加入水配制成酵母菌体种液,其中菌体的浓度为20万个/厘米3,分别获得五个酵母菌体种液B1,B2,B3,B4,B5(供下一步使用)。上述所说的培养基为一种由糖源1.5wt%,蛋白胨0.5wt%,酵母抽提物0.5wt%,KH2PO40.2wt%,NaCl 0.1wt%,MgSO40.05wt%,余量为水组成的溶液;其中糖源又称碳源是葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖中的一种,最常用的是葡萄糖。
②将上述所得的酵母菌体种液按体积比10%分别接种入待转化液中,并置于带搅拌的常规的发酵罐内,在温度20~40℃下至少生物转化72h,得到发酵液。其中所说的待转化液为一种以质量浓度计含蔗糖20%的水溶液或者由10%葡萄糖和10%的果糖组成的水溶液。
③将上述所得的发酵液分别进行离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波灭菌处理1分钟,即分别获得本发明的烟用香料产品:C1,C2,C3,C4,C5。
实施例2
酵母菌体种液B6、B7、B8、B9和B10的培养与生物转化生产烟用香料。
①除了采用菌株A6、A7、A8、A9或A10外,其余培养条件和处理方法均同实施例1中的①,最后分别得到五个酵母菌体种液:B6、B7、B8、B9、B10,供下一步使用。
②待转化液的生物转化:将上述所得的酵母菌体种液按体积比10%分别接种入待转化液中,并置于带搅拌的常规的5L发酵罐内(装样量为3L),在温度20~40℃下至少生物转化72h,得到发酵液。其中所说的待转化液的浓度和组成均同实施例1中②的记载。
③将上述所得的发酵液分别进行离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波杀菌处理1分钟,即分别获得本发明的烟用香料产品:C6,C7,C8,C9,C10。
实施例3
取实施例1①中所得的酵母菌体种液B1、B2、B3、B4或B5,按体积比10%(v/v)分别接种入待转化液中,置于带搅拌的5L发酵罐内(装样量为3L),在温度30℃下,至少生物转化72h,得到发酵液。其中所说的待转化液为一种以质量浓度计含麦芽糖或纤维二糖15%的水溶液。
将上述所得的发酵液放罐后,分别进行离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波灭菌1分钟,分别获得五个本发明所说的烟用香料产品C1a、C2a、C3a、C4a、C5a。经检测发现上述产品,虽然由不同的酵母菌生物转化而得,但其香气成分与固形物糖基本上大同小异,因此可以合并成一种烟用香料产品。
实施例4
取实施例2①中所得的酵母菌体种液B6、B7、B8、B9或B10,按体积比10%(v/v)分别接种入实施例3相同的转化液中,置于带搅拌的五个发酵罐内,在温度25~30℃下,至少生物转化72h,得到5种发酵液。
将上述发酵液放罐后,分别通过离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波灭菌1分钟,即获得5个本发明所说的烟用香料产品C6a、C7a、C8a、C9a、C10a,这些产品按照实施例3相同的观点,同样可以合并成一个产品。
实施例5
首先将含糖的天然提取物,包括甘蔗汁、甜菜汁、葡萄汁、红枣汁、胡萝卜汁(或称提取液),在压力锅内至少煮沸10分钟,进行灭菌并使上述物料中的少量杂质凝聚(如蛋白质、淀粉),然后冷却至50℃以下,过滤,获得除杂的含糖天然提取液,测定其中的含糖浓度(具体的糖浓度的测定方法另行叙述),分别添加定量的水配制成含糖浓度(以重量计)为10~30%的溶液,作为下一步生物转化过程的待转化液。每种物料均可配制成上述浓度范围的溶液,本实施例中至少可选择一个配制浓度。
下面为行文简便起见,将上述甘蔗汁简称“甘”,甜菜汁简称“甜”,葡萄汁简称“葡”,红枣汁简称“枣”,胡萝卜汁简称“胡”。例如用甘蔗汁配制成的待转化液经生物转化获得的发酵液,再经后处理后得到的烟用香料产品,如用B1菌体种液生物转化的,则记载成“C1-甘”,以此类推。
