制絲在線添加復(fù)合生物酶對膨脹煙絲感官質(zhì)量及適用性的影響

退廣俊 寧偉 徐赫男 黃利婷 戴光

摘要：為提高膨脹煙絲的感官質(zhì)量，增加其在卷煙葉組配方中的使用比例，本研究以遼寧產(chǎn)膨脹煙絲模塊為研究對象，設(shè)計并篩選出最優(yōu)復(fù)合酶制劑配方，通過制絲在線添加試驗，對加酶效果進(jìn)行評價，并在人民大會堂（硬紅）葉組中進(jìn)行應(yīng)用。結(jié)果表明，加酶處理后，膨脹煙絲的木質(zhì)氣、枯焦氣明顯下降;淀粉、蛋白質(zhì)和煙堿含量下降;總糖、還原糖及致香物質(zhì)成分含量增加;加酶后的膨脹煙絲在“硬紅”葉組配方中的摻兌比例由209%提高到了25%。在線添加生物酶可以顯著提升膨脹煙絲的感官質(zhì)量和配伍性，提高其使用比例，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：復(fù)合生物酶;膨脹煙絲;感官質(zhì)量

膨脹煙絲作為卷煙葉組配方的重要原料之因其生產(chǎn)工藝原因，普遍存在著香氣量不足，香氣單調(diào)，木質(zhì)、枯焦等雜氣明顯等感官質(zhì)量缺陷叫嚴(yán)重制約了其在葉組配方中的使用比例。為了提高膨脹煙絲的感官品質(zhì)，進(jìn)一步提高其適用性，煙草企業(yè)通常采用改進(jìn)膨脹工藝、添加香精香料、生物醇化等技術(shù)手段以提升其感官質(zhì)量。利用生物酶提升煙葉感官質(zhì)量的研究已有較多報道21，但目前的研究大都停留在實驗室探索階段，而其在卷煙生產(chǎn)中規(guī)模化運用的案例卻鮮有報道。其主要原因是生物酶的起效需要一定的作用時間，嗨活性的保持對溫度要求比較嚴(yán)格，酶的滅活需在高溫下進(jìn)行。因而，找到生物酶在卷煙生產(chǎn)中合適的添加工藝節(jié)點，并與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝設(shè)備相適應(yīng)，是實現(xiàn)生物醇化技術(shù)在卷煙生產(chǎn)中規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

本研究以遼寧產(chǎn)膨脹煙絲模塊為試驗材料，針對其香氣單薄、木質(zhì)氣重、刺激性大等感官質(zhì)量缺陷，結(jié)合現(xiàn)有制絲工藝條件和參數(shù)，首先通過實驗室小試設(shè)計并篩選出最優(yōu)復(fù)合酶制劑配方，再在制絲線進(jìn)行在線添加試驗，并對在線加酶效果進(jìn)行評價，旨在探索制絲線加酶工藝對提升膨脹煙絲感官品質(zhì)方面的作用，以提高膨脹煙絲的添加比例，降本增效;同時為生物酶在制絲線上的規(guī)?；瘧?yīng)用提供科學(xué)、客觀的工藝參數(shù)和使用方法。

1材料與方法

1.1供試材料

供試用2019年遼寧膨脹煙絲模塊和人民大會堂（硬紅）葉組模塊由紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司提供;復(fù)合生物酶由康贊（北京）生物科技有限公司提供。

1.2研究時間與地點

試驗于2020年5月在紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司營口卷煙廠進(jìn)行。

1.3儀器與設(shè)備

德國Binder恒溫恒濕箱;AB202-S型電子分析天平（德國Mettler Toledo公司）;同時蒸餾萃取裝置（上海楚柏實驗室設(shè)備有限公司）;EYELAN-1300DW旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海艾朗科技有限公司）;68905973N氣相色譜質(zhì)諧聯(lián)用儀（美國Agilent公司）

1.4試驗方法

1.4.1復(fù)合生物酶配方的設(shè)計通過對供試葉組化學(xué)成分檢測及感官評價結(jié)果，剖析原料的感官質(zhì)量缺陷;根據(jù)單酶的作用機(jī)理及特點，將單酶進(jìn)行優(yōu)化組合，定向設(shè)計復(fù)合酶制劑初選配方;根據(jù)實驗室小試樣品化學(xué)成分分析及感官評價結(jié)果，篩選出復(fù)合酶制劑最優(yōu)配方。

