牛蒡根在烟草中综合利用的方法

1.一种牛蒡根在烟草中综合利用的方法，其特征在于所述的综合利用的方法依以下步骤进行：
[1]、将被当作废弃物的新鲜牛蒡根用自来水清洗干净，自然晾干，切割成片状，在
40-60℃温度下烘干，粉碎到40目，得到牛蒡根干粉；
[2]、将牛蒡根干粉和水按照质量比1∶10-20的比例混合，在温度70-90℃条件下提取
2-3次，每次提取时间0.5-2小时，过滤并合并滤液，合并滤液减压浓缩成浸膏状物质，所得浸膏状物质为牛蒡根水提取物；将所述的牛蒡根水提取物用水稀释成10％，然后按照烟丝重量的0.2-0.4％添加到烟丝中；滤渣保留为下步骤用；
[3]、将步骤[2]保留的滤渣用于烟草薄片的基片抄造：将上述滤渣和薄片萃取的烟梗渣或/和烟末渣按照质量比1∶5-10的比例混合，送入高浓磨浆机打浆，使成叩解度为
20°SR～30°SR的浆料；将上述浆料与外纤混合后送抄前池，稀释后上网制成烟草薄片的基片。

牛蒡根在烟草中综合利用的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于卷烟技术领域，具体来说是一种从植物牛蒡的根中得到水提取物，用于烟用添加剂，同时将提取后的滤渣用于烟草薄片的综合利用的方法。\n背景技术\n[0002] 现有技术中，卷烟的安全性受到人们越来越高的重视，降低卷烟中的焦油已成为一种必然趋势，伴随着焦油量的降低，烟味变淡，香气减弱，口感和余味变差，难以被消费者接受。为了增进和提高卷烟的烟气浓度和香味，改善卷烟口感和余味，加香加料成为了一条有效的途径。同时，在卷烟生产过程中，通常需要加入甘油、丙二醇、山梨醇等具有保润作用的多羟基物质作为保润剂，来改善烟草的物理性能，增强烟草的耐加工性，减少加工时的造碎，同时，维持卷烟烟丝的含水率保持在一个合适的范围，避免烟丝水分的过大波动对卷烟抽吸质量的影响。\n[0003] 现有技术中，在卷烟加香加料中使用的香精香料，主要起增进和提高卷烟的烟气浓度和香味，改善卷烟口感和余味等作用，不具备保润作用；而在卷烟生产过程中加入的保润剂，没有增进和提高卷烟的烟气浓度和香味、改善卷烟口感和余味等作用。因此，卷烟生产过程中必须同时添加香精香料和保润剂，由此造成了生产工艺变复杂、生产成本增高的缺陷。而且现有技术中作为保润剂使用的甘油、丙二醇、山梨醇等化学合成产品，由于使用成本的限制，纯度不可能很高，不可避免会含有一些杂质，可能对卷烟抽吸质量带来负面影响。现有技术中尚没有同时具有增香和保润作用的烟用添加剂。\n[0004] 烟草薄片是以卷烟加工过程中的烟草废弃料如烟末、烟梗、烟叶碎片及部分低次烟叶等为原料，经过重新组合加工而成的再造烟叶。为缓解造纸法烟草薄片原料日趋紧缺的问题，卷烟加工过程中废弃的1mm～80目烟灰正在各薄片生产厂家推广应用，但仍然不能从根本上缓解原料紧缺的问题，因此，急需为造纸法烟草薄片拓宽原料领域。\n[0005] 牛蒡是菊科二年生草本植物，在医药行业应用较为广泛。医药行业应用的主要是其果实牛蒡子。牛蒡子，《中华人民共和国药典(一部)》(2005年版)收录。性寒，味辛、苦。归肺、胃经。功能主治：疏散风热，宣肺透疹，解毒利咽。现代药理研究已发现牛蒡子有以下几方面的功能：抗菌、抗病毒作用；钙拮抗剂样作用；增强免疫功能及降血糖作用；抗肾病变；抗肿瘤、突变作用；利尿及泻下作用等。\n[0006] 牛蒡在我国已经实现了大面积的人工栽培，其叶和根可以作为蔬菜食用。牛蒡根和嫩叶可拌、炒、烧、炖、做汤、做粥、调馅、酱渍以及作辅料食用。目前，我国人民群众还不习惯食用牛蒡，因此，我国牛蒡主要是作为原料，以保鲜、速冻、脱水和盐渍等加工形式出口日本和东南亚。