基于3 種酒尾介質(zhì)的煙用美拉德反應(yīng)香料

徐 達(dá)，蘇加坤，洪 流，索衛(wèi)國，何 力，郭 磊，蔡繼寶

江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，南昌市高新區(qū)京東大道201 號 330096

美拉德反應(yīng)廣泛存在于煙草工業(yè)生產(chǎn)過程中，它使煙草香氣更加優(yōu)美，口味更加醇和宜人，是煙草眾多香味物質(zhì)的主要來源之一。因此，利用美拉德反應(yīng)制備煙用香料，改善卷煙的感官質(zhì)量，成為國內(nèi)外煙草行業(yè)的研究熱點[1-3]。由于天然香料香氣豐富、類型眾多，近年來，有文獻(xiàn)報道采用天然產(chǎn)物提取液替代水、丙二醇作為美拉德反應(yīng)介質(zhì)制備煙用香料[4-8]，用于強(qiáng)化香氣風(fēng)格特征，取得了較好的效果。但這種制備方法易受到天然產(chǎn)物中大量的非還原糖、果膠、蛋白質(zhì)等化學(xué)成分的影響；采用酶解或化學(xué)反應(yīng)等手段也難以完全消除，直接影響卷煙抽吸品質(zhì)。

酒尾是在白酒蒸餾過程中酒精度在20%（體積比）以下的餾分，約占全部餾分的1/4～1/3，是白酒釀造生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物。酒尾中含有較豐富的有機(jī)酸和酯類、雜醇油等，帶有強(qiáng)烈的酸、臭等不良?xì)馕禰9-11]。多數(shù)廠家將酒尾直接倒入底鍋內(nèi)串蒸，少數(shù)廠家長期存放后做調(diào)味酒或利用酒精提取器回收其中的乙醇，這些處理都存在利用率低等問題，使用效果也不理想[12]。考慮到酒尾中有機(jī)酸和酯類在降低卷煙雜氣、提升卷煙品質(zhì)方面具有一定的作用，較丙二醇、水等美拉德反應(yīng)常用介質(zhì)的化學(xué)成分更加豐富，且目前將酒尾應(yīng)用于卷煙香料開發(fā)，特別是以酒尾為介質(zhì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)香料開發(fā)的研究在國內(nèi)尚未見報道。鑒于此，本研究中選擇3 種不同原料來源的酒尾作為美拉德反應(yīng)介質(zhì)，對不同酒尾及由其制備的美拉德香料進(jìn)行系統(tǒng)的比對分析，并對其在卷煙中的應(yīng)用效果進(jìn)行評價，旨在為反應(yīng)香料的開發(fā)提供借鑒，同時也為酒尾的再利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

高粱酒酒尾（GLJ）、谷燒酒酒尾（GSJ）、米燒酒酒尾（MSJ）（江西丁坊酒業(yè)有限公司）；“金圣”牌某款卷煙葉組（南昌卷煙廠提供）。

葡萄糖、丙氨酸、賴氨酸、脯氨酸（AR，上海藍(lán)季科技有限公司）；無水硫酸鈉、丙酮、磺基水楊酸（AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；二氯甲烷（色譜純，美國J&T Baker 公司）；無水乙醇、無水甲醇（色譜純，德國Merck 公司）；乙酸苯乙酯、煙酸甲酯（內(nèi)標(biāo)），乙酸、丙酸、丁酸、2-甲基丁酸、戊酸、己酸、3-甲基戊酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、4-甲基戊酸、苯甲酸、月桂酸（酸性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），2-呋喃甲醇、4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、2-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、2-乙酰呋喃、5-甲基糠醛、2-乙酰基-5-甲基呋喃、苯甲醇、苯乙醛、苯乙酮、愈創(chuàng)木酚、苯乙醇、異佛爾酮、2-甲氧基-4-甲基苯酚、香蘭素、異丁香酚、β-二氫大馬酮、檸檬烯、金合歡基丙酮、十六酸甲酯（中性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），吡啶、吡嗪、2-甲基吡啶、甲基吡嗪、2-乙基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡嗪、2,4-二甲基吡啶、乙基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-吡啶甲醛、2-乙酰吡啶、3-乙酰吡啶、喹啉、2-乙酰吡咯、3-甲基吲哚、2-甲基吲哚、2,3-二甲基吲哚（堿性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）（＞96%，上海安譜實驗科技股份有限公司）。

