煙葉末在酶解和美拉德反應(yīng)過(guò)程中風(fēng)味變化規(guī)律的研究

文冬梅，伍錦鳴，趙謀明，卓浩廉，趙強(qiáng)忠，*，郭 文

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640; 2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東廣州 510610)

煙葉末在酶解和美拉德反應(yīng)過(guò)程中風(fēng)味變化規(guī)律的研究

文冬梅1，伍錦鳴2，趙謀明1，卓浩廉2，趙強(qiáng)忠1，*，郭 文2

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640; 2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東廣州 510610)

測(cè)定了煙葉末在酶解、濃縮、美拉德過(guò)程中各階段風(fēng)味物質(zhì)的變化，采用SPSS軟件對(duì)此變化作了聚類分析，在此基礎(chǔ)上探討了其變化規(guī)律。結(jié)果表明:煙葉末經(jīng)復(fù)合植物水解酶酶解后，苯丙氨酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇的相對(duì)含量都有所增加;再經(jīng)Alcalase酶解后，產(chǎn)生了3種典型的非酶褐變反應(yīng)產(chǎn)物2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇、2－乙酰吡咯，減少了苯甲醛;酶解液在進(jìn)一步濃縮過(guò)程中生成了一種羰氨反應(yīng)產(chǎn)物N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸，同時(shí)真空濃縮致使香葉基丙酮、茶香酮、苯甲醇3種風(fēng)味物質(zhì)流失;但美拉德反應(yīng)后生成了大量的呋喃及醛酮類化合物，使風(fēng)味物質(zhì)增加到43種。聚類分析結(jié)果顯示，美拉德反應(yīng)后，風(fēng)味物質(zhì)在種類以及數(shù)量上都發(fā)生了顯著地變化。

煙葉末，酶解，濃縮，美拉德，風(fēng)味物質(zhì)

已知煙葉末廢料中含有3000多種化合物，包括糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、木質(zhì)素和有機(jī)酸等物質(zhì)。隨著煙草行業(yè)的發(fā)展，如何發(fā)揮這些廢棄物的潛在價(jià)值，對(duì)廢棄煙葉末進(jìn)行綜合利用，已成為醫(yī)藥、化工、食品等行業(yè)科研工作者研究的熱點(diǎn)［1－2］。結(jié)合煙末含有與煙葉等同的特征風(fēng)味物質(zhì)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)制備煙用香精，變廢為寶，是提高煙葉末工業(yè)附加值的一條理想途徑。酶解與美拉德聯(lián)用技術(shù)早以大量運(yùn)用于低值高質(zhì)產(chǎn)品的深加工，探討這兩項(xiàng)技術(shù)與煙葉末結(jié)合過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的變化具有深遠(yuǎn)的意義。有文獻(xiàn)表明，對(duì)煙末進(jìn)行酶解后，美拉德反應(yīng)物添加到煙草中，可明顯改善香氣與氣味［3］，而對(duì)此過(guò)程中風(fēng)味的變化研究較少。本文利用復(fù)合酶解與美拉德生香技術(shù)加工煙葉末，研究酶解、濃縮、美拉德過(guò)程中風(fēng)味的變化規(guī)律，以期為低次煙葉資源的利用提供一條有效的途徑，同時(shí)為酶解煙葉末蛋白制備美拉德反應(yīng)香精的風(fēng)味物質(zhì)損失及產(chǎn)生階段提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

煙葉末 以K326為主，廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司;堿性蛋白酶 A lcalase 2.4L、復(fù)合植物水解Viscozyme L 丹麥諾維信公司;葡萄糖、天冬氨酸、硫酸鈉和二氯甲烷 均為分析純。

SHZ－82型水浴恒溫振蕩器 金壇市恒豐儀器廠;GL－21M型高速冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;RE－52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮儀器有限公司;蒸餾萃取裝置 定制;RE－52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;DSQⅡ氣質(zhì)聯(lián)用儀美國(guó)Thermo公司;DFT－200型手提式高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 溫嶺市林大機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將煙葉末粉碎后過(guò)80目篩，裝入密封袋備用。

