煙葉末在酶解和美拉德反應過程中風味變化規律的研究

文冬梅，伍錦鳴，趙謀明，卓浩廉，趙強忠，*，郭 文

(1.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640; 2.廣東中煙工業有限責任公司，廣東廣州 510610)

煙葉末在酶解和美拉德反應過程中風味變化規律的研究

文冬梅1，伍錦鳴2，趙謀明1，卓浩廉2，趙強忠1，*，郭 文2

(1.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640; 2.廣東中煙工業有限責任公司，廣東廣州 510610)

測定了煙葉末在酶解、濃縮、美拉德過程中各階段風味物質的變化，采用SPSS軟件對此變化作了聚類分析，在此基礎上探討了其變化規律。結果表明:煙葉末經復合植物水解酶酶解后，苯丙氨酸轉化產物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇的相對含量都有所增加;再經Alcalase酶解后，產生了3種典型的非酶褐變反應產物2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇、2－乙酰吡咯，減少了苯甲醛;酶解液在進一步濃縮過程中生成了一種羰氨反應產物N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸，同時真空濃縮致使香葉基丙酮、茶香酮、苯甲醇3種風味物質流失;但美拉德反應后生成了大量的呋喃及醛酮類化合物，使風味物質增加到43種。聚類分析結果顯示，美拉德反應后，風味物質在種類以及數量上都發生了顯著地變化。

煙葉末，酶解，濃縮，美拉德，風味物質

已知煙葉末廢料中含有3000多種化合物，包括糖類、蛋白質、氨基酸、木質素和有機酸等物質。隨著煙草行業的發展，如何發揮這些廢棄物的潛在價值，對廢棄煙葉末進行綜合利用，已成為醫藥、化工、食品等行業科研工作者研究的熱點［1－2］。結合煙末含有與煙葉等同的特征風味物質，發揮自身優勢制備煙用香精，變廢為寶，是提高煙葉末工業附加值的一條理想途徑。酶解與美拉德聯用技術早以大量運用于低值高質產品的深加工，探討這兩項技術與煙葉末結合過程中風味物質的變化具有深遠的意義。有文獻表明，對煙末進行酶解后，美拉德反應物添加到煙草中，可明顯改善香氣與氣味［3］，而對此過程中風味的變化研究較少。本文利用復合酶解與美拉德生香技術加工煙葉末，研究酶解、濃縮、美拉德過程中風味的變化規律，以期為低次煙葉資源的利用提供一條有效的途徑，同時為酶解煙葉末蛋白制備美拉德反應香精的風味物質損失及產生階段提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

煙葉末 以K326為主，廣東中煙工業有限責任公司;堿性蛋白酶 A lcalase 2.4L、復合植物水解Viscozyme L 丹麥諾維信公司;葡萄糖、天冬氨酸、硫酸鈉和二氯甲烷 均為分析純。

SHZ－82型水浴恒溫振蕩器 金壇市恒豐儀器廠;GL－21M型高速冷凍離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;RE－52A型旋轉蒸發儀 上海亞榮儀器有限公司;蒸餾萃取裝置 定制;RE－52AA型旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;DSQⅡ氣質聯用儀美國Thermo公司;DFT－200型手提式高速萬能粉碎機 溫嶺市林大機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 將煙葉末粉碎后過80目篩，裝入密封袋備用。

1.2.2 樣品的制作工藝流程 五個樣品的制備:S0，取煙葉末25g，按照料液比1∶5加水，(50±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S1，取煙葉末25g，按照料液比1∶5加水，添加5‰復合植物水解酶，(50 ±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S2，在S1工藝基礎上繼續添加5‰堿性蛋白酶，(50±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S3，在S2工藝基礎上，將上清液濃縮至固形物含量為50%±2%; S4，在S3工藝基礎上，在查閱文獻的基礎上［4］，添加6%葡萄糖和3%天冬氨酸，在pH6.5，100℃下進行美拉德反應3h。