L-8900 全自動氨基酸分析儀（日本Hitachi 公司）；PHS-3C 精密pH 計（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；7890A-5975C 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent 公司）；L-550 型離心機(jī)（湘儀離心機(jī)儀器有限公司）；BSA124S 型電子天平（感量0.000 1 g，北京賽多利斯公司）；KBF115 恒溫恒濕箱（德國Binder 公司）；CIJECTOR 卷煙加香注射機(jī)（德國Burghart 公司）；RM200A 型轉(zhuǎn)盤吸煙機(jī)（德國Borgwaldt KC 公司）；HY-8 型振蕩器（國華電器有限公司）；ELX800 型酶標(biāo)儀（美國Biotek 公司）。

1.2 方法

1.2.1 酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備

以GLJ、GSJ、MSJ 3 種不同的酒尾為原料，以葡萄糖+脯氨酸+賴氨酸為反應(yīng)模型進(jìn)行3 種酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備篩選。制備工藝：稱取10 g酒尾、2.5 g 葡萄糖、1 g 脯氨酸、0.5 g 賴氨酸，放入50 mL 三口瓶中；調(diào)節(jié)pH 至9.0，將三口瓶置于轉(zhuǎn)速為250 r/min 的磁力加熱攪拌器上，安裝回流冷凝管和溫度計，控制油浴溫度為100 ℃，反應(yīng)1～4 h。將冷卻后的反應(yīng)液倒入棕色樣品瓶中避光保存，分別標(biāo)記為GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M；并通過嗅香評價和感官評價的方法對3 種反應(yīng)物進(jìn)行比較。

1.2.2 酒尾游離氨基酸、酒精度分析

游離氨基酸分析參照文獻(xiàn)[13]中的方法，酒精度檢測參考文獻(xiàn)[14]中的氣相色譜法。

1.2.3 酒尾美拉德反應(yīng)過程中吸光度值的測定

將反應(yīng)物樣品（反應(yīng)時間0、1、2、3、4 h）與蒸餾水按1∶7（體積比）稀釋后，冷卻至25 ℃時，在490 nm 處測其吸光度[15]。

1.2.4 酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物和卷煙主流煙氣香味成分分析

酒尾樣品、酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物樣品前處理：準(zhǔn)確稱取10 g 樣品，精確至0.1 mg，放入100 mL具塞磨口錐形瓶中；加入40 mL 二氯甲烷和100 μL內(nèi)標(biāo)溶液，振蕩30 min，靜置30 min；移取10 mL二氯甲烷層萃取液，加入適量無水硫酸鈉干燥。萃取液經(jīng)過濾后，于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮（溫度30 ℃，轉(zhuǎn)速100 r/min，體系壓力30 kPa）至約1.0 mL，經(jīng)0.45 μm 有機(jī)相濾膜過濾后，進(jìn)行GC-MS 分析。

卷煙樣品主流煙氣樣品前處理：（1）將參比卷煙置于溫度（22±2）℃，相對濕度（60±2）%的環(huán)境下平衡48 h；通過微量注射器向每支參比卷煙中均勻注射5 μL 酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，得到樣品卷煙，在 相 同 環(huán) 境 下 平 衡48 h。（2）按 照 GB/T 19609—2004 的規(guī)定收集20 支卷煙的總粒相物[16]，將捕集有主流煙氣總粒相物的劍橋濾片放入100 mL 具塞磨口錐形瓶中，加入40 mL 丙酮和100 μL內(nèi)標(biāo)溶液；振蕩30 min 后，加入適量無水硫酸鈉干燥，靜置30 min；移取10 mL 萃取液，通過預(yù)活化好的C18固相萃取小柱（6 mL×250 mg），再以5 mL丙酮淋洗固相萃取小柱，合并洗脫液；濃縮至1 mL，用0.45 μ m 有機(jī)相針式濾器過濾，進(jìn)行GC-MS 分析。

