廢棄上部鮮煙葉美拉德反應制備特色煙用香料

許春平，冉盼盼，曾 穎，馬擴彥，譚蘭蘭，申屠洪釬，戴 亞

（1.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002；2.四川中煙工業(yè)有限責任公司技術研發(fā)中心，四川 成都 610060；3.重慶中煙工業(yè)有限責任公司技術研發(fā)中心，重慶 400060）

我國是卷煙生產(chǎn)大國，工業(yè)使用需要可用性高的煙葉，煙葉生長期通過打頂，頂部煙葉被直接廢棄［1-3］。煙田廢棄物處理不當不僅造成環(huán)境污染，也造成對資源的浪費。趙銘欽等［4］用調(diào)制后的煙葉產(chǎn)生的廢棄物可以提取浸膏，并應用于卷煙加香中。但是，關于打頂后的煙葉利用少有報道。鮮煙葉中含有的有機酸、酚類、類脂、甾醇類和萜類化合物是煙草香味成分的重要來源，其轉化、降解的產(chǎn)物也多是致香成分；而鮮煙葉中含有的一些色素、糖類、氨基酸類等則可以在煙葉的調(diào)制及燃吸過程中分解或結合為香味成分［5-6］。如何將鮮煙葉中的有效成分進行提取以及轉化出香味成分是一個有待解決的問題［7］。本研究通過提取鮮煙葉浸膏并對浸膏進行美拉德反應增香制備煙用香料，并對香料的揮發(fā)性香味成分進行分析，進一步驗證香料的增香效果，為大田廢棄煙葉的利用提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

上部廢棄鮮煙葉（豫煙十號）；廣西中煙有限責任公司真龍（珍品）葉組配方空白煙；乙醇、磷酸、氫氧化鉀購自天津市風船化學試劑科技有限公司，甲基硅油（常州龍城有機硅有限公司），丙二醇（東營市?？菩略椿び邢挢熑喂荆?.8211 moL/mL乙酸苯乙酯，無水硫酸鈉（天津市凱通化學試劑有限公司）、二氯甲烷，以上試劑均為分析純。粉碎機（上海冰都電器有限公司），電動攪拌器（金壇市華峰儀器有限公司），TDZ5-WS低速多管架自動平衡離心機（長沙高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)湘儀離心機儀器有限公司），TGL-16MS臺式高速冷凍離心機（上海盧湘儀離心機儀器有限公司），循環(huán)水式真空泵（北京市中興偉業(yè)儀器有限公司），旋轉蒸發(fā)儀（上海愛朗儀器有限公司），便攜式密度計（奧地利安東帕（中國）有限公司），電熱恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司），DragonLab MS-H280-Pro型磁力攪拌器（大龍興創(chuàng)實驗儀器（北京）有限公司），LHS-50CL恒溫恒濕箱（上海一恒科學儀器有限公司），Agilent 6890GC/5973MS 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國 Agilent 公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料預處理 將從大田新鮮采摘的上部廢棄煙葉攤開放入烘箱中，105℃烘烤15 min殺青處理［8］，40℃烘干24 h，打粉，過0.250 mm孔篩，置于干燥鍋中，備用。

1.2.2 浸膏制備［9］浸膏提取制備過程見圖1。

1.2.3 浸膏美拉德反應單因素試驗 溫度對美拉德反應的影響：準確稱取2 mL煙葉浸膏，加入2.5 mL丙二醇，0.2 g果糖，KOH溶液調(diào)pH至8，反應時間為180 min，反應溫度分別為80、100、120、140℃［9］。

圖1 浸膏提取步驟

pH對美拉德反應的影響：pH值分別為6、8、10、12，反應溫度100℃，反應時間為180 min，方法同上。反應時間對美拉德反應的影響：加熱時間分別為60、120、180、240 min，pH值為8，反應溫度為100℃。

制備好的煙用香料取葉組配方重量的1%，注射加入空白葉組配方卷煙中，每組煙用香料制成10支煙。放入恒溫恒濕箱中平衡48 h以上，按照表1進行評吸打分［10］。

1.2.4 浸膏美拉德反應正交試驗 根據(jù)單因素試驗結果進行正交實驗，得到最優(yōu)制備條件。正交試驗因素水平設計見表2，按上述方法添加進葉組配方，平衡后進行評吸。

1.2.5 煙用香料揮發(fā)性香味成分GC/MS分析 將得到的評吸最優(yōu)組進行同時蒸餾萃取提取揮發(fā)性香味成分，然后GC/MS分析。色譜柱條件：色譜柱為HP-5MS色譜柱（30 m× 250 μm ×0.25 μm），進樣口溫度：280℃，分流比10∶1，進樣量1 μL，載氣：氦氣，載氣流量為：10 mL/min，升溫程序為：初始溫度：40℃，保持時間0 min；4℃/min升溫至60℃，保持5 min；3℃/min升溫至75℃，保持0 min；8℃/min升溫至90℃，保持5 min；2℃/min升溫至110℃，保持15 min；8℃/min升溫至260℃，保持5 min；質(zhì)譜條件：EI源，接口溫度270℃，溶劑延遲：8.5 min，MS四極桿溫度：150℃；采集模式：掃描［11］。

數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 21.0軟件S-N-K檢驗分析，正交試驗采用主體間效應檢驗。

