甲酸降解淀粉和蛋白質對煙葉品質的提升

林 云 羅思維 歐陽璐斯 陳森林賴燕華 陶 紅林寶敏 賈立山

(1. 廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，廣東 廣州 510385；2. 廈門大學，福建 廈門 361005)

煙葉在生長過程中會累積淀粉和蛋白質作為其重要的生物質來源[1]，若煙葉中的淀粉和蛋白質含量過高則會導致卷煙感官品質下降。目前，中國煙葉普遍存在經烤制加工后淀粉和蛋白質殘留量仍然過高的問題[2-5]，使得煙葉在吸食過程中有難聞的焦油氣味和辛辣、苦澀感，燃燒性能不好[6]。雜氣與煙葉淀粉含量呈極顯著正相關，煙葉淀粉含量越大，雜氣越重[7]。現(xiàn)有降解淀粉和蛋白質的主要方法為發(fā)酵法、臭氧法和紫外光法，這些方法雖可降低淀粉和蛋白質含量，但有一定的缺陷[8-11]。發(fā)酵法引入的其他成分與煙葉分離工藝復雜，殘存的一些成分會影響卷煙的食味[12]。臭氧法和紫外光法容易使煙葉宏觀織構產生變化，降低其可加工性。實際生產中，煙葉中的淀粉和蛋白質的降解不但要考慮結果的有效性[13-15]，同時更要注重處理過程對煙葉品質整體性的改善。

甲酸是煙氣中本身就存在的關鍵酸味物質之一，與煙葉的相容性好，在煙葉燃燒過程中不會產生新的有害煙氣成分[16]。GB 2760—2014中，甲酸為允許使用的食品用合成香料，其對食品中的細菌性病原體有抑制或降低作用。研究擬利用甲酸有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質，觀察煙葉的外觀質量和微觀結構變化，并對降解后煙葉的感官品質進行評價，旨在為提升煙葉品質提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與原料

甲酸：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

復烤煙：2個濃香型(2015湖南B2F，2015湖南C3F)、2個中間香型[2015貴州B2F(B2)，2014貴州C3F]和2個清香型(2015云南普洱B2F，2015云南普洱C3F)，廣東中煙工業(yè)有限責任公司。

1.2 儀器與設備

電子天平：BS-124-S型，北京賽多利斯股份公司；

空氣壓縮機：ACO-003型，廣東日生集團有限公司；

雙制式生化培養(yǎng)箱：SPX-150A-JBS型，上海天恒醫(yī)療器械有限公司；

掃描電鏡：Hitachi S-4800型，日本日立公司；

壓片機：GS15011 SPECAC LTD型，英國能譜公司；

傅里葉變換紅外光譜儀：Nicolet Avatar 330型，賽默飛世爾科技有限公司；

雙光束紫外可見分光光度計：TU-1901型，北京普析通用儀器有限公司；

酶標儀：Spectra Max M5 SMP 500-1725型，美谷分子儀器有限公司；

實驗室煙葉切絲機：QS-2A型，鄭州嘉德機電科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 煙葉的甲酸處理 煙葉樣品置于濕度為(60±2)%，溫度為(22±2) ℃的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h，取出，50 ℃下分別將5%，10%，20%的甲酸—水溶液通過壓縮空氣輸送均勻噴淋在煙葉上，相對于煙葉的甲酸溶液噴淋量為0.2 mL/g，處理時間5 min，處理后將煙葉轉移至上述恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h。以噴淋等量純水的煙葉作為對照組。

1.3.2 煙葉品質分析

(1) 煙葉外觀質量與微觀結構：按GB 2635—1992的方法對煙葉的葉片結構、身份、油分和色度進行評估。采用SEM法進行微觀結構掃描。

(2) FTIR：將煙葉樣品與溴化鉀以質量比1∶50混合后研磨成粉末，經壓片機壓片后，采用傅里葉變換紅外光譜儀進行FTIR檢測分析。光譜采集范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64。

(3) 淀粉和蛋白質含量：分別采用碘顯色法[17]和三氯乙酸沉淀法[18]。

(4) 感官評吸：用切絲機將煙葉切成(0.9±0.1) mm的煙絲后制備卷煙樣品，參照YCT 138—1998進行感官評吸。評吸人數(shù)不少于7人，依照勁頭、濃度、細膩柔和程度、成團性、香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、余味及回甜等指標進行評分，記錄抽吸過程中的感官感受。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結果與討論

2.1 煙葉外觀質量與微觀結構

2.1.1 外觀質量 試驗表明，經5%，10%，20%甲酸—水溶液噴灑處理后煙葉的葉片結構、身份、油分與對照樣品幾乎沒有差別，僅色度略微變深，但不影響煙葉的宏觀結構，甲酸處理后的葉片沒有出現(xiàn)傳統(tǒng)紫外或臭氧處理常見的葉片變脆的問題，仍維持了良好的加工性能。煙葉顏色變深可能是甲酸作用于煙葉生成的中間產物糖類與氨基酸發(fā)生美拉德反應，產生了棕色色素。實際生產中，美拉德反應是卷煙香味激發(fā)的一個重要方式；而現(xiàn)有工藝中，美拉德反應通常依賴于糖料的添加，但有研究[19]指出，隨著煙葉外加糖的增加，焦油量會逐漸增大，雙糖和多糖還易使卷煙出現(xiàn)易吸濕、燃燒不完全的問題。甲酸的添加則不同于直接添加糖料，后續(xù)的感官評吸過程中并沒有發(fā)現(xiàn)上述問題，可能是因為甲酸所引發(fā)的美拉德反應是一個相對間接且動態(tài)性較強的過程，中間產物糖類生成時便可與氨基酸逐步反應生成致香成分，能較好地避免糖料量及種類添加不當所導致的各種問題。