但国际市场对出口牛蒡规格要求很高，从而造成很多等外牛蒡根被当作废弃物，仅有一部分被用于动物饲料，整体利用价值不高。\n[0007] 很多技术人员开展了拓展牛蒡根的应用范围和领域方面的研究，如：中国专利文献CN1267455C公开了牛蒡菊糖及其制备方法，牛蒡根经过非常复杂的提取、分离、纯化过程，去除小分子杂质、色素和蛋白质等物质，得到较高纯度的牛蒡菊糖；中国专利文献CN100493375C公开了牛蒡根综合加工方法；中国专利文献CN101218948公开了一种牛蒡根饮料的制造方法；中国专利文献CN1620999公开了一种牛蒡根中药保健牙签；中国专利文献CN1806674公开了牛蒡酱及制作方法；中国专利文献CN101095553公开了一种牛蒡果脯的加工工艺。以上这些牛蒡根的应用都集中在食品或医药领域。而牛蒡根在卷烟中的应用还未见相关报道。\n发明内容\n[0008] 针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种牛蒡根在烟草中综合利用的方法，水提取后得到的牛蒡根水提取物用作烟用添加剂，该添加剂在卷烟中同时具有增香和保润的作用；提取后的滤渣用于烟草薄片的基片抄造，既一定程度上缓解了造纸法烟草薄片原料紧张问题，又能改善造纸法烟草薄片的感官质量。\n[0009] 本发明的技术方案是：牛蒡根在烟草中综合利用的方法依以下步骤进行：\n[0010] [1]、将被当作废弃物的新鲜等外牛蒡根用自来水清洗干净，自然晾干，切割成片状，在40-60℃温度下烘干，粉碎到40目，得到牛蒡根干粉；\n[0011] [2]、将牛蒡根干粉和水按照质量比1∶10-20的比例混合，在温度70-90℃条件下提取2-3次，每次提取时间0.5-2小时，过滤并合并滤液，合并的滤液减压浓缩成浸膏状物质，所得浸膏状为牛蒡根水提取物，是一种带有保润功能的烟草香料；滤渣保留为下步骤用；\n[0012] [3]、将步骤[2]保留的滤渣用于烟草薄片的基片抄造：将上述滤渣和薄片萃取的烟梗渣或/和烟末渣按照质量比1∶5-10的比例混合，送入高浓磨浆机打浆，使成叩解度为20°SR～30°SR的浆料；将上述浆料与外纤混合后送抄前池，稀释后上网制成烟草薄片的基片。\n[0013] 步骤[2]所得到的带有保润功能的烟草香料用水稀释成10％，然后按照烟丝重量的0.2-0.4％添加到烟丝中。\n[0014] 除非另有说明，本发明的百分数和比例均指重量百分数和重量比。\n[0015] 本发明的优点：\n[0016] 本发明用价廉质优的等外牛蒡根做原料，可利用资源量大，成本低廉，实现了废弃资源的综合利用。\n[0017] 本发明所提取的牛蒡根水提取物是带有保润功能的烟草香料，应用在卷烟中，既可有效提高卷烟的吸食品质，又具有一定的保润作用，即同时具有增香和保润作用。\n[0018] 本发明所提取的牛蒡根水提取物的主要成分是牛蒡菊糖，与医药和食品领域需要较高的纯度相比，本方法无需复杂的分离和纯化过程，工艺简单，操作简便，大大节约了成本；\n[0019] 采用本发明方法得到的牛蒡根水提取物主要成分牛蒡菊糖的裂解产物中有很多烟草调香中经常使用的香味成分，这些成分都具有较好的增加烟草烘烤香和陈化香的效果。同时，牛蒡根水提取物的保润效果好于现有技术常用的保润剂丙二醇。开拓了牛蒡菊糖作为保润剂的新用途。\n[0020] 采用本发明方法得到的牛蒡根水提取物还含有氨基酸类、多酚类、植物色素类等成分，以及少量的蛋白质，这些成分是在医药和食品领域的应用中需要去除的，但是在烟草中对卷烟的感官质量具有较好作用。本发明使牛蒡根的成分得到充分利用。