造紙法再造煙葉萃取工藝研究現狀

譚正蘭，劉麗，伊奧爾，喬丹娜，曹秋娥，湯建國

（1.紅塔煙草（集團）有限責任公司技術中心，云南玉溪 653100；2.云南大學化學科學與工程學院，云南昆明 650091）

造紙法再造煙葉萃取工藝研究現狀

譚正蘭1，2，劉麗1，2，伊奧爾1，喬丹娜1，曹秋娥2，湯建國1

（1.紅塔煙草（集團）有限責任公司技術中心，云南玉溪 653100；2.云南大學化學科學與工程學院，云南昆明 650091）

萃取工藝是造紙法再造煙葉生產過程中影響其產率、品質以及生產成本最關鍵因素之一。該文對近年來國內造紙法再造煙葉萃取工藝研究成果及現狀進行了系統綜述，并對造紙法再造煙葉萃取工藝應用研究和開發前景進行了展望。

造紙法再造煙葉；萃取；現狀

造紙法再造煙葉起源較早，20世紀70年代國外煙草商已經開始系統研究造紙法薄片工藝技術，并在80年代得到廣泛的推廣應用，將其作為降低卷煙產品焦油量的一個有效手段[1]。國產造紙法再造煙葉發展經歷了起步階段、快速發展階段和至今的全面創新階段。2010年，我國卷煙中造紙法再造煙葉摻配量約為5.5%，5年后將會超過8%，由此可見，造紙法再造煙葉在煙草行業中的重要性越來越顯著[2]。造紙法再造煙葉是指按再造煙葉原料配方要求，應用類似造紙工藝生產出的一種可用于卷煙填充料的再生產品。在制造過程中，先將煙末、煙梗等原料用水浸泡萃取后，分離萃取液和不溶性纖維物質；不溶性纖維物質以類似造紙的方法制成高填充值的片基，然后在片基上加入經濃縮的萃取液和適當的添加劑，干燥后便成為再造煙葉。與其他方法相比，造紙法再造煙葉不僅具有密度小、填充數值高和整絲率高等優點，而且耐加工性優于天然煙葉，焦油釋放量僅為天然煙葉的一半左右[3]。同時，造紙法再造煙葉由于其生產工藝科技含量高、可控性強及產品品質優勢逐漸代替輥壓法和稠漿法，成為現代再造煙葉生產行業中運用最多的生產工藝[4]。在造紙法再造煙葉生產過程中，萃取工藝是最為關鍵的工序之一，具有舉足輕重的地位。

本文對國內關于造紙方法再造煙葉萃取工藝的研究進行系統綜述。

1 傳統提取方法

1.1 水浸提

水浸提是一種傳統的溶劑萃取方法，操作簡單、收率高、成本低，而且不會破壞物質性質，最常用于中藥有效成分萃取[5]，也是再造煙葉萃取工藝中采用最多的一種萃取方法[6]21-23。其不足之處在于水萃取得到的煙草原料萃取液，需要通過濃縮才能達到涂布工序要求，并且在濃縮萃取液時，易揮發物質隨溫度升高而逸出，造成損失。國內學者在研究水浸提工藝時主要考察萃取時間、萃取溫度、物料與水的比例和萃取次數等因素對煙草原料萃取率影響[7]，同時為了確定最佳工藝條件，一般會先進行單因素實驗確定實驗因素和水平，然后在此基礎上進行正交優化實驗。

楊彥明等通過單因素實驗系統地研究了4種因素（萃取溫度、萃取時間、物料比及萃取次數）分別對煙梗和煙葉萃取率的影響；根據實驗結果，煙梗最佳工藝參數：60℃、40 min、物料比1∶8（m∶V）；煙葉最佳工藝參數：60℃、20 min、物料比1∶10（m∶V），萃取次數均為1次[8]。

凌秀菊等結合單因素實驗和正交設計實驗對造紙法再造煙葉原料熱水萃取工藝進行了優化，得到煙梗最佳工藝：80℃、1 h、物料比l∶8（m∶V）；煙葉最佳工藝：80℃、1.5 h、物料比1∶10（m∶V）。與其他研究者不同，凌秀菊等還采用膜濃縮代替了舊工藝中多效濃縮，經實驗得出改進后工藝不僅能更好地除雜、降低能耗、回收芳香物質，還可以達到節約水資源的目的[6]21-23。