2.1.2 微觀結構 由圖1可知，經5%，10%甲酸—水溶液噴灑處理后的煙葉與對照組無明顯區(qū)別，但當甲酸濃度增加至20%時，煙葉表面組織平滑度下降，細胞輪廓變模糊，析出一些小顆粒物質，并出現(xiàn)膠溶聚集現(xiàn)象。說明瞬時酸濃度過大會對葉片細胞的微觀結構產生一定影響，但對煙葉的宏觀結構和加工性能無影響。為排除潛在的不良影響，甲酸溶液的噴灑濃度原則上以5%～10%為宜。

圖1 煙葉經甲酸處理前后的SEM(2015湖南B2F)

2.2 FTIR分析

a. 甲酸 b. 對照組煙葉 c. 經10%甲酸處理后的煙葉

2.3 淀粉和蛋白質含量

由表1可知，選用的6種煙葉經甲酸處理后，淀粉和蛋白質含量都有一定程度的下降，且其降解率與甲酸溶液濃度呈正相關。經5%甲酸處理后煙葉的淀粉和蛋白質含量顯著低于(P<0.05)對照組。隨著甲酸濃度的增加，煙葉中的淀粉和蛋白質的降解幅度更大。相同濃度的甲酸溶液對6種煙葉樣品的淀粉和蛋白質的降解效果不一，以經5%甲酸溶液處理的煙葉為例，6種煙葉中淀粉降解率為4.30%～29.48%，蛋白質降解率為16.11%～34.84%。從香型而言，濃香型煙葉本身的淀粉含量較高，在相同的甲酸濃度下，其降解率略低于中間香型和清香型。從煙葉部位而言，上部煙的蛋白質降解率普遍低于中部煙，可能是由于不同部位煙葉的表面吸附程度和內部結構差異所致?？傮w而言，甲酸能夠有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質，實際生產中，可通過調整甲酸溶液的濃度來調整醇化強度。

表1 不同甲酸濃度下降解煙葉的淀粉和蛋白質含量

2.4 感官評吸

由表2可知，與對照組相比，經10%甲酸處理的煙葉的香氣質、香氣量、雜氣和煙氣細膩程度顯著提升。主要原因有：① 由于淀粉和蛋白質原本就會給煙氣帶來不良的吸食感覺，二者含量的降低能直接減少煙葉雜氣，降低刺激性；② 淀粉和蛋白質分解后，降解產物為糖類和氨基酸，這些產物在一定的溫度下能發(fā)生美拉德反應，使煙葉香氣質和香氣量有所提升。從香型而言，各煙葉感官質量改善的幅度有所區(qū)別，清香型的總體提質效果不如濃香型和中間香型，僅為0.5分的提升，而濃香型和中間香型可達1.2～2.7分的提升。這可能是因為清香型的煙葉淀粉含量基礎值低于濃香型和中間香型，且云南的煙葉普遍含糖量較高，品質佳，可改善的空間相對較小。

表2 經10%甲酸—水溶液處理的煙葉感官評吸值?

3 結論

研究利用不同濃度的甲酸處理煙葉，并分析其外觀質量、微觀結構、化學成分和感官評價，得出以下結論：

(1) 甲酸的添加能有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質，二者的降解率與甲酸溶液濃度呈正相關。實際應用中，建議以5%～10%的甲酸為宜，過高的濃度會對煙葉微觀結構和吸食感受產生不良影響。相同甲酸處理濃度下，不同煙葉的降解率差別較大，其確切機理和變化規(guī)律還需進一步研究。

(2) 對于不同香型的煙葉，該方法的提質效果有所區(qū)別，后續(xù)可對煙葉致香成分進行分析，摸索不同香型煙葉香味的變化規(guī)律。

(3) 甲酸能與煙葉中的煙堿發(fā)生不同程度的中和反應，當酸濃度較低時，煙堿值的下降幅度對煙葉的感官風格特征沒有明顯影響，加大酸濃度則會使得濃度和勁頭逐步下降。因此，可根據(jù)實際需求來控制甲酸濃度，對于煙堿適中的中部煙和上部煙，宜使用較低濃度的甲酸溶液，而對于個別煙堿過高，雜氣和刺激性強的上部煙而言，可適當加大酸濃度。若加大酸濃度，則需要解決煙氣有酸味的問題，可在反應一段時間后嘗試采用鼓風或烘烤等方法去除部分甲酸。此外，由于下部煙的淀粉和蛋白質含量普遍較低，不建議使用該方法對其進行醇化處理。

(4) 適度的甲酸處理不會改變煙葉的加工性能，相較于以往研究中常用的加工方式，甲酸噴淋法能更好地兼顧加工過程的效率和結果的完整性。若應用于實際生產中，其可操作性強，易于流程化、標準化，后續(xù)可優(yōu)化溫度、醇化時間等工藝參數(shù)，使該方法能更好地與實際生產相結合。