不同加熱醇化時(shí)間對(duì)煙草薄片濃縮液香味成分的影響

許春平，熊亞妹，劉遠(yuǎn)上，曲利利，姚延超，吳彥

1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州450001;2.河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，河北 石家莊 050000;3.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，廣西 南寧530001

0 引言

煙草薄片又稱再造煙葉，是中式卷煙配方的一個(gè)重要原料，在卷煙的降焦減害、填充值及原料利用率的提高等方面發(fā)揮著重要作用[1].在卷煙中添加煙草薄片，能夠有效改善卷煙的燃燒性，降低主流煙氣中煙堿和焦油的質(zhì)量濃度[2].因此，煙草薄片生產(chǎn)工藝為實(shí)現(xiàn)低危害、低焦油卷煙的生產(chǎn)提供了一條有效途徑，成為煙草工業(yè)的研究熱點(diǎn).

對(duì)卷煙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙末、煙梗及一些低檔次的煙葉，經(jīng)過萃取、打漿、濃縮、涂布、抄造等處理后，制備成煙草薄片的方法稱為造紙法.造紙法是目前國內(nèi)外生產(chǎn)煙草薄片的主要方法[3]，所制備的煙草薄片具有密度小、柔韌性好、焦油釋放量低、填充值高、耐加工性強(qiáng)等特點(diǎn)，但煙草薄片在燃吸時(shí)存在余味差、刺激性強(qiáng)、香氣不足等品質(zhì)缺陷.為了進(jìn)一步改善煙草薄片的內(nèi)在品質(zhì)，國內(nèi)外學(xué)者在煙草薄片的生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面已經(jīng)有了很多研究.L.E.Gravely等[4]通過優(yōu)化煙草中果膠和纖維素的微生物降解條件發(fā)現(xiàn)，經(jīng)E.caratavora和Trichodermalongibrachiatum兩個(gè)菌種處理后的煙梗，可明顯提高煙草薄片的品質(zhì).張晨等[5]使用釀酒酵母對(duì)煙草萃取液進(jìn)行發(fā)酵處理，并對(duì)接種量、轉(zhuǎn)化溫度和時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，將處理后的萃取液涂布于煙草薄片片基上，發(fā)現(xiàn)有明顯的增香效果，煙草薄片的吸食品質(zhì)有所改善.程昌合等[6]將煙梗和煙末濃縮液在45 ℃恒溫條件下進(jìn)行攪拌、醇化處理5 d后發(fā)現(xiàn)，濃縮液中蛋白質(zhì)、總糖、果膠等大分子物質(zhì)的質(zhì)量濃度有一定程度的減小，而香味成分的質(zhì)量濃度有所增加，增香效果顯著.然而，目前關(guān)于加熱醇化時(shí)間對(duì)煙草薄片濃縮液中常規(guī)化學(xué)成分和香味成分影響方面的研究報(bào)道較少[7-9].鑒于此，本文擬在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取加熱醇化溫度為 70 ℃，研究不同加熱醇化時(shí)間對(duì)煙草薄片濃縮液中常規(guī)化學(xué)成分和香味物質(zhì)質(zhì)量濃度的影響，以期為煙草薄片的生產(chǎn)提供一定的理論支撐.

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

煙草薄片濃縮液，由河南卷煙工業(yè)煙草薄片有限公司提供；L-組氨酸(食品級(jí))，天津市復(fù)精細(xì)化工研究所產(chǎn)；牛血清白蛋白(標(biāo)準(zhǔn)級(jí))，西安國安生物科技有限公司產(chǎn)；CH2Cl2(分析純)，天津市富宇精細(xì)化工有限公司產(chǎn)；無水Na2SO4、葡萄糖、可溶性淀粉，均為分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司產(chǎn)；乙酸苯乙酯(色譜純)，北京百靈威科技有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器設(shè)備

7890B-5977A型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)儀，美國安捷倫公司產(chǎn)；QYC-200 型臺(tái)式小容量恒溫培養(yǎng)搖床，上海臣蓮生物科技發(fā)展公司產(chǎn)；UV-765型紫外可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)；AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀，德國SEA-LAnalytical 公司產(chǎn)；SB-3200DT型超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)；HH-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市華峰儀器有限公司產(chǎn).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 濃縮液的加熱醇化處理將煙草薄片濃縮液記為原液，取3份50 mL原液置于具塞三角瓶內(nèi)，設(shè)置恒溫干燥箱的溫度為70 ℃，將三角瓶放入其中，分別處理24 h、48 h、72 h，每組3次平行.

