楊鵬元，洪廣峰，張啟東，徐秀娟，于建春， 屈展 ，陳芝飛，王宏偉，王丁眾，何保江，盧斌斌，張文娟

1 北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，銀川市西夏區(qū)文昌北路204號(hào) 750021；2 鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南省鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道100號(hào) 450001；3 中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001；4 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市管城區(qū)隴海東路72號(hào) 450000

紅棗烤甜香特征成分的確定及制備工藝優(yōu)化

楊鵬元1,2，洪廣峰3，張啟東3，徐秀娟3，于建春4， 屈展3，陳芝飛4，王宏偉4，王丁眾3，何保江3，盧斌斌3，張文娟3

1 北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，銀川市西夏區(qū)文昌北路204號(hào) 750021；2 鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南省鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道100號(hào) 450001；3 中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001；4 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市管城區(qū)隴海東路72號(hào) 450000

為開發(fā)烤甜香風(fēng)格突出的紅棗煙用香料，利用卷煙感官作用評(píng)價(jià)、氣相色譜(GC)、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)等方法，確定了紅棗烤甜香特征組分及特征成分，并以特征成分含量為指標(biāo)對(duì)提取分離方法及主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：①紅棗粗提物經(jīng)大孔吸附樹脂分離后得到的30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇洗脫組分為烤甜香特征組分，確定的7種烤甜香特征成分為4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、5-甲基糠醛、甲基環(huán)戊烯醇酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、麥芽酚、5-羥甲基糠醛和2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮(DDMP)。②加熱浸提法提取紅棗的效果較好，確定的工藝參數(shù)為乙醇濃度65%、料液質(zhì)量比1:5、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間1.5 h、提取2次；膜分離工藝參數(shù)為超濾膜截留分子量8 kD和料液干物質(zhì)含量3%。③采用優(yōu)化確定的方法制備的紅棗烤甜香特征香料中7種特征成分總量明顯高于市售的紅棗提取物和紅棗粗提物，且基本不含蛋白質(zhì)、果膠等大分子物質(zhì)，其試驗(yàn)卷煙煙氣的烤甜香香韻更加突出。

煙用香料; 紅棗提取物; 卷煙; 感官作用評(píng)價(jià); 烤甜香香韻; 氣相色譜–質(zhì)譜(GC/MS); 膜分離; 香味成分

在食品科學(xué)領(lǐng)域，感官導(dǎo)向分析是從成分復(fù)雜的體系中尋找關(guān)鍵香氣或味覺成分的有效方法[1-4]。在煙用香料研究領(lǐng)域，以卷煙感官作用評(píng)價(jià)為導(dǎo)向，在分離過程中定位能夠增加煙氣某種香韻、味覺或改善抽吸舒適度(降低刺激等)的特征流分，對(duì)于簡(jiǎn)化和聚焦研究對(duì)象，探索化學(xué)成分與煙氣特定感官特征之間的關(guān)系，以及優(yōu)化天然香料的制備工藝具有重要意義?？咎鹣沩嵤墙橛诤姹合愫吞鹣阒g的一種香韻，是卷煙香氣的重要組成部分。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已先后從煙氣冷凝物和煙葉中分離發(fā)現(xiàn)了麥芽酚(Maltol)、菠蘿酮(Furaneol)、甲基環(huán)戊烯醇酮(Cyclotene)、5-甲基糠醛(5-Methyl furfural)等數(shù)種具有烤甜香的成分[5-8]。紅棗提取物(包括酊劑及浸膏)作為一種廣泛使用的煙用香料，能夠與煙草香吻合、協(xié)調(diào)一致，具有增加烤甜香、改善吸味的作用。國(guó)內(nèi)香料企業(yè)制備紅棗提取物大多是采用傳統(tǒng)的低度乙醇加熱萃取法，這種方法存在的主要問題是：①提取過程中部分天然香味成分損失，產(chǎn)品香氣較弱；②產(chǎn)品中除香味成分外，主要成分為糖類(多糖及單糖、二糖等)、蛋白質(zhì)、果膠等物質(zhì)，部分成分對(duì)卷煙感官質(zhì)量有不利影響。近年來，有研究利用酶技術(shù)[9-10]、微生物發(fā)酵技術(shù)[10]、美拉德反應(yīng)[11-12]等對(duì)傳統(tǒng)的紅棗提取物進(jìn)行增香、產(chǎn)香處理，在一定程度上豐富了紅棗提取物的香韻，增加了香味成分的含量[13]。但是，所得產(chǎn)品的烤甜香香韻并不突出，而且其中仍然含有一定量的蛋白質(zhì)、果膠、多糖等大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)在卷煙燃吸過程中會(huì)裂解產(chǎn)生一些有害成分，增加卷煙抽吸的刺激性和雜氣[14-15]。目前，對(duì)卷煙煙氣烤甜香有直接貢獻(xiàn)的紅棗烤甜香特征香料研究報(bào)道較少。因此，采用卷煙感官作用導(dǎo)向分析方法，篩查紅棗提取物中的烤甜香特征成分，并以特征成分的含量為指標(biāo)優(yōu)化紅棗的提取和分離精制工藝，以制備紅棗烤甜香特征香料，并為煙用天然香料特征成分的剖析和精細(xì)化加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