1.4.2實驗室煙絲加酶醇化試驗將稀釋后的復(fù)合酶制劑按照煙絲質(zhì)量的10%均勻噴施于葉組煙絲表面，對照樣噴施煙絲質(zhì)量109%的蒸餾水，混合均勻后分別放入自封袋中。將封存后的樣品放入恒溫恒濕箱中發(fā)酵醇化（溫度50℃，相對濕度709%624h后取出，在100℃條件下烘干滅活，備用。

1.4.3復(fù)合生物酶制絲線添加試驗以4000kg為投料單元，在加料工序利用加料口將優(yōu)選配方的復(fù)合酶制劑與料液混合后一同噴施到煙葉表面，調(diào)節(jié)加水量，使葉片含水率達(dá)到219%0～23%;通過貯葉工序?qū)熑~進(jìn)行醇化;薄板烘絲工序?qū)⒚笢缁?。具體工藝流程和參數(shù)如圖1所示。

1.4.4加酶膨脹煙絲在人民大會堂（硬紅）葉組配方中的配伍性試驗將用優(yōu)選配方醇化后的膨脹煙絲按照外摻20%、22%、24%、25%、26%的比例摻兌到人民大會堂（硬紅）葉組配方中，（即原絲100g，膨脹梗絲16g，分別摻兌20、22、24、25、26g用復(fù)合酶制劑醇化后的膨脹煙絲），將摻兌后的煙絲卷制成煙支樣品并平衡后進(jìn)行感官評價，并與原配方（原絲100g，膨脹梗絲16g，未經(jīng)生物酶醇化的膨脹煙絲20g）進(jìn)行比較。

1.4.5常規(guī)化學(xué)成分分析總糖及還原糖含量按YCT159-2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續(xù)流動法》測定;煙堿含量按YCT468-2013《煙草及煙草制品總植物堿的測定連續(xù)流動法》測定;氯含量按YCT162-2011《煙草及煙草制品氯的測定連續(xù)流動法》測定;鉀含量按YC/T2172007《煙草及煙草制品鉀的測定連續(xù)流動法》測定;蛋白質(zhì)含量按YC/T166-200《煙草及煙草制品總蛋白質(zhì)含量的測定》法測定;淀粉含量按YC/T216-2007《煙草及煙草制品淀粉含量的測定連續(xù)流動法》測定。每個樣品平行測試3次。

1.4.6感官評價將樣品在恒溫恒濕條件下溫度（22+1）℃，濕度（602）平衡48h后，經(jīng)由10人組成的專業(yè)評吸小組，按YCT138-1998《煙草及煙草制品感官評價方法》分別從香氣特性、煙氣特性、口感特性等方面進(jìn)行感官評價。評吸人員分別打分，取平均值作為最后得分1.4.7致香物質(zhì)含量的GCMS分析將樣品進(jìn)行同時蒸餾萃取，然后進(jìn)行GCMS分析。GCMS分析條件：色譜柱，HP-SMS石英毛細(xì)管柱（60mx0.25mmi.d.×0.25umdf）;分流比10：1;進(jìn)樣量1uL;程序升溫，初始溫度50℃，保持3min;以8℃/min的速率升溫至150℃，保持1min;以3℃C/min的速率升溫至235℃，保持1min;以5℃/min的速率升溫至280℃，保持5min;載氣，氨氣;載氣流速1.0mL/min;傳輸線溫度280℃進(jìn)樣口溫度280℃;溶劑延遲退Smin;電離方式EI;離子化能70eV;離子源溫度230℃;四極桿溫度150℃;掃描方式，Scan模式;掃描范圍33～550amu131;采用NIST譜庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.4.8數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Graphpad Prism8.0和Excel2016軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。結(jié)果2.1復(fù)合酶制劑配方的設(shè)計和優(yōu)選2.1.1復(fù)合酶制劑初選配方的設(shè)計由表1、2可知，遼產(chǎn)膨脹煙絲存在的主要的感官質(zhì)量缺陷是香氣單薄，木質(zhì)、枯焦等雜氣明顯，刺激性大。因此，確定復(fù)合酶的處理方向主要是適當(dāng)增加樣品總糖及還原糖含量，以提高口感，同時降低樣品煙堿含量;通過降低總蛋白和淀粉含量，減少卷煙在吸食過程中的雜氣，降低刺激性。按照葉組處理方向和各單體酶的催化作用特點，設(shè)計4個復(fù)合酶制劑配方：KZ-1、KZ-2、KZ-3、KZ-4（表3）。