酸性和堿性成分GC 條件：

色譜柱：HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；載氣：He；恒流模式流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣模式：分流進(jìn)樣；分流比：10 ∶1；進(jìn) 樣 量：1 μ L；升 溫 程 序：250 ℃（15 min）。

中性成分GC 條件：色譜柱：DB-5MS (60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；載氣：He 氣；恒流模式流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度280 ℃；進(jìn)樣模式：分流進(jìn)樣；分流比：10∶1；進(jìn)樣量1 μL；升溫程序：

MS 條件：

電離方式：EI；電子轟擊能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；傳輸線溫度：250 ℃（酸性和堿性成分），280 ℃（中性成分）；掃描方式（定性）：Scan；質(zhì)量掃描范圍：40～550 amu；掃描方式：SIM，選擇離子見表1。

定性定量方法：利用NIST08 和Wiley 譜庫檢索。有標(biāo)樣的成分，根據(jù)保留時間定性后采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量；沒有標(biāo)樣的，以匹配度＞85%定性，并假定相對校正因子為1 進(jìn)行定量。酸性成分和中性成分以乙酸苯乙酯為內(nèi)標(biāo)（814 μg/mL），堿性成分以煙酸甲酯為內(nèi)標(biāo)（811 μg/mL）。

表1 各香味成分和內(nèi)標(biāo)物的特征選擇離子①Tab.1 Selected ions of aroma components and internal standards

表1（續(xù)）

1.2.5 酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的嗅香評價與感官評價

嗅香評價：使用50%丙二醇溶液將GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M 溶解為5%的香料溶液，按照YC/T 145.6—1998[17]的方法，由7 名取得行業(yè)感官評吸技術(shù)崗位資格證的專業(yè)評吸人員對其進(jìn)行嗅香評價。

感官評價：將制備的GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M按煙絲質(zhì)量的0.05%加料于“金圣”某款卷煙葉組中，卷制成煙支后密封存儲，并于溫度(22±1) ℃、相對濕度(60±2)%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。由7名取得行業(yè)感官評吸技術(shù)崗位資格證的專業(yè)評吸人員參照YC/T 497—2014[18]的評吸方法，對添加了3 種酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的卷煙香氣質(zhì)量、刺激性、協(xié)調(diào)性進(jìn)行描述和對比評價；卷煙樣品打分參照中國煙草總公司鄭州煙草研究院單體/香精作用評價標(biāo)準(zhǔn)[19-20]進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酒尾的游離氨基酸、酒精度數(shù)、致香成分分析結(jié)果

3 種酒尾游離氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。可知，3 種酒尾的游離氨基酸組成豐富，但總量較少（約20.35～46.61 μg/g）。GLJ 中檢測出12 種氨基酸，其中脯氨酸、賴氨酸、肌氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高；GSJ 中有18 種氨基酸，其中丙氨酸、脯氨酸、亮氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高；MSJ 中有12 種氨基酸，其中肌氨酸、賴氨酸、鳥氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高。

GLJ、GSJ 和MSJ 3 種酒尾的酒精度（體積比）分別為3.82%、4.34%和4.97%。3 種酒尾的香味成分分析結(jié)果見表3。可知，酒尾中的香味成分較單一，以有機(jī)酸為主，且包括少量的酯類、醇類和微量的雜環(huán)類物質(zhì)。3 種酒尾中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的3種有機(jī)酸均為乙酸、丁酸和己酸，GLJ 中的有機(jī)酸總量最高，達(dá)2 813.26 μg/g。

表2 3 種酒尾的游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.2 Contents of free amino acids in three tail spirits(μg·g-1)

酯類物質(zhì)（己酸乙酯、乳酸乙酯）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比例是決定白酒風(fēng)格和香型的主要因素，特別是己酸乙酯具有濃郁、爽口、回甜、味長的特點[21]。3 種酒尾中酯類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異較大，己酸乙酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)：GLJ＞GSJ ＞MSJ，乳酸乙酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)：GSJ＞GLJ＞MSJ。3 種酒尾中的雜環(huán)類成分均為微量，可能由蒸酒過程中發(fā)生的微量熱反應(yīng)產(chǎn)生[22]。

