甘學(xué)文

王光耀1

鄧仕彬2

張春暉1

崔和平2

劉曙光1

于靜洋2

成 濤1

張曉鳴2

(1. 江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 江蘇 南京 210019；2. 江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

外源美拉德反應(yīng)中間體在卷煙加工中的含量變化及致香效果

甘學(xué)文1

王光耀1

鄧仕彬2

張春暉1

崔和平2

劉曙光1

于靜洋2

成 濤1

張曉鳴2

(1. 江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 江蘇 南京 210019；2. 江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

為研究美拉德反應(yīng)中間體在卷煙中的作用，以果糖和苯丙氨酸為原料，制備Heyns重排產(chǎn)物(HRP)類中間體，并添加至煙葉中。研究煙葉外源HRP的分析方法，確定外源HRP的最佳萃取條件：甲醇為萃取劑，液料比20∶1 (mL/g)，萃取溫度25 ℃，萃取時間40 min，該條件下萃取效率能夠達(dá)到95%。利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法對萃取液中的HRP進(jìn)行定量分析?？疾熨A葉、切絲及烘絲過程中外源HRP的穩(wěn)定性，研究其含量在加工過程的變化規(guī)律。結(jié)果表明，貯葉、切絲工序中外源HRP損失較小，而烘絲工序中HRP含量降低了23.6%。將烘后的煙絲制成卷煙，利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)分析該中間體在卷煙燃燒過程中卷煙香氣成分及含量的變化情況，證實(shí)了果糖-苯丙氨酸HRP具有增強(qiáng)卷煙香氣的作用。

Heyns重排產(chǎn)物；液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；煙氣成分分析

美拉德反應(yīng)是煙草特征香味形成的重要反應(yīng)，廣泛存在于煙葉的調(diào)制、陳化、加工以及燃吸過程中，該反應(yīng)能夠增加卷煙中的香氣，顯著提高卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量[1-2]。果糖是卷煙中含量較多的糖類化合物，既能降低卷煙焦油量，又是卷煙香氣重要的前體物質(zhì)[3]131-134。煙草中的苯丙氨酸能夠通過反應(yīng)自身裂解產(chǎn)生一些香味前體物，并通過多條反應(yīng)途徑生成多酚類物質(zhì)、醌類、類黑素等，這些物質(zhì)不僅影響煙葉的色澤，還對卷煙制品的吃味和香氣有重要影響[4]?？緹煹奶卣飨銡庵饕獊碜杂谔呛桶被岬姆磻?yīng)產(chǎn)物，果糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)后生成Heyns化合物，該物質(zhì)作為美拉德反應(yīng)過程中非常重要的致香前體，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫條件下不揮發(fā)或揮發(fā)性弱，本身沒有香氣，但在卷煙加工、燃燒中易裂解產(chǎn)生呋喃、吡啶、吡咯、吡嗪、吲哚類等主要致香成分，這些致香成分與烤煙本香協(xié)同，能夠賦予烤煙特有的香味，對卷煙品質(zhì)具有非常重要的影響[5]。美拉德反應(yīng)中間體的含量可以用來監(jiān)測煙草中美拉德反應(yīng)的程度，其變化趨勢也與烤煙感官品質(zhì)變化趨勢比較吻合，是煙葉品質(zhì)的一個重要指標(biāo)[6]。

本研究選擇果糖和苯丙氨酸為原料，制備烤煙中含量較高且對卷煙品質(zhì)影響較大的果糖-苯丙氨酸HRP并將其添加到煙葉中，考察其在卷煙加工過程中的含量變化情況。LC-MS/MS作為一項(xiàng)新技術(shù)，是近年發(fā)展起來的定性定量分析有機(jī)物的有效手段，前處理簡單，具有非常高的靈敏度、分辨能力和選擇性，不僅能分離復(fù)雜體系的化合物，而且對于無法分離的化合物能通過質(zhì)譜的質(zhì)量選擇進(jìn)行分析，適用于煙草中美拉德反應(yīng)中間體的定性定量分析[7-8]。建立煙葉及煙絲表面外源HRP的LC-MS/MS檢測方法，在此基礎(chǔ)上將果糖-苯丙氨酸HRP添加到卷煙中進(jìn)行應(yīng)用研究，模擬卷煙加工工藝，分析其在貯葉、切絲和烘絲過程中的含量變化。將添加美拉德反應(yīng)中間體的煙絲制成卷煙，分析卷煙中主流煙氣揮發(fā)性成分，考察HRP在卷煙燃燒過程中對卷煙香氣成分的影響。本研究結(jié)果可以反映煙葉中Heyns重排產(chǎn)物在煙草加工中動態(tài)變化，明確對中間體含量影響較大的加工工序，評價在卷煙中添加外源中間體的致香效果，為卷煙加工提供重要的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

