響應(yīng)面法優(yōu)化大棗復(fù)合香料的提取及其在卷煙中的應(yīng)用

張曉旭　連培康　顧程程　郭磊　羅娟敏　徐達(dá)　張瑋韜　蘇加坤　蔡繼寶

摘要 以大棗為主要原料，輔以枸杞和蘋果干進(jìn)行復(fù)配，采用果膠酶酶解的方法制作大棗復(fù)合煙用香料。以酶添加量、酶解溫度、酶解時(shí)間為考察因素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以出汁率為考察對(duì)象，采用Box-Behnken 中心組合設(shè)計(jì)結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化分析法優(yōu)化大棗復(fù)合香料的提取工藝，并對(duì)制備香料進(jìn)行了卷煙加香試驗(yàn)。大棗復(fù)合香料的最優(yōu)提取工藝：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6? ℃，酶解時(shí)間1.8 h，在此條件下復(fù)合提取物出汁率達(dá)到81.03%。大棗復(fù)合香料在卷煙中的應(yīng)用結(jié)果表明，大棗復(fù)合香料具有增甜增潤(rùn)作用，能夠有效降低口腔刺激性，減輕雜氣，改善余味，在“金圣”煙絲中的最佳添加量為0.3%。

關(guān)鍵詞 大棗;酶解;響應(yīng)面優(yōu)化;卷煙;加香試驗(yàn)

中圖分類號(hào) TS41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）17-0186-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.17.053

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract Jujube was used as main raw material to mix with lycium barbarum and dried apple and prepare jujube compound spice for tobacco by using pectinase enzymatic hydrolysis method method.On the basis of single factor test，? the addition amount of enzyme， the temperature of enzymatic hydrolysis and the time of enzymatic hydrolysis were taken as research factors， the extraction rate of juice was taken as research object， the BoxBehnken center combination design and response surface optimization method were used to optimize the extraction process of jujube compound spice， and incenseadding experiment of cigarette was conducted on the prepared spice.The optimal extraction technology of jujube compound spice were as follows：enzyme adding amount of 25.1 mg/L， enzymolysis temperature of 35.6? ℃， enzymolysis time of 1.8 h.Under these extraction conditions， the juice yield of compound extract reached 81.03%.The application of jujube compound spice in the cigarette showed that jujube compound spice could enhance sweetness and moistening， and effectively reduce the irritation of mouth and offensive taste， and improve the aftertaste.And its optimum addition amount was 0.3% in Jinsheng cigarette brand.

Key words Jujube;Enzymolysis;Response surface optimization;Cigarette;Incenseadding experiment

大棗為我國(guó)特產(chǎn)，在我國(guó)己有4 000多年的栽培史[1]，是集藥、食、補(bǔ)三項(xiàng)功能于一體的保健食品[2]。大棗中含有多種不可溶性纖維、可溶性纖維、碳水化合物、還原糖、多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和水分等，且礦物質(zhì)元素豐富[3-4]。此外，大棗還富含許多生物活性成分，如有機(jī)酸、香豆素類衍生物、三萜類物質(zhì)、大棗多糖、兒茶酚、黃酮類、腺苷類、皂苷類、生物堿、甾醇、鞣質(zhì)等[2，5-7]。