表3 3 種酒尾的致香成分分析結(jié)果Tab.3 Contents of aroma components in three tail spirits (μg·g-1)

2.2 不同酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的比較分析

按照設(shè)計的反應(yīng)模型進(jìn)行美拉德反應(yīng)，制備得到的3 種酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的感官評價結(jié)果見表4。可知，以不同酒尾為反應(yīng)介質(zhì)制得的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的香韻略有差別，GLJ-M 的感官評價結(jié)果優(yōu)于GSJ-M 和MSJ-M。以上3 種酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的感官差異可能與酒尾中有機(jī)酸的總量及其組成的差異有關(guān)：

①有機(jī)酸的存在會影響美拉德反應(yīng)的程度，導(dǎo)致美拉德反應(yīng)產(chǎn)物不同。3 種酒尾中均含有豐富的有機(jī)酸，從總量上看，GLJ＞MSJ＞GSJ，且主要以乙酸、丁酸、己酸為主。酒尾中的有機(jī)酸在反應(yīng)前形成了有機(jī)酸-有機(jī)酸鹽緩沖體系，由于吸光度值可反映美拉德反應(yīng)程度[15]，根據(jù)圖1 的吸光度值分析結(jié)果可知，美拉德反應(yīng)程度GLJ-M 顯著高于GSJ-M 和MSJ-M。可能是緩沖力較強(qiáng)的GLJ反應(yīng)體系有利于氨基化合物參與羰氨反應(yīng)生成美拉德特征香味成分[23]，使反應(yīng)后GLJ-M 中香味成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于GSJ-M 和MSJ-M。

②有機(jī)酸組成的不同也可能帶來一定的感官差異。低級脂肪酸（C3～C6）可改善卷煙感官品質(zhì)，而乙酸具有一定的酸性刺激性[24]。美拉德反應(yīng)前后3 種有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如圖2 所示，3 種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中，GLJ-M 和GSJ-M 主要以己酸為主；而MSJ-M 主要以乙酸為主，故GLJ-M 和GSJ-M 在有機(jī)酸組成方面較MSJ-M 更有利于卷煙感官品質(zhì)的提升。

表4 3 種酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的嗅香評價及應(yīng)用在卷煙中的感官評價結(jié)果Tab.4 Olfactory and sensory evaluation results of Maillard reaction products prepared by using three tail spirits as reaction mediums

圖1 美拉德反應(yīng)過程中3 種反應(yīng)物吸光度（A490 nm）值的變化Fig.1 Variation of OD (A490 nm) values in three Maillard reactants during reaction procedure

此外，酯類、醇類質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異也可能對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的感官評價結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

圖2 美拉德反應(yīng)前后3 種酒尾有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化Fig.2 Variation of organic acid contents in three tail spirits before and after Maillard reaction

美拉德反應(yīng)產(chǎn)物致香成分分析結(jié)果見表5。可知，GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M 中均產(chǎn)生了大量香味成分，其中，烤甜香韻的呋喃類、呋喃酮類、吡喃酮類、環(huán)戊烯酮類中性成分和烘焙香韻的吡嗪類、吡咯類、吡啶類堿性成分是重要的美拉德反應(yīng)特征致香成分，美拉德反應(yīng)特征致香成分總量高低順序為GLJ-M＞GSJ-M＞MSJ-M，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60.71、30.19、27.28 μg/g。GLJ-M 中主要為吡喃酮類、吡嗪類及吡咯類物質(zhì)，分別占其美拉德反應(yīng)特征物質(zhì)總量的58.19%、31.71%和8.6%。GSJ-M 中主要為吡喃酮類、吡嗪類物質(zhì)，分別占其美拉德特征物質(zhì)總量的78.54%、17.85%，MSJ-M 中主要為吡喃酮類、吡嗪類物質(zhì)，分別占其美拉德特征物質(zhì)總量的75.44%、22.07%。

有研究[25]表明，2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）對卷煙香氣質(zhì)、甜感的提升有顯著作用。GLJ-M 中DDMP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，與GSJ-M、MSJ-M 相比，GLJ-M 透發(fā)、甜感特征較為明顯；GLJ-M 酸性成分總量最高，主要起到中和煙氣pH，降低卷煙刺激的作用。另外，GLJ-M 的酸性成分總量較之反應(yīng)前的GLJ 降低了約60%，乳酸乙酯和己酸乙酯未檢出。

