專利名稱：處理煙草提取液以除去鎂離子的方法和制備再生煙草材料的方法以及再生的煙草材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理煙草提取液以除去鎂離子的方法，制備再生煙草材料的方法，及再生的煙草材料。
背景技術：
煙草材料如天然煙葉、煙絲、煙葉脈、煙梗和煙根等包含很多的組分，包括煙堿、蛋白質、堿金屬和堿土金屬。這些組分從天然煙草材料中提取出來，用作煙草的香味添加劑。由于吸煙味道或某些其它理由，理想的是，天然煙草材料這些組分當中的一些組分必需降低含量或被除去，而其它組分應當不被除去甚至增加含量。
例如，US3616801公開一種方法，其中通過陽離子交換樹脂與煙草的水性提取液接觸，降低水性煙草提取液中金屬離子(鎂、鈣、鉀等)的含量，以改善煙草的燃燒性質、香味和灰分特性。據(jù)介紹，通過將金屬離子含量降低的煙草提取液添加到提取殘渣中，可以得到煙草的燃燒特性、香味和灰分特性均得到改善的再生煙草材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明人研究了煙葉絲中的組分，對于香煙的主流煙(mainstreamsmoke)中的組分的產生的影響，并且發(fā)現(xiàn)，煙葉絲中存在的金屬類、特別是鎂，促進例如苯并芘、氰化氫、丙烯醛、氮氧化物(NOx)和氨基萘等在主流煙中的產生。因此，如果從利用水性提取介質抽提煙葉絲而得到的提取液中除去諸如鎂等金屬，并將除去金屬的提取液添加到利用提取殘渣制成的再生去脈煙葉(tobacco web)中，可以得到苯并芘、氰化氫、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的含量得到降低的再生煙草材料。然而，當這種煙草提取液用上述專利文件1中所公開的陽離子交換樹脂處理時，不僅煙草提取液中所包含的金屬被顯著地除去，而且煙堿同樣被顯著地除去。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種處理天然煙草材料提取液的方法，該方法可以從天然煙草的提取液中除去包括鎂的金屬，又不明顯地除去其它組分，尤其是煙堿；以及一種制備再生煙草材料的方法和再生的煙草材料。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種處理煙草提取液的方法，該方法包括使提取液與側鏈中具有官能團的聚合物接觸，所述提取液是通過用水性提取溶劑抽提天然煙草材料而得到的，所述官能團捕獲至少包括鎂的金屬離子，由此得到至少鎂的含量得以降低的提取液。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種制備再生煙草材料的方法，該方法包括以下步驟(a)用水性提取溶劑抽提天然煙草材料，得到含天然煙草材料組分的提取液和提取殘渣；(b)使上述提取液與側鏈中具有官能團的聚合物接觸，該官能團捕獲至少包括鎂的金屬離子，從而得到至少鎂的含量得以降低的提取液；(c)利用上述提取殘渣制備再生去脈煙葉；及(d)將上述至少鎂的含量得以降低的提取液，至少部分地添加到再生去脈煙葉中。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種根據(jù)本發(fā)明的制備再生煙草材料的方法制備的再生煙草材料。
具體實施例方式
下面將參照不同的實施方案，更具體地說明本發(fā)明。
本發(fā)明采用側鏈中包含捕獲至少包括鎂的金屬離子的官能團的聚合物，從利用水性提取溶劑抽提天然煙草材料而得到的提取液中實質上除去包括鎂等的金屬，同時將諸如煙堿等其它組分的損失抑制在最小程度。
首先，通過混合并攪拌天然煙草材料和提取溶劑，使天然煙草材料經(jīng)受提取處理。
作為天然煙草材料，可以使用煙葉、煙絲、煙葉脈、煙梗、煙根及其混合物。作為提取溶劑，可以使用水性溶劑。該水性提取溶劑如水可以是堿性或酸性的。也可以使用水和能與水混溶的有機溶劑的混合物作為水性提取溶劑。這類有機溶劑的實例包括醇類如乙醇。這些提取溶劑可包含無機鹽如溶解于其中的氫氧化鈉。提取處理一般在室溫至100℃的溫度下進行約5分鐘至6小時。
