謝映松，張李民，胡永華，徐志強(qiáng)，李健文，張文成

（1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

煙用香料是卷煙生產(chǎn)不可缺少的原料，對(duì)卷煙品質(zhì)和風(fēng)格特征具有明顯的影響[1]。根據(jù)香料物質(zhì)的來源，煙用香料可以分為天然香料和合成香料兩大類。其中，合成香料中的Maillard反應(yīng)型香料以其增香作用顯著、與煙氣協(xié)調(diào)性好、掩蓋雜氣和改善吸味效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，在各類煙用香料中居有突出的地位[2-3]。

Maillard反應(yīng)是氨基化合物與還原糖之間發(fā)生的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)。目前，在卷煙生產(chǎn)過程中所添加的Maillard反應(yīng)香料，一般是利用液相反應(yīng)而獲得的[4-5]，不但需要選擇合適的溶劑、pH值和反應(yīng)溫度，而且反應(yīng)時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)甚至超過10 h；此外，氨基化合物與還原糖之間在固相加熱的條件下也會(huì)發(fā)生Maillard反應(yīng)。固相反應(yīng)速率快，通常發(fā)生在烘焙、燒烤和卷煙的燃燒等反應(yīng)過程中[6-7]。研究表明，在卷煙燃吸過程中，卷煙煙氣的形成主要包括低溫條件下的蒸餾、轉(zhuǎn)移、熱解以及高溫條件下的燃燒等物理和化學(xué)路徑，其中在發(fā)生蒸餾、轉(zhuǎn)移和熱解時(shí)，所伴隨的固相Maillard反應(yīng)是形成卷煙煙氣中重要致香成分的有效途徑之一。然而，利用氨基酸和還原糖混合物，在固相加熱的條件下制備Maillard反應(yīng)型煙用香料，并將其應(yīng)用于卷煙產(chǎn)品中還鮮有文獻(xiàn)報(bào)道[8]。本文以脯氨酸和葡萄糖的混合物為原料，在固相加熱條件下獲得了反應(yīng)香料，并評(píng)價(jià)了其在卷煙中的應(yīng)用效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

脯氨酸，≥98%，廣東翁江化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖，分析純，天津市登科化學(xué)試劑有限公司；食用酒精，95%，上海勵(lì)致化工有限公司；乙酸苯乙酯，內(nèi)標(biāo)，＞98%，比利時(shí)Acros公司。樣品卷煙為未加香的“黃山（新制皖煙）”卷煙。

STA 449C同步熱分析儀，德國Netzsch公司；Thermo1300氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Thermo公司；AX504電子天平，感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo儀器公司；Cijector-01型煙用加香注射機(jī)，德國Burghart公司；管式加熱爐，自制。

1.2 脯氨酸和葡萄糖混合物的制備

分別稱取計(jì)量的脯氨酸和葡萄糖，置于瑪瑙碾缽中充分碾磨至均勻，得到摩爾比分別為2∶1，1∶3和1∶5的脯氨酸/葡萄糖混合物，密閉保存，備用。

1.3 熱重分析

稱取20 mg的脯氨酸、葡萄糖以及脯氨酸/葡萄糖混合物，置于Al2O3坩堝中進(jìn)行熱分析；熱解氣氛為氮?dú)猓髁繛?00 mL/min；實(shí)驗(yàn)溫度范圍為室溫至500℃；加熱速率為20℃/min。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性，在每次樣品測(cè)試之前都做了基線測(cè)試。

1.4 固相Maillard反應(yīng)型香料的制備

香料的制備在一個(gè)管式爐加熱器中進(jìn)行。圖1給出了加熱器及產(chǎn)物收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由一根36 cm長的管狀加熱器、一根Ф3×65 cm的石英管反應(yīng)器、一個(gè)帶K型熱電偶的溫控裝置和一個(gè)劍橋?yàn)V片收集裝置所組成。管狀加熱器的中心區(qū)域能夠提供大約10 cm長的均勻溫度（波動(dòng)范圍：±5℃）。實(shí)驗(yàn)前，設(shè)定加熱器的溫度，并將裝有1 g脯氨酸/葡萄糖混合物的石英舟放置于石英管的未加熱區(qū)域，其間一直通入流量為100 mL/min的氮?dú)?；?dāng)加熱器的溫度達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定時(shí)，將石英舟推入熱解爐的均勻溫度區(qū)，焦油態(tài)的產(chǎn)物采用劍橋?yàn)V片收集，氣態(tài)產(chǎn)物直接排空。

