一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用的製作方法
2023-04-28 12:04:31
一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及菸草製備領域，特別是涉及一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用。本發明提供一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑選自多孔澱粉、殼聚糖或殼聚糖衍生物中的一種或多種的組合。本發明中，過氧化氫酶經過環保無毒的固定化劑處理，固定化處理後酶穩定性好、能有效祛除捲菸煙氣中的自由基，減害的同時保證醋酸纖維的可紡性、單絲強度、延伸率等不受影響。
【專利說明】一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及菸草製備領域，特別是涉及一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]近年來有關吸菸和健康的研究發現，捲菸煙氣中的自由基是引起各種疾病的重要原因。捲菸煙氣自由基的直接毒性是直接損傷細胞和酶等物質，並與DNA結合使細胞轉化而產生突變；其間接毒性是可在體內激活和產生大量活性更高毒性更大的其他自由基，如超氧自由基和羥基自由基，從而導致多種病變。每支捲菸的煙氣產生約1*1016個自由基，煙氣中的自由基一般分為兩類，即氣相自由基和粒相自由基。氣相自由基性質非常活潑，以烷基自由基和烷氧基自由基為主；粒相自由基的性質較穩定，以醌類和半醌類、稠環芳烴類自由基為主。研究發現捲菸氣相自由基具有較強的氧化性，而粒相自由基具有較強還原性；並且由於粒相自由基被包埋於煙氣粒相聚合物基體中，因此對於粒相自由基的去除主要依賴於煙氣總粒相物含量的整體的下降，選擇性降低主流煙氣中自由基含量的研究主要集中在氣相自由基方面。
[0003]祛除捲菸煙氣中自由基的研究取得了許多成果，如北京捲菸廠和中國科學院生物物理研究所利用綠茶提取物和維生素的混合物祛除捲菸煙氣中氣相自由基；希臘雅典大學的Stavridis領導的課題組用血紅蛋白祛除煙氣中氣相自由基和其它有害物質，且利用研究成果分別生產出了 ENJOY、五葉神和BF等捲菸產品；廣州神農煙科技有限公司等根據中醫藥學理論研製開發的「神農萃取液」降低捲菸氣相自由基、TSNAs等有害成分；梅建華發明了一種以茶多酚和維生素C為有效成份的抑制氮氧自由基的捲菸濾嘴；趙保路等發明了一種能明顯降低煙氣中自由基的捲菸濾嘴，添加劑為前花青素，或花青素與維生素C混合使用。
[0004]由於這些技術大多採用抗氧化劑，而捲菸長期放置後抗氧化劑對自由基的祛除效果會受到影響，因此，尋找新型廉價、穩定、高效、緩釋的抗氧化劑祛除捲菸煙氣中氣相自由基是非常必要的。過氧化氫酶又稱觸酶(Catalase，簡稱CAT)，廣泛存在於人體、動物、植物和微生物中，動物肝臟、紅細胞、植物葉綠體以及細菌、真菌、放線菌等中含有大量過氧化氫酶。迄今過氧化氫酶已經成為農業，以及食品與乳製品業、紙漿和造紙業、農業環保產業中有應用價值的酶之一。過氧化氫酶是一個同源四聚體，每一個亞基含有超過500個胺基酸殘基，每個亞基的活性位點都含有一個卟啉血紅素基團，用於催化過氧化氫的反應。過氧化氫酶能夠高效催化氧化還原反應，是目前已知幾乎所有好氧生物體內最重要的抗氧化屏障；過氧化氫酶在有過氧化物的條件下，能迅速催化降解煙氣中的氮氧化物，破壞氣相自由基的反應鏈，從而降低煙氣中氣相自由基的含量。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於克服現有技術中的缺陷，提供一種可選擇性降低捲菸主流煙氣中自由基含量的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。本發明利用酶固定化技術，製成高效、穩定、緩釋的生物酶煙用添加劑，生物酶選擇過氧化氫酶，固定化劑可選擇多孔澱粉、殼聚糖、殼聚糖衍生物等。
[0006]高活性抗氧化劑自氧化失活快、壽命短、適宜溫度範圍窄，通過固定化處理後可增強其穩定性，保留較高的酶活性，具有更強的溫度適應能力和更寬的PH適應範圍。由於酶的高活性，添加至濾嘴或菸絲中的添加劑量較小，煙氣經過濾嘴後捲菸原有的香氣味道沒有被改變，不會破壞消費者的抽吸感受，易被廣大消費者認可和接受；同時，此改性濾嘴可不需製成複合濾嘴，投入生產不需要巨大的設備改造投資。