L-苯丙氨酸、D-果糖：食品級，上海源葉生物科技有限公司；

氫氧化鈉、鹽酸、甲醇、乙醇、氯化鈉、無水硫酸鈉、乙酸苯乙酯：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

甲酸、乙腈、二氯甲烷：色譜純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

煙葉：江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

2-脫氧-2-L-苯丙氨酸-D-葡萄糖：95%純度，實(shí)驗(yàn)室制備。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電子天平：EL104型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；

磁力攪拌器：C-MAG-HS7型，德國IKA公司；

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

實(shí)驗(yàn)室pH計：FE20型，梅特勒-托利多儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9140A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：HWS-150型，上海森信實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

超高效液相色譜儀串聯(lián)四級桿質(zhì)譜聯(lián)用儀：UPLC-TQD型，美國沃特世公司；

手動卷煙器：DELUXE型，德國Mascotte公司；

吸煙機(jī)：RM 200型20孔道轉(zhuǎn)盤式，德國Borgwaldt公司；

同時蒸餾萃取裝置(SDE)：雙重蒸餾器，安徽天長市華玻實(shí)驗(yàn)儀器廠；

氮吹儀：QYN100-1型，上海喬躍電子有限公司；

三重四級桿氣質(zhì)聯(lián)用儀：TSQ Quantum XLS型，美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 分析方法

1.2.1 超高效液相色譜串聯(lián)四級桿質(zhì)譜聯(lián)用儀

(1) 色譜條件：色譜儀為UPLC-TQD；分析柱為ACQUITY UPLC CSH C18(2.1 mm×100 mm，1.7 μm)；流動相：0.1%甲酸—乙腈梯度洗脫；流速0.3 mL/min；柱溫45 ℃；進(jìn)樣體積1 μL。

(2) 質(zhì)譜條件：電噴霧離子源(ESI)，正離子模式；電離源溫度130 ℃；脫溶劑氣溫度400 ℃，氣流量600 L/h；錐孔氣流量50 L/h；碰撞氣體流量0.1 mL/min；采用多反應(yīng)監(jiān)測模式(MRM)。

準(zhǔn)確稱取2-脫氧-2-L-苯丙氨酸-D-葡萄糖純品，配制一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，作UPLC-TQD分析，計算峰面積，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 三重四級桿氣質(zhì)聯(lián)用儀

(1) 色譜條件：色譜柱為HP-5 MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。起始溫度50 ℃，保持2 min，以5 ℃/min速率升溫到250 ℃，保持30 min。分流比50∶1，進(jìn)樣量1 μL。

(2) 質(zhì)譜條件：電子轟擊電離源EI；電子能量為70 eV；離子源溫度為250 ℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)33～450。

1.2.3 果糖-苯丙氨酸HRP的水相制備 以D-果糖和L-苯丙氨酸為原料，按羰基、氨基的摩爾比為2∶1均勻混合，配制濃度為68.8 mg/mL的溶液。放入轉(zhuǎn)子，置于磁力攪拌器上攪拌，使其完全溶解，再用NaOH或HCl溶液調(diào)節(jié)pH至7.4。轉(zhuǎn)移至美拉德反應(yīng)瓶中，在100 ℃反應(yīng)100 min，冷卻后即可得到果糖-苯丙氨酸的HRP溶液。

1.2.4 卷煙中外源性美拉德反應(yīng)中間體的萃取 準(zhǔn)確稱取100.0 g標(biāo)準(zhǔn)條件下平衡過的煙葉(或煙絲)，均勻添加果糖-苯丙氨酸HRP溶液6.5 mL，使加料濃度為0.1 g中間體/100 g煙葉。將煙葉置于(22±1) ℃的恒溫恒濕箱中，保持煙葉含水率為22%，放置4 h。按液料比20∶1 (mL/g)分別加入甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷4種不同的試劑，在一定溫度下攪拌萃取一段時間，收集萃取液。以未添加中間體的煙葉做空白試驗(yàn)。