劉麗等采用中心組合設計響應面法對煙葉碎片萃取工藝進行優化，得到煙葉碎片最佳提取工藝：浸提溫度69℃、浸提時間39 min、液料比10.6∶1（V∶m），萃取率為40.22%，并建立了相應的數學模型，模型預測值為40.46%，與實測值相對誤差僅為0.59%，為工業應用提供了理論基礎[9]。

1.2 三級逆流萃取

三級逆流萃取技術是指原料液從第一級進入，依次經過各級萃取，成為各級的萃余相，其溶質組成逐級降低，溶劑從末級即第三級進入系統，依次通過各級與萃余相逆相接觸，進行萃取，使得萃取相中的溶質組成逐級提高，最終獲得的萃取相和萃余相。在生產過程中，萃取相和萃余相中包含的溶劑將通過脫溶劑塔脫除，并返回系統循環使用，三級逆流萃取技術具有分離程度高、經濟實用和可連續操作的特點。因此，大多數造紙法再造煙葉的生產企業為了降低能耗和水耗，提高萃取率以達到涂布的要求，工業上一般采用三級逆流萃取。

嚴新龍等則對造紙法再造煙葉工藝進行了更為系統的研究，采用正交實驗優化原料萃取的萃取時間、萃取溫度、物料比、萃取次數和萃取后物料的擠壓干度對萃取參數的影響，模擬工業生產三級逆流萃取過程，其萃取率和萃取液波美度均能達到實際生產要求[10]。

常紀恒等采用正交實驗優化煙梗和煙末單次萃取工藝參數，在實驗室條件下模擬了三步逆向萃取，并優化3次加水比例，得到了煙梗和煙末最優工藝參數。煙梗：60℃、40 min每次、3次加水比例分別為1∶10、1∶7和1∶7（m∶V）。煙葉：30～40℃、20 min每次、3次加水比例分別為1∶10、1∶5和1∶5（m∶V）。驗證實驗結果表明，煙梗和煙葉按可溶物含量比例計算可分別達到86%和90%[11]。

1.3 萃取劑優化萃取

單純地優化萃取條件，萃取率增幅是有限的。為了能達到更好的萃取效果，很多研究者試圖改進萃取劑，常用的就是在萃取過程中加入可以改善萃取效果的化學物質，如表面活性劑、尿包劑等。

孫霞等在萃取過程中加入一種非離子型表面活性劑聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯（Tween-80），可以有效地提高萃取率。在萃取過程中加入尿包劑，有效地提高了萃取率，煙梗和煙末的萃取率分別為54.12% 和56.36%[12]。

劉志昌等通過單因素實驗和正交實驗，確定尿包萃取法浸提煙梗和煙末的最佳提取工藝條件，明顯提高了造紙法煙草薄片生產中煙梗、煙末的萃取率。煙梗最佳浸提條件為：尿包劑添加量2%，提取溫度70℃、料液比為1∶5（m∶V）、提取時間100 min；煙末的最佳浸提條件為：尿包劑添加量3%，提取溫度80℃、料液比為1∶5（m∶V）、提取時間100 min[13]。

2 輔助浸提法

2.1 超聲波輔助浸提

超聲波萃取法（UE）是在超聲能量輔助下利用超聲波空化作用增強溶劑穿透力，加速可溶物溶出，提高萃取率的浸提方法[14]。除此之外，超聲波還有許多次級效應，包括乳化、擴散、擊碎和化學效應等，都對加速目標物質溶出和提高萃取率有正面影響。超聲萃取法具有操作簡單、萃取時間短、萃取率高和萃取成本低的優點，但使用超聲萃取設備生產時可能會造成噪聲污染。

為了改善再造煙葉抽吸品質，以草酸銨溶液或0.12%EDTA絡合自來水為萃取劑，采用超聲輔助萃取，有效降低了煙梗中果膠含量[15-17]。澳華達國際香料（廣州）有限公司發明了一種采用超聲波萃取技術生產再造煙葉的方法[18]。此法不僅能提高煙草原料有效成分萃取率，還可以節約能源和減少環境污染[19]。

