復(fù)合生物酶對煙葉的提質(zhì)減害作用研究

鄧羽翔，周 東*，陳思昂，戴 光，杜 薇，徐赫男，谷曉懂

(1.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，四川成都 610066；2.康贊北京生物科技有限公司，北京 100000)

煙葉是卷煙產(chǎn)品的主要原料。煙葉原料不僅決定了卷煙的品質(zhì)，也決定了卷煙煙氣中有害成分的含量。卷煙生產(chǎn)過程中多使用經(jīng)配比后的功能性香精以提升感官質(zhì)量，或通過改變加料工藝的方式提升工藝對煙氣特征改善效果。但功能性香精在原煙打葉復(fù)烤環(huán)節(jié)施用后，成品片煙還需醇化1.5～2.5年，揮發(fā)性致香成分部分散失，此外，功能性香精在安全性方面已引起世界各國的關(guān)注，功能性香精的應(yīng)用將會受到一定局限。行業(yè)內(nèi)對生物酶制劑研究起步較晚，主要研究對卷煙內(nèi)在質(zhì)量的影響，在加速煙葉醇化方面亦有一定貢獻。卷煙降低有害成分釋放量主要依靠三紙一棒新材料的應(yīng)用，合成材料應(yīng)用于卷煙中以降低煙草毒性，行業(yè)內(nèi)鮮有在施用生物酶制劑提質(zhì)的同時減少煙氣有害成分的研究報道。該試驗利用打葉復(fù)烤加料工藝在煙葉中添加復(fù)合生物酶，通過煙葉化學(xué)成分分析結(jié)合感官評價結(jié)果來確定煙葉品質(zhì)的提升效果；同時通過對比檢測加料煙葉和空白煙葉的煙支樣品中主流煙氣中7種化學(xué)成分含量，同時探索生物酶對吸食安全性的影響，為生物酶技術(shù)在提質(zhì)減害方向上的應(yīng)用提供一種新的工藝思路。

1 材料與方法

供試葉組均為2018年原煙，云南上部葉混打。復(fù)合酶制劑由康贊(北京)生物科技有限公司提供，其復(fù)合酶的配方成分含量為木瓜蛋白酶22%、淀粉-1，4-葡萄糖苷酶19%、脂氧合酶9%、β-葡聚糖酶4%、普魯蘭酶5%、纖維素酶7%、半纖維素酶4%、果膠酶5%、煙葉微生物活性提取物1%、酶活穩(wěn)定劑10%、去離子水14%。

KBF240恒溫恒濕箱(德國Binder公司)；AB202-S型電子分析天平(感量0.000 1 g，德國Mettler Toledo公司)；QS-10實驗室煙絲切絲機(河南開封捷利器材廠)；6890/5973N氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)；SM450直線式吸煙機(英國Cerulean公司)；RM200A全自動吸煙機(德國Borwaldt KC公司)；API4000超高壓多維液相色譜離子多維質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司)；SAN++連續(xù)流動儀(荷蘭Skalar公司)。

實驗室煙絲加酶醇化。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10%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70%)，24 h后取出，將樣品在100 ℃條件下烘干滅活。

復(fù)烤加料及倉儲醇化試驗。在原煙打葉復(fù)烤期間，在預(yù)混料后一次性隨機取配方葉組樣品2 000 kg。將試驗樣品平均分為2組，即加酶處理組和空白對照組，每組1 000 kg。其中加酶處理組手工均勻噴施煙絲質(zhì)量0.4%的復(fù)合酶制劑；空白對照組用同樣的方法噴施等比例的水。將加料后的2種樣品分別手工上料至烤機前的傳送帶上，按照標(biāo)準(zhǔn)復(fù)烤條件進行復(fù)烤并裝箱。2種樣品各取中間2箱作為待測樣品。箱上按照打葉成品標(biāo)識要求標(biāo)注，另在備注欄中標(biāo)明“復(fù)合酶加料樣品”和“空白對照樣品”。將待測樣品存放于倉庫內(nèi)，室內(nèi)溫度為 10～35 ℃，相對濕度 40%～70%，陳化過程中注意室內(nèi)通風(fēng)和防蟲。分別在復(fù)烤后當(dāng)天、180 d、360 d時取樣并進行分析測試。