2014年河南新鄭紅棗(市售干棗)；紅棗提取物(購(gòu)自開封河大雅盛香精香料有限公司)；以“黃金葉(百年濃香)”葉組為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的空白卷煙（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供）。

糠醛、麥芽酚、5-羥甲基糠醛、甲基環(huán)戊烯醇酮(純度≥99%，J&K公司)；5-甲基糠醛(純度≥99%)、糠醇(純度≥98%)、4-環(huán)戊烯-1,3-二酮(純度≥95%)、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(純度≥99%)(Sigma-Aldrich公司)；γ-丁內(nèi)酯(純度99%，Acros Organics公司)；γ-巴豆酰內(nèi)酯(純度≥93%，TCI公司)；無水乙醇(色譜純，Merck公司)；95%乙醇(AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；蒸餾水(廣州屈臣氏食品飲料有限公司)；D101大孔吸附樹脂(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；二甲醚(純度≥99%，濮陽龍宇化工有限公司)；高純氮?dú)?河南科益氣體股份有限公司)。

7890B氣相色譜儀(配FID檢測(cè)器)、7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)Agilent公司)；ALPHA 1-2 LD plus凍干機(jī)(德國(guó)Christ凍干機(jī)有限公司)；小型切向膜分離系統(tǒng)，0.22 μm PVDF微濾膜(50 cm2)，5、8和10 kD的Polyethersulfone超濾膜(50 cm2)(美國(guó)Millipore)；CPA225D電子分析天平(感量0.00001 g，德國(guó)Sartorius公司)；V-850旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士Büchi公司)；TGL18M高速低溫離心機(jī)(長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司)；CBE-5L型亞臨界提取裝置(河南省亞臨界生物技術(shù)有限公司)；HF-5B超聲循環(huán)提取機(jī)(北京弘祥隆生物技術(shù)開發(fā)有限公司)；CIJECTOR卷煙加香注射機(jī)(德國(guó)Burghart公司)。

1.2 方法

1.2.1 紅棗烤甜香特征成分的確定

1.2.1.1 紅棗粗提物的制備

將紅棗洗凈、去核，于40 ℃烘烤2 h，粉碎。取一定量棗粉，按料液質(zhì)量比1∶5加入95%(體積分?jǐn)?shù)，下同)乙醇，于70 ℃下提取2 h，共提取兩次。合并提取液，減壓濃縮至干，得紅棕色紅棗粗提物。

1.2.1.2 粗提物的大孔吸附樹脂分離

稱取500 g紅棗粗提物，用D101大孔吸附樹脂層析柱分離，依次用蒸餾水和10%、30%、50%、70%、95%乙醇洗脫，各流分分別濃縮至干，得到6種紅棗粗提物分離組分，編號(hào)1～6號(hào)。

1.2.1.3 烤甜香特征組分的確定及定性分析

取紅棗粗提物(0號(hào)，用量為50 mg/kg)及1～6號(hào)分離組分(用量為20 mg/kg)，分別進(jìn)行卷煙感官作用評(píng)價(jià)，能夠明顯增加卷煙煙氣烤甜香香韻的組分即為紅棗烤甜香特征組分。

