廢棄上部鮮煙葉美拉德反應(yīng)制備特色煙用香料

許春平，冉盼盼，曾 穎，馬擴(kuò)彥，譚蘭蘭，申屠洪釬，戴 亞

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，四川 成都 610060；3.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，重慶 400060）

我國(guó)是卷煙生產(chǎn)大國(guó)，工業(yè)使用需要可用性高的煙葉，煙葉生長(zhǎng)期通過打頂，頂部煙葉被直接廢棄［1-3］。煙田廢棄物處理不當(dāng)不僅造成環(huán)境污染，也造成對(duì)資源的浪費(fèi)。趙銘欽等［4］用調(diào)制后的煙葉產(chǎn)生的廢棄物可以提取浸膏，并應(yīng)用于卷煙加香中。但是，關(guān)于打頂后的煙葉利用少有報(bào)道。鮮煙葉中含有的有機(jī)酸、酚類、類脂、甾醇類和萜類化合物是煙草香味成分的重要來源，其轉(zhuǎn)化、降解的產(chǎn)物也多是致香成分；而鮮煙葉中含有的一些色素、糖類、氨基酸類等則可以在煙葉的調(diào)制及燃吸過程中分解或結(jié)合為香味成分［5-6］。如何將鮮煙葉中的有效成分進(jìn)行提取以及轉(zhuǎn)化出香味成分是一個(gè)有待解決的問題［7］。本研究通過提取鮮煙葉浸膏并對(duì)浸膏進(jìn)行美拉德反應(yīng)增香制備煙用香料，并對(duì)香料的揮發(fā)性香味成分進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗(yàn)證香料的增香效果，為大田廢棄煙葉的利用提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

上部廢棄鮮煙葉（豫煙十號(hào)）；廣西中煙有限責(zé)任公司真龍（珍品）葉組配方空白煙；乙醇、磷酸、氫氧化鉀購(gòu)自天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，甲基硅油（常州龍城有機(jī)硅有限公司），丙二醇（東營(yíng)市海科新源化工有限責(zé)任公司）0.8211 moL/mL乙酸苯乙酯，無水硫酸鈉（天津市凱通化學(xué)試劑有限公司）、二氯甲烷，以上試劑均為分析純。粉碎機(jī)（上海冰都電器有限公司），電動(dòng)攪拌器（金壇市華峰儀器有限公司），TDZ5-WS低速多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)（長(zhǎng)沙高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)湘儀離心機(jī)儀器有限公司），TGL-16MS臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)（上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司），循環(huán)水式真空泵（北京市中興偉業(yè)儀器有限公司），旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海愛朗儀器有限公司），便攜式密度計(jì)（奧地利安東帕（中國(guó)）有限公司），電熱恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司），DragonLab MS-H280-Pro型磁力攪拌器（大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）有限公司），LHS-50CL恒溫恒濕箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司），Agilent 6890GC/5973MS 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó) Agilent 公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將從大田新鮮采摘的上部廢棄煙葉攤開放入烘箱中，105℃烘烤15 min殺青處理［8］，40℃烘干24 h，打粉，過0.250 mm孔篩，置于干燥鍋中，備用。

1.2.2 浸膏制備［9］浸膏提取制備過程見圖1。

1.2.3 浸膏美拉德反應(yīng)單因素試驗(yàn) 溫度對(duì)美拉德反應(yīng)的影響：準(zhǔn)確稱取2 mL煙葉浸膏，加入2.5 mL丙二醇，0.2 g果糖，KOH溶液調(diào)pH至8，反應(yīng)時(shí)間為180 min，反應(yīng)溫度分別為80、100、120、140℃［9］。

圖1 浸膏提取步驟

pH對(duì)美拉德反應(yīng)的影響：pH值分別為6、8、10、12，反應(yīng)溫度100℃，反應(yīng)時(shí)間為180 min，方法同上。反應(yīng)時(shí)間對(duì)美拉德反應(yīng)的影響：加熱時(shí)間分別為60、120、180、240 min，pH值為8，反應(yīng)溫度為100℃。

制備好的煙用香料取葉組配方重量的1%，注射加入空白葉組配方卷煙中，每組煙用香料制成10支煙。放入恒溫恒濕箱中平衡48 h以上，按照表1進(jìn)行評(píng)吸打分［10］。

1.2.4 浸膏美拉德反應(yīng)正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到最優(yōu)制備條件。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表2，按上述方法添加進(jìn)葉組配方，平衡后進(jìn)行評(píng)吸。

1.2.5 煙用香料揮發(fā)性香味成分GC/MS分析 將得到的評(píng)吸最優(yōu)組進(jìn)行同時(shí)蒸餾萃取提取揮發(fā)性香味成分，然后GC/MS分析。色譜柱條件：色譜柱為HP-5MS色譜柱（30 m× 250 μm ×0.25 μm），進(jìn)樣口溫度：280℃，分流比10∶1，進(jìn)樣量1 μL，載氣：氦氣，載氣流量為：10 mL/min，升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟龋?0℃，保持時(shí)間0 min；4℃/min升溫至60℃，保持5 min；3℃/min升溫至75℃，保持0 min；8℃/min升溫至90℃，保持5 min；2℃/min升溫至110℃，保持15 min；8℃/min升溫至260℃，保持5 min；質(zhì)譜條件：EI源，接口溫度270℃，溶劑延遲：8.5 min，MS四極桿溫度：150℃；采集模式：掃描［11］。