2.2 酶制劑輔助浸提

酶萃取法原理是利用酶制劑反應的高度專一性，將待萃取組分從生物細胞中萃取出來，酶是催化特定化學反應的蛋白質、RNA或其復合體。酶萃取法具有反應選擇性高、萃取條件溫和、得率高、時間短、成本低、環保而且不會破壞萃取成分的化學結構和生物活性等優點。酶萃取法常應用于食品加工、生物制藥及萃取中藥有效成分，也常被用于改善再造煙葉產品的抽吸品質。酶制劑在一定條件才能保證其活性，某些酶制劑還需要滅活處理，增加生產工序和難度。

目前，國產造紙法再造煙葉存在雜質氣和木質氣偏重、刺激性大和口感差等不足，這些缺陷導致再造煙葉配伍性差，更影響其在卷煙產品中的添加量和添加效果。如在萃取液濃縮階段，對萃取液進行濃縮純化可達到除雜氣、增香氣的目的[20]。盡管如此，最常用的改善措施還是添加香料，但是改善程度有限，難以從根源上解決問題。

隨著研究深入，發現在再造煙葉生產工藝原料萃取過程中加入酶制劑，可以很好地彌補再造煙葉缺陷[21-24]，此法不僅反應選擇性高、萃取條件溫和、得率高、時間短、成本低及環保，而且具有不會破壞萃取成分化學結構和生物活性等優點[25-27]。姚元軍等試圖通過采用自制的3種酶（BTE 0301纖維素酶、BTE 0202蛋白酶和BTE 0505果膠酶）及其復合酶對萃取工藝進行處理，提高和改善再造煙葉內在品質[28]。鄭小嘎等采用復合酶（E 1、E 2、E 3、E 4和E 5）在造紙法再造煙葉生產工藝萃取過程中處理煙梗，明顯減輕了產品刺激性，香味變濃，口感也變好，明顯改善了產品品質[29]。除了采用復合酶制劑，也有采用單一酶處理煙草原料的研究，李魯等研究了蛋白酶對再造煙葉原料中蛋白質降解程度的影響，并且得到在蛋白質最佳酶解條件（pH=5.2煙草原料水溶液，50～60℃）下，當蛋白質酶添加量和酶反應時間增加時，原料中蛋白質含量降低逐漸減少，同時萃取液中游離氧基酸和可溶性氮含量都呈逐漸增加趨勢[30]。

除了以上的研究，還有許多相關專利也被一一公開，孫德平等發明了一種造紙法煙草薄片生產的萃取方法。該方法中加入了一定比例的酸性蛋白酶、纖維素酶、果膠酶和酶活力促進劑，可提升再造煙葉吃味品質，減少雜氣，降低刺激性，還能掩蓋部分抄造中形成的酸臭味[31]。武漢煙草（集團）公司發明了一種造紙法再造煙葉生產中酶處理梗料萃取方法，與孫德平發明方法不同，此法采用的是一定比例的果膠酶、糖化酶、木聚糖酶、KT-07-2復合酶及KT-061115酶，在不增加工序的情況下提高了萃取率和萃取液品質，還能利用后續工藝對加入的酶進行滅活[32]。

2.3 微生物處理輔助浸提

除了添加酶制劑[33-35]，利用微生物發酵一樣可以改善造紙法再造煙葉品質。艾繼濤等通過對節桿菌AN進行誘變處理以期提高其產酶能力，在優化后的發酵條件下，利用經誘變后的節桿菌AN強化廢次煙葉的發酵過程和處理其萃取液，再結合酶制劑的酶反應，可以使產品雜質氣顯著減少，香味轉好，吸食質量提高[36]。戴麗君等將煙梗萃取液經過酵母處理，在酵母添加量為l%、活化時間為40 min和反應時間為120 min條件下，很大程度上降低了煙梗濃縮液中的還原糖和總糖含量。經過酵母處理，再造煙葉成品的糖堿比更加合理[37]。

3 結語

近年來，我國造紙法再造煙葉技術已得到越來越廣泛的應用，其萃取工藝條件不斷地得到優化，這對于降低耗能、改善卷煙內在品質、提高煙草行業的經濟效益和社會效益發揮了重大作用；同時，不同的萃取技術正在得到開發，例如，超臨界流體萃取、微波輔助萃取[38]、半仿生萃取[39-42]、分子蒸餾技術[43]和大孔吸附樹脂分離技術[44]等萃取技術也可運用于再造煙葉萃取工藝研究。雖然國內造紙法再造煙葉萃取工藝優化取得了不少成績，但是相對于國外的一些技術還存在一定的差距，還有大的發展空間。

［1］孫霞，蘇文強.造紙法煙草薄片的研究現狀及應用展望［J］.華東紙業，2010，41（4）：34-39.