1.2.3 樣品風味物質的提取 將上述樣品分別加蒸餾水200m L置于500m L的圓底燒瓶中，連接SDE裝置的一端，采用電熱套加熱，使之保持微沸狀態。裝置的另一端接盛有50m L二氯甲烷的100m L燒瓶，在水浴鍋中加熱，水浴溫度60℃，接通循環冷卻水，進行同時蒸餾萃取2.5h。往二氯甲烷萃取液中加入10g無水硫酸鈉進行干燥。用旋轉蒸發儀將二氯甲烷萃取液濃縮至1m L左右，過0.45μm有機膜，供GC－MS分析用。

1.2.4 分析條件 色譜條件:色譜柱:Tr－5ms彈性石英毛細管(30m×0.5mm×0.25μm);升溫程序:初始溫度40℃，保持1m in，以4℃/m in升溫至250℃，保持20m in。載氣:He;載氣流量:1.0m L/min;進樣量2μL;分流比10∶1。

質譜條件:電子轟擊(EI)離子源:電子能量70eV;傳輸線溫度270℃;離子源溫度250℃;質量范圍:m/z 35～500amu。

2 結果與討論

2.1 GC－MS鑒定結果

通過檢索Nist08譜圖庫和人工解析譜圖相結合，并查閱相關文獻［5－7］，獲得各階段揮發性風味物質的數量及相對百分含量如表1所示。從表1可以看出，在檢測出的揮發性物質中醇類和羰基類化合物占大多數。其中有18種風味物質存在于各個階段，主要有糠醛、4－環戊烯－1，3－二酮、苯乙醛、苯乙醇、紫蘇醛、4－乙烯基－2－甲氧基苯酚、茄酮、β－大馬酮、脫氨二氫母紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內酯、巨豆三烯酮、新植二烯、法尼基丙酮、棕櫚酸甲酯等，都是煙草中重要的香味物質。在檢測出的風味物質中存在著大量的葉綠素降解產物—新植二烯，它是煙草中性揮發物中含量最高的成分［8］。新植二烯可直接大量轉移到煙氣中，具有減輕刺激及柔和煙氣的作用［9］。新植二烯進一步分解轉化為的植物呋喃具有清香氣味。

2.2 各階段風味成分比較

2.2.1 復合植物水解酶對風味的影響 酶解主要是將多糖水解為單糖以及將蛋白質水解為氨基酸與多肽的過程，利用復合植物水解酶處理煙葉末，可以使煙葉中的纖維素部分轉化為水溶性糖，同時風味物質含量也會發生變化。煙草中苯丙氨酸的代謝轉化是影響煙草香味的重要過程之一，經過酶解后，煙葉中苯丙氨酸轉化產物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇的相對含量都有所增加，這與李國棟［10］報道一致。

2.2.2 A lcalase對風味的影響 經過堿性蛋白酶酶解后，減少了一種煙草特征的風味物質苯甲醛，同時隨著酶解時間的延長產生了3種典型的棕色反應產物:2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇和2－乙酰吡咯。苯甲醛是煙草本身含有的風味物質，具有類似苦杏仁的香味。

2.2.3 濃縮過程對風味的影響 濃縮是一個降低酶解液水分含量的過程，本實驗采用60℃進行真空旋轉蒸發，一方面會有輕微的美拉德反應，產生部分風味物質;另外一方面，部分風味物質因較高真空度而損失。經過濃縮增加了N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸一種風味物質，減少了香葉基丙酮、茶香酮和苯甲醇3種風味物質。前者是典型的羰氨反應的中間產物，后三種均為煙草本身的風味物質。香葉基丙酮具有果香、木香等香味，茶香酮具有香甜的木香、煙草香以及茶香，苯甲醇有微弱的芳香味。

2.2.4 美拉德反應對風味的影響 美拉德反應是一個羰氨反應生香的過程，會產生較多的雜環類風味物質，但由于美拉德反應條件比較劇烈，在產香的同時會造成部分煙草本身的風味物質的損失。經過美拉德反應后，損失了2種重要的香味物質芳樟醇和紫蘇葶，同時產生了大量的雜環類風味物質，這些雜環類化合物能夠較好的修飾煙草制品的煙氣。整個美拉德反應產物在保留了基本的煙草特征風味的同時，還增加了包括乙基麥芽酚、2－乙酰呋喃等在內的22種美拉德風味物質，均可以增加煙氣濃度，使煙氣更加豐富和協調。

