白肋煙烘焙工藝溫度參數擬合優化及驗證

程傳玲 - 楊 碩 王建民 - 張改紅 -

(鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450000)

白肋煙是混合型卷煙的重要原料之一，具有勁頭大，香氣濃郁豐滿、刺激性大，雜氣重等特點，其處理工藝是決定煙葉質量的重要環節[1]。重加里料和高溫烘焙是白肋煙處理工藝的關鍵技術，適宜的烘培條件是決定其感官質量的重要因素[2-4]。

高溫烘焙有利于料液吸收，通過美拉德反應和焦糖化反應，產生香味物質，同時減輕雜味，改善余味，提升煙葉的感官質量[4-9]。安毅等[4]發現烘焙溫度對脯氨酸Amadori化合物、堿性香味物質成分具有明顯的影響趨勢；胡建軍等[5]研究發現進行三區高溫烘焙處理后的白肋煙其抽吸品質改善明顯；劉開楠等[10]研究發現，干燥二區溫度高于干燥三區溫度有利于保持香氣量和香氣質，減少香氣損失；張杰等[11-12]發現還原糖含量對烘焙后白肋煙致香成分含量有顯著影響；程傳玲等[13]研究發現通過烘箱準確控溫可以較好地模擬白肋煙烘焙條件，而且還原糖可以較好地表征白肋煙烘焙后堿性香味物質的含量關系。

目前對白肋煙烘焙的研究主要集中于加料與干燥溫濕度對白肋煙中主要致香物質含量與感官評吸質量的影響，主要是通過感官抽吸評價確定優化工藝參數，優化結果易受抽吸人員主觀影響[14]。試驗擬建立烘焙后還原糖含量與3個干燥區溫度之間的回歸模型，以期通過一種常規化學成分與干燥區溫度之間的關系表征白肋煙香味成分的含量變化，為優化白肋煙處理工藝、提升白肋煙烘焙后的香味物質含量提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料、主要試劑與儀器

白肋煙配方煙葉及料液：安陽卷煙廠；

18種堿性香味物質標樣：純度>97%，上海麥克林生化科技有限公司；

4-羥基苯甲酰肼：純度98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

正己烷：分析純，天津市富宇精細化工有限公司；

無水甲醇：色譜純，天津市四友精細化學品有限公司；

甲酸：Acros試劑，北京伊諾凱科技有限公司；

分析天平：AB265-S型，感量0.000 01 g，瑞士Mettler公司；

連續流動分析儀：AA3型，英國Seal Analytical公司；

氣相色譜—質譜聯用儀：6890-5973型，美國Agilent公司；

電熱鼓風干燥箱：DHG-9023A型，上海一恒公司；

液相色譜—質譜聯用儀：Thermo Fisher Scientific LTQ XL型，美國Thermo公司；

離子色譜儀：ICS-5000型，美國Thermo公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗方案 以烘箱模擬烤機的干燥區，使控溫更加準確。選取干燥一區、二區、三區溫度范圍分別為110～165，105～145，105～135 ℃。每個區烘培時間均為3 min，進行U12(12×62)均勻試驗。將加料后含水率為38%左右的煙葉按照均勻試驗設計方案進行烘培處理，按文獻[15]測定其還原糖和總糖含量。以加料后未經烘培煙葉為空白對照1組，每組試驗平行測定2次。

1.2.2 回歸模型建立 根據均勻試驗結果建立還原糖與3個烤區之間的回歸模型，對方程規劃求解得出還原糖含量最低時3個烤區的溫度。以均勻試驗中還原糖含量最低時的三區溫度、規劃求解得出的3個烤區溫度、煙廠現行烘培溫度(一區145 ℃、二區125 ℃、三區110 ℃)及未經烘焙處理的煙葉(空白對照2組)進行試驗，分別測定其還原糖、總糖、堿性香味成分、氨基酸及脯氨酸Amadori化合物含量。每組平行測定4次。

