CN102106602A - 一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，它包括如下步骤：将烟叶装入超临界萃取釜中，调节萃取釜、各分离釜的温度在40～60℃，开启二氧化碳钢瓶，通过高压泵对系统加压；同时开启夹带剂泵，打入夹带剂，夹带剂为乙醇或丙酮或其水溶液，使夹带剂与二氧化碳成为混合流体；当萃取釜的压力达到10～30MPa后，打开流量调节阀，并调整高压柱塞泵的转动频率进行加压循环萃取。本发明的有益效果是：经过萃取处理后烟叶中的特有亚硝胺含量可以降低60％以上，而降低烟民致癌的风险，提高卷烟产品的吸食安全性。经处理后的烟叶经过专家评吸，仍然能够很好的保持原有的香气和吸味，并且保持烟叶原来的物理性质，满足烟叶的生产加工要求。

Description

一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法

技术领域

本发明涉及一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，具体涉及一种超临界萃取降低烟叶特有亚硝胺含量的方法。 

背景技术

人类吸烟已有近千年的历史，至今全世界吸烟人口有近13亿。吸烟与健康问题已日益引起人们的关注。早在20世纪50年代初英国皇家医学会就公开提出吸烟有害健康，50年代末，美国卫生署和英国皇家医学会都发表公告认为吸烟过量是产生肺癌的病因之一。进入20世纪90年代，禁烟呼声日益高涨，世界烟草业的发展已到了事关存亡的关键时期。为了自身的生存发展和对人类的健康负责，各国都积极对吸烟与健康问题开展了广泛的研究。 

烟叶和烟气中的一些有害成分，特别是有致癌性的烟草特有亚硝胺-TSNA(Tobacco-Specific Nitrosamines)，更加引起各国科学家们的极大关注。烟草特有亚硝胺的研究最早始于20世纪60年代初，目前已鉴定出了8种烟草特有的亚硝胺。其中主要的是以下4种：N′-亚硝基降烟碱(NNN)，N′-亚硝基新烟碱(NAT)，N′-亚硝基假木贼碱(NAB)和4-(N-甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)，其中NNN特别是NNK是强烈的动物致癌剂。不同类型的烟叶中所含的TSNA的量不同，而且各种形式的TSNA在每种烟草烟叶中所占的比例也不同。在晾烟中，NNN和NAT的含量高于NNK和NAB的含量。烤烟中占主要地位的TSNA是NNK，白肋烟中的为NNN。目前人们最关心的如何最大限度降低烟草中TSNA的含量问题，至今仍没有圆满的答案。 

烟叶作为一种工业原料，需要进行调制加工后才能应用于工业生产。同时它又是一种农产品，许多性状指标不可避免地要受到农艺方面的影响。烟叶中的TSNA几乎都产生于调制期间，但其自身性状对TSNA形成的影响也是非常明显的。因此，降低烟叶中的TSNA需要从工业和农业两方面着手。目前，降低烟叶中TSNA含量主要有以下几种方法： 

(1)适量施氮肥控制烟叶中硝酸盐含量。这是因为N是烟碱合成的必须元素，控制氮肥可降低烟叶中的烟碱的含量，从而降低TSNA。 

(2)通过遗传改良选育低TSNA含量的烟草品种。众多试验证明烟草不同基因型与尼古丁、TSNA含量显著相关，如何通过遗传改良途径降低烟叶中TSNA含量，从而获得低TSNA含量的烟草品种目前仍然是亟待解决的关键性问题。 

(3)适当的调制方式可以大量降低烟叶中的TSNA。烟叶中的TSNA几乎都是在调制过程中产生的，因此选用适当的调制方式，控制调制过程中的反应条件可以降低TSNA含量。 

(4)微生物法降低TSNA。通过化学或生化手段将亚硝化酶选择性地杀死，或使其活性降低乃至丧失，阻断TSNA的形成途径，从而可以极大地降低烟叶中的TSNA含量。但这一方法操作起来有相当大的难度，是否可行有待进一步研究。 