1.2.5 美拉德反應(yīng)中間體在卷煙加工各工序的含量測定

將果糖-苯丙氨酸HRP溶液添加到標(biāo)準(zhǔn)條件下平衡過的煙葉中，加料濃度為0.1 g中間體/100 g煙葉。分別在卷煙貯葉、切絲、烘絲3個加工工序前后對外源HRP進(jìn)行萃取，并利用LC-MS/MS測定其含量。貯葉方法：將煙葉置于(22±1) ℃的恒溫恒濕箱中，保持煙葉含水率為22%，放置4 h。烘絲方法：于105 ℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘絲5 min，至水分含量達(dá)到11%，烘絲過程中按時翻動使煙絲受熱均勻。

1.2.6 卷煙試驗(yàn)樣品制備 采用DELUXE型手動卷煙器將煙絲打入空煙筒內(nèi)，充制成卷煙樣品。將得到的試驗(yàn)煙放在(22±1) ℃、濕度(60±2)%的恒溫恒濕箱中平衡48 h以上，篩選質(zhì)量為(0.80±0.02) g的煙支，備用。

1.2.7 卷煙中主流煙氣揮發(fā)性成分的測定 將1.2.6制備的卷煙樣品用吸煙機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行抽吸，劍橋?yàn)V片捕集卷煙煙氣(20支)。煙氣樣品前處理采用同時蒸餾萃取法：將劍橋?yàn)V片放入含有350 mL飽和氯化鈉溶液的1 000 mL圓底燒瓶中，置于同時蒸餾萃取裝置(SDE)一端的接口，調(diào)節(jié)電爐加熱溫度進(jìn)行水相蒸餾；以二氯甲烷為萃取劑，量取40 mL放入250 mL圓底燒瓶中，置于SDE另一端，在65 ℃下進(jìn)行蒸餾?？刂评淠疁囟葹?5 ℃，調(diào)節(jié)SDE兩端加熱溫度，控制有機(jī)相和水相的餾出速度相等，萃取2 h。待SDE裝置冷卻后，收集有機(jī)相萃取液，無水硫酸鈉除去水分。加入20 μL 0.468 mg/mL乙酸苯乙酯(內(nèi)標(biāo))，搖勻后用氮吹儀濃縮至1 mL，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾進(jìn)行GC-MS分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙絲中提取美拉德反應(yīng)中間體的條件

2.1.1 萃取溶劑的選擇 根據(jù)煙草中測定美拉德反應(yīng)中間體含量常用的提取溶劑，選擇甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷4種溶劑為萃取溶劑[9]，設(shè)定萃取溫度為25 ℃，液料比為20∶1 (mL/g)，萃取時間為40 min，對煙絲樣品進(jìn)行萃取。萃取溶劑對美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響見圖1。

圖1 溶劑對HRP萃取率的影響Figure 1 Effect of reagents on HRP extraction

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用4種溶劑分別對空白煙葉進(jìn)行萃取，并對萃取液中的HRP進(jìn)行分析，均未檢測到果糖-苯丙氨酸HRP，但是試驗(yàn)組萃取液中檢測到不同濃度中間體，證實(shí)該萃取條件下內(nèi)源HRP并未被萃取出來。由圖1可知，在40 min的萃取時間內(nèi)，甲醇的萃取效果最好，萃取率能達(dá)到95%，主要是因?yàn)镠RP在甲醇中的溶解性較好，有利于HRP的提取。而乙醇、乙腈、二氯甲烷萃取效果較差，不適于HRP的萃取。因此，選擇甲醇作為萃取試劑。楊金英等[10]研究了不同甲醇和乙醇溶液對脯氨酸-葡萄糖Amadori化合物的萃取效率的影響，也發(fā)現(xiàn)甲醇的萃取效率較好。

2.1.2 萃取溫度對煙絲中美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響

以甲醇為萃取溶劑，液料比為20∶1 (mL/g)，萃取時間為40 min，分別在15，25，35，45，55 ℃條件下對煙絲樣品進(jìn)行萃取。萃取溫度對美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響見圖2。