1.2.3 主要化學成分及香味物質測定

(1) 總糖、還原糖、總氮、總植物堿含量：參照文獻[15-17]。

(2) 堿性香味物質含量：40.0 g煙末、400 mL水于1 000 mL平底燒瓶中，60 mL CH2Cl2于100 mL梨形瓶中，同時蒸餾2.5 h。用20 mL質量分數為5%的HCl洗滌3次，質量分數為20%的NaOH溶液調節其pH至14，再用20 mL CH2Cl2萃取3次，加入無水硫酸鈉干燥過夜，過濾，加入1 mL內標(0.018 9 mg/mL乙酸苯乙酯)，濃縮至1 mL，進行GC/MS分析。

(3) 氨基酸含量：稱取0.25 g煙末，用40 mL濃度為0.1 mol/L的HCl震蕩萃取30 min，過濾，取上清液1 mL過陽離子交換固相萃取小柱，用0.5 mL濃度為0.01 mol/L 的HCl淋洗小柱，再加入3 mL濃度為3 mol/L 的氨溶液洗脫，洗脫液于65 ℃水浴旋干，用1 mL 濃度為0.1 mol/L的HCl將其溶解，過濾膜于色譜瓶后用離子色譜儀進行測定。

(4) 脯氨酸Amadori化合物含量：稱取2 g煙末，70%甲醇—水為萃取劑，料液比為1∶40 (g/mL)，超聲20 min，抽濾并洗滌3次，40 ℃旋轉蒸發至干，用70%甲醇—水溶液將其稀釋至50 mL，再用30 mL正己烷萃取5次，將甲醇—水相濃縮至干，準確加入10 mL 70%甲醇將其溶解，過0.45 μm有機濾膜，進行HPLC-MS分析。

1.2.4 數據處理 使用多元回歸分析、LSD多重比較進行數據分析，數據處理軟件主要包括SPSS 17.0及Excel。

2 結果與討論

2.1 三烘箱模擬烤機不同參數下水溶性糖含量差異

表1為均勻試驗設計表及煙葉進出料含水率與水溶性糖檢測結果。干燥前白肋煙通過“重加里料”，提高了煙葉含水率(為38.12%)，干燥后煙葉含水率為3.44%～15.18%，符合《卷煙工藝規范(2016版)》中對白肋煙處理的要求規范，且說明烘箱可以較好地模擬白肋煙干燥；還原糖含量為0.245 9%～0.297 9%，總糖含量為0.666 9%～0.875 9%，說明隨著三區干燥溫度的變化，還原糖與總糖含量均發生了明顯變化。與對照組相比，烘培后白肋煙還原糖、總糖含量均降低，是由于干燥過程中白肋煙中還原糖發生了美拉德反應，總糖在高溫烘焙條件下發生一定的降解，所產生的一部分單糖進行焦糖化作用，因此總糖含量的變化程度明顯高于還原糖含量。綜上，試驗4即烘培條件為一區125 ℃、二區145 ℃、三區129 ℃時還原糖含量最低，即可認為此時美拉德反應最為徹底，香味物質含量較多。

2.2 還原糖與烘焙工藝溫度參數模型擬合

使用SPSS 17.0軟件對均勻試驗結果進行回歸分析，其結果見表2，所得還原糖與3個烤區之間的回歸方程為：

(1)

式中：

Y——還原糖含量，%；

X1、X2、X3——干燥一區、二區、三區溫度，℃。

由表2可知，回歸模型極顯著，且相關系數、決定系數分別達0.973，0.947，說明模型擬合優度好，能夠較好地擬合還原糖含量與3個烤區溫度之間的關系。干燥二區及干燥三區溫度對還原糖含量影響顯著，干燥一區溫度對還原糖含量影響接近顯著，其主次影響因素為干燥二區>干燥一區>干燥三區。白肋煙烘焙干燥過程中，干燥二區的主要作用是維持物料溫度以及延長等速干燥段時間，表明白肋煙在干燥二區時，其物料溫度與等速干燥段白肋煙內各物質含量對烘焙后白肋煙還原糖含量具有較大影響，而干燥三區主要是去除白肋煙煙葉內剩余的水分，美拉德反應程度較弱，因此干燥三區溫度對烘焙后煙葉還原糖含量影響較小。