1.2.2 樣品的制作工藝流程 五個(gè)樣品的制備:S0，取煙葉末25g，按照料液比1∶5加水，(50±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S1，取煙葉末25g，按照料液比1∶5加水，添加5‰復(fù)合植物水解酶，(50 ±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S2，在S1工藝基礎(chǔ)上繼續(xù)添加5‰堿性蛋白酶，(50±2)℃振蕩水浴6h，7020×g離心，取上清液;S3，在S2工藝基礎(chǔ)上，將上清液濃縮至固形物含量為50%±2%; S4，在S3工藝基礎(chǔ)上，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上［4］，添加6%葡萄糖和3%天冬氨酸，在pH6.5，100℃下進(jìn)行美拉德反應(yīng)3h。

1.2.3 樣品風(fēng)味物質(zhì)的提取 將上述樣品分別加蒸餾水200m L置于500m L的圓底燒瓶中，連接SDE裝置的一端，采用電熱套加熱，使之保持微沸狀態(tài)。裝置的另一端接盛有50m L二氯甲烷的100m L燒瓶，在水浴鍋中加熱，水浴溫度60℃，接通循環(huán)冷卻水，進(jìn)行同時(shí)蒸餾萃取2.5h。往二氯甲烷萃取液中加入10g無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行干燥。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將二氯甲烷萃取液濃縮至1m L左右，過(guò)0.45μm有機(jī)膜，供GC－MS分析用。

1.2.4 分析條件 色譜條件:色譜柱:Tr－5ms彈性石英毛細(xì)管(30m×0.5mm×0.25μm);升溫程序:初始溫度40℃，保持1m in，以4℃/m in升溫至250℃，保持20m in。載氣:He;載氣流量:1.0m L/min;進(jìn)樣量2μL;分流比10∶1。

質(zhì)譜條件:電子轟擊(EI)離子源:電子能量70eV;傳輸線溫度270℃;離子源溫度250℃;質(zhì)量范圍:m/z 35～500amu。

2 結(jié)果與討論

2.1 GC－MS鑒定結(jié)果

通過(guò)檢索Nist08譜圖庫(kù)和人工解析譜圖相結(jié)合，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)［5－7］，獲得各階段揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的數(shù)量及相對(duì)百分含量如表1所示。從表1可以看出，在檢測(cè)出的揮發(fā)性物質(zhì)中醇類和羰基類化合物占大多數(shù)。其中有18種風(fēng)味物質(zhì)存在于各個(gè)階段，主要有糠醛、4－環(huán)戊烯－1，3－二酮、苯乙醛、苯乙醇、紫蘇醛、4－乙烯基－2－甲氧基苯酚、茄酮、β－大馬酮、脫氨二氫母紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮、新植二烯、法尼基丙酮、棕櫚酸甲酯等，都是煙草中重要的香味物質(zhì)。在檢測(cè)出的風(fēng)味物質(zhì)中存在著大量的葉綠素降解產(chǎn)物—新植二烯，它是煙草中性揮發(fā)物中含量最高的成分［8］。新植二烯可直接大量轉(zhuǎn)移到煙氣中，具有減輕刺激及柔和煙氣的作用［9］。新植二烯進(jìn)一步分解轉(zhuǎn)化為的植物呋喃具有清香氣味。

2.2 各階段風(fēng)味成分比較

2.2.1 復(fù)合植物水解酶對(duì)風(fēng)味的影響 酶解主要是將多糖水解為單糖以及將蛋白質(zhì)水解為氨基酸與多肽的過(guò)程，利用復(fù)合植物水解酶處理煙葉末，可以使煙葉中的纖維素部分轉(zhuǎn)化為水溶性糖，同時(shí)風(fēng)味物質(zhì)含量也會(huì)發(fā)生變化。煙草中苯丙氨酸的代謝轉(zhuǎn)化是影響煙草香味的重要過(guò)程之一，經(jīng)過(guò)酶解后，煙葉中苯丙氨酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇的相對(duì)含量都有所增加，這與李國(guó)棟［10］報(bào)道一致。