1.3.2 香味成分的提取及測(cè)定取10 mL濃縮液和20 mL CH2Cl2于100 mL具塞三角瓶中，在500 W條件下超聲1 h后置于搖床上振蕩4 h，然后轉(zhuǎn)移至分液漏斗中靜置12 h，以上步驟重復(fù)3次；將萃取液合并、過濾，加入1 mL質(zhì)量濃度為0.821 1 mg/mL的乙酸苯乙酯作內(nèi)標(biāo)[10]，進(jìn)行GC-MS分析.

氣相色譜測(cè)試條件：HP-5MS (60 m×0.25 mm×0.25 μm) 毛細(xì)管柱；載氣為He；進(jìn)樣量為1 μL；進(jìn)樣口溫度為230 ℃；流速為1.0 mL/min；分流比為101; 溶劑延遲時(shí)間為10 min；升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?0 ℃，以6 ℃/min升溫至140 °C，保持2 min，然后以3 ℃/min升溫至260 ℃，保持5 min，再以6 ℃/min升溫至280 ℃，保持8 min.

質(zhì)譜測(cè)試條件：接口溫度為280 ℃；離子源溫度為230 ℃；四極桿溫度為150 ℃；離子化方式為EI，電子能量為70 eV；質(zhì)量掃描范圍為35～400 m/z.

1.3.3 常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定參考文獻(xiàn)[11-12]的方法，采用連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定濃縮液中總糖、還原糖及煙堿的質(zhì)量濃度；參考文獻(xiàn)[13]的方法，采用茚三酮法測(cè)定濃縮液中的氨基酸質(zhì)量濃度.

1.3.4 數(shù)據(jù)的處理使用Origin9.0 處理常規(guī)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，利用在線Venny 2.1工具制作濃縮液香味成分GC-MS數(shù)據(jù)的韋恩圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 加熱醇化時(shí)間對(duì)濃縮液常規(guī)化學(xué)成分的影響

加熱醇化時(shí)間對(duì)濃縮液常規(guī)化學(xué)成分的影響見圖1，其中相同字母表示所測(cè)定指標(biāo)的質(zhì)量濃度差異不顯著，不相同字母表示所測(cè)定指標(biāo)的質(zhì)量濃度差異顯著(P<0.05)).由圖1 a)可知，濃縮液經(jīng)加熱醇化處理后，還原糖質(zhì)量濃度隨著時(shí)間的延長呈逐漸減少的趨勢(shì)，由初始質(zhì)量濃度118.06 mg/mL減至105.81 mg/mL，減少了10.38%.這可能是由于長時(shí)間的恒溫處理使還原糖發(fā)生了氧化分解和美拉德反應(yīng)，從而使其質(zhì)量濃度降低.由圖1b)可知，濃縮液恒溫處理48 h內(nèi)，總糖質(zhì)量濃度基本不變，無顯著差異；處理72 h后，總糖質(zhì)量濃度明顯減少，由初始質(zhì)量濃度118.00 mg/mL減至108.12 mg/mL，減少了9.88%，這可能是受還原糖質(zhì)量濃度減少的影響.由圖1c)可知，氨基酸質(zhì)量濃度隨時(shí)間延長逐漸降低，處理48 h后，氨基酸質(zhì)量濃度變化顯著，由初始質(zhì)量濃度43.67 mg/mL 減至38.38 mg/mL，減少了12.12%.由圖1 d)可知，濃縮液的加熱醇化處理對(duì)煙堿質(zhì)量濃度無顯著影響.

2.2 加熱醇化時(shí)間對(duì)濃縮液香味成分的影響

煙草薄片原液和經(jīng)不同加熱醇化時(shí)間處理的濃縮液香味物質(zhì)分析結(jié)果見表1.由表1可知，原液的香味成分共有23種，總質(zhì)量濃度為283.55 μg/mL.主要香味成分為烯烴類、酯類和酮類化合物，其總質(zhì)量濃度分別為69.49 μg/mL、135.48 μg/mL和37.87 μg/mL；醛類總質(zhì)量濃度最少，為0.85 μg/mL.