[0007]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑及其製備方法和應用，用於解決現有技術中的問題。
[0008]本發明第一方面提供一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑選自多孔澱粉、殼聚糖或殼聚糖衍生物等中的一種或多種的組合。
[0009]本發明第二方面提供所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑為多孔澱粉，所述製備方法包括如下步驟:
[0010]I)將多孔澱粉加入過氧化氫酶溶液中，室溫下充分攪拌後放入冰箱冷藏過夜；
[0011]2)將步驟I所得產物固液分離，所得沉澱水洗後抽濾、乾燥，研磨過篩即得固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0012]優選的，所述步驟I中，多孔澱粉和過氧化氫酶溶液的投料比為Ig:8-12ml。
[0013]更優選的，所述步驟I中，將多孔澱粉加入過氧化氫酶溶液中以後，調酶液總體積至 20ml。
[0014]優選的，所述步驟I中，所述過氧化氫酶溶液的酶活性濃度為l*104CIU/ml，溶劑為中性磷酸緩衝液，濃度為0.05mol/L。
[0015]優選的，所述步驟I中，攪拌的時間為6-10h。
[0016]優選的，所述步驟I中，冰箱冷藏過夜的溫度為0°C。
[0017]優選的，所述步驟2中，將步驟I所得產物固液分離的具體方法為:將步驟I所得產物離心後棄上清液。
[0018]優選的，所述步驟2中，所得沉澱水洗的具體方法為:用去離子水反覆衝洗。
[0019]優選的，所述步驟2中，乾燥的溫度為35_45°C。
[0020]優選的，所述步驟2中，過篩的具體條件為過80目篩。
[0021]本發明第三方面提供所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑為殼聚糖或殼聚糖衍生物，所述製備方法包括如下步驟:
[0022]I)先將殼聚糖或殼聚糖衍生物溶於冰醋酸水溶液中，再在所得溶液中加入NaOH水溶液，使其產生白色絮狀沉澱；
[0023]2)固液分離，將所得沉澱水洗至中性，過濾後即得殼聚糖載體；
[0024]3)將所得殼聚糖載體加入戊二醛溶液中，充分攪拌後靜置，再過濾、水洗；
[0025]4)將步驟3所得產物加入磷酸緩衝液中，再加入過氧化氫酶溶液，充分攪拌後靜置，再抽濾、乾燥，研磨過篩即得固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。[0026]優選的，所述步驟I中，殼聚糖的平均分子量為2X 105-5X 105。
[0027]優選的，所述步驟I中，冰醋酸水溶液的濃度為0.8-1.2wt%。
[0028]優選的，所述步驟I中，NaOH水溶液的濃度為1.5-2.5mol/L。
[0029]優選的，所述步驟I中，殼聚糖或殼聚糖衍生物、冰醋酸水溶液、NaOH水溶液的投料比為 3g:1000-1200ml:4_6ml。
[0030]優選的，所述步驟3中，戊二醛溶液為戊二醛水溶液，濃度為4_6wt%。
[0031]優選的，所述步驟3中，殼聚糖載體、戊二醛溶液的投料比為Ig:120-180ml。
[0032]優選的，所述步驟3中，攪拌的溫度為室溫，靜置的時間長度為6_8h。
[0033]所述步驟3中，水洗的目的為洗去多餘的戊二醛。
[0034]優選的，所述步驟4中，磷酸緩衝液的pH為6.0-8.0，濃度為0.05mol/L。
[0035]優選的，所述步驟4中，過氧化氫酶溶液的活性為l*104CIU/ml，溶劑為中性磷酸緩衝液，濃度為0.05mol/L。
[0036]優選的，所述步驟4中，步驟3所得產物、磷酸緩衝液、過氧化氫酶溶液的投料比為Ig:40-50ml:14-18ml。
[0037]優選的，所述步驟4中，攪拌的溫度為室溫，靜置的時間長度為5_7h。
[0038]優選的，所述步驟4中，乾燥的溫度為35_45°C。
[0039]優選的，所述步驟4中，過篩的具體條件為過80目篩。
[0040]本發明所提供的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法中，殼聚糖採取先交聯後吸附的方式固定，即殼聚糖先與交聯劑戊二醛充分交聯後再吸附過氧化氫酶，較現有的先吸附後交聯的方法有更高的固定化率。
[0041]本發明第四方面提供所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法在菸草製備領域的應用。
