李林林，王榮浩，陳 棟，李秀妮，李 猛，時向東

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院 國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州市金水區(qū)農(nóng)業(yè)路63 號 450002

高檔雪茄煙一般由全煙葉手卷而成，煙葉原料的質(zhì)量直接決定雪茄煙的品質(zhì)[1]。相比于古巴、多米尼加等雪茄煙葉生產(chǎn)國，目前國產(chǎn)雪茄煙葉仍存在香氣不足、雜氣重、刺激性強(qiáng)等問題[2]，因此有必要開展雪茄煙加香加料方面的研究。但由于雪茄煙屬特殊煙草制品，崇尚煙草本香，大部分煙用香精香料添加到雪茄煙上后會改變雪茄煙風(fēng)格，因此，雪茄煙受外源添加物的限制較多，其對調(diào)香材料來源的要求也較高。美拉德反應(yīng)是一種普遍的天然非酶褐變現(xiàn)象，其產(chǎn)物健康、安全，深受人們的青睞[3-4]，近年來在卷煙提質(zhì)增香方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[5-6]。手卷雪茄煙在卷制過程中會產(chǎn)生大量碎料，這些廢棄煙末中的特征風(fēng)味物質(zhì)與煙葉中的致香物質(zhì)相似，并且含有較多美拉德反應(yīng)所需要的糖類物質(zhì)與氨基酸，因此通過美拉德反應(yīng)實現(xiàn)廢棄煙末的再利用，不僅可以實現(xiàn)煙草原料的再利用，而且可以降低生產(chǎn)成本[7-9]。

感官質(zhì)量評吸是煙葉質(zhì)量評價的主要手段和重要依據(jù)[10]，有關(guān)感官質(zhì)量的定量方法主要有指數(shù)和法、模糊綜合評價法等，目前對煙葉質(zhì)量評價多采用指數(shù)和法[11-12]。但是，運(yùn)用指數(shù)和法進(jìn)行評價時一般評價對象較少，且未引入權(quán)重，另外，往往會出現(xiàn)因部分處理分值相近而使比較結(jié)果差異不明顯的現(xiàn)象[13-14]。而模糊綜合評價法可根據(jù)客觀的方法為各評價指標(biāo)賦權(quán)，且根據(jù)實際評分結(jié)果計算評價標(biāo)準(zhǔn)，在不改變原始結(jié)果的前提下放大處理間差異，使組合間對比結(jié)果更加明顯[15-16]，適合于多指標(biāo)多組合處理結(jié)果比較的實際情況。

本課題組通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)：以雪茄煙末酶解液為反應(yīng)基液，外加谷氨酸和葡萄糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)，將所得產(chǎn)物添加到雪茄煙葉上進(jìn)行感官質(zhì)量評價，處理后雪茄煙在彰顯雪茄煙風(fēng)格的同時，可豐富雪茄煙香氣，有效降低煙葉雜氣和刺激性，使煙氣醇和細(xì)膩，有效提升了雪茄煙的感官質(zhì)量。為此，本研究中以雪茄煙末酶解液為反應(yīng)基液，外加不同的糖（葡萄糖、果糖、木糖）與氨基酸（谷氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、甘氨酸）組合進(jìn)行美拉德反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物用于雪茄煙上，并采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價方法對感官評吸結(jié)果進(jìn)行分析，旨在篩選出對雪茄煙影響較優(yōu)的處理組合，為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

煙末：為手卷雪茄碎料，50 ℃烘干研磨；評吸煙葉：海南儋州2017 年初次發(fā)酵雪茄茄芯中部葉3 kg。將評吸樣品煙葉卷制成單料煙（由茄芯和茄套組成），采用碎葉手卷。卷制前將反應(yīng)液按照1∶5（體積比）的比例稀釋后均勻噴灑到茄芯和茄套上，反應(yīng)液添加量為煙葉質(zhì)量的2.5%；6 種氨基酸與3 種單糖兩兩組合共18 個處理，對照（CK）樣品噴灑相同量的蒸餾水。

甘氨酸、L-苯丙氨酸、L-天冬氨酸、L-亮氨酸、L-谷氨酸、L-脯氨酸，D-葡萄糖、D-果糖、D-9（+）-木糖（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸、氫氧化鈉（分析純，北京博奧拓達(dá)科技有限公司）；纖維素酶（3 U/mg）、堿性蛋白酶（200 U/g）（索萊寶生物科技有限公司）。