圖2 萃取溫度對HRP萃取率的影響Figure 2 Effect of extraction temperature on HRP extraction

通過HLPC對空白組萃取液進(jìn)行分析，未檢測到HRP。而試驗(yàn)組在15～55 ℃的萃取范圍內(nèi)檢測到HRP，并且隨著溫度的升高HRP萃取率并無顯著性差異(P<0.05)，見圖2。隨著溫度的升高，分子的擴(kuò)散速率會加快，使傳質(zhì)更充分，但是溫度升高可能會引起HRP的降解，因此，綜合考慮選擇25 ℃為最佳的萃取溫度。

2.1.3 液料比對煙絲中美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響

按液料比為5∶1，10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1，35∶1 (mL/g)向煙絲添加甲醇，25 ℃下對煙絲樣品萃取40 min。液料比對美拉德反應(yīng)中間體萃取效率的影響見圖3。

圖3 液料比對HRP萃取率的影響Figure 3 Effect of solvent/solid ratio on HRP extraction efficiency

由圖3可知，隨著所用溶劑量的增加，HRP萃取率提高，但在液料比達(dá)到20∶1 (mL/g)之后，繼續(xù)增加溶劑量HRP的萃取率并沒有顯著提高。從擴(kuò)散理論來分析，隨著所用溶劑的增大，擴(kuò)散速率會加快，最終達(dá)到動態(tài)平衡。因此，綜合考慮HRP萃取率以及經(jīng)濟(jì)成本，選擇20∶1 (mL/g)為最佳的液料比。

2.1.4 萃取時間對煙絲中美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響

以甲醇為萃取試劑，液料比為20∶1 (mL/g)，萃取溫度為25 ℃，變化萃取時間為10，20，30，40，50，60，70，80 min分別對煙絲樣品進(jìn)行萃取。萃取時間對美拉德反應(yīng)中間體萃取率的影響見圖4。

圖4 萃取時間對HRP萃取率的影響Figure 4 Effect of extraction time on HRP extraction

由圖4可知，在10～40 min時，隨著萃取時間的延長HRP萃取率逐漸增大，說明這段時間內(nèi)隨著萃取時間的增加HRP的浸出更加充分。在40～80 min時，隨著萃取時間的增加HRP萃取率變化趨于平緩，說明這段時間對HRP萃取率的影響不大，即HRP在萃取40 min時已萃取完全。因此，最佳萃取時間選擇40 min。

因此，HRP的最佳萃取條件：甲醇為萃取試劑，液料比為20∶1 (mL/g)，萃取溫度為25 ℃，萃取時間為40 min。該條件下的萃取率能夠達(dá)到95%。

2.2 美拉德反應(yīng)中間體在卷煙加工過程中的含量變化

卷煙工藝流程主要包括：自然醇化(2～3年)、真空回潮、去梗、加料潤葉、貯葉、切絲、烘絲、加香等加工工序[11]，這些加工過程都可能引起煙草化學(xué)成分的改變。本研究在卷煙加工的加料潤葉工序?qū)⑼庠葱悦览路磻?yīng)中間體HRP添加至煙葉中，選擇貯葉、切絲、烘絲等后續(xù)加工工序，在最佳萃取條件下對不同加工處理煙葉表面的HRP進(jìn)行萃取，考察中間體在各個工序中的變化。添加美拉德反應(yīng)中間體后分別對這3個加工工序前后的中間體含量進(jìn)行測定，研究中間體在卷煙加工中的動態(tài)變化規(guī)律。

圖5是貯葉工藝對美拉德反應(yīng)中間體含量的影響。

圖5 貯葉工藝對HRP含量的影響Figure 5 Effect of storage process on HRP content

由圖5可知，煙葉在貯葉工藝中美拉德反應(yīng)中間體含量穩(wěn)定維持在0.094～0.095 mg/g煙葉，也就是說貯葉工藝對美拉德反應(yīng)中間體的含量影響很小。主要是因?yàn)槊览路磻?yīng)中間體在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不容易揮發(fā)，在此條件下也不會發(fā)生裂解反應(yīng)。

對切絲工藝中美拉德反應(yīng)中間體含量進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其含量從0.094 mg/g煙葉減少為0.089 mg/g煙葉，主要是由于切絲過程是劇烈的物理變化過程，而且添加的美拉德反應(yīng)中間體也只是留存在煙葉表面，切絲時中間體會有所損失，因此其含量有略微減少。這個過程主要是物理過程引起的變化，化學(xué)成分的變化較低，對美拉德反應(yīng)中間體含量的影響也較小。