[0042]本發明第五方面提供一種降低煙氣中氣相自由基含量的方法，將所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法所製備的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴或均勻噴灑至菸絲中。
[0043]優選的，添加至醋酸纖維濾嘴時，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的添加量為醋酸纖維絲束重量的0.2wt%-l.5wt%之間，最佳添加量為0.5wt%。
[0044]更優選的，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴的具體方法為:在絲束制眾過程中添加，製成改性濾嘴。
[0045]更優選的，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴的具體方法為:在紡絲上油過程中添加至醋酸纖維濾嘴表面製成改性濾嘴。
[0046]更優選的，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴的具體方法為:將添加劑以可破裂膠囊的形式加於濾嘴中，製成改性濾嘴。
[0047]更優選的，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴的具體方法為:以粉末的形式將添加劑含於濾嘴中製成複合濾嘴。
[0048]優選的，均勻噴灑至菸絲時，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的添加量為菸絲重量的0.2wt%-l.5wt%，最佳添加量為0.5wt%。
[0049]將本發明所提供的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑製成功能性濾嘴後抽吸檢測，捲菸主流煙氣經此濾嘴過濾後氣相自由基含量下降35%-43%，捲菸常規指標吸阻、菸鹼、焦油及CO無明顯變化。評吸此功能性濾嘴的捲菸刺激性略有降低，原有的煙氣香味基本不變。
[0050]本發明中，過氧化氫酶經過環保無毒的固定化劑處理，固定化處理後酶穩定性好、能有效祛除捲菸煙氣中的自由基，減害的同時保證醋酸纖維的可紡性、單絲強度、延伸率等不受影。
【具體實施方式】
[0051]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0052]須知，下列實施例中未具體註明的工藝設備或裝置均採用本領域內的常規設備或裝置；所有壓力值和範圍都是指絕對壓力。
[0053]此外應理解，本發明中提到的一個或多個方法步驟並不排斥在所述組合步驟前後還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關係並不排斥在所述組合設備/裝置前後還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還可以插入其他設備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑑別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容的情況下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0054]實施例1
[0055]將Ig多孔澱粉加入IOml過氧化氫酶液中，酶活性濃度為l*104CIU/ml，補充適量磷酸緩衝溶液(0.05mol/L, pH7.0)至酶液體積為20ml。室溫下攪拌8h後放入冰箱(TC冷藏過夜，離心後棄上清液，沉澱用去離子水反覆衝洗後抽濾，40°C乾燥，研磨過80目篩得到多孔澱粉固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0056]將此煙用添加劑通過絲束製漿過程製備成功能性醋酸纖維絲束，添加量絲束重量的lwt%，所得醋酸纖維絲束的可紡性、單絲強度、延伸率沒有明顯改變。絲束被製成濾嘴後與無濾嘴的捲菸連接而製成低自由基捲菸，用無添加的同型號捲菸作為對照煙，吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為36%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無濾嘴的捲菸，其香氣味道沒有明顯改變，刺激性略有降低。
[0057]實施例2