目前，大棗在食品、保健品、化妝品、煙草等行業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用。在食品行業(yè)中，大棗多用于制備復(fù)合型保健飲料[8-11]。關(guān)于大棗多糖的研究也有較多報(bào)道[12-14]。在煙草行業(yè)，大棗浸膏芳香成分對(duì)卷煙有醇和煙氣、降低煙氣粗糙感、改善口感的作用[15]，是煙草加料工藝中一種傳統(tǒng)的煙用添加劑，由于其具有與煙香協(xié)調(diào)，能改善卷煙的吸味及香氣品質(zhì)的作用，在國(guó)內(nèi)各卷煙企業(yè)均有普遍應(yīng)用，但大多數(shù)研究都集中在單體香料提取上[15-17]，而關(guān)于復(fù)合酶解提取大棗煙用香料則鮮有報(bào)道。酶解技術(shù)可以提高香料提取率，多種天然植物與大棗進(jìn)行復(fù)配可豐富香韻，加入卷煙中增加煙香。筆者以大棗為主要原料，以枸杞和蘋果干為輔料進(jìn)行復(fù)配，再利用酶解技術(shù)進(jìn)行提取和響應(yīng)面工藝優(yōu)化，并進(jìn)行卷煙加香研究，以期提高大棗的綜合開發(fā)與利用價(jià)值，提高卷煙品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料。蘋果干，購(gòu)自江蘇中蔬農(nóng)業(yè)有限公司;大棗購(gòu)自溫縣鼎鑫商貿(mào)有限公司;枸杞，購(gòu)自安徽匯中州中藥飲片有限公司;果膠酶，購(gòu)自諾維信酶制劑公司，型號(hào)KT513on，酶活力為5 000 U/mg。

1.1.2 儀器。

打漿機(jī)，購(gòu)自曲阜匯富機(jī)械有限公司;APV-1000型均質(zhì)機(jī)，購(gòu)自北京同和友德科技有限公司;BLXK-JA3003B型電子天平，購(gòu)自上海精科實(shí)業(yè)有限公司;JW-2021HR高速冷凍離心機(jī)，購(gòu)自上海趙迪生物科技有限公司;MNMJ-54A高壓蒸汽滅菌鍋，為北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司產(chǎn)品;DZF-6030A真空干燥箱，購(gòu)自天津通凈儀器設(shè)備有限公司;烘箱、恒溫恒濕箱均為Binder公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大棗復(fù)合物提取工藝流程。

大棗、枸杞、蘋果干（復(fù)合物配比為4∶3∶3）→挑選→清洗→預(yù)煮軟化→加1.5倍的無菌水打漿→護(hù)色→過濾→酶解→離心→過濾→均質(zhì)→大棗復(fù)合提取物。

1.2.2 出汁率測(cè)定。將酶解后的紅棗復(fù)合物3 500 r/min離心25 min，取上清液，過濾得到澄清汁，按以下公式計(jì)算出汁率：出汁率=澄清汁/原漿質(zhì)量×100%。

1.2.3 單因素試驗(yàn)。

1.2.3.1 酶添加量。設(shè)定酶解時(shí)間為2.0 h，酶解溫度為25 ℃，分別在酶添加量為5、10、15、20、25、30、35、40 mg/L下，進(jìn)行大棗復(fù)合物酶解制備試驗(yàn)。

1.2.3.2 酶解溫度。設(shè)定酶添加量為25 mg/L，酶解時(shí)間為2.0 h，分別在酶解溫度為25、30、35、40、45、50、55、60? ℃下，進(jìn)行大棗復(fù)合物酶解制備試驗(yàn)。

1.2.3.3 酶解時(shí)間。設(shè)定酶添加量為25 mg/L，酶解溫度為40? ℃，分別在酶解時(shí)間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h下，進(jìn)行大棗復(fù)合物酶解制備試驗(yàn)。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取酶添加量為20、25、30 mg/L，酶解溫度為35、40、45? ℃，酶解時(shí)間為1.5、2.0、2.5 h，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化大棗復(fù)合香料制備條件。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1。

1.2.5 加香與評(píng)吸。將大棗復(fù)合香料用蒸餾水稀釋后，使用噴霧器均勻噴灑在“金圣”某款卷煙煙絲上，按照卷煙正常生產(chǎn)流程卷制成成品煙，再在（22±2） ℃、相對(duì)濕度（60±5）%條件下平衡48 h后，由一個(gè)7人評(píng)吸小組參照鄭州煙草研究院?jiǎn)误w/香精作用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)吸[18]，然后計(jì)算總分求平均值，以感官評(píng)吸分?jǐn)?shù)為指標(biāo)，考察大棗復(fù)合香料在卷煙中的應(yīng)用。對(duì)照組為添加等量蒸餾水的卷煙。