剛切好的煙絲水分含量較大，需要烘絲去除部分水分，目前卷煙生產(chǎn)企業(yè)主要采用氣流式和滾筒式烘絲機(jī)干燥煙絲。氣流式烘絲機(jī)的烘絲溫度在200 ℃以上，烘絲時間只需1～2 s，有利于提高煙絲填充性，但烘后煙絲含水率波動較大，且易破壞煙草本香；滾筒式烘絲機(jī)的溫度較低，烘后煙絲含水率比較穩(wěn)定，有利于保持煙草本香，但煙絲填充性較差[12]。本研究模擬烘絲工藝在105 ℃下烘絲5 min能夠使煙絲水分含量達(dá)到11%左右，即成品卷煙的水分含量標(biāo)準(zhǔn)。圖6是烘絲過程中美拉德反應(yīng)中間體含量的變化情況。

圖6 烘絲時間對HRP含量的影響Figure 6 Effect of baking time on HRP content

由圖6可知，烘絲0～1 min時美拉德反應(yīng)中間體含量從0.089 mg/g煙葉減少為0.088 mg/g煙葉，降低較少，因?yàn)樵撾A段煙絲處于升溫階段，中間體的裂解速率比較慢。烘絲1～5 min時中間體的含量從0.088 mg/g煙葉減少為0.068 mg/g煙葉，中間體的裂解速率逐漸加快。因此，添加在煙葉中的美拉德反應(yīng)中間體在經(jīng)過105 ℃烘絲5 min后其含量降低了23.6%，即烘絲工藝對美拉德反應(yīng)中間體的含量影響較大。

在卷煙的生產(chǎn)加工過程中，煙草的含水率會發(fā)生變化，而且受到物理機(jī)械作用，其物理特性、燃燒性能以及化學(xué)成分通常會有所變化[13]。一般來說，卷煙在加工過程中引起的物理性能及化學(xué)成分的改變，會使最終加工制成的卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)比加工前的有明顯的提高，除了是加香加料帶來的效果之外，主要是加工過程能夠消除或減少一些不利于抽吸的不良?xì)馕段镔|(zhì)，同時香味物質(zhì)還有所增加，使卷煙產(chǎn)品香氣更純正、吃味更柔和[3]175-176。切絲工序是卷煙生產(chǎn)過程中非常關(guān)鍵的工序之一，在一定范圍內(nèi)，煙絲寬度越小，卷煙的透發(fā)性越高，細(xì)膩度也增加，而且有利于主流煙氣中氨氣含量的降低，但也會增加苯酚和氰化氫的含量[14]。在高溫高濕的烘絲工序中，更多的、復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生，包括一些物質(zhì)的水解、氧化、分解、合成反應(yīng)，通過這些反應(yīng)，氨及其衍生物、游離煙堿等一些對煙質(zhì)具有不良?xì)馕兜奈镔|(zhì)成分大大減少了，而棕色化反應(yīng)產(chǎn)物等對煙質(zhì)有提升作用的重要香味物質(zhì)增加了，但也會引起有益成分如揮發(fā)性酚發(fā)生降解導(dǎo)致其釋放量下降[15]。在卷煙加工過程中特別是熱加工環(huán)節(jié)如烘絲工序，美拉德反應(yīng)中間體很有可能裂解產(chǎn)生有利于卷煙抽吸的風(fēng)味成分[16]，同時也有可能參與到其他的反應(yīng)中，形成卷煙特征香氣以及烤煙色澤。

通過研究外源中間體在卷煙加工過程中的含量變化可以看出，中間體在烘絲過程中會有損失，推斷煙草中內(nèi)源中間體與烘絲工藝相關(guān)性較強(qiáng)。卷煙生產(chǎn)過程中可以通過調(diào)節(jié)加工溫度控制煙草中美拉德反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性，以獲得燃吸品質(zhì)理想的卷煙產(chǎn)品。