稱取0.5 g真空冷凍干燥后的紅棗烤甜香特征組分樣品，加入2.5 mL 0.5200 mg/mL丙酸苯乙酯(內(nèi)標(biāo))的乙醇溶液，超聲30 min后用有機(jī)相微孔濾膜過濾，進(jìn)行GC/MS分析。分析條件為：

色譜柱：HP-5MS (60 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：He，99.999%；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5∶1；進(jìn)樣量：1 μL；升溫程序：(20 min)；傳輸線溫度：250 ℃；離子源：EI；電子能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；掃描模式：全掃描；質(zhì)量掃描范圍：33～500 amu；溶劑延遲：7 min。利用NIST11和Wiley譜庫(kù)，以匹配度高于85%者定性，并與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比對(duì)。

1.2.1.4 烤甜香特征成分的確定及定量分析

根據(jù)紅棗烤甜香特征組分的定性分析結(jié)果，購(gòu)買據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道有烤甜香或焦香、烘焙香的香味成分，或雖無報(bào)道但其分子結(jié)構(gòu)與之相似的成分的標(biāo)準(zhǔn)品。分別對(duì)每種物質(zhì)分別進(jìn)行卷煙感官作用評(píng)價(jià)，在提升煙氣烤甜香方面作用顯著的化合物即為烤甜香特征成分。

采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)6種購(gòu)買到標(biāo)準(zhǔn)品的烤甜香特征成分進(jìn)行準(zhǔn)確定量；對(duì)未購(gòu)買到標(biāo)準(zhǔn)品的DDMP，利用與其結(jié)構(gòu)相近的麥芽酚的標(biāo)準(zhǔn)曲線半定量分析。配制質(zhì)量濃度為0.3 mg/mL的苯甲酸芐酯乙醇溶液作內(nèi)標(biāo)萃取液；分別稱取一定量的6種標(biāo)準(zhǔn)品，用內(nèi)標(biāo)萃取液配制標(biāo)準(zhǔn)溶液儲(chǔ)備液及8個(gè)質(zhì)量濃度系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。采用與1.2.1.3節(jié)中相同的氣相色譜條件，檢測(cè)器為FID(氫火焰離子化檢測(cè)器)，空氣和氫氣流量分別為400和35 mL/min。

1.2.2 紅棗烤甜香特征香料的制備工藝優(yōu)化

1.2.2.1 提取方法考察

采用加熱浸提、超聲波輔助提取和亞臨界萃取等3種方法分別對(duì)紅棗粉進(jìn)行提取。①加熱浸提法。操作同1.2.1.1節(jié)。②超聲波輔助提取法。稱取適量紅棗粉，加入95%乙醇，用循環(huán)超聲提取機(jī)提取。超聲頻率59 kHz，功率1500 W，攪拌轉(zhuǎn)速1300 r/min，提取總時(shí)間40 min，超聲時(shí)間/間隔時(shí)間3 s/1 s，料液質(zhì)量比1∶10。③亞臨界萃取法。萃取溶劑為二甲醚(夾帶劑為95%乙醇)，料溶比為1∶10，萃取溫度為45 ℃，每次萃取20 min，共萃取4次。

3種方法制備的提取物冷凍干燥后分別用內(nèi)標(biāo)萃取液配制成50 mg/mL溶液進(jìn)行GC分析。根據(jù)3種提取物的GC檢測(cè)和卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果，確定適宜的提取方法。

1.2.2.2 提取工藝參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)1.2.2.1節(jié)的考察結(jié)果，以7種烤甜香特征成分的含量為指標(biāo)，對(duì)加熱浸提法的主要工藝參數(shù)進(jìn)行單因素考察。主要考察乙醇濃度(55%、65%、75%、85%和95%)、提取溫度(40 、50 、60 、70 和80 ℃)、提取時(shí)間(0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h)和料液質(zhì)量比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5和1∶6)對(duì)提取物中7種烤甜香成分含量的影響。