(5)微波调制方法。在烟叶的调制过程中，采用微波辐射可明显抑制TSNA的形成。 

超临界流体(Supercritical Fluid，简称SCF)就是物质处于其临界温度(Tc)和临界压力(pc)以上的一种物质状态。对该状态的流体加压，流体不会液化，仅密度增大，此状态流体既具有液态性质，同时保留有气体性能，这种状态的流体表现出若干特殊性质。可以作为超临界流体的物质有CO₂、水、乙烷等，由于超临界CO₂具有密度大，溶解能力强，传质速率高；以及临界压力、临界温度适中(临界压力7.37MPa、临界温度31.05℃)，分离过程可在接近室温条件下进行；同时二氧化碳具有无毒、惰性以及极易从萃取产物中分离出来等一系列优点，故超临界流体萃取常常以二氧化碳为首选。传统的超临界溶剂是单一组分的纯气体，如二氧化碳、乙烷等，在萃取时溶解性、选择性不够，因此加入附加组分得到广泛研究。附加溶剂可改变其溶解度、选择性，大大增加被分离组分在气相中的溶解度和溶质的选择性，增加溶质溶解度对温度、压力的敏感程度，拓宽了超临界萃取的应用范围，从而使得混合溶剂尤其是夹带剂的应用成为超临界萃取技术研究的主要方面。而且超临界CO₂萃取技术能够有效的解决因较高的温度和使用溶剂而带来的一些问题。它采用的温度较低，使用的唯一溶剂二氧化碳在萃取后会完全散逸掉，无论从成本和提取的产品质量都比其他方法优越。超临界流体萃取是一项极具潜力的应用技术，其特点主要有： 

(1)具有广泛的适应性。由于超临界状态流体溶解度特异增高现象是普遍存在的，因而理论上超临界流体萃取技术可作为一种通用、高效的分离技术而应用。 

(2)萃取效率高，过程易于调节。超临界流体兼具气体和液体特性，因而超临界流体既有液体的溶解能力，又有气体良好的流动和传递性能。并且在临界点附近，压力和温度的少量变化，有可能显著改变流体溶解能力，控制分离过程。 

(3)分离工艺流程简单。超临界流体萃取只由萃取器和分离器两部分组成，不需要溶剂回收设备，与传统分离工艺流程相比不但流程简化，而且节省能耗。 

(4)分离过程有可能在接近室温下完成，特别适用于热敏性天然产物的分离。 

目前，降低烟叶特有亚硝胺含量的方法集中在烟草的种植及调制过程中，没有方法应用在工业生产过程中。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：降低烟叶特有亚硝胺含量的方法集中在烟草的种植及调制过程中，没有方法应用在工业生产过程中，提供一种超临界萃取降低烟叶特有亚硝胺含量的方法。 

本发明的技术方案是：一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，它包括如下步骤： 

(1)将烟叶装入超临界萃取釜中，调节萃取釜、各分离釜的温度在40～60℃，开启二氧化碳钢瓶，通过高压泵对系统加压； 

(2)同时开启夹带剂泵，打入夹带剂，夹带剂为乙醇或丙酮或其水溶液，使夹带剂与二氧化碳成为混合流体； 

(3)当萃取釜的压力达到10～30MPa后，打开流量调节阀，并调整高压柱塞泵的转动频率进行加压循环萃取，萃取时间为0.5～1小时，超临界萃取时设定分离釜的压力4～6MPa。 

所述夹带剂用量为烟叶重量的50～500％。 

所述夹带剂为乙醇、丙酮中的任意一种或其混合物。 

所述夹带剂为乙醇、丙酮的水溶液。 

所述乙醇、丙酮的水溶液中，乙醇、丙酮的质量分数在30％以上。 

所述溶解有萃取物的超临界二氧化碳流体通过节流阀减压，并进入分离釜中，二氧化碳流体变为气体循环利用。 

所述钢瓶中的二氧化碳，先经过净化器，再进入液化槽，降温至-5～0℃。 

本发明的有益效果是：经过萃取处理后烟叶中的TSNA含量可以降低60％以上，而降低烟民致癌的风险，提高卷烟产品的吸食安全性。 

由于单一的超临界萃取对一些溶解度低、选择性不高的物体萃取有一定的局限性，夹带剂的加入可以影响超临界流体的选择性和溶解能力，本发明所使用的夹带剂可以很好的去除烟叶中的TSNA，对其中芳香物质的影响很小，经过专家评吸，仍然能够很好的保持原有的香气和吸味，并且保持烟叶原来的物理性质，完全满足烟叶的生产加工要求。 

市场分析： 

中国烟草行业目前有16家工业公司，57家卷烟工业企业，2008年全国烟草行业生产卷烟4212.1万箱，累计实现工商税利4300亿元。5年来，中国烟草保持高速发展，行业的发展超出了奥驰亚集团、英美烟草公司和日本烟草公司这三家世界排名前三位的跨国烟草公司平均发展速度，行业的国际竞争力得到较大提升。同时，中国烟草企业坚持科技进步，大力推进技术创新，全行业加大了对科研的投入，科技创新能力大大加强。四大战略课题之一的“降焦减害”取得新的进展，在卷烟生产方面，广泛应用新技术、新工艺、新材料，改善卷烟配方结构，提高卷烟产品质量和吸食的安全性。2003年国家局明确提出了发展中式卷烟的战略性 课题，制定了《中国卷烟科技发展纲要》，强调大力发展具有自主知识产权和核心技术的中式卷烟。本发明完全符合中国烟草工业的发展方向，符合国家局确定的“科教兴烟”战略，本发明面对的客户集中(全部是烟草企业)，将有利于产品推广，而且我国的烟草企业具有很强的经济实力，不存在投资上的困难，因此本发明具有非常广阔的发展前景。 