RE-52AA 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；DLHR-D2803 恒溫振蕩器（北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司）；3-18K 高速冷凍離心機(jī)（德國Sigma 公司）；EL104E 型電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；DF-101S 型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；FE20 型pH 計（瑞士Mettler Toledo 公司）；DHG-2200B 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（鄭州生元儀器有限公司）；KBF 240 型恒溫恒濕柜（德國Binder 公司）；HP5890-5972 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent 公司）。

1.2 方法

1.2.1 美拉德反應(yīng)液的制備

1.2.1.1 美拉德反應(yīng)基液的制備

取一定量煙末置于錐形瓶中，按照1∶10（質(zhì)量比）的料液比加水，用0.1 mol·L-1鹽酸調(diào)節(jié)pH 為4.5～6.5；添加0.5%（以煙末質(zhì)量計）的纖維素酶，在50 ℃恒溫振蕩器中振蕩酶解6 h；用0.1 mol·L-1NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH 為9～12；添加0.5%堿性蛋白酶在45 ℃恒溫振蕩器中振蕩酶解6 h；在8 000 r/min、20 ℃條件下離心20 min，取上清液，用旋蒸儀濃縮至體積為原體積的1/2。

1.2.1.2 美拉德反應(yīng)

取一定量的美拉德反應(yīng)基液置于錐形瓶中，用0.1 mol·L-1鹽酸調(diào)節(jié)pH 為7.3；用量筒量取100 mL 反應(yīng)基液至250 mL 圓底燒瓶中，按照3%∶6%的氨糖比[17]（以反應(yīng)基液質(zhì)量計）添加3 種單糖[18]和雪茄煙葉中含量較多的6 種氨基酸[19]的不同組合；100 ℃油浴鍋中反應(yīng)3 h，然后冷卻。

1.2.2 感官質(zhì)量評價

對照樣品噴灑相同量的蒸餾水。將卷制好的雪茄樣品在溫度18 ℃，相對濕度65%的恒溫恒濕箱中平衡后供評吸使用。邀請10 名雪茄煙評吸專家對其香氣質(zhì)、香氣量、透發(fā)程度、雜氣、濃度、勁頭、刺激性、成團(tuán)性、干凈程度、細(xì)膩程度、干燥度、甜感、燃燒性和灰色14 個指標(biāo)進(jìn)行評分（9 分制）。

1.2.3 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

1.2.3.1 評價目標(biāo)因素集、評語集、評價標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重集的構(gòu)建

因素集是影響被評判對象的指標(biāo)集合，用字母U 表示。本研究中的因素集根據(jù)評吸結(jié)果確定，由美拉德反應(yīng)液對雪茄煙評吸產(chǎn)生實際影響的指標(biāo)組成。

評語集是評價者對被評價指標(biāo)可能做出的各種總的評價結(jié)果組成的評語等級的集合，用V 表示。本研究中將感官質(zhì)量定為5 級，即V={好、較好、中等、稍差、差}={Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ}，5 個等級分別對應(yīng)9、7、5、3、1 這5 個分值，即評價等級K={K1、K2、K3、K4、K5}={9、7、5、3、1}。

因素集和評語集確定后，需要明確各項指標(biāo)等級數(shù)值區(qū)間（評價標(biāo)準(zhǔn)），以便于對各處理雪茄煙感官質(zhì)量進(jìn)行評價。對于上述5 個評判等級數(shù)值區(qū)間，采用如下方式求取：將原始打分表中各處理同一指標(biāo)的最高值和最低值分別作為最好值和最差值，平分為5 個等級，計算各評價指標(biāo)感官評價標(biāo)準(zhǔn)。

多指標(biāo)定量化評價時，指標(biāo)權(quán)重的確定尤為重要，它關(guān)系到評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究中引入了客觀的定權(quán)方法——熵權(quán)法，將其用于模糊綜合評價中各因素的賦權(quán)，以研究多指標(biāo)定量化評價問題。計算步驟按照邱宛華[20]的方法進(jìn)行，權(quán)重集由各指標(biāo)權(quán)重量組成，用X 表示。

1.2.3.2 模糊矩陣的確立和模糊轉(zhuǎn)換

對10 名雪茄煙評吸專家評吸結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，將各等級的票數(shù)除以10 得到評價模糊關(guān)系矩陣R，通過將權(quán)重集X 與R 合成得到第i 個美拉德反應(yīng)液的感官質(zhì)量評價結(jié)果Yi=X×R（i 為1～19）。最后，引入綜合評分矩陣T。對模糊關(guān)系評價結(jié)果Y進(jìn)行處理，根據(jù)感官評價的特殊性，評價等級集K={9、7、5、3、1}，得到樣品的模糊綜合評價總分T=Y×K。

