美拉德反應物在卷煙增香中的應用研究進展

田云恒 王鶴達 張珊珊

陜西中煙工業(yè)有限責任公司 陜西 西安 710065

引言

煙香主要來自卷煙燃燒釋放的致香物質(zhì)，但煙草作為農(nóng)作物，常常受栽培條件、環(huán)境和生產(chǎn)加工等多方面影響，難以保持穩(wěn)定的質(zhì)量，為了滿足卷煙生產(chǎn)質(zhì)量要求，協(xié)調(diào)煙草自身雜氣，通常需要添加煙用香料來改善卷煙香氣和吃味[1]。而美拉德反應又是形成卷煙特征香味的重要反應，其反應產(chǎn)物也被常常用于卷煙加香。因此，美拉德反應在煙草增香中的應用被廣泛研究。

美拉德反應作為一種非酶促褐變反應，被廣泛應用于食品、煙草等多個行業(yè)，美拉德反應產(chǎn)物成分多為致香物質(zhì)，并部分物質(zhì)具備抗氧化活性[2]。美拉德反應實質(zhì)是氨基化合物和羰基化合物經(jīng)縮合、聚合反應生成類黑素[3]。本文主要簡述了美拉德反應機理、影響因素和其在卷煙增香中的應用，并對未來美拉德反應及其產(chǎn)物在卷煙增香中的研究提出些許期望。

1 美拉德反應概述

1.1 反應機理

1912年，L.C.Maillard發(fā)現(xiàn)還原糖和氨基酸混合物進行加熱時會變成棕黑色物質(zhì)[4]，這種反應被稱作美拉德反應。美拉德反應分為初期、中期和末期3個階段[5]。初期階段是氨基化合物和羰基化合物縮合形成希夫堿（shiff Base），希夫堿經(jīng)環(huán)化生成氮代取代糖基胺，之后經(jīng)阿姆德瑞分子重排（Amadori rearrangement）和海因斯分子重排（Heynsrearrangment）生成中間物質(zhì)；中期階段是初期階段生成的中間物質(zhì)在不同的酸堿環(huán)境中發(fā)生不同的反應，酸性條件下中間物質(zhì)通過1，2－烯醇化形成羥甲基糠醛，堿性條件下中間物質(zhì)通過2，3－烯醇化形成還原酮；末期階段較為復雜，主要是通過醛醇縮合、醛氨縮合、分子脫氫、異構化等一系列反應，最終形成類黑素。

1.2 美拉德反應的影響因素

美拉德反應主要有反應物種類、反應溫度與時間、pH、水分含量和金屬離子等因素影響。反應底物主要是含有羰基糖類化合物和含有氨基氨基酸，參與反應的底物種類不同，反應速度和反應形成的產(chǎn)物也會有所不同[6]。同時溫度和時間也同樣影響著美拉德反應的進行。美拉德反應在室溫下就可以進行，伴隨著溫度的升高，反應的速度也會加快，一般來說每提高10℃，美拉德反應速度可快3～5倍，但溫度過高則會產(chǎn)生有害物質(zhì)，在影響反應速度的同時，溫度同時也會影響生成的產(chǎn)物種類和數(shù)量，最終而影響產(chǎn)物的香氣。時間影響的是美拉德反應進行的程度，在一定范圍內(nèi)，隨著時間的增加，反應形成的致香成分就越多。美拉德反應的進行同樣受pH的影響。吳惠玲等[7]研究表明，在pH3～10之間，隨著pH增大，美拉德反應速度越快，當pH＜3 時，幾乎不能發(fā)生反應，同時不同的pH也影響產(chǎn)物的種類。作為反應介質(zhì)，水分含量也會影響美拉德反應的進行，過多和過少的水分含量都會對抑制美拉德反應產(chǎn)生不利影響。不同種類的金屬離子對美拉德反應產(chǎn)生影響不同影響。能促進美拉德反應進行的金屬離子主要有鐵離子和銅離子，錳離子和鈣離子則會抑制反應進行，而鉀離子對美拉德反應影響不大。

2 美拉德反應物在卷煙增香中的應用

2.1 利用煙草進行美拉德反應制備煙用香料

在卷煙生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生不能用于卷煙產(chǎn)品的次品煙葉和碎煙葉等副產(chǎn)物，以這些副產(chǎn)物為反應原料，通過美拉德反應制備煙用香精香料已有諸多研究[8]。許春平等[9]研究發(fā)現(xiàn)，美拉德反應法制備的白肋煙花蕾香精比白肋煙花蕾的直接提取物中多了2-甲基四氫呋喃-3-酮、苯基丙酮、二羥基丙酮和2-乙酰呋喃四種致香物質(zhì)，加香后感官評吸結果表明，利用美拉德反應法制備的白肋煙花蕾香料可以增加卷煙香氣量，提升香氣質(zhì)，增加花香，增加甜潤和細膩煙氣，余味干凈舒適。胡志忠等[10]研究表發(fā)現(xiàn)，美拉德反應法制備的烤煙花蕾香精對卷煙有顯著的增香、降刺和改善余味的功效，將該香精進行GC-MS分析，得到25種主要揮發(fā)性成分，包括苯乙醇、吲哚、苯乙醛和乙酸苯乙酯等多種致香化合物。