1.2.2.3 分離工藝參數(shù)優(yōu)化

按照1.2.2.2節(jié)優(yōu)化確定的提取工藝對(duì)紅棗進(jìn)行提取，將提取液濃縮至干物質(zhì)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))約為8%，離心后取上清液，用0.22 μm微濾膜過濾，收集透過液；進(jìn)一步過超濾膜，泵壓0.15 MPa，收集超濾透過液，真空冷凍干燥。通過單因素實(shí)驗(yàn)考察超濾膜孔徑(截留分子量5、8和10 kD)和料液干物質(zhì)含量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%)對(duì)超濾透過液中烤甜香特征成分含量、膜通量以及特征成分透過率的影響。

膜通量的計(jì)算公式：J=ΔV/(S×Δt)

式中：J—膜通量，L/ (m2·h)；ΔV—取樣時(shí)間內(nèi)透過液體積，L；S—膜面積，m2；Δt—取樣時(shí)間，h。

特征成分透過率的計(jì)算公式：

式中：Ti—化合物i的超濾膜透過率，%；m2d—超濾透過液的干物質(zhì)質(zhì)量，g；ci2—凍干的超濾透過液中化合物i的含量(以干基計(jì))，mg/g；m1—超濾前料液質(zhì)量，g；Cdm—超濾前料液的干物質(zhì)含量，%；ci1—超濾前料液中化合物i的含量(以干基計(jì))，mg/g。

1.2.2.4 提取物中蛋白質(zhì)、果膠含量測(cè)定

按照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中第一法測(cè)定紅棗提取物中蛋白質(zhì)的含量。采用重量法[16]測(cè)定紅棗提取物中果膠的含量。

1.2.3 卷煙感官作用評(píng)價(jià)

采用50%乙醇溶液將待評(píng)價(jià)樣品溶解并配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液，采用卷煙加香注射機(jī)向每支空白卷煙中注射4 μL(加香量為0.005%)。參比卷煙為注射等量50%乙醇溶液的空白卷煙。加香后的樣品卷煙和參比卷煙分別密封存儲(chǔ)，并于(22±1)℃、相對(duì)濕度(60±3)%條件下平衡48 h。參考YC/T 497—2014《中式卷煙風(fēng)格感官評(píng)價(jià)方法》，并在其基礎(chǔ)上香氣風(fēng)格指標(biāo)增加“烤甜香”。評(píng)價(jià)小組由10位以上獲得國(guó)家煙草專賣局卷煙感官評(píng)吸技術(shù)合格證書的專業(yè)人員組成，最終結(jié)果取所有評(píng)委打分的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅棗烤甜香特征成分的確定

2.1.1 紅棗粗提物大孔樹脂分離組分的卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果

紅棗粗提物中含有大量糖類成分，采用大孔吸附樹脂柱層析分離的方法，可依據(jù)化合物極性和分子尺寸差異將糖類成分和大分子物質(zhì)與香味成分分離，從而聚焦其中的烤甜香特征成分。6種紅棗粗提物洗脫組分的卷煙煙氣特性和香氣風(fēng)格評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 紅棗粗提物不同洗脫組分的卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果①Tab.1 Sensory evaluation results of different eluted fractions of crude jujube extract 分

由表1可知，30%乙醇洗脫組分在提揚(yáng)烤甜香方面作用顯著，且在香氣、豐富性及煙氣濃度方面也表現(xiàn)較好，優(yōu)于粗提物。因此，確定紅棗提取物的烤甜香特征組分為紅棗粗提物過大孔樹脂柱30%乙醇洗脫組分。