2 結(jié)果與分析

2.1 大棗復(fù)合香料提取的單因素試驗(yàn)

2.1.1 酶添加量。從圖1可以看出，隨著酶添加量的增加，復(fù)合提取物出汁率不斷增大，當(dāng)酶添加量為25 mg/L時(shí)，出汁率較高，當(dāng)酶添加量大于25 mg/L時(shí)出汁率變化趨于平緩。當(dāng)使用果膠酶的濃度不同時(shí)，對(duì)大棗復(fù)合提取物出汁率的影響也不同。一般而言，隨著果膠酶的使用濃度提高，果膠酶酶解提取物的細(xì)胞壁，有效破壞了細(xì)胞組織，提高了出汁率，但當(dāng)酶添加量達(dá)到一定數(shù)值后，出汁率的增加不再明顯，但因使用果膠酶而增加的成本支出卻明顯變多。同時(shí)，果膠酶本身屬于蛋白質(zhì)，同時(shí)果膠本身具有懸浮顆粒的能力，若添加過量會(huì)引起酶解提取物渾濁。因此，從經(jīng)濟(jì)綜合成本和提取物品質(zhì)的角度考慮，酶添加量為25 mg/L左右比較適宜。

2.1.2 酶解溫度。從圖2可以看出，隨著酶解溫度的升高，出汁率呈先增后減的變化趨勢(shì)。當(dāng)酶解溫度為40 ℃時(shí)，大棗復(fù)合提取物出汁率較高。這可能是因?yàn)闇囟葘?duì)果膠酶活性具有雙重作用，低溫時(shí)抑制酶活性，高溫時(shí)易使酶失活。當(dāng)溫度低于40 ℃時(shí)，果膠酶活力尚未達(dá)到最高值，大分子果膠水解程度不夠。果膠酶本質(zhì)為蛋白質(zhì)，當(dāng)溫度超過40 ℃后，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，導(dǎo)致酶解速度減小。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間高溫可能導(dǎo)致酶促褐變現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)成品品質(zhì)不利，因此酶解溫度為40 ℃左右比較適宜。

2.1.3 酶解時(shí)間。從圖3可以看出，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，出汁率先增加而后趨于穩(wěn)定。當(dāng)酶解時(shí)間為2.0 h時(shí)，復(fù)合物出汁率較高。這主要是因?yàn)楣z分子比較大，當(dāng)酶解時(shí)間少于2.0 h時(shí)酶解還不夠充分，未能切斷成小分子果膠;當(dāng)酶解時(shí)間為2.0 h時(shí)，大棗復(fù)合物酶解適度;當(dāng)酶解時(shí)間超過2.0 h時(shí)，大棗復(fù)合物中的果膠和纖維素均被充分水解，這可能會(huì)增加可溶性固形物含量，但會(huì)造成大棗復(fù)合物的黏度和濁度下降。因此，酶解時(shí)間為2.0 h左右比較適宜。

2.2 響應(yīng)面法對(duì)大棗復(fù)合香料提取條件的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，酶添加量（A）、酶解溫度（B）、酶解時(shí)間（C）對(duì)大棗復(fù)合香料的提取有較大影響，因此選取這4個(gè)因素為考察對(duì)象，以復(fù)合提取物的出汁率為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