提取處理之后，所得到的提取混合物提供給通過例如過濾等進行的分離操作，以分離成提取液和提取殘渣。提取液包含天然煙草材料中的水溶性組分，例如金屬離子(如鎂、鈣和鉀等)，無機酸類(如磷酸、硫酸和氫氯酸等)，有機酸類(如蘋果酸和檸檬酸等)，煙堿，糖類，氨基酸類，蛋白質等。
下一步，將通過分離操作得到的提取液提供給，利用側鏈中包含捕獲至少包括鎂的金屬離子的官能團的聚合物的金屬去除操作。在本發(fā)明中，該金屬去除操作可通過使提取液與側鏈中包含捕獲至少包括鎂的金屬離子的官能團的聚合物接觸來進行。作為所使用的聚合物，優(yōu)選側鏈中具有通過螯合作用捕獲鎂的官能團的聚合物。作為這類官能團的實例包括亞氨基二乙酸基團。本發(fā)明中特別優(yōu)選的聚合物是具有下式所示重復單元的聚合物[化學式1] 這類聚合物可以商購(例如，得自三菱化學公司的DIAION CR-11)。該聚合物具有范圍為300～1180μm范圍的粒度和730g/L的表觀密度。
本發(fā)明中使用的聚合物不溶于水。
上述聚合物除了鎂之外還能夠捕獲諸如鈣、鉀等金屬。通過使用該聚合物，可以從煙草提取液中顯著地除去鎂，同時將諸如煙堿、糖類、氨基酸和蛋白質等其它組分的損失抑制在最小程度。
聚合物的用量可依聚合物的類型而異，但是對于具有上述重復單元的聚合物時，優(yōu)選其用量相對于100mL的提取液為20g或更少。如果每100mL的提取液使用超過20g的聚合物，則除金屬離子之外的其它組分也可能顯著地被除去。更優(yōu)選聚合物的用量相對于100mL的提取液為8g或更少。此外，還優(yōu)選聚合物的用量相對于100mL的提取液為4g或更多。
對提取液與聚合物接觸的溫度沒有特別的限制，它們可以在高于提取液的冰點但低于提取液沸點的溫度下接觸。
如此，可以得到鎂被顯著除去的提取液。
應當注意到，在提取天然煙草材料之后通過過濾而得到的濾液，包含具有較高分子量的物質如上述的蛋白質和淀粉等，這些物質會阻礙聚合物的金屬去除作用。因此，優(yōu)選將該濾液供給離心分離操作，以將其分離成上清液和沉淀物，優(yōu)選將聚合物加到上清液中。由于離心分離操作之后得到的沉淀物中包含煙草風味中所需要的組分，所以它們可與聚合物處理的上清液一起加到再生煙草中。
下面，將說明根據(jù)本發(fā)明的制備再生煙草材料的方法。
上述通過用水性提取溶劑抽提天然煙草材料、接著進行分離操作而得到的提取殘渣，主要由纖維組成。利用該提取殘渣，通過普通方法制備再生的去脈煙葉。該再生去脈煙葉可部分地由提取殘渣構成，也可以完全由提取殘渣構成。
然后，將去除鎂的提取液濃縮或不進行濃縮，并將其至少一部分添加到再生去脈煙葉中。于是，得到所需的再生煙草材料。當抽吸利用該再生煙草材料制造的香煙時，在所產生的煙中，苯并芘、HCN、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的含量顯著地降低。
下面將通過實施例說明本發(fā)明。
實施例<煙絲的制備>
將1000mL的去離子水加到100g烤干的煙葉絲中，通過在20℃下?lián)u動30分鐘進行提取，并利用孔徑0.75mm的Teflon(注冊商標)篩過濾該混合物，由此得到濾液和提取殘渣。將所得提取殘渣干燥。
另一方面，將上述濾液離心分離(3000rpm下進行10分鐘)，由此得到上清液和沉淀物。向得到的上清液中，以0.8g/10mL的量加入螯合樹脂(得自三菱化學公司的DIAION CR-11)，將其在25℃下?lián)u動30分鐘，然后使其靜置，由此得到上清液。將該上清液與通過離心分離得到的沉淀物合并，然后將其凍干。將得到的凍干物質溶解于去離子水中，接著將其均勻地噴撒在上述干燥的提取殘渣上，由此制得煙絲。
此外，將直接得自提取過程的濾液均勻地噴撒在上述再生的去脈煙葉上，并將其切制成對照煙絲。
<香煙的制造>
在保持室溫(22℃)和60％相對濕度的調節(jié)室中，分別將如上制備的煙絲進行48小時的濕度調節(jié)。然后，利用小卷煙機(得自RIZLA UK)，制造煙絲重量為700mg、長度為59mm、圓周長為25mm的香煙。
<煙絲中主要組分的分析>