2.1.2 紅棗烤甜香特征組分的定性分析結(jié)果

紅棗烤甜香特征組分GC/MS分析結(jié)果如圖1和表2所示。表2顯示，由紅棗烤甜香特征組分中鑒定出14種香味成分，主要為呋喃類、呋喃酮類、吡喃酮類、環(huán)戊烯酮類和內(nèi)酯類化合物。其中，麥芽酚、甲基環(huán)戊烯醇酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛和DDMP等物質(zhì)是卷煙煙氣中的固有成分[8]。麥芽酚、甲基環(huán)戊烯醇酮和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮具有典型的烤甜香氣息[8,17]；糠醛、5-羥甲基糠醛、5-甲基糠醛和糠醇是食品發(fā)生焦糖化反應(yīng)或美拉德反應(yīng)的主要產(chǎn)物，具有焦糖樣、發(fā)酵的香韻，或略有烤甜香韻[8,17-18]；4-環(huán)戊烯-1,3-二酮有刺鼻氣味，稀釋后略顯甜香[8]；己醛在低濃度時(shí)有水果樣的特有香氣和味道[17]；γ-丁內(nèi)酯有弱的黃油的香氣，類似奶油的味道[17]；DDMP無香氣[8,19]。5-羥基麥芽酚和2,4-二羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃-3-酮無標(biāo)準(zhǔn)品，且未檢索到有關(guān)其香氣描述的報(bào)道。

圖1 紅棗烤甜香特征組分的GC/MS總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of roasted sweet aroma characteristic fraction of jujube by GC/MS

表2 紅棗烤甜香特征組分的主要香味成分Tab.2 Major aroma components in roasted sweet aroma characteristic fraction of jujube

上述14種香味成分中，有些成分的嗅香直接表現(xiàn)出烤甜香，有些盡管不直接表現(xiàn)出烤甜香韻，但在卷煙燃吸時(shí)能夠增加煙氣烤甜香。因此，本研究中結(jié)合卷煙感官評(píng)價(jià)的粗評(píng)結(jié)果，選擇其中9種物質(zhì)(糠醛、糠醇、4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、γ-巴豆酰內(nèi)酯、5-甲基糠醛、甲基環(huán)戊烯醇酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、麥芽酚和5-羥甲基糠醛)進(jìn)行了細(xì)致評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、5-甲基糠醛、甲基環(huán)戊烯醇酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、麥芽酚和5-羥甲基糠醛等6種香味成分的提揚(yáng)煙氣烤甜香作用顯著。DDMP雖未購(gòu)買到標(biāo)準(zhǔn)品，但它是Maillard反應(yīng)的重要產(chǎn)物之一，據(jù)文獻(xiàn)[20]報(bào)道，DDMP能夠使卷煙的嗅香甜感增加，抽吸時(shí)焦甜香增加且與煙香諧調(diào)。因此，以這7種香味成分為特征成分進(jìn)行制備工藝研究。

2.1.3 7種烤甜香特征成分的工作曲線

對(duì)8個(gè)濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行GC分析，以各特征成分與內(nèi)標(biāo)的濃度比值為橫坐標(biāo)(x)，以各特征成分與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值為縱坐標(biāo)(y)，得到相應(yīng)的工作曲線(表3)。由表3可知，各特征成分的回歸方程線性較好，適合于定量分析。

表3 紅棗烤甜香特征成分的工作曲線Tab.3 Standard curves of roasted sweet aroma characteristic components of jujube

2.2 紅棗烤甜香特征香料的制備工藝優(yōu)化

2.2.1 3種提取方法的比較

由3種方法制備的紅棗提取物中烤甜香特征成分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的定量結(jié)果(表4)可知，亞臨界萃取法得到的紅棗提取物中烤甜香特征成分的含量高于循環(huán)超聲提取法和加熱浸提法，而后兩者中烤甜香特征成分的含量相當(dāng)。但是，亞臨界萃取法的提取率較低，僅為11%，且該方法的生產(chǎn)成本較高。3種方法所得紅棗提取物的卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果(表5)表明，由加熱浸提法得到的紅棗提取物提揚(yáng)烤甜香的效果最佳，而且在改善煙氣特性方面的效果較好。因此，選擇加熱浸提法。

表4 3種紅棗提取物中7種烤甜香特征成分的測(cè)定結(jié)果Tab.4 Results of seven roasted sweet aroma characteristic components of three jujube extracts

表5 3種紅棗提取物的卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.5 Sensory evaluation results of three jujube extracts 分