加熱5 min后，取出劍橋?yàn)V片，將其放置于一個(gè)帶磨口塞三角燒瓶中，留存在石英管氣體出口端的冷凝物用蘸有食用乙醇的脫脂棉擦洗干凈，一并放入三角燒瓶中；接著，向三角燒瓶中加入20 mL食用酒精溶解、萃取反應(yīng)產(chǎn)物；機(jī)械振蕩30 min后，過濾，濾液即為Maillard反應(yīng)型煙用香料。

1.5 GC/MS分析

取10 mL制備香料，加入25 μL濃度為1.2 mg/mL的乙酸苯乙酯作為內(nèi)標(biāo)物，然后將其濃縮至2 mL，取1 mL濃縮液進(jìn)行GC/MS分析。

GC/MS分析條件：采用HP-FFAP毛細(xì)管色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度230℃，MSD傳輸線溫度230℃；氦氣作為載氣，流量為1.0 mL/min；分流進(jìn)樣，分流比為10∶1，進(jìn)樣量1.0 μL；采用程序升溫，初始溫度60℃，保持3 min，然后以3℃/min的速率升至230℃，再保持15 min；離子源（EI）溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子倍增器電壓70 eV；掃描范圍為41～450 m/z，溶劑延遲4 min。采用Nist12譜庫對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性分析；以乙酸苯乙酯為內(nèi)標(biāo)，采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

1.6 在卷煙中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

取5 mL反應(yīng)型香料，采用食用酒精稀釋至50 mL，用加香注射機(jī)按照10.0 mg/kg的添加量注射到樣品卷煙中。以注射同等量食用酒精的樣品卷煙為空白對(duì)照，于溫度為（22±1）℃，相對(duì)濕度為（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h后，按照國標(biāo)YC/T 497-2014[9]方法，對(duì)加香前后卷煙進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱重分析結(jié)果

圖2是脯氨酸和葡萄糖及其不同摩爾比混合物的微分熱重（DTG）曲線。從圖2（a）可知，在實(shí)驗(yàn)溫度25℃～500℃，隨熱解溫度的升高，脯氨酸和葡萄糖均經(jīng)歷了2個(gè)主要的熱失重階段。脯氨酸的2個(gè)主要的熱失階段發(fā)生在180℃～330℃，最大熱失重速率下的峰值溫度分別為257.1℃和283.7℃；而葡萄糖的熱失階段發(fā)生在180℃～400℃，相應(yīng)的峰值溫度為229.4℃和313.5℃，這一觀察結(jié)果與文獻(xiàn)中在相近實(shí)驗(yàn)條件下的研究結(jié)果一致[9-10]。圖2（b）是摩爾比為2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物的（DTG）曲線，可以看出，熱失重過程也包括2個(gè)主要階段，其溫度范圍105℃～280℃，相應(yīng)的最大熱失重速率下的峰值溫度分別為159.7℃和208.8℃，與純的脯氨酸和葡萄糖的熱失重相比，溫度范圍和峰值溫度均明顯提前，顯示這兩種物質(zhì)發(fā)生了Maillard反應(yīng)。圖2（c）和圖2（d）分別顯示了摩爾比為1∶3和1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物的DTG曲線，從中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脯氨酸和葡萄糖的摩爾比為1∶3時(shí)，DTG曲線上，在溫度范圍105℃～280℃之間主要表現(xiàn)為單一峰，峰值溫度為169.1℃，相較于純的脯氨酸和葡萄糖的熱解，其溫度范圍和溫度值也明顯提前。而對(duì)于1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物，雖然DTG曲線上在溫度范圍105℃～280℃之間也主要表現(xiàn)為單一峰，峰值溫度為207.3℃，但是在大約184℃附近還出現(xiàn)了一個(gè)肩峰；此外，在280℃～400℃之間還可以觀察到一個(gè)小的重量損失過程，表明此時(shí)葡萄糖可能過量。由于不同摩爾比的脯氨酸和葡萄糖混合物的主要熱反應(yīng)過程均發(fā)生在105℃～280℃之間，因此，為了全面地收集反應(yīng)產(chǎn)物，并獲得其組成信息，在進(jìn)行Maillard反應(yīng)型香料的制備和分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，將其反應(yīng)溫度設(shè)定為290℃。