表1 卷煙感官質(zhì)量評判標準

表2 美拉德反應制備煙用浸膏正交試驗因素水平

2 結果與分析

2.1 美拉德反應單因素試驗結果

選取反應溫度、pH、加熱時間3個因素、以評吸得分為指標進行試驗。單因素試驗結果見表3、表4和表5?？瞻讓φ赵u吸得分為70，其中感官質(zhì)量表現(xiàn)為刺激性大、沒有明顯的香氣，未進行美拉德反應的浸膏組評吸得分為75，感官質(zhì)量表現(xiàn)為刺激性、雜氣均較大，有香氣，但表現(xiàn)不明顯。從表3可以看出，通過對浸膏進行美拉德反應可以提高浸膏的感官質(zhì)量，從而應用于卷煙加香中。隨著溫度升高，感官質(zhì)量有所提升，其中香氣的增加較多，但溫度過高，到120℃時雖然香氣較多但出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的苦澀氣息。選擇100～120℃進行正交試驗。同樣，pH值選擇8～12進行正交試驗，加熱時間選擇120～240 min。

表3 不同反應溫度制備的香料加香評吸結果

表4 不同pH值制備的香料加香評吸結果

表5 不同加熱時間制備的香料加香評吸結果

2.2 美拉德反應正交試驗結果分析

由單因素試驗結果選取各試驗因素水平，進行正交試驗優(yōu)化。正交試驗結果見表6，極差分析結果表明，3個因素對評吸得分的影響大小為B＞C＞A，pH對美拉德反應制備的香料質(zhì)量影響最大，時間次之，溫度最小。通過極差分析得最優(yōu)條件為反應溫度120℃、pH=12、加熱時間180 min，進行驗證實驗，驗證試驗結果見表7，結果優(yōu)于正交試驗各組，優(yōu)化條件合理。

表6 美拉德反應制備煙用浸膏正交試驗結果極差分析

表7 正交實驗結果方差分析

在最優(yōu)條件下制備香料的感官評吸結果：光澤45分、香氣31分、協(xié)調(diào)55分、雜氣11分、刺激性19分、余味22分，總分達93分。

2.3 煙用香料GC/MS結果分析

通過對浸膏進行美拉得反應，經(jīng)GC-MS分析共鑒定出29種物質(zhì)，其中吡嗪類4種，醇類6種，酯類3種，醛類2種，酮類2種，烯類2種，胺類1種（表8）。其中含最最高的是煙堿，其香味物質(zhì)如巨豆三烯酮、芐醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香橙烯等成分，香氣濃度大，香氣閾值低，是煙草中關鍵的致香物質(zhì)，對煙草香氣貢獻突出［5，12-13］。將廢棄煙葉經(jīng)過處理后得到含有致香物質(zhì)的香料，可以成為煙草香料的物料來源，為卷煙的實際生產(chǎn)提供新方向。

3 結論

本試驗從打頂產(chǎn)生的大田廢棄煙葉中提取出浸膏，并對浸膏進行美拉德反應增香，從而制備煙用香料。通過評吸試驗得到品質(zhì)較高的香料組，將其進行GC/MS揮發(fā)性香味成分分析，其中吡嗪類4種，醇類6種，酯類3種，醛類2種，酮類2種，烯類2種，胺類1種。其中含最高的是煙堿，其香味物質(zhì)如巨豆三烯酮、芐醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香橙烯等成分，香氣濃度大，香氣閾值低，是煙草中關鍵的致香物質(zhì)，證明浸膏經(jīng)美拉德增香后含有大量的煙草香味物質(zhì)。

品質(zhì)最好的香料組的制備條件為溫度120℃、pH=12、加熱時間180 min。與未添加任

何香料的空白組對比，該香料的添加能顯著增加卷煙的感官質(zhì)量，且進行美拉德反應有助于香料感官品質(zhì)的提升。

表8 利用GC-MS分析制備香料的揮發(fā)性香氣成分

大田煙葉廢棄物作為一種可利用資源，其本身具有與煙草香味相符合的產(chǎn)香潛力。將其內(nèi)在成分進行開發(fā)利用，不僅提高資源的可利用率，也能對煙草增香提供新思路和途徑。

［1］饒國華，趙謀明，林偉鋒，等.中國低次煙葉資源綜合利用研究［J］.資源科學，2005（5）：120-127.

［2］朱尊權.提高上部煙葉可用性是促“卷煙上水平”的重要措施［J］.煙草科技，2010（6）：5-9，31.

［3］唐遠駒.關于煙葉的可用性問題［J］.中國煙草科學，2007（1）：1-5.

［4］趙銘欽，韓富根，董志堅，等.香料煙浸膏提取工藝條件研究［J］.煙草科技，1999（3）：11-13.

［5］韓富根.煙草化學［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.

［6］高家合，秦西云，譚仲夏，等.煙葉主要化學成分對評析質(zhì)量的影響［J］.山地農(nóng)業(yè)生物學報，2004，23（6）：497-501.

［7］劉立全，王月霞.梅拉德反應在煙草增香中的應用研究進展［J］.煙草科技，1994（6）：21-24.

［8］李躍平，徐興陽，高福宏，等.烤煙成熟鮮煙葉10種化學成分受海拔與葉位的影響研究［J］.西南農(nóng)業(yè)學報，2012（5）：1620-1624.

［9］趙銘欽，劉國順，于建春，等.香料煙浸膏提取工藝及其應用效果研究［J］.河南農(nóng)業(yè)大學學報，1998（S1）：46-50.

［10］GB 5606.4-2005，卷煙 第四部分：感官技術要求［S］.

［11］謝劍平，趙明月，吳鳴，等.白肋煙重要香味物質(zhì)組成的研究［J］.煙草科技，2002（10）：3-16.

［12］毛多斌，馬余平，梅業(yè)安.卷煙配方和香精香料［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001.

［13］史宏志，劉國順.煙草香味學［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.