葡萄糖與脯氨酸的美拉德反應條件優化及其產物的再造煙葉加香研究

高徐梅 武士杰 張銳 劉恩芬 張云龍 蔣皓 吉松毅

摘要 [目的] 優化美拉德反應的條件，并考察其產物在再造煙葉中的加香效果。[方法]以葡萄糖和脯氨酸為原料，優化美拉德反應的條件，并考察其產物在再造煙葉中的加香效果，并用GC-MS對產物進行分離鑒定。[結果]美拉德反應的最優條件：在沸水浴下，反應時間3 h，pH 6，糖氨摩爾比為1∶1，丙二醇占比為30%。在此條件下，美拉德反應產物的再造煙葉增香效果好。利用氣-質聯用儀對產物進行GC-MS分析，檢測到吡咯類、酮類等化合物，這些物質是卷煙中的重要香氣成分。[結論]美拉德反應產物的再造煙葉加香效果好。

關鍵詞 再造煙葉；葡萄糖；脯氨酸；美拉德反應

中圖分類號 TS41+1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）07-0067-03

Optimization of Maillard Reaction Condition of Glucose and Proline and Reconstituted Tobacco Flavoring of Its Product

GAO Xu-mei，WU Shi-jie，ZHANG Rui et al

（China Tobacco Yunnan Reconstituted Tobacco Co.， Ltd， Kunming，Yunnan 650106）

Abstract [Objective] To optimize condition of Maillard reaction， and study flavoring effect of reconstituted tobacco. [Method] With glucose and proline as raw material， the reaction conditions were optimized. Flavoring effect of its products in reconstituted tobacco were studied， and gas chromatograph-mass spectrometer was used to analyze products. [Result] When the reaction temperature was 100 ℃， reaction time was 3 h， pH was 6， sugar ammonia molar ratio was 1∶1， proportion of propylene glycol was 30%， reconstituted tobacco flavoring effect of the Maillard reaction products was good. Pyrrole and ketone compounds were detected by gas chromatograph-mass spectrometer， which were important aroma components in tobacco. [Conclusion]Reconstituted tobacco flavoring effect of the Maillard reaction products is good.

Key words Reconstituted tobacco；Glucose；Proline；Maillard reaction

再造煙葉又名煙草薄片，是一種薄片狀的再生產品。其采用卷煙制造過程中的煙草廢棄料、邊角料，如煙末、煙梗、碎片等，利用物理、化學的方法制成，可用來代替天然的雪茄內包葉，作為煙制品原料，現已廣泛用作卷煙原料[1]。

美拉德反應是指含有羰基的化合物和含有氨基的化合物之間經縮合、聚合等一系列反應而生成多種小分子風味物質以及類黑精的復雜反應，也被稱為棕色化反應或褐變反應[2-3]，是食品香味的主要來源之一。煙葉在調制、陳化、加工和燃吸期間都可能發生非酶棕色化反應[4-5]。由于美拉德反應產物中含有大量的香味物質，而且大部分與煙香協調[6]，能有效改善低次煙草的品質，減少木質雜氣，起到提香、降低刺激的作用[7]，因而在制備煙用香料、卷煙的增香方面有較多研究，但將美拉德反應產物應用于再造煙葉的增香增色的研究較少。筆者以葡萄糖與脯氨酸為原料，優化了美拉德反應的反應時間、糖氨比、pH、丙二醇比例幾個條件，考察了其產物在再造煙葉中的加香效果，并用GC-MS對產物進行分離鑒定。

1 材料與方法

1.1 材料

葡萄糖、L-脯氨酸，食品級，北京鴻瑞嘉盛商貿有限公司；1，2-丙二醇，食品級，廣州杰途化工有限公司；無水碳酸鈉和鹽酸均為分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；片基、葉濃縮液、梗濃縮液，云南中煙再造煙葉有限責任公司。

1.2 儀器與設備

HH-S114型數顯恒溫水浴鍋，常州市國立試驗設備研究所；梅特勒-托利多PB403-S型天平（410 g，0.001 g）；梅特勒-托利多Seven Excellence S400多參數測試儀；賓得FED240型熱風循環烘箱；賓得KBF115型恒溫恒濕箱；GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜/質譜聯用儀，島津公司。

1.3 方法

1.3.1 美拉德反應條件的優化。

1.3.1.1 美拉德反應產物制備。

用圓底燒瓶準確稱取一定量的葡萄糖和脯氨酸，加入一定量預先配制好的丙二醇-水溶液，用3 mol/L Na2CO3水溶液或5 mol/L HCl水溶液調節pH，裝上回流冷凝管并放入沸水浴，回流反應一定時間。將相應的因素水平替換，主要研究反應時間（1、2、3、4 h）、溶液pH（6、7、8、9）、糖氨摩爾比（2∶1、1∶1、1∶2）、丙二醇在反應溶劑中占比（0、30%、50%、70%）共4個因素對美拉德反應產物的影響。在測定某一因素對美拉德反應產物的影響時，固定其他因素及水平不變。