2.2.2 加熱浸提法工藝參數(shù)的優(yōu)化

紅棗加熱浸提時(shí)4個(gè)主要影響因素的考察結(jié)果（圖2）表明：①乙醇濃度對(duì)紅棗提取物中烤甜香成分含量有較大影響，在55%、65%、75%、85%和95%等5個(gè)乙醇濃度下，所得紅棗提取物中7種烤甜香特征成分的總量分別為46.54、50.23、50.03、54.05和59.85 mg/g，提取率分別為55%、56%、55%、52%和36%。當(dāng)乙醇濃度為95%時(shí)，紅棗提取物中烤甜香特征成分總量最高，但其提取率較低，僅為36%；乙醇濃度為65%時(shí)，紅棗中烤甜香特征成分的總提取量最高，綜合考慮工業(yè)生產(chǎn)成本，選擇65%乙醇為提取溶劑。②隨著提取溫度的升高，紅棗提取物中多數(shù)烤甜香特征成分含量呈先增加后降低趨勢(shì)，且7種成分總量在提取溫度60 ℃時(shí)最高。因此，選擇提取溫度為60 ℃。③隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，7種烤甜香成分的總量呈先增加后降低趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間為1.5 h時(shí)，總量達(dá)到最大值。因此，選擇提取時(shí)間為1.5 h。④在料液質(zhì)量比從1:2增大到1:5的過程中，提取物中特征成分總量呈緩緩增加趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著料液質(zhì)量比的增大，溶液黏度降低，物質(zhì)擴(kuò)散阻力減小，有利于特征成分的溶出；當(dāng)料液質(zhì)量比為1:5時(shí)，特征成分含量達(dá)到最大值；料液質(zhì)量比進(jìn)一步增大時(shí)，其他成分的溶出量可能增加，導(dǎo)致特征成分的相對(duì)含量降低。因此，綜合考慮原料成本、時(shí)間成本和能耗，選擇料液質(zhì)量比為1:5。

圖2 不同因素對(duì)紅棗提取物中烤甜香特征成分含量的影響Fig.2 Effects of different factors on contents of roasted sweet aroma characteristic components in jujube extracts

2.2.3 紅棗提取物膜分離工藝參數(shù)的選擇

紅棗提取物中含有較多的果膠、蛋白質(zhì)、多糖等對(duì)卷煙感官不利的成分，采用膜分離中的超濾技術(shù)能有效去除這些物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅棗提取物的精制純化，達(dá)到富集烤甜香特征成分的目的。在紅棗提取物的膜分離工藝中，超濾膜孔徑（截留分子量）對(duì)紅棗提取物中果膠、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)的去除效果有直接影響，并影響膜分離生產(chǎn)工藝中的一個(gè)重要指標(biāo)——膜通量，而膜通量與實(shí)際生產(chǎn)的能耗、時(shí)間成本等密切相關(guān)。此外，料液的干物質(zhì)含量對(duì)膜通量也有直接影響，是另一個(gè)重要影響因素。因此，本實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)考察了超濾膜孔徑和待分離料液的干物質(zhì)含量這兩個(gè)因素。

圖3 超濾膜孔徑對(duì)膜通量、特征成分透過率和透過液中特征成分含量(以干基計(jì))的影響Fig.3 Effects of ultrafiltration membrane’s pore size on membrane flux, transmittancy of characteristic components, and contents(dry basis) of characteristic components in transmitted solution

1) 超濾膜孔徑。在料液干物質(zhì)含量和泵壓一定時(shí)，選用3種截留分子量的超濾膜進(jìn)行膜分離試驗(yàn)，結(jié)果(圖3)表明：選用5 kD超濾膜時(shí)，特征成分的總透過率(超濾透過液中特征成分的總量與超濾前料液中的比值)最低，透過液中特征成分的相對(duì)含量也較低。這是因?yàn)? kD膜孔徑較小，截留物質(zhì)的總量較多，部分特征成分被大分子物質(zhì)攜裹而截留，導(dǎo)致其透過率較低。反之，10 kD膜孔徑較大，透過物質(zhì)的總量最多，導(dǎo)致透過液中特征成分的相對(duì)含量較低。而8 kD膜孔徑適中，特征成分的總透過率與10 kD相差不大，透過液中特征成分的相對(duì)含量最高。此外，隨著膜孔徑的增大，膜通量呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。膜通量與生產(chǎn)能耗、時(shí)間成本等密切相關(guān)，膜通量太小，則耗時(shí)長(zhǎng)，所需的能耗也更大。綜合考慮，選擇膜孔徑8 kD。