1.2.4 中性香氣成分的測定

取評吸樣品煙葉1 kg，剪碎后充分混合，平分為4 等份；將模糊數(shù)學(xué)感官評價綜合得分較高的3種反應(yīng)液按照與1.1 節(jié)相同的添加量添加到樣品中得到處理樣品，對照樣品噴灑相同量的蒸餾水；將處理和對照樣品烘干研磨，過250 μm（60 目）篩，采用同時蒸餾萃取法提取香味成分，并進(jìn)行GC-MS 分析[21]。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理雪茄煙樣品感官質(zhì)量評價結(jié)果

評吸專家對處理（18 個）和對照（1 個）雪茄煙樣品的14 項指標(biāo)進(jìn)行的感官評價的結(jié)果顯示：添加美拉德反應(yīng)液后，對雪茄煙評吸產(chǎn)生實際影響的指標(biāo)共有8 個，即香氣質(zhì)、香氣量、透發(fā)程度、雜氣、刺激性、干凈程度、細(xì)膩程度和甜感。10 名專家感官質(zhì)量評價結(jié)果平均分見表1。由表1 可知：各處理雪茄煙樣品的刺激性、干凈程度、細(xì)膩程度和甜感的平均分均高于CK，說明美拉德反應(yīng)液可使雪茄煙刺激性減小，煙氣更加細(xì)膩、干凈，甜感增加；除天冬氨酸和脯氨酸與糖類物質(zhì)組合的反應(yīng)液處理的雪茄煙樣品的香氣質(zhì)、香氣量、透發(fā)程度和雜氣的平均分低于CK，其余處理均高于CK，說明天冬氨酸和脯氨酸與糖類物質(zhì)組合的反應(yīng)液對雪茄煙香氣有負(fù)面影響。

表1 各處理雪茄煙感官質(zhì)量評價結(jié)果Tab.1 Results of sensory quality evaluation of cigars under different treatments （分）

表1（續(xù)）

2.2 因素集、評價標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重集

根據(jù)感官質(zhì)量評價結(jié)果，美拉德反應(yīng)液對雪茄煙產(chǎn)生影響的指標(biāo)有8 個，由此確定本實驗評價目標(biāo)因素集U={U1U2U3U4U5U6U7U8}={香氣質(zhì) 香氣量 透發(fā)程度 雜氣 刺激性 干凈程度 細(xì)膩程度 甜感}。根據(jù)原始打分表，確定各處理感官質(zhì)量5 個等級的區(qū)間臨界值（評價標(biāo)準(zhǔn)），見表2。

在模糊綜合評價中，權(quán)重的設(shè)計是一項重要的內(nèi)容，現(xiàn)有的模糊綜合評價方法中評價指標(biāo)權(quán)重的確定主要采用專家打分和層次分析等主觀賦權(quán)法[10，22]。主觀賦權(quán)法中各評價指標(biāo)權(quán)重會因?qū)＜覀€人經(jīng)驗和認(rèn)識程度不同而不同，因此，人為賦予的權(quán)重往往不能反映研究對象的實際情況。熵權(quán)法是客觀綜合定權(quán)法，其主要根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小來確定權(quán)重，能準(zhǔn)確反映雪茄煙各評價指標(biāo)所含的信息量，可解決不同處理雪茄煙各評價指標(biāo)信息量大、準(zhǔn)確量化難的問題。

表2 各處理雪茄煙感官質(zhì)量5 個等級的區(qū)間臨界值Tab.2 Critical values of five sensory quality intervals of cigars under different treatments（分）

本研究中，將原始數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩陣進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)熵權(quán)法計算各評價指標(biāo)熵權(quán)，結(jié)果如表3所示?？芍?，各指標(biāo)權(quán)重集X={0.138 7 0.126 2 0.110 7 0.136 9 0.161 8 0.079 8 0.108 3 0.137 7}。

2.3 不同處理雪茄煙樣品模糊數(shù)學(xué)感官評價結(jié)果

以1 號雪茄煙樣品（添加由谷氨酸+葡萄糖制備的美拉德反應(yīng)液）為例，對各處理雪茄煙樣品進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官質(zhì)量評價，根據(jù)2.2 節(jié)評價標(biāo)準(zhǔn)，將10 名評吸專家的評吸結(jié)果匯總后進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表4。

