李天笑，蔣忠榮，賈玉紅，施豐成，羅誠，李東亮

1.四川中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，四川 成都 610051；2.鄭州輕工業(yè)大學 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001

0 引言

焦糖化反應是指糖或者糖與水在140 ℃以上高溫環(huán)境下生成聚合糖和焦甜香味成分的反應[1-2].在焦糖香料的生產過程中，既可以使用液體法，也可以使用固體法如擠壓法[3-4].擠壓法是利用擠壓膨化機密閉機筒的外周熱能和雙螺桿的高剪切力進行加熱反應，使淀粉或蔗糖等原料轉化為固體焦糖香料[5-6].擠壓膨化機從進料口到出料口共有3個加熱區(qū)域，其中一區(qū)溫度較低，主要對物料進行預熱，二區(qū)和三區(qū)溫度較高，是主要的反應區(qū)[5-6].擠壓法生產效率高、成本低，便于自動化生產.

不適用煙葉是煙葉評定中質量不合格或者不符合標準無法用于生產的煙葉原料.目前，國內各中煙公司庫存不適用煙葉約有3×105t[7].此外，部分庫存煙葉由于儲存時間過長，品質下降，也成為不適用煙葉.這些不適用煙葉既增加了企業(yè)倉儲管理的成本，又存在被報廢或者丟棄處理會產生環(huán)境污染問題[8].

在卷煙燃燒過程中，煙葉的水溶性糖可以轉化為焦甜香韻成分，可豐富煙香、增加甜感、改善余味[9].研究表明，不適用煙葉的水溶性糖含量較低，糖堿比不合適，這是其刺激感較強的關鍵原因之一[10-11].鑒于此，本文擬選取不適用煙葉為研究對象，以焦糖化反應為基礎，開發(fā)一種較為新穎的擠壓法復合焦甜香料，并結合GC-MS檢測和感官評價分析該香料的香味成分和制備工藝的適用性，以期為此類香料的工業(yè)化生產和卷煙產品應用提供參考.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

不適用煙葉：宜賓不適用煙葉(K326，B2F，2013年)、德昌不適用煙葉(紅花大金元，B4F，2011年)、河南不適用煙葉(中煙100，X3F，2016年)、陜西不適用煙葉(國內認定品種，CXBK，2013年).

1.2 主要試劑及儀器

主要試劑：葡萄糖、乙醇，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司產；5-羥甲基糠醛、糠醛，純度均為 99.0%，上海麥克林生化科技有限公司產；丙酸-2-苯乙酯，純度98.0%，阿法埃莎(中國)化學有限公司產.

主要儀器：SY-Ⅲ型切絲機，河南富邦實業(yè)有限公司產；SLG65-Ⅲ型雙螺桿擠壓膨化機，濟南大彤儀器有限公司產；Agilent 6890/5973型 GC-MS聯用儀，美國Agilent儀器有限公司產；R-210型旋轉蒸發(fā)儀，瑞士Buchi儀器有限公司產；DRT-SX型加熱套，鄭州長城科工貿有限公司產.

1.3 實驗方法

1.3.1 擠壓法復合焦甜香料的制備將煙葉蒸制30 s后切成1.0 mm寬的煙絲，取一定量煙絲，加入葡萄糖和純水拌勻.擠壓膨化機開機預熱，分別設置不同的三區(qū)溫度和二區(qū)溫度，擠壓膨化機主轉速設為12.4 Hz.溫度達到預設值后開啟主電機，每份煙絲樣品擠壓處理3次[5].將擠壓后的樣品取10.0 g，加入體積分數為50%的乙醇50.0 g，加熱回流提取40.0 min；過濾，將濾液用體積分數為50%乙醇補足至25.0 g，即得復合焦甜香料溶液.

1.3.2 單因素試驗設計加糖量：取宜賓煙絲5組各200 g ，分別加入20.0 g、40.0 g、60.0 g、80.0 g 葡萄糖拌勻，然后各加入40.0 g純水拌勻；以加入40.0 g純水但不加糖的煙絲為對照組.設置擠壓膨化機溫度為三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃，分別進行擠壓處理.處理結束后，制備復合焦甜香料溶液和對照組煙絲乙醇提取液.

利用GC-MS法檢測復合焦甜香料溶液總香味成分含量(Total Flavor Compounds,TFCs).GC-MS法檢測前處理：各取15.0 mL上述復合焦甜香料溶液及對照組煙絲乙醇提取液，分別用10.0 mL CH2Cl2萃取2次，合并CH2Cl2層，并濃縮至0.9 mL，加入0.1 mL (1.782 μg/mL) 丙酸-2-苯乙酯作為內標.