煙絲中主要組分的分析是按照下列方式進行的。
(a)金屬、無機酸和有機酸通過搖動(25℃下進行30分鐘)，用10mL的去離子水提取1g的煙絲，并用0.45μm的聚四氟乙烯(PTFE)過濾器進行過濾。利用毛細管電泳儀(得自Agilent Technologies)，定量地測定濾液中所包含的金屬(Mg、Ca和K)，無機酸(磷酸根離子、氯離子和硫酸根離子)，有機酸(蘋果酸和檸檬酸)。
(b)煙堿根據(jù)文件A(加拿大衛(wèi)生部制訂的官方方法，日期為1999年12月31日)中規(guī)定的分析煙絲中的各組分的方法，定量地測定煙絲中的煙堿。
(c)糖類通過搖動(25℃下進行30分鐘)，用10mL水提取1g的煙絲，并用0.45μm的PTFE過濾器進行過濾。利用高效液相色譜(HPLC)，定量地測定濾液中所含的糖類(葡萄糖和果糖)。
分析儀器采用得自Agilent公司制的HPLC 1100系列(逆相)。
分析條件，色譜柱Carbohydrate Cartridge(250×4.6mm)；流動相丙酮和水的梯度液；檢測器差示折射計；定量方法絕對校準曲線法。
(d)氨基酸通過搖動(25℃下進行30分鐘)，用10mL水提取1g的煙絲，并用0.45μm的PTFE過濾器進行過濾。利用氨基酸自動分析儀(得自JEOL的JLC-500)，定量地測定濾液中所含的氨基酸。
<主流煙中的各組分的分析>
(I)吸煙條件將香煙在ISO方法規(guī)定的標準吸煙條件下燃燒。具體地，將香煙在自動吸煙機上抽吸，一吹(puff)的持續(xù)時間為2秒，每吹的時間間隔為1分鐘，每吹的體積為35mL，直至煙蒂的長度為23mm，并且收集主流煙。
(II)分析主流煙中的各組分的方法根據(jù)上述文件A中規(guī)定的分析主流煙中的各組分的方法，以下列方式分析主流煙中的HCN、苯并芘(B[a]P)、丙烯醛、NOx和2-氨基萘。
(a)HCN用一個包含玻璃纖維過濾器和30mL 0.1N氫氧化鈉溶液的塵埃測定器(impinger)，收集兩只香煙的主流煙。通過搖動30分鐘，將含焦油的過濾器用30mL的0.1N氫氧化鈉溶液提取，然后將提取液用0.45μm的PTFE過濾器過濾。利用自動分析儀(BRAN+LUBBE)，通過比色法分析濾液和塵埃測定器溶液中所含的氰根離子，由此定量測定主流煙中的HCN。
(b)丙烯醛用一個包含100mL的2，4-DNPH酸性乙腈溶液的塵埃測定器(以冰冷卻的)，收集兩只香煙的主流煙。使所收集的液體在室溫下靜置60～90分鐘，并通過0.45μm的PTFE過濾器進行過濾。然后，將4mL的1％tirizma堿液加到6mL的濾液中，接著用HPLC定量測定丙烯醛。
所用分析儀器為得自Agilent Technologies公司制的HPLC 1100系列(逆相)。
分析條件，色譜柱Merck Lichrospher RP-18e；流動相乙腈、去離子水、四氫呋喃和異丙醇的梯度液；檢測器UV；定量方法絕對校準曲線法。
(c)B[a]P用玻璃纖維過濾器收集兩只香煙的主流煙。由過濾器重量變化的測量結果，計算每只香煙的粗焦油含量。通過搖動30分鐘，用環(huán)己烷提取含焦油的過濾器(對每1mg的粗焦油用1mL的溶劑提取)，并將提取物用0.45μm的PTFE過濾器進行過濾。然后，將濾液加料于Sep-Pak Plus NH2 Cartridge(WATERS)，并在50℃和氮氣氛下，將利用己烷收集的液體蒸發(fā)至干。將干物質溶解于1mL的乙腈，并用HPLC定量地測定B[a]P。
所用分析儀器為得自Agilent Technologies公司制的HPLC 1100系列(逆相)。
分析條件，色譜柱YOKOGAWA Excelpak SIL-C18 3A；流動相去離子水的梯度液；檢測器FLD；定量方法絕對校準曲線法。
(d)NOx使一只香煙的主流煙經(jīng)過玻璃纖維過濾器，并引入到化學發(fā)光檢測器(得自Simazu(島津制作所)制的CLM-500)中，且定量測定主流煙中的NOx。