2.1.2復(fù)合酶制劑優(yōu)選配方的確定由表4可以看出，配方KZ-3得分最高，相比對照樣，木質(zhì)氣、枯焦氣、刺激性下降明顯，香氣質(zhì)和香氣量有所提升，煙氣更加細(xì)膩柔和，余味更加干凈，膨脹煙絲整體感官質(zhì)量改善明顯，暫定KZ-3為優(yōu)選配方，對暫定優(yōu)選配方處理樣品進(jìn)行化學(xué)成分檢測，以確定其是否為最終優(yōu)選配方。從表5可以看出，膨脹煙絲經(jīng)配方KZ-3醇化處理后，對品質(zhì)不利的淀粉、蛋白質(zhì)的含量分別下降了6.47%和9.31%，煙堿含量下降了9.52%，而總糖和還原糖含量分別提高了5.59%和7.51%，化學(xué)成分分析結(jié)果與感官評吸結(jié)果相互佐證，因此確定配方KZ-3為最終優(yōu)選配方。

2.1.3優(yōu)選配方最佳添加比例由表6可以看出，當(dāng)復(fù)合酶制劑優(yōu)選配方KZ-3添加比例為2%時，感官評吸得分最高，膨脹煙絲品質(zhì)改善效果明顯。復(fù)合酶制劑添加比例超過2%時，會使煙氣濃度下降煙氣平淡;添加比例超過5%時，刺激性增大，余味變差，因此，最終確定復(fù)合酶制劑添加比例為2%。優(yōu)選配方在線中試試驗結(jié)果。

2.2.1中試樣品化學(xué)成分分析按1.4.3中圖1的流程及工藝參數(shù)，在線施加生物酶制劑優(yōu)選配方KZ-3。中試生產(chǎn)結(jié)束后，對中試樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析（表7）。從表7看出，在線中試樣品的淀粉、蛋白質(zhì)含量分別下降了6.69%和9.48%，煙堿含量下降了8.75%，而總糖和還原糖含量分別提高了5.63%6和6.27%，在線中試試驗結(jié)果與實驗室小試結(jié)果基本一致。

2.2.2中試樣品感官評價結(jié)果表8的感官評價結(jié)果表明，中試加酶樣品感官評分高于對照樣2.8分，主要在透發(fā)、刺激、雜氣和余味方面得分較高，對照化學(xué)檢測結(jié)果可以看出，這與實驗去除淀粉蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，降低刺激性、減輕雜氣、余味干凈的預(yù)期相符。

2.2.3中試樣品致香成分分析由表9可知，加嗨組中的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物顯著增加，苯丙氨酸類、精油類、酮類、烯烴類的含量均高于對照組煙葉，致香物質(zhì)總量增加了18.49%。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物如糠醛、5-甲基糠醛等可使煙氣飄逸，并增加甜香;苯丙氨酸的代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物如苯甲醇、苯乙醇是花樣香氣的主體;酮類物質(zhì)如茄酮、巨豆三烯酮、β-大馬酮等具有使煙氣豐滿、醇和、細(xì)膩的作用，同時賦予煙氣清甜香和成熟煙草特征香;烯烴類物質(zhì)如新植二烯可增加煙葉吃味和辛香氣。加酶組煙葉中致香物質(zhì)含量普遍增加，原因是大分子物質(zhì)在復(fù)合酶的作用下被分解，導(dǎo)致致香物質(zhì)前體的轉(zhuǎn)化和積累。