圖2 脯氨酸和葡萄糖及其不同摩爾比混合物的微分熱重（DTG）曲線

2.2 產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果

不同摩爾比脯氨酸和葡萄糖混合物的加熱反應(yīng)在管式爐中進(jìn)行。熱反應(yīng)溫度設(shè)為290℃。為了探討溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的影響，對(duì)于摩爾比為2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物除了進(jìn)行290℃的加熱實(shí)驗(yàn)外，還進(jìn)行了250℃時(shí)的加熱實(shí)驗(yàn)。表1給出了所有實(shí)驗(yàn)條件下加熱反應(yīng)產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果?？梢钥闯觯诓煌膶?shí)驗(yàn)條件下，共鑒定出了27種化學(xué)成分。比較脯氨酸和葡萄糖的摩爾比為2∶1，加熱溫度分別為250℃和290℃時(shí)的反應(yīng)產(chǎn)物可以發(fā)現(xiàn)，在250℃時(shí)，其產(chǎn)物基本是氮雜環(huán)類物質(zhì)，其中四氫吡咯，尤其是5，10-二甲氧基-2，3，7，8-四氫-1H，6H-吡咯并[1，2-a；1’，2’-d]吡嗪具有高的產(chǎn)率。而當(dāng)加熱溫度升高到290℃，氧雜環(huán)類產(chǎn)物較多，且以2，3-二氫-3，5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）產(chǎn)率最高；而2，5-二甲基-4-羥基-3（2H）-呋喃酮和5-羥基麥芽酚也具有相對(duì)較高的產(chǎn)率。上述分析結(jié)果表明，反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的種類和產(chǎn)率均具有十分明顯的影響。

據(jù)報(bào)道，2，5-二甲基-4-羥基-3（2H）-呋喃酮是卷煙煙氣中的一種關(guān)鍵烤甜香味成分[11]，而DDMP與煙氣的甜味顯著正相關(guān)[12-13]。比較表1中脯氨酸和葡萄糖的摩爾比分別為2∶1，1∶3和1∶5，且反應(yīng)溫度均為290℃時(shí)的產(chǎn)物還可以發(fā)現(xiàn)，在相同的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)物中隨著葡萄糖比例的增加，產(chǎn)物的種類和高產(chǎn)率的物質(zhì)基本沒有明顯的變化。但是從生成量上看，在上述3種摩爾比的反應(yīng)物中，摩爾比為1∶3的反應(yīng)物產(chǎn)生的2，5-二甲基-4-羥基-3（2H）-呋喃酮和DDMP最多。

表1 不同摩爾比脯氨酸和葡萄糖混合物在不同溫度下產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果

2.3 在卷煙中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)過程中共制備了4種反應(yīng)型香料，分別是摩爾比為2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物在250℃時(shí)的產(chǎn)物（編號(hào)為1#），摩爾比為2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃時(shí)的產(chǎn)物（編號(hào)為2#），摩爾比為1∶3的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃時(shí)的產(chǎn)物（編號(hào)為3#）和摩爾比為1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃時(shí)的產(chǎn)物（編號(hào)為4#）。將這4種香料分別添加到未加香的樣品卷煙中，并以注射同等量食用酒精的樣品卷煙為空白對(duì)照，從舒適感特征、煙氣特征、口味風(fēng)格和香氣風(fēng)格等方面對(duì)加香前后的卷煙進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)[1]，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，雖然1#香料總體效果欠佳，但是其他3種香料對(duì)煙氣的各項(xiàng)指標(biāo)均有所改善或明顯改善，尤其是3#香料不僅能明顯改善煙氣特征，而且對(duì)于煙氣的甜味和焦甜香香氣風(fēng)格特征有顯著提升作用。

表2 不同Maillard反應(yīng)型香料應(yīng)用在卷煙中的感官評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

本文以脯氨酸和葡萄糖混合物為原料，利用管式爐加熱器，結(jié)合熱重和GC/MS分析，制備和分析了糖氨固相Maillard反應(yīng)香料，并添加到卷煙中進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)，初步獲得了在提升卷煙煙氣感官品質(zhì)，尤其是焦甜香香韻方面，具有較優(yōu)效果的香料制備條件。由于本方法具有制備過程簡(jiǎn)單、快速，且不需要任何反應(yīng)溶劑等特征，因此，其在煙用香料的制備方面值得進(jìn)一步深入研究。