2.3 添加果糖-苯丙氨酸中間體后卷煙主流煙氣揮發(fā)性成分的變化

煙葉中所含致香物質(zhì)的種類和含量是決定煙葉質(zhì)量和卷煙產(chǎn)品風(fēng)格最直接的因素。卷煙中主流煙氣揮發(fā)性成分是在卷煙燃吸過程中產(chǎn)生，是卷煙產(chǎn)品品質(zhì)的主要評價指標(biāo)，分析煙氣中的揮發(fā)性香味成分，對卷煙加香有重要指導(dǎo)意義[17]。

采用GC-MS對空白煙和添加果糖-苯丙氨酸HRP試驗(yàn)煙中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，共檢測出107種化合物。根據(jù)所檢測化合物主要官能團(tuán)的差異，將107種化合物分為15類物質(zhì)，包括苯酚類10種，酮類19種，醇類13種，酯類20種，烯類10種，烷烴類8種，苯類3種，呋喃類1種，吡喃類1種，醛類5種，酸類2種，吡啶類1種，吲哚類2種，萘類5種，稠環(huán)類7種。各個種類物質(zhì)的含量見圖7。

圖7 卷煙主流煙氣中各個種類物質(zhì)的含量Figure 7 The content of various compounds in mainstream cigarette smoke

由圖7可知，空白煙和試驗(yàn)煙的主流煙氣中苯酚類、酮類、醇類、酯類、烯類和烷烴類的含量較高，而苯類、呋喃類、吡喃類、醛類、酸類、吡啶類、吲哚類、萘類和稠環(huán)類物質(zhì)的含量相對較少。對空白煙和試驗(yàn)煙中的主流煙氣揮發(fā)性成分總含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)空白煙為1 801.25 μg/支，試驗(yàn)煙達(dá)到了2 421.48 μg/支，即含量增加了34.43%，因此添加了果糖-苯丙氨酸HRP的卷煙香氣有明顯提高。對比空白煙和試驗(yàn)煙中卷煙煙氣化學(xué)成分各類物質(zhì)的含量差異，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)煙中除了苯類和酸類的含量有所降低，其余物質(zhì)含量均有不同程度的提高，這些成分的增加很大程度上能夠提高卷煙產(chǎn)品的感官品質(zhì)。酮類和酯類是卷煙主流煙氣中廣泛存在的化合物，是產(chǎn)生卷煙香氣的特征化合物，其中巨豆三烯酮、9,12,15-十八碳三烯酸甲酯含量較多，是烤煙中重要的致香成分[18]。醇類和醛類物質(zhì)也被認(rèn)為是卷煙中重要的香氣物質(zhì)來源，這些成分對卷煙感官品質(zhì)均有重要影響[19]。卷煙燃燒溫度對烯類物質(zhì)含量的影響較大，有研究表明在600，900 ℃下裂解煙葉，產(chǎn)物中烯類的含量均是最高[20]，新植二烯作為烤煙中的香氣成分，對卷煙香氣至關(guān)重要[21]。煙氣中的苯酚類物質(zhì)主要是由煙葉中的纖維素和木質(zhì)素燃燒裂解產(chǎn)生，因此其含量也較高。主流煙氣中的呋喃類、吡啶類和吡咯類主要是卷煙燃燒過程發(fā)生美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生，也就是說添加美拉德反應(yīng)中間體的卷煙樣品能提高這些成分的含量。呋喃類和吡咯類物質(zhì)具有焦糖香、堅(jiān)果香和甜香等特征香氣，吡啶類具有令人愉悅的香氣，對卷煙樣品的香氣有重要影響[22]。吲哚類物質(zhì)對余味有顯著提高作用，對刺激性有顯著有利影響[23]。萘類和稠環(huán)類物質(zhì)中分別以1,3-二甲基-萘和1-亞乙基-1H-茚的含量較高，也能提高卷煙的風(fēng)味[20]。煙草中很多揮發(fā)性芳香族化合物的產(chǎn)生與苯丙氨酸和木質(zhì)素的代謝轉(zhuǎn)化有關(guān)[3]200。苯乙醛是煙草調(diào)制和陳化期間形成的重要代謝產(chǎn)物，對煙草特征香氣具有重要的貢獻(xiàn)，能夠散發(fā)焦香味和皂花味，顯著強(qiáng)化卷煙的花香[24-25]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)添加HRP的卷煙煙氣中苯乙醛較空白煙有明顯增加，說明果糖-苯丙氨酸HRP可以豐富卷煙香氣，對改善卷煙品質(zhì)具有積極意義。