［2］J F Nall.Reconstituted tobacco quarterly report［EB/OL］.http：// legacylibrary ucsf edu/tid/ktq41f00/pdf，1991-01-30/1999-08-23.

［3］孫先玉，孫博，李冬玲，等.造紙法再造煙葉加工技術研究進展［J］.生物質化學工程，2011，45（6）：49-56.

［4］R L Prowse.Reconstituted tobacco：a review of processes，product properties and potential［EB/OL］.http：//legacy.library.ucsf.edu/tid/ ltf51f00/pdf，1993-02-26/2007-02-05.

［5］肖蕾，胡青松，李琳.中藥有效成分萃取分離技術研究進展［J］.中藥材，2002，25（11）：826-828.

［6］凌秀菊，吳正奇，萬端極.造紙法生產煙草薄片的新工藝研究［J］.湖北造紙，2007（2）.

［7］T F Roehl.Characterization of recon feedstock［EB/OL］.http：//legacy.library.ucsf edu/tid/lvqff51f00/pdf，1993-12-30/1994-01-12.

［8］楊彥明，唐自文，付宇，等.造紙法再造煙葉浸取工藝研究［J］.應用化工，2009，38（3）：425-428.

［9］劉麗，伊奧爾，喬丹娜，等.中心組合設計響應面法優化煙葉碎片萃取工藝［J］.應用化工，2013，42（1）：22-25，29.

［10］嚴新龍，陳加林，陸挺.造紙法煙草薄片萃取工藝研究實驗初報［C］//中國煙草學會2006年學術年會論文集.中國煙草學會，2007：8-13.

［11］常紀恒，牛聰陽，張彩云.造紙法煙草薄片萃取技術初探［J］.煙草科技，2002（1）14-17.

［12］孫霞，蘇文強.Tween-80在造紙法煙草薄片萃取工藝中的應用［J］.造紙化學品，2010，22（6）：25-29.

［13］劉志昌，孫海輝，孫德平，等.尿包萃取在造紙法煙草薄片生產中的應用研究［J］.化學與生物工程，2009，26（10）：83-86.

［14］許睿，韋松.20年來中藥化學成分萃取分離技術的進展［J］.中成藥，2006，28（11）：1646-1651.

［15］魯蕾.煙梗果膠的制備及其性質的研究［D］.成都：四川大學，2004.

［16］王寧.再造煙葉生產過程中萃取工藝技術研究［D］.開封：河南大學，2008.

［17］曹茜，李新生，張軍，等.超聲輔助去除煙草薄片煙梗中果膠的方法研究［J］.安徽農業科學，2010，38（26）：14312-14314.

［18］澳華達國際香料（廣州）有限公司.一種采用超聲波浸提技術制造再造煙草薄片的方法：中國，00610035619.1［P］.2007-01-17.

［19］劉悍，湯建國，李正風，等.超聲輔助萃取高效液相色譜法測定煙草制品中的維生素E［J］.分析試驗室，2010，29（5）：88-91.

［20］何漢平，賀世梁，蔡冰，等.造紙法煙草薄片萃取濃縮酶解法降解與增香［C］//中國煙草學會工業委員會煙草化學學術研討會論文集.中國煙草學會，2005：56-59.

［21］C F Hewett.Enzymic modification of tobacco：effects of cellulose treatment followed by reconstitution on virginia tobacco［EB/OL］. http：//legacy.library.ucsf.edu/tid/lby 64a 99/pdf，1991-10-28/ 1991-10-30.

［22］R R Baker.Enzymic modification of tobacco combined protease and peptidase treatment of tobacco to generate amino acids in situ［R］. England:British-American Tobacco Company Limitied Technology Center，1992：1-15.

［23］C F Hewett.Enzymic modification of tobacco part 2：cellulose reduction［EB/OL］.http：//legacy.library.ucsf.edu/tid/otp03f00/pdf，1990-9-4/1990-10-25.

［24］C F Hewett.Enzymic modification of tobacco:pectinase and hemicelluloses treatment of Virginia tobacco［EB/OL］.http：//legacy. library.ucsf.edu/tid/ltf51f00/pdf，1992-07-08/1999-06-13.