圖4 料液干物質(zhì)含量對(duì)膜通量、特征成分透過率和透過液中特征成分含量(以干基計(jì))的影響Fig.4 Effects of dry matter content in jujube extract on membrane flux, transmittancy of characteristic components, and contents(dry basis) of characteristic components in transmitted solution

2) 料液干物質(zhì)含量。選用8 kD超濾膜，在泵壓一定時(shí)，考察料液干物質(zhì)含量對(duì)超濾效果的影響。結(jié)果(圖4)表明：超濾透過液中特征成分的總量(以干基計(jì))，隨著料液干物質(zhì)含量的增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，并在料液干物質(zhì)含量為3%時(shí)達(dá)到最大值。特征成分總透過率，在料液干物質(zhì)含量從1%增加到3%時(shí)，由94.06%逐漸下降至92.14%，之后隨料液干物質(zhì)含量的進(jìn)一步增大而迅速下降。主要原因是隨著料液干物質(zhì)含量的增加，膜表面污染逐漸加重，導(dǎo)致膜的透過能力下降，更多的大分子物質(zhì)被截留，有利于除去更多雜質(zhì)成分；但是，隨著料液干物質(zhì)含量的繼續(xù)升高(超過3%時(shí))，膜表面的濃差極化增大[21]，膜材料凝膠層加厚，膜污染速度加快，導(dǎo)致一些小分子目標(biāo)成分也被膜組件截留或被大分子物質(zhì)攜裹而截留，從而損失較多的目標(biāo)成分。此外，膜通量隨著料液干物質(zhì)含量的增大而逐漸減小。綜合考慮，選擇料液干物質(zhì)含量3%。

紅棗提取物膜分離精制前蛋白質(zhì)和果膠含量分別為2.95 g/100 g和0.63 g/100 g（干基計(jì)），超濾后蛋白質(zhì)、果膠均未檢出，超濾后溶液顏色由深紅色變?yōu)闇\黃色，說明超濾對(duì)除去蛋白質(zhì)、果膠、大分子色素等物質(zhì)效果顯著。

采用優(yōu)化的提取分離工藝制備紅棗烤甜香特征香料的得率為37.91%（干基計(jì)），其中7種烤甜香成分總含量為63.46 mg/g。

2.3 方法驗(yàn)證結(jié)果

采用優(yōu)化確定的方法制備紅棗烤甜香特征香料，并與市售的紅棗提取物以及本實(shí)驗(yàn)中制備的紅棗粗提物比較。

2.3.1 紅棗烤甜香特征成分含量對(duì)比

采用1.2.1.4節(jié)方法測(cè)定3種紅棗提取物中烤甜香成分的含量。結(jié)果(表6)表明：紅棗烤甜香特征香料中烤甜香特征成分的含量最高，其次是紅棗粗提物，兩者烤甜香成分含量均明顯高于市售的紅棗提取物。

表6 3種紅棗提取物中烤甜香特征成分的含量對(duì)比Tab.6 Content comparison of roasted sweet aroma characteristic components in three jujube extracts

2.3.2 卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

分別對(duì)3種紅棗提取物進(jìn)行卷煙感官作用評(píng)價(jià)(添加量均為50 mg/kg)，結(jié)果(表7)表明：①在香氣和豐富性方面，紅棗烤甜香特征香料優(yōu)于市售的紅棗提取物和紅棗粗提物；在煙氣濃度和勁頭方面，三者差別不大。②在香氣風(fēng)格方面，紅棗烤甜香特征香料提揚(yáng)烤甜香韻效果最好，較市售紅棗提取物和紅棗粗提物分別提升了0.25分和0.20分。可見，通過提取和分離工藝的優(yōu)化，所得紅棗烤甜香特征香料中的香味成分更加集中，感官作用更加明顯。

表7 添加3種紅棗提取物的試驗(yàn)卷煙感官作用評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.7 Sensory evaluation results of three test cigarettes 分