然后将实施例1①所得的酵母菌体种液B1、B2、B3、B4或B5按体积比10%分别接种入体积为100ml的上述五种待转化液中,置于500ml的三角烧瓶内,并固定在摇床上振摇,在30℃恒温下,至少生物转化72h,得到发酵液。
将上述发酵液分别进行离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波灭菌处理1分钟,分别得到本发明所说的烟用香料产品。由于每一种物料分别接入B1、B2、B3、B4、B55种菌体种液,所以在本实施例中至少可得25种样品(当每种待发酵液只取一种浓度时),它们分别是:C1-甘,C2-甘,C3-甘,C4-甘,C5-甘;C1-甜,C2-甜,C3-甜,C4-甜,C5-甜;C1-葡,C2-葡,C3-葡,C4-葡,C5-葡;C1-胡,C2-胡,C3-胡,C4-胡,C5-胡;C1-枣,C2-枣,C3-枣,C4-枣,C5-枣。这些样品按照实施例3相同的观点,可以将上述产品至少可以合并成5种产品,C-甘、C-甜、C-葡、C-胡、C-枣。
实施例6
首先将实施2①中所述的酵母菌体种液B6、B7、B8、B9、B10,按体积比10%(v/v)分别接种入体积为100ml的实施例4所说的天然提取物的待转化液中,置于500ml的三角烧瓶内,并固定在摇床上振摇,至少生物转化72h,得到发酵液。
然后将上述发酵液分别进行离心,除去菌体,得到上清液,再将上清液至少用微波灭菌处理1分钟,即分别得到本发明所说的烟用香料产品。由于每一种物料分别接入5种酵母菌体种液,进行实验,因此就有5个样品,所以在本实施例中至少可得25种样品,它们分别是:C6-甘,C7-甘,C8-甘,C9-甘,C10-甘;C6-甜,C7-甜,C8-甜,C9-甜,C10-甜;C6-葡,C7-葡,C8-葡,C9-葡,C10-葡;C6-胡,C7-胡,C8-胡,C9-胡,C10-胡;C6-枣,C7-枣,C8-枣,C9-枣,C10-枣。这些样品按照实施例3相同的观点,分别合并可获得5种产品,C-甘、C-甜、C-葡、C-胡、C-枣。
又及,以枸杞汁(或称枸杞提取液)为代表的含糖类果品的提取液为原料,按照实施例5或实施例6所描述的相同方法,获得烟用香料产品C-杞。
此外,涉及实施例1-6中几个共性的问题补充描述如下:
(1)糖浓度的测定方法:
取样品1ml,离心得上清,0.45μm孔径微孔滤膜过滤,然后用反向HPLC柱分析测定原料、待转化液或转化过程中的物料以及最终产品中的糖浓度。其中涉及的具体仪器和检测条件为:液相色谱仪:Agilent 1100系统配备四元泵液相色谱仪;色谱柱:PrevailCarbohydrate-ES HPLC Columns(250mm×4.6mm);流动相:乙腈∶水(70∶30,v/v;1.0ml/min);检测器:蒸发光散射监测器ESD800;检测温度为80℃;氮气压力为3bar。果糖、葡萄糖、蔗糖、纤维二糖和麦芽糖的出峰时间分别为6.5、7.9、9.5、10.4和11.3min。
(2)产品中风味物质的测定方法:量取200ml香料产品,放入500ml烧瓶中,另加0.1ml乙酸乙酯作为内标,考虑到萃取溶剂不能太少和浓缩要求,选择另一50ml烧瓶装25ml乙醚,然后在蒸馏器中进行同时蒸馏萃取4.0h,得到乙醚萃取液,无水硫酸钠干燥过夜,然后用GC-MS分析产物及其浓度;GC/MS:Agilent6890/5973色质联用仪;毛细管柱:HP-Innowax极性柱(60×0.25mm×0.25μm);进样温度:250℃;载气:He;柱温:60℃保温2min,2℃/min上升到180℃,再以10℃/min上升到220℃,保温40min;流速:1ml/min,分流比:50∶1;GC/MS接口温度:280℃;质谱扫描范围:35-450aum;离子源:EI源;电子能量:70ev。谱图检索采用NIST谱库进行检索。