2.3加酶樣品在人民大會堂（硬紅）葉組配方中的應(yīng)用

由表10看出，在“硬紅”葉組配方中，用加酶膨脹煙絲以相同的摻兌比例（20%）替代未處理膨脹煙絲時，改善效果明顯，感官評吸總分提高2.5分。為降低成本，當(dāng)膨脹煙絲摻兌比例由原配方的20%提高到25%時，葉組的感官質(zhì)量與原配方基本一致，當(dāng)摻兌比例超過26%以后，刺激性增大。綜合考慮改善效果與經(jīng)濟(jì)成本以及工藝可實現(xiàn)度等因素，膨脹煙絲摻兌比例以25%為宜。

3討論

本研究首先通過對遼產(chǎn)膨脹煙絲感官質(zhì)量評價和化學(xué)成分分析，確定其優(yōu)化方向。由于感官質(zhì)量是卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的核心指標(biāo)，所以在生物酶提質(zhì)工藝的設(shè)計和優(yōu)化中，將感官質(zhì)量評價作為首要評判依據(jù)，同時以化學(xué)成分檢測結(jié)果為佐證，客觀驗證生物酶在提升膨脹煙絲感官質(zhì)量方面的作用。將感官評吸篩選出的最優(yōu)配方作用于膨脹煙絲后，對感官品質(zhì)不利的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)含量下降，而總糖和還原糖的含量提高，致香物質(zhì)含量普遍提高，化學(xué)成分分析結(jié)果與感官評吸結(jié)果相互佐證，與試驗的預(yù)期相符。隨著膨脹煙絲感官質(zhì)量的提升，其在葉組配方中的使用比例也可以相應(yīng)增加降低了卷煙原料的綜合成本。

本研究重點關(guān)注復(fù)合酶提質(zhì)工藝工業(yè)化應(yīng)用的前期探索。首先，復(fù)合酶配方優(yōu)化的實驗室小試工藝參數(shù)是依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中制絲線的工藝條件所確定，力求最大化模擬在線醇化效果;其次，在優(yōu)選配方確定后，采用標(biāo)準(zhǔn)膨脹煙絲生產(chǎn)工藝在生產(chǎn)線上進(jìn)行工業(yè)化驗證。工業(yè)驗證試驗中，酶制劑添加、起效、滅活的作用條件與現(xiàn)有膨脹煙絲生產(chǎn)工藝完全貼合。酶的添加選擇在加料工序，將復(fù)合酶制劑與料液混合后通過加料口噴施到煙葉表面，無需額外增加處理設(shè)備;料液溫度55-60℃，此溫度是酶的最佳作用溫度范圍，保證了酶的活性作用效果;貯葉工序中環(huán)境濕度為60%左右，貯葉時間46h，給酶提供了適宜的作用濕度和充分的醇化時間;薄板烘絲工序140℃的高溫，可以使酶徹底滅活。最后，工業(yè)化驗證試驗與實驗室小試的效果也基本致。因此，本研究初步證明了復(fù)合酶提質(zhì)技術(shù)在現(xiàn)行卷煙工業(yè)化生產(chǎn)過程中的可應(yīng)用性，為其在卷煙生產(chǎn)中的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文強(qiáng)調(diào)了復(fù)合酶提質(zhì)技術(shù)可以直接應(yīng)用于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的卷煙生產(chǎn)工藝，但現(xiàn)有的工藝參數(shù)如加料溫度、貯葉溫濕度、貯葉時間等并不一定是生物酶作用的最佳條件。如何在現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)保證復(fù)合酶提質(zhì)效果的最大化將是下一步復(fù)合酶提質(zhì)工業(yè)化應(yīng)用研究的重大課題。

4結(jié)論

本研究在感官評價和化學(xué)成分分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了提高遼產(chǎn)膨脹煙絲感官質(zhì)量的復(fù)合酶制劑配方，并采用標(biāo)準(zhǔn)膨脹煙絲生產(chǎn)工藝在制絲線進(jìn)行了工業(yè)化驗證，試驗結(jié)果與預(yù)期相符。膨脹煙絲在制絲線添加復(fù)合酶制劑后，感官質(zhì)量明顯提升，配伍性增強(qiáng)，證明了復(fù)合酶提質(zhì)技術(shù)在現(xiàn)行卷煙工業(yè)化生產(chǎn)過程中的可應(yīng)用性。在線添加生物酶能夠從根本上改善膨脹煙絲的品質(zhì)等級，增加其在葉組配方中的使用比例，降低卷煙原料的綜合成本，是提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量有效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。

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