2.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立及顯著性分析。應(yīng)用Design-expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到大棗復(fù)合提取物出汁率（Y）的二次回歸擬合方程：Y=80.69+2.44A-1.54B-0.58C+2.63AB-5.37AC+3.20BC -6.12A 2 - 2.38B 2-3.64C 2（其中，A為酶添加量，B為酶解溫度、C為酶解時(shí)間）。方差分析結(jié)果表明，大棗復(fù)合物酶解制備模型的F=1.524×10 6，P<0.000 1，表明試驗(yàn)所采取的二次模型是顯著的。失擬項(xiàng)的P值為0.070 5，這表明大棗復(fù)合物酶解制備的模型與實(shí)際情況的擬合程度較好，因此可采用此模型來預(yù)測(cè)大棗復(fù)合提取物的制備條件。對(duì)大棗復(fù)合提取物的制備條件進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酶添加量、酶解溫度和酶解時(shí)間均為顯著因素。

2.2.3 響應(yīng)面分析。方差分析結(jié)果顯示，AB的交互作用、AC的交互作用、BC的交互作用均達(dá)到顯著水平，響應(yīng)面圖見圖4～6。根據(jù)大棗復(fù)合提取物制備試驗(yàn)結(jié)果和回歸方程各項(xiàng)的方差分析，由響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到大棗復(fù)合提取物制備的最佳條件如下：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時(shí)間1.8 h，在此條件下出汁率達(dá)到81.03%。

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)。為驗(yàn)證上述響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的大棗復(fù)合提取物制備最佳條件的可靠性，根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化條件驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表3）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。從表4可以看出，大棗復(fù)合提取物的出汁率最高，因此大棗復(fù)合提取物酶解制備的最佳條件為酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時(shí)間1.8 h，出汁率達(dá)到81.03%。

2.3 卷煙加香評(píng)吸

對(duì)使用最優(yōu)制備工藝得到的大棗復(fù)合香料進(jìn)行加香試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，與空白樣相比，大棗復(fù)合酶解提取物與卷煙煙草本香協(xié)調(diào)，增加卷煙甜潤(rùn)感，并可有效減少口腔刺激，減輕雜氣，改善吸食卷煙時(shí)口腔的舒適感。當(dāng)提取香料在煙絲中的添加量為0.3%時(shí)，香氣細(xì)膩清雅，余味干凈，口感舒適，且雜氣和刺激性最小;當(dāng)提取香料在煙絲中的添加量增至0.5%時(shí)，增加焦糖氣，雜氣和刺激性增大，因此大棗復(fù)合提取物的最佳添加量為0.3%。

3 結(jié)論

在煙用天然產(chǎn)物的提取過程中，由于提取物中含有較多的纖維素、果膠、半纖維素、色素等，在長(zhǎng)期儲(chǔ)藏過程中容易發(fā)生混濁，甚至發(fā)生沉淀，從而造成提取物性質(zhì)不穩(wěn)定，品質(zhì)下降[19]。若使用酶解技術(shù)進(jìn)行酶解，不僅可以提高出汁率，而且可以去除大部分易形成沉淀的成分，保持提取物在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的澄清狀態(tài)，從而保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性[20]。

該研究以大棗為主要原料，用枸杞和蘋果干進(jìn)行復(fù)配，借助酶解技術(shù)提取大棗復(fù)合提取物，通過響應(yīng)面優(yōu)化提取工藝，并對(duì)提取物進(jìn)行卷煙加香試驗(yàn)。結(jié)果表明，大棗復(fù)合香料的最佳提取條件：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時(shí)間1.8 h，在此條件下復(fù)合提取物出汁率達(dá)到81.03%。按照響應(yīng)面設(shè)計(jì)最佳提取條件，進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際得率為81.03%，與預(yù)測(cè)值相符。此外，卷煙加香試驗(yàn)表明，制得大棗復(fù)合酶解提取物作為一種煙用香料，具有增甜增潤(rùn)作用，能有效減小口腔刺激性，減輕雜氣，改善余味，在“金圣”煙絲中的最佳添加量為0.3%。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，在中式卷煙的開發(fā)與應(yīng)用中具有良好的應(yīng)用前景，為煙用香料的開發(fā)提供了新的思路。

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