唐勝等[11]以碎煙末為原料，通過優(yōu)化美拉德反應條件，得到了美拉德反應煙用香料，加香試驗后評吸結果表明該香料可增加卷煙香氣量、降刺和改善余味，將該香精進行SPMEGC－MS分析，得到27種主要揮發(fā)性成分，包括呋喃酮、吡喃酮、巨豆三烯酮等對卷煙香氣有貢獻致香物質(zhì)。以煙梗為原料，利用美拉德反應法制備香精，發(fā)現(xiàn)該香精的煙草致香成分如糠醇、茄酮、糠醛等化合物含量均有所提高[12]。文冬梅等研究發(fā)現(xiàn)，在煙末酶解物進行美拉德反應過程中加入糖類和氨基酸可得到更好效果[13]。

2.2 利用其他物質(zhì)進行美拉德反應制備煙用香料

利用其他物質(zhì)通過美拉德反應生產(chǎn)煙用香料，最經(jīng)濟的反應底物是糖和氨基酸。方百盈等[14]用多種糖類和氨基酸在不同條件下制備美拉德反應物，經(jīng)專業(yè)檢驗，該香精可適用于中低檔次卷煙增香。楊葉昆等[15]以糖和酪蛋白酸水解液為反應底物，通過美拉德反應制備煙用香料，最終產(chǎn)生具有烤甜香韻的煙用香料，加香后感官評吸結果表明，該香料可增加卷煙煙香，減少卷煙雜氣。有研究人員以葡萄糖與水解10h的小麥蛋白為底物，通過美拉德反應制備煙用香料，加香后感官評吸結果表明，該香料能顯著增加卷煙香氣量，改善香氣質(zhì)，細膩柔和煙氣，提高透發(fā)性[16]。

利用中草藥、水果提取物、酒類等進行美拉德反應制備煙用香料也有越來越多學者研究。徐達等[17]以白玄參濃縮酶解液和氨基酸為底物，通過美拉德反應生產(chǎn)煙用香料，經(jīng)分析該香料中共有21種新的香味成分，加入該香精進行評吸驗證，發(fā)現(xiàn)該香精能顯著提升卷煙品質(zhì)。馮黎等[18]研究了利用水果濃縮物制備美拉德反應產(chǎn)物及其在卷煙調(diào)香中的應用，結果表明反應產(chǎn)物能顯著提高卷煙煙氣滿度，增加柔和性，改善舒適性，突出清甜香韻。徐達等[19]分別以三種黃酒為底物制備美拉德反應煙用香料，通過GC-MS檢測分析發(fā)現(xiàn)三種美拉德反應產(chǎn)物中均含大量致香物質(zhì)，其中包括帶有堅果、可可、烤甜香韻的2，3-二甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、帶有甜香香韻的5-甲基-2-糠醛、2，3-二氫-3，5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮等致香成分，加香后感官評吸結果表明，美拉德反應產(chǎn)物煙用香料相比黃酒更能凸顯卷煙烤甜香韻。

美拉德反應物存在不穩(wěn)定、易發(fā)生變化等缺陷，越來越多研究人員開始將美拉德反應中間產(chǎn)物作為為煙用香料，研究其在卷煙增香中的作用。中間產(chǎn)物本身并無香氣，但經(jīng)熱裂解后產(chǎn)生足夠的致香化合物。甘學文等[20]以苯丙氨酸和果糖為底物，通過控制美拉德進程，比較了最終產(chǎn)物和中間產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性，隨著熱處理時間延長，美拉德最終產(chǎn)物的致香成分損失了74.7%，而中間產(chǎn)物的揮發(fā)性致香增加了的12.1倍，該研究表明以中間產(chǎn)物為煙用香料能夠避免美拉德反應產(chǎn)物的加香不足。崔和平[21]以木糖-苯丙氨酸體系為底物進行美拉德反應，并對其中間產(chǎn)物阿姆德瑞化合物進行熱穩(wěn)定性研究，結果表明，當溫度小于200℃時，中間產(chǎn)物阿姆德瑞化合物比美拉德反應完全產(chǎn)物表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，而當溫度達到200℃時阿姆德瑞化合物急速裂解，產(chǎn)生揮發(fā)性致香物質(zhì)。針對阿姆德瑞化合物熱穩(wěn)定性這一特點，將其作為煙用香料進行卷煙加香試驗，感官評吸結果表明，阿姆德瑞化合物可增加卷煙香氣量，提升香氣質(zhì)，增加煙氣透發(fā)性，改善吃味。此外，通過測量加入阿姆德瑞化合物的卷煙的主流煙氣，發(fā)現(xiàn)其中自由基含量下降了28.15%，表明了阿姆德瑞化合物具有減害作用。

3 結束語

美拉德反應產(chǎn)物可以賦予卷煙堅果香、焦香、烤甜香、烘焙香等香韻，同時可增加香氣量，細膩柔和煙氣，改善卷煙吃味。通過美拉德反應生產(chǎn)的煙用香料已運用到了卷煙生產(chǎn)中，并取得了較好效果，但目前美拉德反應產(chǎn)物的應用還較少，且研究深度和廣度不夠，對其致香機理的認識還不夠透徹。在今后的工作中，應進一步研究不同反應物、反應條件、反應階段產(chǎn)物對卷煙質(zhì)量的影響，同時各卷煙工業(yè)企業(yè)應根據(jù)自身生產(chǎn)的卷煙風格特點，利用美拉德反應開發(fā)特色煙用香料。