圖2為經(jīng)不同加熱醇化時(shí)間處理的濃縮液香味成分韋恩圖.結(jié)合表1和圖2可知，熱醇化處理可以增加濃縮液香味成分的質(zhì)量濃度，改變香味成分的組成.經(jīng)加熱醇化處理24 h后的濃縮液香味成分總共有45種，總質(zhì)量濃度為495.56 μg/mL，是原液的1.70倍；主要香味成分為醇類、酸類、酯類及其他類化合物，其總質(zhì)量濃度分別為121.02 μg/mL、81.88 μg/mL、134.04 μg/mL和95.52 μg/mL，其中，醇類化合物總質(zhì)量濃度增加最多，是原液的59.7倍，酸類、醛類及其他類化合物總質(zhì)量濃度分別是原液的11.10倍、9.46倍和3.06倍，烯烴類化合物總質(zhì)量濃度有所降低，是原液的13.44%；特有的香味成分有12種，主要為3-十四碳烯-5-炔、三氟乙酰-O-異胡薄荷醇、β-谷甾醇、己二酸二辛酯、螺[4,5]癸烷-7-酮-8,9-橋氧-4-異丙基、香紫蘇醚、2-乙?；量?，其質(zhì)量濃度分別為4.31 μg/mL、10.80 μg/mL、22.04 μg/mL、33.64 μg/mL、3.13 μg/mL、1.98 μg/mL、4.67 μg/mL.

圖1 加熱醇化時(shí)間對(duì)濃縮液常規(guī)化學(xué)成分的影響Fig.1 Effect of heat aging time on the conventional chemical composition of concentrated liquid

經(jīng)加熱醇化處理48 h后的濃縮液香味成分共有44種，總質(zhì)量濃度為891.79 μg/mL，是原液的3.15倍；主要香味成分為醇類、酸類、酯類、酮類化合物，其總質(zhì)量濃度分別為291.24 μg/mL、192.61 μg/mL、218.84 μg/mL、110.89 μg/mL，其中，醇類化合物總質(zhì)量濃度增加最多，是原液的143.47倍，酸類、酯類、酮類和醛類化合物總質(zhì)量濃度分別是原液的26.10倍、1.62倍、2.92倍和15.76倍，烯烴類化合物總質(zhì)量濃度有所降低，是原液的32.49%；特有的香味成分有11種，主要為γ-谷甾醇、2,4-甲基-5-膽甾烯-3-醇、1-乙基-1-甲基-2,4-二(1-異丙烯基)-環(huán)己烷、(2,2,6-三甲基-雙環(huán)[4.1.0]庚烷-1-基)-甲醇、11,12-二溴-十四烷乙酸酯、3-甲基-7-乙基-9-(2-甲基-1,2-環(huán)氧-丁基)-2,6-壬二烯酸甲酯、4-[3-乙氧基丙胺基]-苯并-1,2,3-三嗪、2-乙基-3-羥基-4-吡喃酮，其質(zhì)量濃度分別為52.91 μg/mL、12.02 μg/mL、16.02 μg/mL、3.77 μg/mL、8.00 μg/mL、4.28 μg/mL、9.69 μg/mL 、2.36 μg/mL.

表1 原液和經(jīng)不同加熱醇化時(shí)間處理的濃縮液香味成分分析結(jié)果

表1(續(xù)) μg/mL

表1(續(xù)) μg/mL

圖2 經(jīng)不同加熱醇化時(shí)間處理的濃縮液香味成分韋恩圖Fig.2 Venn diagram of aroma components of concentrated liquid treated with different heat aging time

經(jīng)加熱醇化處理72 h后的濃縮液香味成分共有49種，總質(zhì)量濃度為759.40 μg/mL，是原液的2.68倍；主要香味成分為醇類、酸類、酯類及其他類化合物，其總質(zhì)量濃度分別為166.57 μg/mL、155.15 μg/mL、181.98 μg/mL、133.99 μg/mL，其中，醇類化合物總質(zhì)量濃度增加最多，是原液的82.05倍，酸類、酯類及其他類化合物分別是原液的21.02倍、1.34倍和2.68倍，烯烴類化合物總質(zhì)量濃度有所降低，是原液的44.09%；特有的香味成分有14種，主要為1-亞甲基-2-羥甲基-3,3-二甲基-4-(3-甲丁基-2-烯)-環(huán)己烷、羊毛甾醇、金合歡醇甲醚、十六碳三烯酸甲酯、2,4,5,6,7,7-六氫-3-(1-甲基乙基)-7-甲基-1H-2-茚酮，其質(zhì)量濃度分別為2.78 μg/mL、6.34 μg/mL、2.82 μg/mL、6.29 μg/mL、3.72 μg/mL.