2.3 烘焙工藝最優溫度參數驗證

根據還原糖含量與3個烤區間的回歸模型進行規劃求解可以得出，一區、二區、三區溫度分別為110，145，135 ℃時還原糖含量最低，以此干燥條件為試驗1，均勻試驗還原糖含量最低即第4組試驗(烘焙條件為一區125 ℃、二區145 ℃、三區129 ℃)為試驗2，煙廠現行烘焙條件(一區145 ℃、二區125 ℃、三區110 ℃)為試驗3，空白對照組為試驗4，每個干燥區干燥3 min，進行驗證實驗。

由表3可知，還原糖含量均值與其預測值的變化基本一致，且兩者間絕對偏差<1%，試驗1即回歸模型最優條件下各物質的RSD<10%，測量結果穩定，還原糖含量為0.237 7%～0.240 0%，位于95%置信區間0.221 1%～0.249 9%內，說明回歸模型的預測值與實際測量值相吻合，模型能夠較好反映還原糖與3個烤區溫度之間的關系。

由表3可知，與空白對照組相比，烘焙后白肋煙還原糖、總糖含量均降低，堿性香味物質、脯氨酸Amadori化合物、香味物質含量均明顯升高，這是因為烘培過程中還原糖參與了美拉德反應，產生了脯氨酸Amadori化合物等香味物質，同時，烘焙過程中所加料液與煙葉化學成分之間發生了如焦糖化作用、斯特雷克分解作用等，這些反應均生成了香味物質；氨基酸總量順序為試驗3>試驗4>試驗2>試驗1，可能是在試驗3的烘焙條件下，蛋白質發生降解，導致氨基酸總量大于空白對照組；而隨著烘培溫度總和的繼續上升，美拉德反應進行得更充分，從而導致試驗1和試驗2氨基酸總量降低。

還原糖總量大小順序為試驗3>試驗1>試驗2，堿性香味物質總量為試驗2>試驗1>試驗3，隨著還原糖含量的減少，堿性香味物質總量增加，說明烘焙后還原糖含量與堿性香味物質含量間有較為顯著的變量關系，與文獻[10]的研究結果一致。白肋煙烘焙產生的堿性香味物質主要有吡啶、吡嗪、吡咯等，主要是在烘焙過程中由美拉德反應產生，是白肋煙的特征香味物質，對改善香氣和余味、減少雜氣和刺激性具有重要意義。

表1 U12(12×62)方案及水溶性糖測定結果

表2 回歸模型概述表?

試驗1和試驗2的還原糖含量與氨基酸含量間不存在顯著差異，而總糖、堿性香味物質、脯氨酸、香味物質總量間存在極顯著差異(P<0.01)，說明試驗1與試驗2之間的烘焙處理，可能發生不同程度的美拉德反應、焦糖化及斯特雷克分解，從而產生不同種類的香味物質，使香味物質含量出現顯著差異，且非還原性糖如蔗糖發生水解產生單糖，使還原糖含量變化不顯著；試驗3與試驗1、試驗2之間各物質均存在顯著或極顯著差異。且試驗1烘焙條件下致香物質總和為4.681 6%，含量最高，對白肋煙烘焙增香效果最好，因此認為白肋煙烘培最佳條件為一區110 ℃(3 min)，二區145 ℃(3 min)，三區135 ℃(3 min)。

3 結論

以烘箱法模擬白肋煙三區干燥，并對烘焙后白肋煙還原糖及總糖含量進行了測定。結果表明，烘焙后白肋煙還原糖及總糖含量均存在明顯差異。對烘焙后白肋煙還原糖含量與烘焙工藝參數進行模型擬合，擬合結果較好(R2=0.947)，且模型表明，干燥一區與二區是決定白肋煙烘焙后還原糖含量的重要因素。經回歸模型規劃求解所得白肋煙的最佳烘焙參數為一區110 ℃(3 min)，二區145 ℃(3 min)，三區135 ℃(3 min)，此時美拉德反應進行充分，所得香味物質總量較高，白肋煙烘焙增香效果較好。

試驗以白肋煙原料為例，以還原糖含量與干燥三區溫度的關系間接評價白肋煙烘焙增香效果，而隨著白肋煙品種以及加料種類及用量的變化，此回歸模型是否依然適用仍需加以驗證。