2.2.2 A lcalase對(duì)風(fēng)味的影響 經(jīng)過(guò)堿性蛋白酶酶解后，減少了一種煙草特征的風(fēng)味物質(zhì)苯甲醛，同時(shí)隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)生了3種典型的棕色反應(yīng)產(chǎn)物:2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇和2－乙酰吡咯。苯甲醛是煙草本身含有的風(fēng)味物質(zhì)，具有類似苦杏仁的香味。

2.2.3 濃縮過(guò)程對(duì)風(fēng)味的影響 濃縮是一個(gè)降低酶解液水分含量的過(guò)程，本實(shí)驗(yàn)采用60℃進(jìn)行真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，一方面會(huì)有輕微的美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生部分風(fēng)味物質(zhì);另外一方面，部分風(fēng)味物質(zhì)因較高真空度而損失。經(jīng)過(guò)濃縮增加了N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸一種風(fēng)味物質(zhì)，減少了香葉基丙酮、茶香酮和苯甲醇3種風(fēng)味物質(zhì)。前者是典型的羰氨反應(yīng)的中間產(chǎn)物，后三種均為煙草本身的風(fēng)味物質(zhì)。香葉基丙酮具有果香、木香等香味，茶香酮具有香甜的木香、煙草香以及茶香，苯甲醇有微弱的芳香味。

2.2.4 美拉德反應(yīng)對(duì)風(fēng)味的影響 美拉德反應(yīng)是一個(gè)羰氨反應(yīng)生香的過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生較多的雜環(huán)類風(fēng)味物質(zhì)，但由于美拉德反應(yīng)條件比較劇烈，在產(chǎn)香的同時(shí)會(huì)造成部分煙草本身的風(fēng)味物質(zhì)的損失。經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)后，損失了2種重要的香味物質(zhì)芳樟醇和紫蘇葶，同時(shí)產(chǎn)生了大量的雜環(huán)類風(fēng)味物質(zhì)，這些雜環(huán)類化合物能夠較好的修飾煙草制品的煙氣。整個(gè)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在保留了基本的煙草特征風(fēng)味的同時(shí)，還增加了包括乙基麥芽酚、2－乙酰呋喃等在內(nèi)的22種美拉德風(fēng)味物質(zhì)，均可以增加煙氣濃度，使煙氣更加豐富和協(xié)調(diào)。

2.3 各階段風(fēng)味變化聚類分析

聚類是數(shù)據(jù)挖掘中一種重要的挖掘方法，從數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找數(shù)據(jù)間的相似性，并依此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。聚類分析就是用數(shù)學(xué)方法研究和處理給定對(duì)象的分類。國(guó)內(nèi)外將聚類分析廣泛應(yīng)用于芒果風(fēng)味、火腿腸、煙草等的研究［11－12］。本文用 SPSS18對(duì)S0、S1、S2、S3和S4五個(gè)樣進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。前面主要從風(fēng)味物質(zhì)種類上進(jìn)行分析，聚類分析可以從種類、含量上綜合分析五個(gè)樣品之間的差異。由表2可知S0和S1可以聚為一類，顯著性系數(shù)為0.001，表明在復(fù)合植物水解酶酶解的過(guò)程中，煙末酶解液的風(fēng)味組成沒有顯著變化。S3和S4可以聚為一類，顯著性系數(shù)為0.006，表明在進(jìn)一步Alcalase酶解的過(guò)程中，煙末酶解液的風(fēng)味物質(zhì)沒有顯著變化。S0、S1與S2、S3聚為一類，顯著性系數(shù)為0.059，表明經(jīng)過(guò)纖維素酶酶解、Alcalase酶解后，酶解液風(fēng)味物質(zhì)組成發(fā)生了一定的變化，但是不明顯。最后S0、S1、S2、S3和S4聚為一類，顯著性系數(shù)為0.438，表明經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)，風(fēng)味組成與煙草本身相比，發(fā)生了較大的變化。