[0058]稱取3g殼聚糖溶於lLlwt%的冰醋酸中，加入2mol/L NaOH水溶液5ml，使其產生白色絮狀沉澱，抽濾後沉澱水洗至中性，再抽濾脫水製成殼聚糖載體。取Ig該載體，加入150ml5wt%戊二醛溶液，在室溫下攪拌，靜置8h，洗去多餘戊二醛，抽濾，再加入50ml磷酸緩衝溶液(0.05mol/L,pH7.0)和16ml酶活性濃度為l*104CIU/ml過氧化氫酶溶液，在室溫下攪拌，靜置6h後抽濾，40°C乾燥，研磨過80目篩得到殼聚糖固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0059]用幹法(粉末添加)添加上述添加劑於捲菸的醋酸纖維絲束中，添加量為1.2mg,添加量為絲束重量的0.7wt%，所得醋酸纖維絲束的可紡性、單絲強度、延伸率沒有明顯改變。吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為39%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無添加的空白濾嘴捲菸，煙氣變得更柔和，香氣味道沒有明顯改變。
[0060]實施例3
[0061]將Ig多孔澱粉加入8ml過氧化氫酶液中，酶活性濃度為l*104CIU/ml，補充適量磷酸緩衝溶液(0.05mol/L,pH7.0)至酶液體積為20ml。室溫下攪拌IOh後放入冰箱(TC冷藏過夜，離心後棄上清液，沉澱用去離子水反覆衝洗後抽濾，45°C乾燥，研磨過80目篩得到多孔澱粉固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0062]將此煙用添加劑通過紡絲上油過程添加至醋酸纖維濾嘴，添加量絲束重量的
1.5wt%，所得醋酸纖維絲束的可紡性、單絲強度、延伸率沒有明顯改變。濾嘴與捲菸連接製成低自由基捲菸，用無添加的同型號捲菸作為對照煙，吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為37%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無濾嘴的捲菸，其香氣味道沒有明顯改變，刺激性略有降低。
[0063]實施例4
[0064]將Ig多孔澱粉加入12ml過氧化氫酶液中，酶活性濃度為l*104CIU/ml，補充適量磷酸緩衝溶液(0.05mol/L, pH7.0)至酶液體積為20ml。室溫下攪拌6h後放入冰箱(TC冷藏過夜，離心後棄上清液，沉澱用去離子水反覆衝洗後抽濾，35°C乾燥，研磨過80目篩得到多孔澱粉固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0065]將此煙用添加劑通過絲束製漿過程製備成功能性醋酸纖維絲束，添加量絲束重量的0.2wt%，所得醋酸纖維絲束的可紡性、單絲強度、延伸率沒有明顯改變。絲束被製成濾嘴後與無濾嘴的捲菸連接而製成低自由基捲菸，用無添加的同型號捲菸作為對照煙，吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為30%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無添加的空白濾嘴捲菸，煙氣變得更柔和，香氣味道沒有明顯改變。
[0066]實施例5
[0067]稱取3g殼聚糖溶於1.2L0.8wt%的冰醋酸中，加入1.5mol/L NaOH水溶液6ml，使其產生白色絮狀沉澱，抽濾後沉澱水洗至中性，再抽濾脫水製成殼聚糖載體。取Ig該載體，加入180ml4wt%戊二醛溶液，在室溫下攪拌，靜置6h，洗去多餘戊二醛，抽濾，再加入40ml磷酸緩衝溶液(0.05mol/L,pH7.0)和14ml酶活性濃度為l*104CIU/ml過氧化氫酶溶液，在室溫下攪拌，靜置7h後抽濾，45°C乾燥，研磨過80目篩得到殼聚糖固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0068]將此煙用添加劑通過絲束製漿過程製備成功能性醋酸纖維絲束，添加量絲束重量的0.5wt%，所得醋酸纖維絲束的可紡性、單絲強度、延伸率沒有明顯改變。絲束被製成濾嘴後與無濾嘴的捲菸連接而製成低自由基捲菸，用無添加的同型號捲菸作為對照煙，吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為38%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無添加的空白濾嘴捲菸，煙氣變得更柔和，香氣味道沒有明顯改變。
