模擬涂布液體系中利用美拉德反應降低煙草薄片還原糖含量的方法研究

李新生　嚴新龍　高徐梅等

摘要 [目的]研究在模擬水溶液涂布體系中通過美拉德反應降低制備的煙草薄片中還原糖含量。[方法]模擬煙草薄片生產(chǎn)過程，在含有還原糖的水溶液體系中分別添加不同種類的氨基化合物與催化劑，經(jīng)過減壓濃縮、涂布烘干制備步驟，優(yōu)化降低煙草薄片中還原糖含量所需的氨基化合物以及催化劑的種類和用量。[結果]試驗表明，以FeCl3為催化劑，濃度為0.01 mmol/L條件下，外加氨源物質(zhì)磷酸氫二銨、賴氨酸、甘氨酸、脯氨酸對降低煙草薄片中的還原糖含量都有良好效果，相對空白薄片分別降低了36.87%、21.42%、13.22%和12.10%。[結論] 以FeCl3為催化劑通過加入氨源物質(zhì)，利用美拉德反應在模擬工藝條件下能有效降低制備的煙草薄片中還原糖含量。

關鍵詞 煙草薄片；美拉德反應；催化劑

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）08-02450-02

Study on Decreasing the Reducing Sugar in Tobacco Sheet with Stimulant Coating Liquid by Maillard Reaction

LI Xinsheng et al

（Shanghai Tobacco Group Taicang Haiyan Tobacco Reconstituted Co. Ltd.， Taicang， Jiangsu 215433）

Abstract [Objective] To study a method for decreasing the reducing sugar in tobacco sheet with stimulant aqueous coating liquid by Maillard reaction. [Method] Under the stimulant condition of tobacco sheet process， including reduced pressure concentration， coating and drying steps， the different kinds of amino compounds and catalyst were added to the stimulant aqueous coating liquid for optimizing the appropriate type and dosage of the used amino compounds and catalyst in coating liquid according to the result of decreasing the reducing sugar. [Result] After research， it was shown that diammonium hydrogen phosphate， lysine， glycine， and proline are good compounds to decrease the reducing sugar in tobacco sheet with using FeCl3 as catalyst. The best concentration of catalyst was at 0.01 mmol/L. Comparing the blank tobacco sheet without applying the method， the reducing sugar in tobacco sheet was decreased by 36.87%， 21.42%， 13.22%， and 12.10% respectively. [Conclusion] With FeCl3 as catalyst， it was a good method to decrease the reducing sugar in tobacco sheet under condition of tobacco sheet process by adding amino compounds into stimulant coating liquid through Maillard reaction.

Key words Tobacco sheet； Maillard reaction； Catalyst

煙草薄片，又名重組煙葉、再造煙草等，是采用物理、化學的方法把卷煙制造過程中的一些煙草廢棄料，如煙末、煙梗、煙片等制成薄片狀的再生煙草產(chǎn)品，可作為煙草制品原料用來代替天然的雪茄內(nèi)包葉等，現(xiàn)已廣泛用作卷煙原料[1-2]。在卷煙中添加煙草薄片，一方面可以更高效地利用煙葉原料，減少原料消耗，緩解煙葉原料的供需矛盾；另一方面，可以在一定程度上改善卷煙的物理性能和化學成分，從而改善和提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

煙草薄片生產(chǎn)過程中，原料（包括煙梗、煙末、碎片）里的大部分水溶性還原糖（主要由果糖和葡萄糖組成）被提取到萃取液中，經(jīng)濃縮后形成涂布液。涂布液中的還原糖含量可高達7%～10%，將其涂布在利用造紙法制備的煙草薄片紙基上，往往會導致所生產(chǎn)出的薄片還原糖含量偏高，影響薄片的吸味、顏色以及焦油含量等。因此，適當降低煙草薄片中的還原糖的含量，對提高和穩(wěn)定卷煙質(zhì)量具有重要意義。

根據(jù)造紙法煙草薄片制造工藝，煙草薄片中的糖主要來自涂布液，因此通過美拉德反應，利用薄片加工工藝過程是降低薄片中還原糖含量的重要途徑。結合煙草薄片生產(chǎn)工藝，選擇萃取液濃縮和涂布液涂布后烘烤為主要反應時段進行降糖研究。為了能優(yōu)化出通過美拉德反應降低還原糖的氨源物質(zhì)和催化劑的種類和用量，筆者首先選用還原糖與氨基化合物在水溶液配制成的簡單模擬涂布液反應體系進行優(yōu)化試驗，為應用于煙草萃取液的復雜涂布液體系降低薄片中還原糖含量的技術提供有價值的信息。

1 材料與方法

1.1 材料 原材料：紙基片、煙梗、煙末、碎煙片。主要試劑：硫酸鐵、氯化鐵、硫酸鋅、磷酸氫二銨（AR），北京化工廠；乙腈（色譜純），百靈威科技有限公司；丙氨酸、甘氨酸、賴氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺（食品級），北京鴻瑞嘉盛商貿(mào)有限公司。

主要儀器：Agilent 1260型高效液相色譜儀配合Agilent 1260型蒸發(fā)光散射檢測器，美國安捷倫公司；RE53AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；Milli_Q超純水儀，美國MILLIPORE公司；FA1104B電子天平（感量0.000 1 g），上海越平科學儀器有限公司；DHG9070A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 薄片制備。

在100 ml自來水中加入12 g葡萄糖，再添加等摩爾的氨基化合物，充分溶解后于70 ℃下減壓濃縮30 min，至所剩溶液大約為原來的1/5，所得液全部轉(zhuǎn)移至燒杯，平均分為4份涂布于定量的煙草薄片紙基片正反面，于（150±2）℃下烘烤3 min，得實驗室模擬薄片。