化學(xué)成分分析。采用GB/T 23356—2009、 GB/T 21130—2007、 YCT 253—2008、 YQ/T 17—2012、 YC/T 377—2010、 YC/T 255—2008和YC/T 254—2008的測定方法，分別測定卷煙樣品主流煙氣的CO、苯并[a]芘、HCN、NNK、氨、苯酚和巴豆醛7種有害成分的釋放量。采用YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、 YC/T 161—2002、 YC/T 162—2002、 YC/T 163—2002、 YC/T 164—2002、 YC/T 165—2002、 YC/T 166—2002分別測定煙草制品的還原糖、水溶性總糖、煙堿、總氮、氯、鉀、蛋白質(zhì)、淀粉的含量。

感官評吸。將樣品在恒溫恒濕條件下[溫度(22±1)℃，濕度(60±2)%]平衡48 h后，經(jīng)由10人組成的專業(yè)評吸小組，分別從香氣特性、煙氣特性、口感特性等方面進行感官評價。評吸人員分別打分，取平均值作為最后得分。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2019、SPSS 25.0軟件進行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

常規(guī)物質(zhì)含量分析。由表1可知，在實驗室小試階段，經(jīng)酶處理后大分子淀粉、蛋白質(zhì)的含量分別下降了8.59%和10.92%，煙堿含量下降了8.60%，而還原糖含量升高了7.50%，與薛磊等的試驗結(jié)果一致。研究表明，復(fù)合酶中的淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、蛋白酶等加速水解了煙絲中的大分子糖類和含氮化合物，直接或間接參加煙葉中物質(zhì)的分解和生成，影響美拉德反應(yīng)進而改變煙葉品質(zhì)，使得煙葉常規(guī)化學(xué)成分得到明顯改善。

表1 加酶前后煙絲常規(guī)物質(zhì)含量Table 1 Conventional chemical composition content before and after adding enzyme %

煙氣中有害成分分析。從表2可以看出，在實驗室小試階段，煙葉原料加酶后對卷煙主流煙氣7項有害成分(氨、亞硝銨、巴豆醛、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘、氫氰酸)釋放量均有不同程度的降低，其中氨、苯酚、氫氰酸降低幅度較大；加酶樣與對照樣相比，氨釋放量降低了24.16%，亞硝胺釋放量降低了11.81%，苯酚釋放量降低了13.70%，氫氰酸釋放量降低了14.52%。其中淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等降解了煙葉中的蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等大分子物質(zhì)，致使燃燒煙葉中亞硝胺、苯酚、巴豆醛等有害物質(zhì)的生成量減少，說明生物酶在降低煙氣有害成分方面具有一定貢獻。

表2 加酶前后煙葉原料對卷煙主流煙氣7項有害成分釋放量

煙葉感官評價。從表3可以看出，在實驗室小試階段，加酶樣品的香氣、煙氣指標(biāo)均有改善，喉部刺激性減小，鼻腔、口腔舒適性有明顯提高，余味略微改善，感官評吸總分加酶樣品較對照樣品提高7.45%，且各項指標(biāo)均優(yōu)于對照樣。添加的復(fù)合酶通過適當(dāng)水解煙草中大分子糖類物質(zhì)，增加酶處樣品的還原糖含量，以提高香氣、煙氣指標(biāo)；通過降低加酶樣品中的大分子含氮化合物和纖維素、半纖維素等，減少木質(zhì)氣、枯焦氣等雜氣，降低刺激性，增加口腔舒適感，從而達到提升感官質(zhì)量評價的目的。