\n[0021] 本发明提取后的滤渣除了主要含有纤维素以外，还含有未被提取而保留下来的氨基酸类、多酚类、植物色素类、蛋白质类等对卷烟感官质量有利的物质，因此将其应用于烟草薄片的基片抄造，既一定程度上缓解了造纸法烟草薄片原料紧张问题，又能改善造纸法烟草薄片的感官质量。\n[0022] 本发明的方法加工过程中没有废弃物，实现了牛蒡根的全部综合利用。\n具体实施方式\n[0023] 下面结合本发明的实施例对有关技术问题作进一步详细的描述。\n[0024] 实施例1将新鲜等外牛蒡根用自来水清洗干净，自然晾干，用人工或切片机切成大小厚度均一的片状，40℃烘箱烘干，机械粉碎到40目，得到牛蒡根干粉。将牛蒡根干粉和水按照质量比1∶10的的比例进行提取3次，温度90℃，每次提取时间0.5小时，过滤，滤液减压浓缩成浸膏状，所得浸膏状物质即为牛蒡根水提取物。\n[0025] 将本发明的牛蒡根水提取物用水稀释成10％，然后按照烟丝重量的0.2％添加到高档卷烟烟丝中，制作卷烟后按照国标方法评吸。评吸结果为：有明显的增加烟草烘烤香和提升香气质的作用。\n[0026] 将上述滤渣和现有技术生产的烟梗渣按照质量比1∶5的比例混合，送入高浓磨浆机打浆，使成叩解度为20°SR～30°SR的浆料；将上述浆料与现有技术生产的外纤混合后送抄前池，稀释后上网制成基片。然后按照现有技术生产造纸法薄片。\n[0027] 实施例2将新鲜等外牛蒡根用自来水清洗干净，自然晾干，用人工或切片机切成大小厚度均一的片状，50℃烘箱烘干，机械粉碎到40目，得到牛蒡根干粉。将牛蒡根干粉和水按照质量比1∶15的的比例进行提取3次，温度80℃，每次提取时间1小时，过滤，滤液减压浓缩成浸膏状，所得浸膏状物质即为牛蒡根水提取物。\n[0028] 将本发明的牛蒡根水提取物用水稀释成10％，然后按照烟丝重量的0.3％添加到中档卷烟烟丝中，制作卷烟后按照国标方法评吸。评吸结果为：有明显的增加烟草烘烤香和增加香气量的作用。\n[0029] 将上述滤渣和现有技术生产的烟梗渣按照质量比1∶8的比例混合，送入高浓磨浆机打浆，使成叩解度为20°SR～30°SR的浆料；将上述浆料与现有技术生产的外纤混合后送抄前池，稀释后上网制成基片。然后按照现有技术生产造纸法薄片。\n[0030] 实施例3将新鲜等外牛蒡根用自来水清洗干净，自然晾干，用人工或切片机切成大小厚度均一的片状，60℃烘箱烘干，机械粉碎到40目，得到牛蒡根干粉。将牛蒡根干粉和水按照质量比1∶20的的比例进行提取2次，温度70℃，每次提取时间2小时，过滤，滤液减压浓缩成浸膏状，所得浸膏状物质即为牛蒡根水提取物。\n[0031] 将本发明的牛蒡根水提取物用水稀释成10％，然后按照烟丝重量的0.4％添加到高档卷烟烟丝中，制作卷烟后按照国标方法评吸。评吸结果为：有明显的增加烟草烘烤香、增加烟气浓度和掩盖杂气的作用。\n[0032] 将上述滤渣和现有技术生产的烟梗渣按照质量比1∶10的比例混合，送入高浓磨浆机打浆，使成叩解度为20°SR～30°SR的浆料；将上述浆料与现有技术生产的外纤混合后送抄前池，稀释后上网制成基片。然后按照现有技术生产造纸法薄片。\n[0033] 牛蒡根含多酚、氨基酸、菊糖、纤维素、植物色素、蛋白质和聚糖类化合物等，其中菊糖约25％左右。本申请人在作出本发明前经深入研究，认识到牛蒡根中的糖类、氨基酸类、植物色素类、多酚类物质对烟草的感官质量均具有较好的作用。糖类物质：一方面能产生酸性物质，抑制烟气中碱性物质的碱性，使烟气的酸碱平衡适度，降低刺激性，产生令人满意的吃味；另一方面，在加热及烟支燃吸过程中，糖是形成香气物质的重要前体，当温度在300度以上时，可单独热解形成多种香气物质，其中最重要的有呋喃衍生物，简单的酮类和醛类等羰基化合物。