3 結(jié)論

基于大孔吸附樹脂分離、卷煙感官作用評(píng)價(jià)、GC和GC/MS分析等方法，確定了紅棗提取物中對(duì)增加卷煙煙氣烤甜香香韻有直接貢獻(xiàn)的4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、DDMP等7種感官特征成分。以這些特征成分的含量為指標(biāo)，通過紅棗提取和分離精制工藝參數(shù)優(yōu)化，建立了一種煙用香料紅棗烤甜香特征香料的制備方法。采用本方法制備的紅棗烤甜香特征香料中特征成分總量明顯高于紅棗粗提物和市售的紅棗提取物，且蛋白質(zhì)、果膠等對(duì)卷煙感官不利的成分被有效去除；添加該烤甜香特征香料的樣品卷煙煙氣烤甜香韻更加突出。本研究結(jié)果為煙用天然香料特征組分的研究開發(fā)提供了一種工業(yè)可行的方法參考，并對(duì)“烤甜香”風(fēng)格卷煙產(chǎn)品的開發(fā)有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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Determination of roasted sweet aroma component in red jujube extract and optimization of its extraction technology

YANG Pengyuan1,2, HONG Guangfeng3, ZHANG Qidong3, XU Xiujuan3, YU Jianchun4, QU Zhan3, CHEN Zhifei4,WANG Hongwei4, WANG Dingzhong3, HE Baojiang3, LU Binbin3, ZHANG Wenjuan3
1 School of Materials Science and Engineering, Beifang University of Nationalities, Yinchuan 750021, China;2 College of Materials Science & Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China;3 Zhengzhou Tobacco Research Institute, China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China;4 Technology Center, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China

In order to develop tobacco flavor with prominent style of roasted sweet aroma from jujube, the characteristic fractions and components with roasted sweet aroma of jujube extract were determined by sensory evaluation, gas chromatography (GC), gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). Preparation methods and main parameters were optimized by using contents of characteristic components as index. Results showed that: 1) The fraction of jujube extract eluted by 30% of ethonal solution was significant in roasted sweet aroma note. The identified seven aroma components with characteristic note of roasted sweet aroma were 4-cyclopentene-1,3-dione,5-methylfurfural, cyclotene, 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone, maltol, 5-hydroxymethylfurfural and 2,3-dihydro-3,5-hydroxy-6-methyl-4(H)-4-one (DDMP), respectively. 2) Heat extraction method was better for jujube, with optimal preparation process parameters as follows: ethanol concentration 65%, sample/solvent ratio 1∶5, extraction temperature 60℃ and extraction time 1.5h. The optimized process parameters of membrane separation were: ultrafiltration membrane with molecular weight cut off 8 kD and dry matter content of jujube extract 3%. 3) The total content of seven characteristic aroma components in jujube flavor obtained by optimal extraction and separation methods was significantly higher than that of commercially available jujube extract and crude extract. Jujube flavor did not contain protein and pectin which would produce unpleasant cigarette flavor. The roasted sweet aroma note of test cigarette with addition of jujube characteristic flavor was more prominent than other two cigarette samples.

tobacco flavor; jujube extract; cigarette; sensory evaluation; roasted sweet aroma note; gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS); membrane separation; aroma component

楊鵬元，洪廣峰，張啟東，等. 紅棗烤甜香特征成分的確定及制備工藝優(yōu)化[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2016，22(6)

國(guó)家煙草專賣局增香保潤(rùn)重大專項(xiàng)項(xiàng)目“凸顯‘醇香’風(fēng)格的天然植物靶向提取技術(shù)研究”(110201301029)、“天然香料關(guān)鍵成分感官因子分析研究”(110201301026)；中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院院長(zhǎng)科技發(fā)展基金項(xiàng)目“適用于電子煙的棗、麥芽香氣特征組分的制備工藝研究”(422015CA0230)

楊鵬元(1982—)，博士研究生，講師，主要從事材料性能及工藝研究，Tel: 0951-2067861，Email: hmilme@nun.edu.cn

張文娟(1982—)，Tel: 0371-67672511，Email: zwjch@163.com

2016-01-04

：Yang Pengyuan, Hong Guangfeng, Zhang Qidong, et al. Determination of roasted sweet aroma component in red jujube extract and optimization of its extraction technology[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016, 22(6)