表3 各指標(biāo)的熵值與權(quán)重Tab.3 Entropy value and weight of each indicator

表4 1 號雪茄煙樣品感官質(zhì)量評價結(jié)果統(tǒng)計Tab.4 Results of sensory quality evaluation of cigar sample No.1

由表4可知，以1號樣品的香氣質(zhì)為例，8名專家評分為2 等級，2 名專家為3 等級，因此U1={0 0.8 0.2 0 0}。同理可得U2={0 0.3 0.7 0 0}，U3={0.2 0.4 0.4 0 0}，U4={0.3 0.5 0.2 0 0}，U5={0.4 0.2 0.4 0 0}，U6={0 0.2 0.7 0.1 0}，U7={0.4 0.1 0.2 0.2 0.1}，U8={0.3 0.4 0.2 0 0.1}。將計算得出的8 個指標(biāo)的單因素集合的評價結(jié)果列為1個矩陣，即：

同理，可得其他處理單因素集合的評價結(jié)果矩陣。

結(jié)合本實驗中需對整體因素進(jìn)行綜合評價的特點(diǎn)，且綜合考慮M（●,⊕）算子的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍[23]，采用M（●,⊕）算子計算樣品對各等級的綜合隸屬度，得到樣品1 的評價結(jié)果Y1=X×R1={0.212 6 0.375 8 0.357 5 0.029 6 0.024 6}。模糊綜合評價總分T=Y×K，已知1 號樣品的模糊感官評價結(jié)果Y1和評價等級集K，計算得出1 號雪茄煙樣品感官評價總分：

T1=Y1×K={0.212 6 0.375 8 0.357 5 0.029 6 0.024 6}×{9、7、5、3、1}=6.44

同理，可得其他樣品雪茄煙模糊數(shù)學(xué)感官評價綜合得分。

不同處理雪茄煙樣品模糊數(shù)學(xué)感官評價的綜合得分和感官描述見表5。樣品的綜合得分越高說明其感官評價越好，綜合得分越低說明其感官評價越差。從表5 可以看出，谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸與不同糖類物質(zhì)組合制備的美拉德反應(yīng)液均在不同程度上豐富了雪茄煙葉香氣，使青雜氣、土腥氣等雜氣顯著降低，煙氣的成熟感增加，煙氣醇和細(xì)膩，雪茄煙葉的品質(zhì)有不同程度的提升，其中，以谷氨酸與果糖組合制備的美拉德反應(yīng)液對雪茄煙感官質(zhì)量改善效果最好，綜合評價得分最高，為7.02 分。天冬氨酸與糖類物質(zhì)組合的反應(yīng)液處理的雪茄煙樣品綜合得分略低于CK，盡管該反應(yīng)液使煙葉刺激性降低，煙氣柔和細(xì)膩，但其對雪茄煙香氣有遮蓋作用，這可能與天冬氨酸有抑制褐變反應(yīng)的作用有關(guān)[17]。據(jù)文獻(xiàn)報道，脯氨酸與糖類物質(zhì)美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物對烤煙型卷煙有較好的加香效果[24-25]，但關(guān)于其產(chǎn)物對雪茄煙的影響研究較少，本研究中脯氨酸與糖類物質(zhì)組合的反應(yīng)液對雪茄煙香氣均產(chǎn)生負(fù)面影響，原因可能是：在本實驗中100 ℃、pH=7.3 的反應(yīng)條件下產(chǎn)生的香味物質(zhì)與雪茄煙風(fēng)格特征不協(xié)調(diào)，影響煙氣透發(fā)，對香氣有負(fù)面影響。整體而言，各處理均影響雪茄煙香氣風(fēng)格，且各處理對雪茄煙感官質(zhì)量的影響不同。美拉德反應(yīng)的底物主要是糖類物質(zhì)和氨基酸，不同的底物會形成不同的致香物質(zhì)[26]。不同處理間風(fēng)格的差異可能是由于致香物質(zhì)含量、種類存在差異所致[27]。

表5 不同處理雪茄煙樣品模糊數(shù)學(xué)綜合評價結(jié)果比較與感官描述Tab.5 Fuzzy mathematical comprehensive evaluation results and sensory description of cigar samples treated with different Maillard reaction solutions