氨基酸类物质：适量的氨基酸燃烧产生含氮化合物，使烟气充实、有劲；同时还可以与还原糖之间发生Maillard反应，生成具有甜，烤，爆米花，坚果，奶酪等特征香味的化合物。多酚类物质：具有非常好的柔和烟气的作用。植物色素：是烟草中很多重要香味物质的前体，在卷烟加热及燃吸过程中，可热解生成茄酮、香叶基丙酮、金合欢基丙酮、异佛尔酮及其衍生物、环化柠檬醛及藏花醛、二氢猕猴桃内酯、紫罗兰酮、大马酮、二氢大马酮等体现烟草本香香韵的化合物。蛋白质：蛋白质的水解产物和进一步转化的产物是许多烟草香气物质的原始物质，含有适量的蛋白质，能够赋予充足的烟草香气和丰满的吃味强度，但是蛋白质含量过高，会造成烟气强度过大，香气和吃味变差，产生辛辣味、苦味和刺激性，且蛋白质含量高燃吸时会产生一种如同燃烧羽毛的蛋白臭味，而经过申请人研究发现，牛蒡根所含蛋白质含量为2％左右(蒋淑敏，牛蒡化学成分和药理作用的研究现状，时珍国医国药，2001年，第12卷，第10期，941-942页)，远低于烟叶4％-13％，平均7.6％的蛋白质含量(邵惠芳1，许自成1，刘丽烤烟总氮和蛋白质含量与主要挥发性香气物质的关系，西北农林科技大学学报(自然科学版)2008年，第36卷，第12期，69-76页)，因此，牛蒡根中蛋白质含量相对较低，不会起到影响感官质量的作用。\n[0034] 本方法主要针对牛蒡根中的菊糖等多糖物质进行提取，用于卷烟香料，能增加卷烟香气。申请人认为，牛蒡根水提取物具有较好的保润作用，可能是由于菊糖为低聚糖，其分子结构中具有多个羟基，能较好的与水分子结合，形成化学键(氢键)，因此具有较好的保润作用。而菊糖等多糖物质在水中具有较好的溶解性，本发明用水作为溶剂来进行提取，提取后的滤渣富含纤维素类物质，能够满足卷烟薄片生产要求，用于造纸法烟草薄片的基片抄造。水提取菊糖等多糖物质的过程中，氨基酸类、多酚类、植物色素类等对烟草的感官质量具有较好作用的物质，以及少量可溶于水的蛋白质类物质都会有部分被同时提取出来；而未被提取出来的这些对烟草的感官质量具有较好作用的物质则随纤维素一起留在滤渣中，能一定程度改善造纸法烟草薄片的感官质量。因此，本发明的方法使牛蒡根的主要成分都得到了充分的利用。开拓了牛蒡根的的应用范围。同时，本方法没有废弃物，是牛蒡根的真正的综合利用。用水提取还有价廉的优点，因此有利于工业应用的推广。\n[0035] 本申请人还就与本发明有关的技术问题进行了深入的探讨。AOAC \nOfficialMethod 997.08规定了果聚糖含量的测定方法，菊糖属于果聚糖。发明人依据该方法用高效液相色谱对本发明得到的牛蒡根水提取物中牛蒡菊糖的含量进行了测定，测定条件如下：\n[0036] 仪 器 为 Dionex 3000高 效 液 相 色 谱 系 统。 色 谱 柱：Alltech公 司PrevailCarbohydrate糖柱；蒸发光散射检测器：漂移管温度81.5℃，气流量2.2L/min。柱温30℃，流速1.0ml/min；进样量：10μl。梯度洗脱条件为：乙腈-水，洗脱程序(表1)。\n[0037] 表1梯度洗脱程序\n[0038] \n 时间(min) 乙腈(％) 水(％)\n 0-3 70 30\n 3-4 70-75 30-25\n 4-10 75 25\n 10-11 75-65 25-35\n 11-25 65 35\n[0039] 本发明得到的牛蒡根水提取物中菊糖含量测定结果如下表2。