(e)2-氨基萘用玻璃纖維過濾器收集兩只香煙的主流煙。通過搖動30分鐘，用30mL的5％鹽酸溶液提取含焦油的過濾器，然后將提取液用0.45μm的PTFE過濾器進行過濾。將濾液轉移至分液漏斗，并加入內標液。隨后，將該混合物用用二氯甲烷洗滌三次。向水層中加入50％的氫氧化鈉溶液，將pH調節(jié)至12或更高。用己烷提取水層，提取液用硫酸鈉脫水，并用三甲胺和PFPA(五氟丙酸酐)酰化。將該物質加料于Florisil SPE色譜柱(SPELCO)，并在38℃和氮氣氛下，將用己烷/苯/丙酮(5/4/1(體積比))的混合液收集的收集液體濃縮至1mL。接下來，利用質譜-氣相色譜(GC-MS)定量地測定2-氨基萘。
所用的分析儀器為得自Agilent公司制的HPLC 1100系列(逆相)。
分析條件，SIM模式；色譜柱HP-5MS 0.25μm厚；定量方法內標法。
利用上述方法，將每只香煙重復測量三次，計算每只香煙的平均組分含量和標準偏差。當設定對照的組分為100時，計算各組分的相對值(％)，并利用t-檢驗，研究相對值統(tǒng)計學上的顯著差異。
對所制備的煙絲中的各組分的分析結果，列于下面的表1中。


如表1中所示，通過用螯合樹脂處理，Mg、Ca和K分別除去78％、82％和57％，而其它組分如煙堿和糖類等其他成分僅除去約0～10％左右。
下一步，將對主流煙中各組分的分析結果示于下面的表2中。


注)對于*的數(shù)據(jù)，驗證了其統(tǒng)計學上的顯著差異(P＜0.05)與對照的香煙相比，在其中添加了用螯合樹脂處理過的提取液的香煙中，每只香煙的B[a]P降低了31％，HCN降低了57％，丙烯醛降低了24％，NOx降低了51％。和2-氨基萘降低了18％。而且，就每粗焦油(TPM)相比，觀察到約10～50％的組分降低效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以從天然煙草提取液中有效地除去鎂，又不明顯地除去包括煙堿等的其它組分。因此，向利用提取殘渣制備的再生去脈煙葉中，添加除去了鎂的提取液，由此制得的再生煙草材料在主流煙中顯著地抑制了苯并芘、氰化氫、丙烯醛、氮氧化物(NOx)、氨基萘等的產生。
權利要求
1.一種處理煙草提取液的方法，該方法包括使提取液與側鏈中具有官能團的聚合物接觸，所述提取液是通過用水性提取溶劑抽提天然煙草材料而得到的，所述官能團捕獲至少包括鎂的金屬離子，從而得到至少鎂含量得以降低的提取液。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述官能團是通過螯合作用捕獲金屬離子的官能團。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中所述聚合物具有下式所示的重復單元[化學式2]
4.一種制備再生煙草材料的方法，該方法包括以下步驟(a)用水性提取溶劑抽提天然煙草材料，得到含上述天然煙草材料組分的提取液和提取殘渣；(b)使上述提取液與側鏈中具有官能團的聚合物接觸，該官能團捕獲至少包括鎂的金屬離子，從而得到至少鎂的含量得以降低的提取液；(c)利用上述提取殘渣制備再生去脈煙葉；及(d)將至少鎂的含量得以降低的提取液，至少部分地添加到上述再生去脈煙葉中。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中所述官能團是通過螯合作用捕獲金屬離子的官能團。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中所述聚合物具有下式所示的重復單元[化學式3]
7.一種再生煙草材料，其是根據(jù)權利要求4的制備再生煙草材料的方法制備的。
全文摘要
一種處理煙草提取液的方法，該方法包括使提取液與側鏈中具有官能團的聚合物接觸，所述提取液是通過用水性提取溶劑抽提天然煙草材料而得到的，所述官能團能夠俘獲至少包括鎂的金屬，從而制得至少鎂含量得以降低的提取液。
文檔編號A24B15/00GK101026970SQ20058003191
公開日2007年8月29日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權日2004年8月24日
發(fā)明者鳥飼康二, 武藤廣通 申請人:日本煙草產業(yè)株式會社