表5（續(xù)）

2.4 加料后雪茄煙葉的香氣成分分析

采用GC-MS 測定綜合評價結(jié)果較好的雪茄煙葉樣品的中性香氣成分，結(jié)果如表6 所示?？梢钥闯觯幚頍熑~樣品中的主要揮發(fā)性成分有29種，與對照樣品相比，處理煙葉中大部分原有致香成分的含量增加。呋喃、吡咯等雜環(huán)化合物主要由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，其中2-乙?；秽?、2-乙?；量┵x予煙氣清甜特征、烤香和堅果香[28]。酮類香味物質(zhì)是煙草中重要香味物質(zhì)，其與感官質(zhì)量的相關(guān)性非常高，是煙草加香中的主要物質(zhì)[29]，如β-大馬酮具有玫瑰特征香氣，巨豆三烯酮可增加煙氣中花香、木香、烤香和甜味特征。二氫獼猴桃內(nèi)酯賦予煙氣木香風(fēng)格[24]。以苯甲醛為代表的醛類物質(zhì)具有濃郁的果香香韻[30]，并有定香作用，3 個處理雪茄煙葉中苯甲醛含量分別為1.77、2.35和2.33 μg/g，比CK 的0.1 μg/g 分別高16.7、22.5 和22.3 倍?？反?、苯甲醇等醇類物質(zhì)是煙草中含量較豐富的香味成分之一，具有甜香和堅果香[31]；芳樟醇可促進(jìn)香氣透發(fā)[32]；上述物質(zhì)含量增加，可增強(qiáng)并賦予雪茄煙木香、烤香和蜜甜香氣，促進(jìn)香氣透發(fā)?？啡?-甲基糠醛等在本實驗弱堿性環(huán)境中生成被抑制，導(dǎo)致其含量與對照相比有所降低。二氫獼猴桃內(nèi)酯可起到降低刺激性的作用[24]。芳樟醇、苯甲醇等可使煙葉香氣平和[32]。新植二烯可增加卷煙的吸味和香氣，進(jìn)入煙氣時具有降低刺激性和醇和香氣的作用[33]，3 個實驗樣品中新植二烯含量較CK 的358.11 μg/g 分別增加了60.05%、42.62%和75.53%。與對照樣品相比，3 個處理后的雪茄煙葉中大部分對雪茄煙葉風(fēng)味特征有貢獻(xiàn)的風(fēng)味物質(zhì)有不同程度的增加，香氣成分總量較CK 分別增加了41.01%、29.76%和53.05%，因此，雪茄煙青雜氣、木質(zhì)氣等雜氣降低，刺激性減弱，煙氣更加柔和細(xì)膩，煙氣成熟感增加。

表6 部分處理雪茄煙樣品GC-MS 分析結(jié)果Tab.6 GC-MS analysis results of tobacco leaf samples of cigars under three treatments （μg·g-1）

表6（續(xù)）

3 結(jié)論

①建立了一種雪茄煙感官品質(zhì)的模糊數(shù)學(xué)綜合評價模型，利用熵權(quán)法對影響雪茄煙感官質(zhì)量的8 個指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，通過放大處理間的差異，使處理（18）和對照（1）之間的比較結(jié)果更加明顯，評價結(jié)果表明此模型適用于多指標(biāo)多組合處理間結(jié)果的比較。②在本實驗條件下，天冬氨酸和脯氨酸與糖類物質(zhì)組合的美拉德反應(yīng)液對雪茄煙香氣有負(fù)面影響，各香氣指標(biāo)得分低于CK，其余處理綜合評價得分均高于CK，以谷氨酸與果糖組合制備的反應(yīng)液處理的雪茄煙樣品綜合評價得分最高，為7.02 分。③GC-MS 分析結(jié)果表明：經(jīng)處理后的雪茄煙葉中大部分對雪茄煙葉風(fēng)味特征有貢獻(xiàn)的香味物質(zhì)有不同程度的增加，3 個處理煙葉香氣成分總量較CK 分別增加了41.01%、29.76%和53.05%。④以雪茄煙末酶解液為反應(yīng)基液制備的美拉德反應(yīng)液，應(yīng)用到雪茄煙上，可使煙葉刺激性、雜氣顯著降低，促進(jìn)雪茄煙風(fēng)格的彰顯，增加雪茄煙香氣豐富度，使煙氣的成熟感增加，煙氣變得醇和細(xì)膩，從而提高雪茄煙的感官質(zhì)量。