將復合焦甜香料溶液和對照組煙絲乙醇提取液以1.0 μL/支的添加量，添加于四川中煙2#模塊空白煙支中作為試驗組卷煙、對照組卷煙，以不添加上述產物的空白組卷煙為參照，將卷煙于22 ℃、 60%相對濕度平衡后進行感官評價.

擠壓溫度：取5組宜賓煙絲各200 g，分別加入60.0 g葡萄糖拌勻，然后加入純水40.0 g混勻，分別設置擠壓膨化機溫度為三區(qū)120 ℃、二區(qū)110 ℃；三區(qū)140 ℃、二區(qū)125 ℃；三區(qū)160 ℃、二區(qū)145 ℃；三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃;三區(qū)180 ℃、二區(qū)160 ℃，進行擠壓處理.以加入質量分數為30%(如無特指，本文的百分數均為質量分數)的葡萄糖不進行擠壓處理的煙絲為擠壓對照組.結束后，制備復合焦甜香料溶液和擠壓對照組煙絲乙醇提取液.

取5種復合焦甜香料溶液和擠壓對照組煙絲乙醇提取液，以5-HMF (5-羥甲基糠醛)和DDMP (2,3-二氫-3,5二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮)為焦甜香韻代表成分，使用GC-MS檢測進行總香味成分含量測定[12-13].

用復合焦甜香料溶液和擠壓對照組煙絲乙醇提取液制備試驗組卷煙、擠壓對照組卷煙，以不添加上述產物的空白組卷煙為參照進行感官評價.

1.3.3 擠壓法復合焦甜香料香味成分分析取1.3.2中確定的最優(yōu)制備條件下制得的擠壓法復合焦甜香料溶液，以1.3.2中的擠壓對照組煙絲乙醇提取液為參照，采用GC-MS法進行香味成分分析.

1.3.4 制備工藝的適用性分析選取德昌、陜西及河南不適用煙葉，切絲，加入30%葡萄糖拌勻，分別在擠壓膨化機溫度為三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃進行擠壓處理，提取獲得復合焦甜香料溶液.以3種不適用煙絲加入30%葡萄糖不進行擠壓處理作為擠壓對照組，提取獲得擠壓對照組煙絲乙醇提取液.將3種焦甜香料溶液、3種擠壓對照組煙絲乙醇提取液以每支煙1.0 μL的添加量，添加于四川中煙2#模塊空白煙中作為試驗煙、擠壓對照煙，以不添加上述產物的空白煙為參照進行感官評價.

1.3.5GC-MS檢測方法GC-MS檢測條件：Supelco DB-5 MS 色譜柱，60 m×0.25 mm×0.25 μm；初始溫度50 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升溫至120 ℃，然后以12 ℃/min升溫至240 ℃，保持5 min，以15 ℃/min升溫至280 ℃，保持3 min；進樣口溫度280 ℃；載氣He (>99.999%)，流速 1.0 mL/min；進樣量1.0 μL，分流比10∶1；傳輸線溫度280 ℃；電離(EI)能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；電子倍增器電壓1.139 kV；質量掃描范圍33～400 amu.

將獲得的GC-MS總離子流圖利用NIST 17標準質譜庫進行檢索，選取匹配度大于80%的峰，參考標準品，確定主要香味成分的化學結構，根據內標法計算各香味成分的含量.

1.3.6 感官評價方法由7名具有感官評吸資質的評委組成評吸小組進行感官特點評價并進行打分，取平均值.

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 加糖量不同加糖量下復合焦甜香料總香味成分含量變化如圖1所示.由圖1可知，隨著加糖量的增大，總香味成分含量呈先升高后降低的趨勢，當加糖量為30%時，總香味成分含量達到最高，比對照組(0%)提高了14.7%.

圖1 不同加糖量下復合焦甜 香料總香味成分含量變化Fig.1 The TFCs of synergistic caramel products with different glucose supplement

不同加糖量下復合焦甜香料的感官特點如下:加糖量30%的復合焦甜香料，焦甜香韻突出，煙香味豐富，刺激感降低；加糖量為40%時難以拌勻，且甜感沒有進一步提升，余味稍有不適；加糖量低于30%時，焦甜感和豐富性減弱，效果不明顯.不同加糖量下復合焦甜香料的感官評價得分如表1所示.由表1可知，加糖量為30%時，感官評價得分最高.因此，選擇加糖量為30%較為適宜.