表3 加酶前后煙絲感官評價得分

不同取樣時間常規(guī)物質(zhì)含量分析。從表4可以看出，在中試試驗中，隨著時間推移，加酶組和空白對照組煙堿、蛋白質(zhì)、總氮含量均呈下降趨勢，其中蛋白質(zhì)下降顯著，且加酶組下降幅度高于對照組，總氮加酶組在180 d有明顯差異，對照組在360 d才有明顯差異，360 d后抽樣蛋白質(zhì)含量加酶組比0 d對照組下降12.78%；總糖、淀粉隨抽樣時間呈降低趨勢，加酶組和對照組還原糖含量隨抽樣時間呈增加趨勢，加酶組上升幅度高于對照組，360 d抽樣總糖、淀粉含量加酶組比0 d對照組分別下降了15.77%、14.75%；氯和鉀含量在360 d醇化期內(nèi)對照組和加酶組均變化不明顯。醇化煙葉在首年醇化期內(nèi)大分子物質(zhì)如多糖水解成二糖或其他還原糖、蛋白質(zhì)水解成氨基酸，復(fù)合酶加酶組其反應(yīng)更加劇烈，在同樣周期內(nèi)還原糖顯著增加。酶液中的蛋白酶、淀粉酶分解效果較好，分解產(chǎn)生還原糖，促進美拉德反應(yīng)，從而增加煙葉致香物質(zhì)。

表4 醇化期煙葉化學(xué)成分的變化

不同取樣時間煙氣中有害成分分析。從表5可以看出，在中試試驗中，隨著醇化時間推移，加酶組和空白對照組主流煙氣中7項有害成分釋放量均有不同程度的降低，180 d加酶組下降幅度高于對照組的有氨、亞硝胺、苯酚和苯并[a]芘；在360 d，氨、亞硝胺、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘加酶組與0 d對照組相比，分別下降了18.10%、18.80%、14.12%、5.05%、10.03%。結(jié)果表明添加酶液醇化相比于自然醇化，酶液對于煙氣有害物質(zhì)的降解能力較強，減少了氨、亞硝胺、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘等有害物質(zhì)生成量，進而改變煙氣中的化學(xué)成分。說明自然醇化時添加酶液對降低煙氣有害成分有明顯的作用。

表5 醇化期煙葉主流煙氣7項有害成分釋放量的動態(tài)變化

不同取樣時間煙葉感官評價。從表6可以看出，在中試試驗中，與實驗室小試結(jié)果相似，在不同的取樣時間，加酶組對比對照組，煙葉感官品質(zhì)均有明顯提升，180 d其感官評價總分加酶組較對照組提高6.45%，360 d提高5.70%，說明新煙在第1年醇化時間內(nèi)感官質(zhì)量得分呈逐漸上升的趨勢。由于生物酶的特異催化屬性，可定向降解煙葉中的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等大分子物質(zhì)，生成糖類和氨基酸產(chǎn)物，使得如糠醇、糠醛、5-甲基糠醛等美拉德反應(yīng)產(chǎn)物增加，促進了卷煙香氣品質(zhì)的提升，提高煙葉的內(nèi)在品質(zhì)。

表6 醇化期煙葉感官評價得分

3 結(jié)論與討論

對當(dāng)年采收的煙葉原料添加復(fù)合生物酶后的第1年醇化周期內(nèi)，煙葉中大分子物質(zhì)含量降幅較為明顯，煙氣中有害成分和雜氣都明顯降低，香氣和煙氣指標(biāo)都有所提高，復(fù)合生物酶對煙葉原料的提質(zhì)降害作用較為明顯。因此在實際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，打葉復(fù)烤工藝節(jié)點是煙葉原料生物提質(zhì)的最佳切入點，在打葉復(fù)烤階段加入復(fù)合酶可以有效利用后期倉儲時間使煙葉充分醇化。

該試驗主要就復(fù)合生物酶對煙葉品質(zhì)和醇化時間的影響進行了研究，后續(xù)可設(shè)計不同濃度梯度的復(fù)合生物酶對醇化煙葉的影響和不同打葉復(fù)烤模式中加入復(fù)合生物酶對煙葉品質(zhì)的影響進行進一步研究。