表5 由3 種酒尾制備的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物主要致香成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.5 Contents of main aroma components in Maillard reaction products prepared from three tail spirits (μg·g-1)

表5（續(xù)）

2.3 GLJ-M 的最適添加量及主流煙氣致香成分分析

為了進(jìn)一步探索酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物GLJ-M在卷煙中的應(yīng)用效果，按照0.05%、0.10%、0.50%的添加量（以煙絲質(zhì)量為基準(zhǔn)）將其添加到“金圣”牌某規(guī)格卷煙中，進(jìn)行最適添加量研究和主流煙氣致香成分分析，選擇未添加GLJ-M 的卷煙作為空白樣品，感官評價結(jié)果見表6。可知，當(dāng)添加量為0.05%時，卷煙評吸得分為89.5 分，優(yōu)于空白卷煙；當(dāng)添加量為0.10%時，卷煙評吸得分與0.05%相同；當(dāng)添加量增至0.50%時，由于美拉德香氣濃度偏大，導(dǎo)致余味略有殘留，卷煙整體得分有所下降。故GLJ-M 在卷煙中的最適添加量為0.05%。

卷煙煙氣香味成分分析結(jié)果見表7～表9。相對于空白樣品，當(dāng)GLJ-M 添加量為0.05%、0.10%、0.50%時，卷煙煙氣中性香味成分釋放總量分別提升8.54%、8.70%、11.08%，其中4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、金合歡基丙酮、5-甲基糠醛和DDMP 提升較為明顯；煙氣酸性香味成分釋放總量分別提升5.42%、5.55%、8.10%，其中己酸和苯甲酸提升較為明顯；煙氣堿性香味成分總量分別提升3.18%、2.38%、5.30%，其中2-乙酰吡咯提升較為明顯。從整體趨勢來看，在最適添加量0.05%時，卷煙煙氣香味成分總量的提升最為顯著，繼續(xù)增加添加量對卷煙香氣成分總量的進(jìn)一步提高效果不明顯。

表6 添加酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物GLJ-M 卷煙的感官評價結(jié)果Tab.6 Sensory evaluation results of cigarettes containing different amounts of GLJ-M （分）

表7 添加酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物GLJ-M 卷煙煙氣酸性香味成分釋放量Tab.7 Contents of acidic aroma components in smoke of cigarettes containing different amounts of GLJ-M (μg·支-1)

表8 添加酒尾美拉德反應(yīng)產(chǎn)物GLJ-M 卷煙煙氣中性香味成分釋放量Tab.8 Contents of neutral aroma components in smoke of cigarettes containing different amounts of GLJ-M (μg·支-1)

3 結(jié)論

（1）高粱酒、谷燒酒、米燒酒3 種來源的酒尾（GLJ、MSJ、GSJ）酒精度均較低（3%～5%），氨基酸組成豐富，有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（GLJ＞MSJ＞GSJ），其中GLJ 中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2 813.26 μg/g。

（2）以上述酒尾為反應(yīng)介質(zhì)制得的3 種美拉德反應(yīng)香料，美拉德反應(yīng)特征香味成分總量為GLJ-M＞GSJ-M＞MSJ-M，均具有一定的降刺效果。其中感官評價效果較好的GLJ-M 中的酸性、中性、堿性成分總量分別為1 074.16、46.21、24.51 μg/g，對卷煙香氣質(zhì)、甜感提升有顯著作用的DDMP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)23.78 μg/g；當(dāng)GLJ-M 的添加量為0.05%時，卷煙評吸得分由88 分增加至89.5 分，其中對卷煙香氣質(zhì)量有重要影響的卷煙煙氣中性香味成分總量由68.93 μg/支增加至74.82 μg/支。

（3）酒尾美拉德香料在降低卷煙刺激、改善卷煙抽吸品質(zhì)方面具有一定的潛在應(yīng)用價值，本研究結(jié)果可為酒尾的再利用提供新途徑。