果糖-苯丙氨酸HRP是煙草醇化過程中產(chǎn)生的天然風(fēng)味前體之一[3]140，因此添加了HRP的卷煙在熱加工過程中產(chǎn)生的香氣物質(zhì)與煙草自身香氣輪廓相協(xié)調(diào)，能達(dá)到增強(qiáng)卷煙香氣的目的。將美拉德反應(yīng)中間體應(yīng)用到卷煙中，使其在后續(xù)加工、燃吸過程中再裂解產(chǎn)生香味物質(zhì)來增補(bǔ)煙香，就能夠穩(wěn)定卷煙的加香效果，這在卷煙增香中具有很好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以果糖和苯丙氨酸為原料，制備了HRP溶液，將其應(yīng)用于卷煙工藝中。考察了不同因素對煙絲中外源HRP萃取效果的影響，確定了最佳萃取工藝為：甲醇為萃取試劑，液料比20∶1 (mL/g)，萃取溫度25 ℃，萃取時間40 min，該條件下萃取率能夠達(dá)到95%，以此確立了煙葉中外源HRP的分析方法。將果糖-苯丙氨酸HRP添加到煙絲中，在此萃取條件下分析中間體在卷煙加工各工序的前后含量變化，明確其在加工過程的動態(tài)變化規(guī)律。分析結(jié)果可知，貯葉、切絲工序中外源HRP損失較小，而烘絲工序?qū)ν庠碒RP含量的影響較大，其含量降低了23.6%。推斷煙草中內(nèi)源中間體與烘絲工藝相關(guān)性較強(qiáng)，卷煙生產(chǎn)過程中可以通過調(diào)節(jié)加工溫度控制煙草中美拉德反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性，以獲得燃吸品質(zhì)理想的卷煙產(chǎn)品。比較了空白煙和添加果糖-苯丙氨酸HRP試驗(yàn)煙的主流煙氣揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)煙與空白煙產(chǎn)生的香味物質(zhì)種類基本一致，但試驗(yàn)煙香氣含量比空白煙增加了34.43%，說明果糖-苯丙氨酸HRP發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的香氣輪廓與煙香保持了較好的一致性，在卷煙加工過程中添加美拉德反應(yīng)中間體具有增強(qiáng)卷煙香氣的效果。

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The content change of exogenous Maillard reaction intermediates during cigarette processing and its improving effect on aromas

GANXue-wen1

WANGGuang-yao1

DENGShi-bin2

ZHANGChun-hui1

CUIHe-ping2

LIUShu-guang1

YUJing-yang2

CHENGTao1

ZHANGXiao-ming2

(1.ChinaTobaccoJiangsuIndustrialCo.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu210019,China;2.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Maillard reaction intermediates are important aromatic precursor substances in cigarettes, which can reconcile smoke and improve the taste of tobacco. In this study, Maillard reaction intermediate of Heyns rearrangement product was prepared by using fructose and phenylalanine as raw material, and then being added to tobacco. The analysis method of exogenous HRP was studied. The optimal extraction conditions of HRP were determined as follows: methanol as the extraction solvent, solvent/solid ratio of 20∶1 (mL/g), the extraction temperature of 25 ℃, and the extraction time of 40 min. The extraction efficiency reached 95% in the conditions above. The HRP in the extraction solution was quantitatively analyzed by LC-MS/MS. The stability of exogenous HRP during tobacco storage, shredding and baking process was researched and the change of HRP content in tobacco during the process was determined. Little loss of exogenous HRP in the storage leaves and shredding process was showed in the research results, while the concent of HRP during the baking process was reduced 23.6%. The tobacco shred was used to prepare cigarette after baking. The content and species change of aroma components in the cigarettes during burning were analyzed by GC-MS. The improving effect of the HRP derived from fructose and phenylalanine on cigarettes aromas was proved.

Heyns rearrangement products; LC-MS; analysis of smoke composition

國家煙草局科技重點(diǎn)項(xiàng)目(合同號：110201402039)；國家自然科學(xué)基金(編號：31671826)；科技部2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目(編號：2017YFD0400100)

甘學(xué)文(1967—)，男，江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司高級工程師。E-mail:nj01812@jszygs.com

2017—04—21

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.05.015