由以上分析可知，經(jīng)加熱醇化處理后，濃縮液香味成分的種類和質(zhì)量濃度除烯烴外均有所增加，其中，處理48 h后的濃縮液香味成分的質(zhì)量濃度增加最多，處理72 h后的濃縮液中香味成分的種類增加最多.結(jié)合圖1和表1可知，濃縮液經(jīng)加熱醇化處理后還原糖和氨基酸的質(zhì)量濃度減少，但香味成分的質(zhì)量濃度和種類均有所增加，并且增加最多的都是醇類化合物，其次是酸類和醛類化合物，由此推斷濃縮液在加熱醇化處理的過程中發(fā)生了美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生了大量的香味成分[14-15].濃縮液要作為煙草薄片的涂布液，其香味成分的質(zhì)量濃度越大，越有助于提升煙草薄片的品質(zhì)，因此綜合考慮，經(jīng)48 h加熱醇化處理的濃縮液品質(zhì)較好.

結(jié)合圖2和表1可知，原液和經(jīng)不同加熱醇化時(shí)間處理的濃縮液均有別香橙烯、莨菪亭、4,7,7-三甲基-2-奈酮、2,3′-聯(lián)吡啶、2，3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4-吡喃酮、麥芽酚、棕櫚酸7種香味成分；相對(duì)于原液，其他3組濃縮液均有4-(3-羥基丁基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、巨豆三烯酮、長葉醛、5-羥甲基糠醛、異常葉醇甲醚、二氫獼猴桃內(nèi)酯、3,5,5-三甲基-4-(3-羥基-1-丁烯基)-2-環(huán)己烯-1-酮、對(duì)羥基苯乙醇、黑松醇、菜油甾醇、膽固醇、豆甾醇、亞麻酸、苯乙酸、硬脂酸15種特殊香味成分，其中，巨豆三烯酮和5-羥甲基糠醛質(zhì)量濃度均不斷增加，這可能是由于美拉德反應(yīng)還在繼續(xù)進(jìn)行；而3,5,5-三甲基-4-(3-羥基-1-丁烯基)-2-環(huán)己烯-1-酮、4-(3-羥基丁基)-3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、長葉醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯的質(zhì)量濃度均先增加后減少，這可能是由于美拉德反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，這些物質(zhì)又與其他物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)；濃縮液經(jīng)加熱醇化處理24 h、48 h、72 h后，與原液相同的香味成分種類分別為11種、9種、8種，隨著處理時(shí)間的延長，相同香味成分種類逐漸減少.但經(jīng)加熱醇化處理24 h后的濃縮液與經(jīng)加熱醇化處理48 h、72 h后的濃縮液共同的香味成分種類分別為25種、27種，經(jīng)加熱醇化處理48 h后的濃縮液與經(jīng)加熱醇化處理72 h后的濃縮液共同的香味成分種類為29種，且隨著處理時(shí)間的延長，處理組之間共同的香味成分種類增加，這與文獻(xiàn)[16]的研究結(jié)果一致.

3 結(jié)論

本文利用加熱醇化對(duì)煙草薄片濃縮液進(jìn)行了研究，將濃縮液在70 ℃恒溫條件下，分別處理24 h、48 h、72 h，采用GC-MS法檢測(cè)其香味成分，同時(shí)測(cè)定濃縮液中氨基酸、總糖、還原糖等常規(guī)化學(xué)成分，著重研究加熱醇化處理時(shí)間對(duì)煙草薄片濃縮液香味成分質(zhì)量濃度的影響，結(jié)果表明，在恒溫70 ℃條件下，濃縮液的最優(yōu)加熱醇化處理時(shí)間為48 h，處理后的濃縮液香味成分種類和質(zhì)量濃度均有顯著增加，將其作為煙草薄片的涂布液，有利于增加煙草薄片的香味成分含量及其種類，提升煙草薄片的品質(zhì).對(duì)于濃縮液香味成分種類對(duì)煙草薄片品質(zhì)的影響機(jī)理及每種香味成分對(duì)其感官品質(zhì)的影響，還需作進(jìn)一步的研究.