1.2.2 還原糖含量測定。

剪碎制備的薄片，用蒸餾水浸泡40 min，全部過濾至250 ml容量瓶，蒸餾水洗滌薄片3次，合并洗滌液后定容，過0.45 μm水系膜，取3組平行待測。

采用高效液相色譜-蒸發(fā)光檢測器對樣品還原糖含量進行測定。色譜柱：Inertsil NH2色譜柱（4.6 mm×150.0 mm×5.0 μm）；柱溫：30 ℃；流動相：乙腈∶水=75∶25；流速：1 ml/min；進樣量：10 μl；檢測器：ELSD蒸發(fā)光散射檢測器 ；漂移管溫度：80 ℃；氮氣作載氣[3-4]。

2 結果與分析

2.1 氨基化合物的選擇

還原糖具有較高的反應活性，利用美拉德反應降低煙草薄片中還原糖含量，故選擇氨基化合物作為降糖反應物進行優(yōu)化試驗，從而優(yōu)選出效果良好的氨源反應物。試驗選定了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、賴氨酸和磷酸氫二銨作為氨源反應物，選取這幾種氨源物質(zhì)的原因是：脯氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸等氨基酸是煙草中常見氨基酸，通過添加原本存在含量較高的氨基酸不易對薄片產(chǎn)品吸味造成不利的影響，并有文獻報道，脯氨酸與葡萄糖發(fā)生美拉德反應產(chǎn)生的對應Amadori化合物是一種對卷煙吸味具有積極貢獻的潛香物質(zhì)[5]；而賴氨酸、甘氨酸、以及磷酸氫二銨與還原糖反應通常表現(xiàn)出較高活性。

果糖與葡萄糖發(fā)生美拉德反應途徑類似，因此水模擬反應體系采用葡萄糖作為反應物進行優(yōu)化試驗。

試驗中發(fā)現(xiàn)，模擬涂布液隨減壓濃縮進行，分別加入谷氨酰胺和丙氨酸的模擬體系中有固體物質(zhì)析出，且谷氨酰胺情況尤為嚴重。將濃縮液涂于基片，經(jīng)過烘烤后，測量其中還原糖含量，以不加入氨源物質(zhì)制備的薄片作為空白對照，分析結果見圖1。

由圖1可以看出，磷酸氫二銨和賴氨酸反應效果最好，還原糖含量相對于空白分別降低了12.35%和10.42%；其次是甘氨酸和脯氨酸，在空白的基礎上分別降低了7.11%和6.91%；丙氨酸和谷氨酰胺反應效果不好，相對于空白降低量不到1%。這是由于丙氨酸和谷氨酰胺的溶解度較小，隨著模擬涂布液減壓濃縮的進行，大部分丙氨酸、谷氨酰胺固體析出，未充分發(fā)生反應。

圖1 不同氨源物質(zhì)降糖效果比較

2.2 催化劑種類的確定

Cammerer等的研究指出，鐵離子、鋅離子等金屬離子能不同程度地促進美拉德反應，且Fe3+催化能力比Fe2+強[6]。模擬試驗中設計使用了3種催化劑，分別為FeCl3、Fe2（SO4）3和ZnSO4。在模擬反應體系中每100 ml水中分別添加100 μl 0.01 mol/L的FeCl3、Fe2（SO4）3和ZnSO4。即鐵離子和鋅離子的濃度均為0.01 mmol/L，其余處理步驟相同，研究催化劑對美拉德反應的影響，效果見圖2。

由圖2可以看出，F(xiàn)eCl3和Fe2（SO4）3均能有效促進美拉德反應而降低還原糖的含量，F(xiàn)eCl3的催化效果優(yōu)于Fe2（SO4）3。FeCl3的體系中，磷酸氫二銨和賴氨酸反應體系還原糖含量相對空白分別降低了36.87%和21.42%，脯氨酸與甘氨酸體系分別降低12.10%與13.22%，丙氨酸降低了6.54%，谷氨酰胺降低了2.22%。Zn（SO4）2催化效果較差，故選用FeCl3 作為反應催化劑。

圖2 不同催化劑對降糖效果的影響

2.3 催化劑用量優(yōu)化

FeCl3 對煙草薄片制備工藝條件下外加氨源美拉德反應降低薄片產(chǎn)品中還原糖含量具有良好的催化效果，還需要優(yōu)化確定催化劑用量。以降糖活性效果適中的甘氨酸為研究對象，添加不同含量的FeCl3溶液，其余操作步驟同“1.2”節(jié)處理，制得煙草薄片后分別測定反應降糖效果，優(yōu)化催化劑使用量，結果如圖3所示（與不加催化劑制備的空白薄片比較）。

由圖3可以看出，F(xiàn)e3+的存在能顯著促進體系中的美拉德反應，降低薄片中還原糖的含量。隨著Fe3+含量的增加，促進還原糖與氨基酸反應的效果也增強，煙草薄片中的還原糖的降低效果變顯著。當Fe3+濃度為0.01 mmol/L時催化效果最好，此后隨著Fe3+含量的增加，催化還原糖反應的效果變化并不明顯，基本沒有變化，因此最終優(yōu)化選擇Fe3+的催化濃度為0.01 mmol/L。

3 結論與討論

通過水溶液模擬涂布體系制備煙草薄片優(yōu)化降糖反應發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eCl3 是促進美拉德反應發(fā)生的一種有效催化劑，經(jīng)過優(yōu)化試驗表明其最佳催化濃度為0.01 mmol/L，在該濃度下，通過模擬煙草薄片制備工藝條件，分別外加氨源物質(zhì)賴氨酸、甘氨酸、脯氨酸和磷酸氫二銨對降低煙草薄片中的還原