具体实施方式

实施例1 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力10MPa，温度40℃，无水乙醇作为夹带剂，用量为50克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间0.5小时，亚硝胺的降低量为62％。 

实施例2 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力15MPa，温度45℃，70％乙醇水溶液作为夹带剂，用量为100克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间45分钟，亚硝胺的降低量为68％。 

实施例3 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力15MPa，温度45℃，60％丙酮水溶液作为夹带剂，用量为150克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间1小时，亚硝胺的降低量为74％。 

实施例4 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力20MPa，温度50℃，丙酮作为夹带剂，用量为200克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间1小时，亚硝胺的降低量为79％。 

实施例5 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力20MPa，温度50℃，30％丙酮水溶液作为夹带剂，用量为300克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间45分钟，亚硝胺的降低量为82％。 

实施例6 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力20MPa，温度55℃，30％乙醇水溶液作为夹带剂，用量为350克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间45分钟，亚硝胺的降低量为84％。 

实施例7 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取 时设定萃取釜的压力25MPa，温度55℃，50％乙醇加上50％丙酮作为夹带剂，用量为400克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间1小时，亚硝胺的降低量为87％。 

实施例8 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力30MPa，温度60℃，80％乙醇加上20％丙酮作为夹带剂，用量为500克，分离釜的压力4～6MPa，温度40℃，萃取时间1小时，亚硝胺的降低量为92％。 

实施例9 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力30MPa，温度60℃，30％乙醇加上70％丙酮作为夹带剂，用量为500克，分离釜的压力4～6MPa，温度50℃，萃取时间1小时，亚硝胺的降低量为86％。 

实施例10 

将烟叶称取100克，装入1L萃取釜中，冲入超临界CO₂流体并加压循环，超临界萃取时设定萃取釜的压力30MPa，温度55℃，30％乙醇加上20％丙酮加上50％水作为夹带剂，用量为450克，分离釜的压力4～6MPa，温度60℃，萃取时间0.75小时，亚硝胺的降低量为83％。 

上述实施例中，钢瓶中的二氧化碳，先经过净化器，再进入液化槽，降温至-5～0℃。 

上述实施例中，烟叶购自贵州中烟公司的贵州B3F烟叶，烟叶中的TSNA含量的检测采用美国Agilent公司的GC6890-MS5973N型气相色谱-质谱联用仪配备热能检测仪。 

亚硝胺的降低量 $M=\frac{C_0-C}{C_0}\×100\%$

式中：M-亚硝胺的降低量 

      C₀-超临界萃取前烟草中亚硝胺的百分含量 

      C-超临界萃取后烟草中亚硝胺的百分含量。 

Claims (7)

1.一种降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)将烟叶装入超临界萃取釜中，调节萃取釜、各分离釜的温度在40～60℃，开启二氧化碳钢瓶，通过高压泵对系统加压；

(2)同时开启夹带剂泵，打入夹带剂，夹带剂为乙醇或丙酮或其水溶液，使夹带剂与二氧化碳成为混合流体；

(3)当萃取釜的压力达到10～30MPa后，打开流量调节阀，并调整高压柱塞泵的转动频率进行加压循环萃取，萃取时间为0.5～1小时，超临界萃取时设定分离釜的压力4～6MPa。

2.根据权利要求1所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述钢瓶中的二氧化碳，先经过净化器，再进入液化槽，降温至-5～0℃。

3.根据权利要求1所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述溶解有萃取物的超临界二氧化碳流体通过节流阀减压，并进入分离釜中，二氧化碳流体变为气体循环利用。

4.根据权利要求1所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述夹带剂用量为烟叶重量的50～500％。

5.根据权利要求4所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述夹带剂为乙醇、丙酮中的任意一种或其混合物。

6.根据权利要求4所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述夹带剂为乙醇、丙酮的水溶液。

7.根据权利要求4所述的降低烟叶特有亚硝胺含量的方法，其特征在于：所述乙醇、丙酮的水溶液中，乙醇、丙酮的质量分数在30％以上。