［25］張文同.雪茄煙草薄片中酶萃取技術的應用［J］.食品工業，2011（5）：75-77.

［26］朱國成.酶處理技術在造紙法煙草薄片中的應用研究［D］.北京：中國農業大學，2006.

［27］吳亦集，沈光林，陶紅，等.造紙法再造煙葉原料的加酶萃取［J］.煙草科技，2011（7）：33-36.

［28］姚元軍.造紙法煙草薄片萃取生化處理工藝的初步研究［J］.湖北煙草，2009（8）：59-60.

［29］鄭小嘎，趙昌政，韋緒倫，等.酶法改善造紙法煙草薄片品質初探［J］.山東食品發酵，2010（1）：11-13.

［30］李魯，葛少林.煙草薄片中蛋白質的酶解研究［J］.安徽農業科學，2009，37（27）：13079-13086.

［31］孫德平，姚元軍，劉志昌，等.Fe-CA仿酶體系處理抄造煙草薄片的研究［J］.中華紙業，2011，32（12）：46-50.

［32］武漢煙草（集團）公司.用復合酶提高薄片原料萃取效率和薄片煙氣質量的方法：中國，200710053791.4［P］.2009-05-13.

［33］孫德平，王學文，唐向兵，等.造紙法煙草薄片生產的萃取方法：中國，200810237438.6［P］.2009-08-05.

［34］劉志昌，王學文，唐向兵，等.仿酶體系處理煙草薄片的研究［J］.中國造紙，2011，30（5）：26-29.

［35］駱莉，周瑢，符黃喜，等.生物酶解法萃取廢次煙葉的研究［J］.廣東農業科學，2011（17）：18-20.

［36］艾繼濤，孫君社，胡國昌，等.紫外誘變降煙堿菌對煙堿脫氫酶活力及煙堿含量的影響［J］.安徽農業科學，2006，34（14）：3281，3290.

［37］戴麗君，黃申元，鄭彬，等.酵母在造紙法再造煙葉中的初步應用研究［J］.江西農業學報，2011，23（1）：18-19，23.

［38］侯飛燕，李菁.中藥萃取現代新技術研究進展［J］.中醫藥導報，2011，17（1）：101-102.

［39］鄭青荷.生物酶法制備生物柴油研究綜述［J］.江西林業科技，2012（1）：59-61.

［40］張巖春，于國萍.酶法有機溶劑萃取大豆油的綜述［J］.糧油食品科技，2004，12（4）：31-32.

［41］韓偉，馬婉婉，駱開榮.酶法萃取技術及其應用進展［J］.中國制藥裝備，2010（7）：15-18.

［42］劉靜.虎杖中白藜蘆醇的酶法萃取分離研究［D］.西安：陜西科技大學，2009.

［43］李桂花.同時蒸餾萃取法及其在煙草分析中的應用研究［D］.杭州：浙江大學，2007.

［44］呂健，阮曉明，盛志藝，等.固相微萃取與同時蒸餾萃取分析香精成分比較［J］.煙草科技，2003（2）：25-28.

Research Status of Extraction Technology of Paper-making Reconstituted Tobacco

TAN Zheng-lan1，2，LIU Li1，2，YI Ao-er1，QIAO Dan-na1，CAO Qiu-e2，TANG Jian-guo1
（1.R&D Center of Hongta Tobacco（Group）Co.，Ltd.，Yuxi 653100，China；2.School of Chemistry Science and Technology of Yunnan University，Kunming 650091，China）

Extraction technology is one of key factors influencing yield，quality and production cost during the production of paper-making reconstituted tobacco.The research achievements and present situation of extraction technology of paper-making reconstituted tobacco in recent years at home were summarized，and its application research and development prospect were also viewed.

paper-making reconstituted tobacco；extraction；status

TS45

A

1007-2225（2014）01-0001-04

譚正蘭女士（1989-），碩士研究生；研究方向：主要從事煙草化學研究；E-mail：tanzhenglan21@ 163.com。

湯建國先生（1975-），博士；主要從事煙草化學與減害降焦研究；電話：0877-2965143；E-mail：jgtang @163.com。

2013-11-07（修回）

本文文獻格式：譚正蘭，劉麗，伊奧爾，等.造紙法再造煙葉萃取工藝研究現狀[J].造紙化學品，2014，26（1）：1-4.