2.3 各階段風味變化聚類分析

聚類是數據挖掘中一種重要的挖掘方法，從數據庫中尋找數據間的相似性，并依此對數據進行分類。聚類分析就是用數學方法研究和處理給定對象的分類。國內外將聚類分析廣泛應用于芒果風味、火腿腸、煙草等的研究［11－12］。本文用 SPSS18對S0、S1、S2、S3和S4五個樣進行系統聚類分析。前面主要從風味物質種類上進行分析，聚類分析可以從種類、含量上綜合分析五個樣品之間的差異。由表2可知S0和S1可以聚為一類，顯著性系數為0.001，表明在復合植物水解酶酶解的過程中，煙末酶解液的風味組成沒有顯著變化。S3和S4可以聚為一類，顯著性系數為0.006，表明在進一步Alcalase酶解的過程中，煙末酶解液的風味物質沒有顯著變化。S0、S1與S2、S3聚為一類，顯著性系數為0.059，表明經過纖維素酶酶解、Alcalase酶解后，酶解液風味物質組成發生了一定的變化，但是不明顯。最后S0、S1、S2、S3和S4聚為一類，顯著性系數為0.438，表明經過美拉德反應，風味組成與煙草本身相比，發生了較大的變化。

表1 各階段揮發性風味物質的數量及相對百分含量Table 1 The quantity and relative percentage of volatile flavor compounds in each processing stage

表2 聚類進度表Table 2 Agglomeration schedule

圖1 聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis

3 結論

在酶解的整個過程中都發生著風味物質的變化，產生了4－環戊烯－1，3－二酮、2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇、2－乙酰吡咯以及苯丙氨酸降解產物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇，但由于較長時間的酶解，同樣會造成一定數量風味物質的損失，如苯甲醛。在濃縮過程當中，產生了特征的羰氨反應產物N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸，同時由于濃縮溫度較高、時間較長，造成了香葉基丙酮、茶香酮和苯甲醇的損失。而美拉德反應后，增加了包括乙基麥芽酚、2－乙酰呋喃等在內的22種美拉德風味物質。

對各階段的風味物質及其相對含量進行聚類分析，結果如下:S0和S1可以聚為一類，顯著性系數為0.001;S3和S4可以聚為一類，顯著性系數為0.006; S0、S1與S2、S3聚為一類，顯著性系數為0.059;最后S0、S1、S2、S3和S4聚為一類，顯著性系數為0.438。表明經過美拉德反應，風味組成發生了較大的變化。

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Study on the flavor change of tobacco powder during enzymatic hydrolysis and Maillard reaction

WEN Dong－m ei1，WU Jin－m ing2，ZHAO Mou－m ing1，ZHUO Hao－lian2，ZHAO Qiang－zhong1，*，GUO W en2
(1.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China; 2.Tobacco Guangdong Industrial Co.，Ltd.，Guangzhou 510610，China)

The change of flavor com pounds of tobacco powder in each p rocessing stage of enzymatic hyd rolysis，concentration and Maillard reac tion was stud ied.The SPSS software was used to analyze the c luster change and p robe the laws of the change.The results dem onstrated that the contents of benzyl alcohol，phenylacetaldehyde and benzyl carbinol transformed by phenylalanine were relatively increased when hyd rolyzed by Viscozyme L.After the hyd rolysis by Alcalase，it generated three non－enzymatic b rowning p roduc ts，those were 2－furanmethanol，(5－methyl－2－furyl)methanol，2－acetyl pyrrole，while decreased benzaldehyde.On the further concentration it p roduced a N－carbobenzoxy－DL－norleucine and three kinds of flavor com pounds geranyl acetone，4－oxoisophorone and phenylcarbinolwere lost for the sake of high vacuum deg ree.Butafter the Maillard reac tion it p roduced a large number of furans and aldoketones com pounds which added the number of compounds to 43.The result of c luster analysis showed that the species and quantity of flavor compounds both were undergone significant changed.

tobacco powder;enzymolysis;concentration;Maillard;flavor com pounds

TS41

A

1002－0306(2012)12－0176－04

2011－10－14 *通訊聯系人

文冬梅(1986－)，女，在讀碩士，研究方向:食品生物技術。

廣東中煙工業公司科技項目(05XM－QK［2010］013)。