(3)待转化液在生物转化过程中监测:在整个转化过程中,借助pH监测仪自动记录转化液的pH变化情况,以及分别在24h、48h、72h、96h时取样,测定转化液中糖的浓度变化。
(4)关于香烟的加香试验
将本发明的产品按质量比0.5~5%的量喷于烟丝上,再放入密封的食品袋中,料液吸收时间至少为2h,取出后按常规的方法进行炒丝至正常水分,打烟支,恒温恒湿条件下(20℃,相对湿度60%),平衡48h后;另以同样的料液量的水按同样操作作空白对比试样。成品烟支请评烟技术人员评吸(每次至少6人)。评吸采用对比评吸法,分别从卷烟的香气质、香气量、浓度、杂气、刺激、余味等方面进行综合评价。
结果证明:加入本发明的增香型烟用香料的卷烟,明显掩盖杂气,增加烟香丰富性,增强烟气厚实性,改善余味,赋予烟气带有发酵酿的甜感。
Claims (4)
1、一种以含糖溶液为原料生物转化成烟用香料的方法,该法借助特定的酿酒酵母将糖类物质转化成增香型烟用香料,其特征在于所说的生物转化包括如下步骤:
(1)将酿酒酵母的菌株按照常规的方法,即先按照培养基重量的0.5~3.0%投入酵母菌株粉体,完成培养基的接种,置于摇瓶中,然后在温度20~40℃下至少在摇床上培养24h,使培养基中酵母菌体浓度至少达到2万个/厘米3,其中所说的培养基为一类由糖源、蛋白胨、无机盐组成的水溶液,所说的糖源包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、纤维二糖中一种或一种以上,所说的无机盐包括KH2PO4、NaCl和MgSO4诸组分;培养基的重量比为:糖源0.1~3.0wt%,蛋白胨0.1~3.0wt%,酵母抽提物0.1~3.0wt%,KH2PO4 0.1~0.5wt%,NaCl 0.1~0.5wt%,MgSO4 0.01~0.05wt%,余量为水;最后,将完成菌体培养的培养液在2365×g的条件下离心,收集酵母菌体,用去离子水洗涤酵母菌体二次和离心二次,以除去残留的培养液,获得纯净的酵母菌体,再加入适量的水,配成酵母菌体浓度至少为20万个/厘米3的种液;
(2)先将步骤(1)所得的酵母菌体种液按体积比1~15%(v/v)接种入待转化液中,并置于带搅拌的常规发酵罐内,然后在温度20~40℃下,至少生物转化2~3天,得到发酵液;其中所说的待转化液是一种以质量浓度计含糖量为10~30%的水溶液;
(3)将步骤(2)所得的发酵液通过离心除去酵母菌体,得到水相,再将水相至少用微波灭菌处理1分钟,即得到本发明所说的烟用香料产品。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(1)所说的酿酒酵母菌株为下列酿酒酵母CICC1202、酿酒酵母CICC1223、酿酒酵母CICC1330、酿酒酵母CICC1336、酿酒酵母CICC1337、酿酒酵母CICC1338、酿酒酵母CICC1339、酿酒酵母CICC1340、酿酒酵母CICC1447、酿酒酵母CICC1448中的一种。
3、如权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(2)中所说的待转化液为一种含糖溶液,它包括天然的含糖提取液、非天然的含糖提取液和常见糖类物质配制成的溶液,其中所说的天然的含糖提取液为甘蔗汁、甜菜汁、葡萄汁、红枣提取液、胡萝卜提取液以及含糖果品提取液中的一种,所说的非天然的含糖提取液是指以淀粉或纤维素为原料先通过糖苷酶转化成糖类物质,然后提取出来的溶液,具体包括麦芽糖溶液,纤维二糖溶液,所说的常见的糖类物质是指由葡萄糖、果糖、蔗糖、棉白糖、麦芽糖、纤维二糖以及蜂蜜为原料配制成的溶液,包括上述物质的单一溶液或它们的混合溶液。
4、如权利要求1所述的方法,其特征在于步骤(2)所述的生物转化时的温度为25~35℃。
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