數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 21.0軟件S-N-K檢驗(yàn)分析，正交試驗(yàn)采用主體間效應(yīng)檢驗(yàn)。

表1 卷煙感官質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

表2 美拉德反應(yīng)制備煙用浸膏正交試驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與分析

2.1 美拉德反應(yīng)單因素試驗(yàn)結(jié)果

選取反應(yīng)溫度、pH、加熱時(shí)間3個(gè)因素、以評(píng)吸得分為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。單因素試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4和表5。空白對(duì)照評(píng)吸得分為70，其中感官質(zhì)量表現(xiàn)為刺激性大、沒有明顯的香氣，未進(jìn)行美拉德反應(yīng)的浸膏組評(píng)吸得分為75，感官質(zhì)量表現(xiàn)為刺激性、雜氣均較大，有香氣，但表現(xiàn)不明顯。從表3可以看出，通過對(duì)浸膏進(jìn)行美拉德反應(yīng)可以提高浸膏的感官質(zhì)量，從而應(yīng)用于卷煙加香中。隨著溫度升高，感官質(zhì)量有所提升，其中香氣的增加較多，但溫度過高，到120℃時(shí)雖然香氣較多但出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的苦澀氣息。選擇100～120℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。同樣，pH值選擇8～12進(jìn)行正交試驗(yàn)，加熱時(shí)間選擇120～240 min。

表3 不同反應(yīng)溫度制備的香料加香評(píng)吸結(jié)果

表4 不同pH值制備的香料加香評(píng)吸結(jié)果

表5 不同加熱時(shí)間制備的香料加香評(píng)吸結(jié)果

2.2 美拉德反應(yīng)正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由單因素試驗(yàn)結(jié)果選取各試驗(yàn)因素水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化。正交試驗(yàn)結(jié)果見表6，極差分析結(jié)果表明，3個(gè)因素對(duì)評(píng)吸得分的影響大小為B＞C＞A，pH對(duì)美拉德反應(yīng)制備的香料質(zhì)量影響最大，時(shí)間次之，溫度最小。通過極差分析得最優(yōu)條件為反應(yīng)溫度120℃、pH=12、加熱時(shí)間180 min，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表7，結(jié)果優(yōu)于正交試驗(yàn)各組，優(yōu)化條件合理。

表6 美拉德反應(yīng)制備煙用浸膏正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析

表7 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析

在最優(yōu)條件下制備香料的感官評(píng)吸結(jié)果：光澤45分、香氣31分、協(xié)調(diào)55分、雜氣11分、刺激性19分、余味22分，總分達(dá)93分。

2.3 煙用香料GC/MS結(jié)果分析

通過對(duì)浸膏進(jìn)行美拉得反應(yīng)，經(jīng)GC-MS分析共鑒定出29種物質(zhì)，其中吡嗪類4種，醇類6種，酯類3種，醛類2種，酮類2種，烯類2種，胺類1種（表8）。其中含最最高的是煙堿，其香味物質(zhì)如巨豆三烯酮、芐醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香橙烯等成分，香氣濃度大，香氣閾值低，是煙草中關(guān)鍵的致香物質(zhì)，對(duì)煙草香氣貢獻(xiàn)突出［5，12-13］。將廢棄煙葉經(jīng)過處理后得到含有致香物質(zhì)的香料，可以成為煙草香料的物料來源，為卷煙的實(shí)際生產(chǎn)提供新方向。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)從打頂產(chǎn)生的大田廢棄煙葉中提取出浸膏，并對(duì)浸膏進(jìn)行美拉德反應(yīng)增香，從而制備煙用香料。通過評(píng)吸試驗(yàn)得到品質(zhì)較高的香料組，將其進(jìn)行GC/MS揮發(fā)性香味成分分析，其中吡嗪類4種，醇類6種，酯類3種，醛類2種，酮類2種，烯類2種，胺類1種。其中含最高的是煙堿，其香味物質(zhì)如巨豆三烯酮、芐醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香橙烯等成分，香氣濃度大，香氣閾值低，是煙草中關(guān)鍵的致香物質(zhì)，證明浸膏經(jīng)美拉德增香后含有大量的煙草香味物質(zhì)。

品質(zhì)最好的香料組的制備條件為溫度120℃、pH=12、加熱時(shí)間180 min。與未添加任

何香料的空白組對(duì)比，該香料的添加能顯著增加卷煙的感官質(zhì)量，且進(jìn)行美拉德反應(yīng)有助于香料感官品質(zhì)的提升。

表8 利用GC-MS分析制備香料的揮發(fā)性香氣成分

大田煙葉廢棄物作為一種可利用資源，其本身具有與煙草香味相符合的產(chǎn)香潛力。將其內(nèi)在成分進(jìn)行開發(fā)利用，不僅提高資源的可利用率，也能對(duì)煙草增香提供新思路和途徑。

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