\n[0040] 表2菊糖含量测定结果\n[0041] \n 菊糖(％)\n 实施例1 65.64\n 实施例2 65.43\n 实施例3 66.17\n[0042] 发明人按现有技术，实验室制备了纯度较高的牛蒡菊糖(中国专利文献CN1267455C)，然后对牛蒡菊糖的热裂解产物进行了研究，测定条件如下：\n[0043] 仪器：Pyroprobe 2000热裂解仪(美国CDS公司)，DSQ II气相色谱-质谱联用仪(美国Thermo Fisher公司)。热裂解氛围：氮气。热裂解探头(热解头)初温：\n30℃，以20℃/ms速率分别升至最终温度300℃、600℃和900℃，持续时间10s。DB-5ms \n30×0.25mm×0.25μm；程序升温：40℃(保持1min)，以2℃/min升温至100℃(保持\n1min)，以8℃/min，升温至280℃(保持5min)；进样口温度：260℃；接口温度：280℃；进样方式：分流，流速1.0ml/min；电离能：70eV。扫描范围：35-400amu，标准质谱库：NIST98和WILEY275谱库。面积归一化定量。\n[0044] 牛蒡菊糖在氮气环境中不同温度下的热裂解结果如下表4。\n[0045] 表3牛蒡菊糖的热裂解主要产物结果(％)\n[0046] \n 序号 产物名称 300℃ 600℃ 900℃\n 1 2，5-二甲基呋喃 - - 0.49\n 2 苯酚 - 0.37 -\n 3 2-甲基-呋喃 0.26 0.32 0.41\n 4 甲苯 - - 0.08\n 5 糠醛 80.93 55.67 39.63\n 6 苯并环丁烷 - - 0.25\n 7 1-(2-呋喃醛)-乙酮 0.16 0.21 0.13\n 8 苯甲醛 - 0.04 0.08\n 9 5-甲基-2-糠醛 0.57 1.74 1.92\n 10 苯并呋喃 - 0.28 0.16\n 11 2，2-双环呋喃 0.37 0.08 0.08\n 12 茚 - - 0.29\n 13 3-羟基-苯甲醛 - 0.06 0.1\n 14 2-甲基-苯酚 - 0.11 0.22\n 15 苯乙酮 - - 0.11\n 16 5-甲基-1，3-苯二酚 - 1.14 2.41\n 17 糠酸甲酯 - 1.63 1.48\n 18 壬醛 0.87 0.15 -\n 19 2-甲基-苯并呋喃 0.87 0.15 1.51\n 20 1-甲基-1H-茚 - - 0.54\n 21 1-丙炔基-苯 - - -\n 22 萘 - 0.06 4.27\n 2-(2-呋喃基甲基)-5-甲基-呋\n 23 - 0.31 -\n 喃\n 24 2-乙基-1H-苯并咪唑 - 0.19 0.18\n 25 苯并噻唑 0.48 0.29 0.24\n 26 5-羟甲基-糠醛 - 27.72 27.59\n 27 1-(2-呋喃基)-1-丙酮 - - 0.26\n 28 2-甲基-萘 - 0.27 1.84\n 29 4-甲基-1-萘醇 - 0.1 0.17\n 30 联二苯 - - 0.68\n 31 2，7-二甲基-萘 - 0.18 0.15\n 32 2，6-二甲基-萘 - 0.05 0.13\n 2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基\n 33 - 0.14 0.51\n -4H-吡喃-4-酮\n 34 菲 - 0.1 1.13\n 35 邻苯二甲酸二异丁酯 1.28 3.68 0.53\n[0047] “-”表示未检出。\n[0048] 从上表中可见，牛蒡菊糖在不同温度下的热裂解产物中含量较大的成分主要有：\n糠醛、5-羟甲基糠醛等呋喃类化合物。这些成分都具有较好的增加烟草烘烤香和陈化香的效果。