表1 各階段揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的數(shù)量及相對(duì)百分含量Table 1 The quantity and relative percentage of volatile flavor compounds in each processing stage

表2 聚類進(jìn)度表Table 2 Agglomeration schedule

圖1 聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis

3 結(jié)論

在酶解的整個(gè)過(guò)程中都發(fā)生著風(fēng)味物質(zhì)的變化，產(chǎn)生了4－環(huán)戊烯－1，3－二酮、2－呋喃甲醇、5－甲基－2－呋喃甲醇、2－乙酰吡咯以及苯丙氨酸降解產(chǎn)物苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇，但由于較長(zhǎng)時(shí)間的酶解，同樣會(huì)造成一定數(shù)量風(fēng)味物質(zhì)的損失，如苯甲醛。在濃縮過(guò)程當(dāng)中，產(chǎn)生了特征的羰氨反應(yīng)產(chǎn)物N－芐氧羰基－DL－正亮氨酸，同時(shí)由于濃縮溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，造成了香葉基丙酮、茶香酮和苯甲醇的損失。而美拉德反應(yīng)后，增加了包括乙基麥芽酚、2－乙酰呋喃等在內(nèi)的22種美拉德風(fēng)味物質(zhì)。

對(duì)各階段的風(fēng)味物質(zhì)及其相對(duì)含量進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如下:S0和S1可以聚為一類，顯著性系數(shù)為0.001;S3和S4可以聚為一類，顯著性系數(shù)為0.006; S0、S1與S2、S3聚為一類，顯著性系數(shù)為0.059;最后S0、S1、S2、S3和S4聚為一類，顯著性系數(shù)為0.438。表明經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)，風(fēng)味組成發(fā)生了較大的變化。

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Study on the flavor change of tobacco powder during enzymatic hydrolysis and Maillard reaction

WEN Dong－m ei1，WU Jin－m ing2，ZHAO Mou－m ing1，ZHUO Hao－lian2，ZHAO Qiang－zhong1，*，GUO W en2
(1.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China; 2.Tobacco Guangdong Industrial Co.，Ltd.，Guangzhou 510610，China)

The change of flavor com pounds of tobacco powder in each p rocessing stage of enzymatic hyd rolysis，concentration and Maillard reac tion was stud ied.The SPSS software was used to analyze the c luster change and p robe the laws of the change.The results dem onstrated that the contents of benzyl alcohol，phenylacetaldehyde and benzyl carbinol transformed by phenylalanine were relatively increased when hyd rolyzed by Viscozyme L.After the hyd rolysis by Alcalase，it generated three non－enzymatic b rowning p roduc ts，those were 2－furanmethanol，(5－methyl－2－furyl)methanol，2－acetyl pyrrole，while decreased benzaldehyde.On the further concentration it p roduced a N－carbobenzoxy－DL－norleucine and three kinds of flavor com pounds geranyl acetone，4－oxoisophorone and phenylcarbinolwere lost for the sake of high vacuum deg ree.Butafter the Maillard reac tion it p roduced a large number of furans and aldoketones com pounds which added the number of compounds to 43.The result of c luster analysis showed that the species and quantity of flavor compounds both were undergone significant changed.

tobacco powder;enzymolysis;concentration;Maillard;flavor com pounds

TS41

A

1002－0306(2012)12－0176－04

2011－10－14 *通訊聯(lián)系人

文冬梅(1986－)，女，在讀碩士，研究方向:食品生物技術(shù)。

廣東中煙工業(yè)公司科技項(xiàng)目(05XM－QK［2010］013)。