1.3.1.2 再造煙葉加香評吸試驗。

將不同條件下產生的美拉德反應產物按1.0%比例添加到葉濃縮液與梗濃縮液按7∶3混合的濃縮液中，得到涂布液。將調好的涂布液加熱至60 ℃，涂布至片基上，在120 ℃下烘干，并使涂布率穩定在（40±2）%，對照為葉、梗濃縮液比例為7∶3的混合濃縮液。在恒溫恒濕箱[溫度（22±1） ℃、濕度（60±2）%]中平衡2 h，將樣品切絲后灌入空煙管中，在恒溫恒濕箱中平衡24 h。

組織7名專業人員對各試驗再造煙葉進行對比評吸，以空白樣為標準。評吸采用單支打分（總分100分）法，分別從再造煙葉的香氣特征（25分）、煙氣特征（15分）、雜氣（20分）、刺激性（20分）、余味（20分）5個方面進行評價。

1.3.2 驗證試驗。

將得出的最優條件進行重復試驗，以驗證結果的準確性。

1.3.3 美拉德反應產物的GC-MS分析。

取制備的美拉德反應產物40 g，采用同時蒸餾萃取法，加入400 mL蒸餾水，取40 mL二氯甲烷萃取溶劑，萃取時間3 h，水浴溫度60 ℃。萃取液干燥過夜后，從冷凍柜取出，平衡至室溫后導入樣品濃縮瓶。在40 ℃水浴下濃縮至1 mL，裝入樣品瓶中，待GC/MS儀器分析檢測。

GC/MS分析條件[8-9]：色譜柱DB-5MS柱，柱長30 m，內徑0.25 mm，膜厚0.25 μm；程序升溫60 ℃保持2 min，以2 ℃/min升溫至200 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min升溫至220 ℃，最后以10 ℃/min升溫至260 ℃；進樣口溫度260 ℃；進樣量1 μL；分流比10∶1；載氣氦氣，流速1.0 mL/min；傳輸線溫度280 ℃；電離方式EI；電離能源70 eV；離子源溫度230 ℃；四級桿溫度160 ℃；溶劑延遲時間2 min；掃描范圍30～550 aum。采用NIST11標準譜庫檢索定性，峰面積歸一化法定量。

2 結果與分析

2.1 美拉德反應條件優化

2.1.1 不同反應時間對反應產物在卷煙中加香效果的影響。

由表1可知，在1～3 h，隨著時間的延長，美拉德反應產物的增香效果逐漸變好，但當反應時間超過3 h后，產物的增香效果下降，這可能是由于隨著時間的延長，香味物質逐漸分解或者轉化為其他物質。因此，選定反應時間為3 h。

2.1.2 不同pH對反應產物在卷煙中加香效果的影響。

由表2可知，pH對美拉德反應產物的再造煙葉增香效果有影響。隨著pH的升高，產物的增香效果逐漸減弱，主要表現在刺激的增大以及余味口感的下降。這可能是由于堿性物質Na2CO3的影響。因此，選擇pH 6作為反應條件。

2.1.3 不同糖氨摩爾比對反應產物在卷煙中加香效果的影響。

由表3可知，還原糖與氨基酸的摩爾比對美拉德反應產物卷煙增香效果也有影響。當糖氨摩爾比為1∶1時，產物的增香效果最好。這可能是因為美拉德反應為1個羰基與1個氨基縮合，當葡萄糖與脯氨酸反應的摩爾比為1∶1時可使反應更加充分。因此，選擇糖氨摩爾比1∶1作為反應條件。

2.1.4 不同丙二醇占比對反應產物在卷煙中加香效果的影響。

由表4可知，當丙二醇占比逐漸增大時，產物的增香效果呈先增大后減小的趨勢。當丙二醇占比為30%時增香效果最好，之后隨著丙二醇比例的增大，香氣下降，雜氣增加。因此，選擇丙二醇占比30%作為反應條件。

2.2 驗證試驗

利用最佳條件進行驗證性試驗，即葡萄糖與脯氨酸在糖氨摩爾比為1∶1、丙二醇比例為30%、pH為6時，在100 ℃沸水浴下，反應3 h。對照為不加美拉德反應產物的梗、葉濃縮液。結果見表5。

由表5可知，按照最佳條件制備的美拉德反應產物，加香效果明顯，感官評吸結果顯示，加入美拉德反應產物的樣品，在香氣、煙氣特征方面均強于對照，且雜氣減少，刺激性減弱，余味改善不明顯。

2.3 美拉德反應產物的GC-MS分析

利用氣-質聯用儀對葡萄糖與脯氨酸的美拉德反應產物的香味成分進行分離、鑒定，并利用面積歸一化法測定各種成分的質量分數（圖1、表6）。由表6可知，美拉德反應形成的主要致香物質中，以吡咯類和各種酮的衍生物居多，此外還鑒定出其他醇、酯等成分，對再造煙葉和卷煙都具有重要的致香作用。

3 結論

該研究主要考察了反應時間、初始pH、糖氨摩爾比、丙二醇占比對美拉德反應產物再造煙葉加香效果的影響，確定了由葡萄糖與脯氨酸反應生成再造煙葉增香劑的較佳條件：反應時間3 h，pH 6，糖氨摩爾比1∶1，丙二醇占比30%。在沸水浴條件下反應，美拉德反應產物的再造煙葉加香效果好。

利用氣-質聯用儀對葡萄糖與脯氨酸的美拉德反應產物進行GC-MS分析，檢測到吡咯類、酮類、醇、酯等成分，對再造煙葉和卷煙都具有重要的致香作用。

參考文獻

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