牛蒡菊糖是牛蒡根水提取物的主要成分，试验结果证明了牛蒡根水提取物的增香效果。\n[0049] 发明人还将提取得到的牛蒡根水提取物和现有技术中最经常使用的保润剂丙二醇按照相同的比例和程序施加于卷烟烟丝中，评价在不同的温湿度条件下各自的保润效果。考察了在温度为40±1℃、相对湿度为35±3％条件下各保润剂的保润效果。\n[0050] 按以下操作步骤进行：将某卷烟配方烟丝放入温度为22±1℃、相对湿度为\n60±2％的恒温恒湿箱中平衡48小时后，分别称取配方烟丝100g；每种保润剂各称取\n0.40g，分别用水稀释至10g喷洒于烟丝中，空白样品喷水至10g；将烟丝平摊于样品盘中，放入温度为40±1℃、相对湿度为35±3％的恒温恒湿箱中平衡；每2小时对试验样品进行称重检测一次，持续检测10小时，共检测6次；计算出各个试样在不同的检测时间烟丝的重量变化率。结果如下表4所示。\n[0051] 表4高温低湿条件下不同时间烟丝的重量变化率(％)\n[0052] \n 保润剂名称 0(h) 2(h) 4(h) 6(h) 8(h) 10(h)\n 丙二醇 0.00 5.43 5.88 6.49 6.75 6.88\n 牛蒡根水提取物 0.00 4.91 5.14 5.76 5.92 6.13\n 空白样品 0.00 5.89 6.26 6.77 7.05 7.41\n[0053] 还考察了在温度为10±1℃、相对湿度为60±3％条件下各保润剂的保润效果。试验方法同上，结果如下表5所示。\n[0054] 表5低温中湿条件下不同时间烟丝的重量变化率(％)\n[0055] \n 保润剂名称 0(h) 2(h) 4(h) 6(h) 8(h) 10(h)\n 丙二醇 0.00 4.28 4.66 4.92 5.23 5.54\n 牛蒡根水提取物 0.00 3.85 4.04 4.22 4.39 4.55\n 空白样品 0.00 5.89 6.26 6.77 7.05 7.41\n[0056] 还考察了在温度为30±1℃、相对湿度为60±3％条件下各保润剂的保润效果。试验方法同上，结果如下表6所示。\n[0057] 表6中温中湿条件下不同时间烟丝的重量变化率(％)\n[0058] \n 保润剂名称 0(h) 2(h) 4(h) 6(h) 8(h) 10(h)\n 丙二醇 0.00 4.41 4.72 5.05 5.38 5.69\n 牛蒡根水提取物 0.00 4.02 4.15 4.39 4.56 4.72\n 空白样品 0.00 5.92 6.44 6.89 7.15 7.48\n[0059] 从以上实验可见，不同温度、湿度条件下，牛蒡根水提取物的保润效果都好于现有技术使用的保润剂丙二醇。\n[0060] 按照国家标准GB/T 5009.5-1985采用凯氏定氮法测定牛蒡根水提取物和提取后的滤渣中蛋白质含量。测定结果如下表7。烟草加香加料中经常使用的烟叶提取物中蛋白质含量一般在1％左右，可见牛蒡根水提取物蛋白质含量较低，添加到烟丝中不会带来卷烟感官质量的负面影响；而造纸法烟草薄片中最常用的原料烟末中蛋白质含量一般在\n4％-13％，平均7.6％，可见滤渣中蛋白质含量较低，用于造纸法烟草薄片对感官质量有有利的作用。\n[0061] 表7蛋白质含量测定结果\n[0062] \n 牛蒡根水提取物蛋白质含量(％) 滤渣蛋白质含量(％)\n 实施例1 0.33 2.72\n 实施例2 0.35 2.67\n 实施例3 0.32 2.69\n[0063] 申请人对提取得到的牛蒡根水提取物添加到卷烟中进行评吸，评吸按照国标方法进行，7人组成评吸小组，2名国家级评委，5名省级评委，评吸结果如下表8。从表中可见，