[0069]實施例6
[0070]稱取3g殼聚糖溶於1L1.2wt%的冰醋酸中，加入2.5mol/L NaOH水溶液4ml，使其產生白色絮狀沉澱，抽濾後沉澱水洗至中性，再抽濾脫水製成殼聚糖載體。取Ig該載體，力口入120ml6wt%戊二醛溶液，在室溫下攪拌，靜置8h，洗去多餘戊二醛，抽濾，再加入50ml磷酸緩衝溶液(0.05mol/L,pH7.0)和18ml酶活性濃度為l*104CIU/ml過氧化氫酶溶液，在室溫下攪拌，靜置5h後抽濾，35°C乾燥，研磨過80目篩得到殼聚糖固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
[0071]將此煙用添加劑均勻噴灑於菸絲中，添加量為菸絲重量的0.5wt%，菸絲被製成低自由基濾嘴捲菸，用無添加的同型號濾嘴捲菸作為對照煙，吸菸機抽吸後測定氣相自由基含量，發現氣相自由基的清除率為38%。另外，評吸發現，低自由基捲菸相對於無添加的空白濾嘴捲菸，煙氣變得更柔和，香氣味道沒有明顯改變。
[0072]綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0073]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種固定化的過氧化氫酶煙用添加劑，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑選自多孔澱粉、殼聚糖或殼聚糖衍生物中的一種或多種的組合。
2.如權利要求1所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑為多孔澱粉，所述製備方法包括如下步驟: 1)將多孔澱粉加入過氧化氫酶溶液中，室溫下充分攪拌後放入冰箱冷藏過夜； 2)將步驟I所得產物固液分離，所得沉澱水洗後抽濾、乾燥，研磨過篩即得固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
3.如權利要求2所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，多孔澱粉和過氧化氫酶溶液的投料比為Ig:8-12ml。
4.如權利要求1所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述固定化的過氧化氫酶煙用添加劑中，固定化試劑為殼聚糖或殼聚糖衍生物，所述製備方法包括如下步驟: 1)先將殼聚糖或殼聚糖衍生物溶於冰醋酸水溶液中，再在所得溶液中加入NaOH水溶液，使其產生白色絮狀沉澱； 2)固液分離，將所得沉澱水洗至中性，過濾後即得殼聚糖載體； 3)將所得殼聚糖載體加入戊二醛溶液中，充分攪拌後靜置，再過濾、水洗； 4)將步驟3所得產物加入磷酸緩衝液中，再加入過氧化氫酶溶液，充分攪拌後靜置，再抽濾、乾燥，研磨過篩即得固定化的過氧化氫酶煙用添加劑。
5.如權利要求4所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述步驟I中，殼聚糖或殼聚糖衍生物、水溶液冰醋酸、NaOH水溶液的投料比為3g:1000-1200ml:4_6ml。
6.如權利要求4所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述步驟3中，殼聚糖載體、戊二醛溶液的投料比為Ig:120-180ml。
7.如權利要求4所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法，所述步驟4中，步驟3所得產物、磷酸緩衝液、過氧化氫酶溶液的投料質量比為Ig:40-50ml:14_18ml。
8.如權利要求2-7任一權利要求所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法在菸草製備領域的應用。
9.一種降低煙氣中氣相自由基含量的方法，將權利要求2-7任一權利要求所述的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑的製備方法所製備的固定化的過氧化氫酶煙用添加劑添加至醋酸纖維濾嘴或均勻噴灑至菸絲中。
【文檔編號】A24B15/30GK103535852SQ201310493334
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】劉劍, 鄒西梅, 萬強, 毛寒冰, 金晶 申請人:貴州中煙工業有限責任公司