表1 不同加糖量下復合焦甜香料的感官評價得分Table 1 Sensory evaluation scores of the synergistic caramel products with different glucose supplement 分

2.1.2 擠壓溫度不同擠壓溫度下復合焦甜香料的香味成分含量變化如圖2所示,感官評價得分如表2所示.由圖2a)可知，隨著擠壓溫度升高總香味成分含量先升高后降低，當三區(qū)溫度為170 ℃時，總香味成分含量達到最高.由圖2b)可知，復合香料焦甜香韻成分5-HMF和DDMP在三區(qū)溫度分別為120 ℃和140 ℃擠壓處理時略有提升，160 ℃擠壓處理時明顯升高，在170 ℃時達到最大.與擠壓對照組相比，三區(qū)170 ℃擠壓處理的復合焦甜香料5-HMF含量提高了6.4倍，DDMP含量提高了16.1倍，總香味成分含量提高了23.6%.溫度升至180 ℃時，由于溫度過高，香味成分有所損失，總香味成分和焦甜香韻成分含量均有所下降.由表2可知， 三區(qū)170 ℃處理的復合焦甜香料感官評價得分最高，香氣豐富性顯著提升，煙氣細膩，刺激性降低明顯;三區(qū)180 ℃處理的復合焦甜香料焦感過強，煙香諧調性不足，細膩柔和感也稍差，余味舒適性不足.整體而言，三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃較為適宜.

表2 不同擠壓溫度下復合 焦甜香料的感官評價得分Table 2 Sensory evaluation scores of the synergistic caramel products at different reaction temperature 分

圖2 不同擠壓溫度下復合焦甜 香料的香味成分含量變化Fig.2 The change of the flavor compounds of synergistic caramel products at different reaction temperature

2.2 擠壓法復合焦甜香料香味成分分析結果

宜賓不適用煙葉擠壓處理前后香味成分含量的變化如表3所示.由表3可知，與擠壓對照組相比，三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃擠壓處理的復合香料焦甜香韻成分,如5-HMF、3,5二羥基-2-甲基-4(H)-吡喃-4-酮、DDMP等均有不同程度的提高，焦甜香韻成分總量提高了4.4倍.這些焦甜香韻成分賦予卷煙焦糖、咖啡及焙烤香氣，能豐富煙香，增加甜感，改善余味[14].巨豆三烯酮、3-羥基-β-大馬酮、西柏三烯-1,3-二醇等煙草本香萜烯類成分也有明顯提高，這些成分可以提升卷煙香氣的豐富性[15-16].酸類成分和小分子醇類成分含量有所降低，其他類型的香味成分含量變化不大.

表3 宜賓不適用煙葉擠壓處理前后香味成分含量的變化Table 3 The change of the contents of flavor compounds after extrusion reaction for Yibin discarded tobacco leaves

整體而言，通過高溫擠壓處理后，復合焦甜香料香味成分含量明顯提升，其加香效果也顯著增強.分析其原因可能為：一是煙葉自身的單糖及外加的單糖發(fā)生了一定的焦糖化反應，增加了焦甜成分的含量；二是煙葉的大分子香味前體化合物發(fā)生了分解，使萜烯類本香成分增多[14-15].

2.3 制備工藝的適用性分析

不同產地不適用煙葉復合焦甜香料的感官評價特點如表4所示.由表4可知，與擠壓對照組相比，不同產地的不適用煙葉經三區(qū)170 ℃、二區(qū)150 ℃擠壓處理后，得到的復合焦甜香料加香效果明顯提升，主要體現在香氣量增加、香氣質提升、刺激感降低等，說明該方法對不同產地的不適用煙葉有一定的適用性.

表4 不同產地不適用煙葉復合 焦甜香料的感官評價特點Table 4 Sensory evaluation characteristics for the synergistic caramel products of discarded tobacco leaves from different producing areas

3 結論

本研究以焦糖化反應為基礎，開發(fā)了一種擠壓法復合焦甜香料，采用單因素試驗進行該復合焦甜香料制備工藝的確定，并利用GC-MS法和感官評價分析該香料的香味成分和制備工藝的適用性.結果表明：加糖量30%，三區(qū)溫度170 ℃、二區(qū)溫度150 ℃是比較合適的香料制備條件；擠壓法制備的復合香料焦甜香韻成分和萜烯類煙草本香成分均有不同程度的提高；該香料有較好的卷煙加香效果，能提升卷煙香味的豐富性，增加甜感，改善口感，并且該香料的制備工藝對于不同產地的不適用煙葉有一定的適用性.