程傳玲 - 楊 碩 王建民 - 張改紅 -

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450000)

白肋煙是混合型卷煙的重要原料之一，具有勁頭大，香氣濃郁豐滿(mǎn)、刺激性大，雜氣重等特點(diǎn)，其處理工藝是決定煙葉質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[1]。重加里料和高溫烘焙是白肋煙處理工藝的關(guān)鍵技術(shù)，適宜的烘培條件是決定其感官質(zhì)量的重要因素[2-4]。

高溫烘焙有利于料液吸收，通過(guò)美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，產(chǎn)生香味物質(zhì)，同時(shí)減輕雜味，改善余味，提升煙葉的感官質(zhì)量[4-9]。安毅等[4]發(fā)現(xiàn)烘焙溫度對(duì)脯氨酸Amadori化合物、堿性香味物質(zhì)成分具有明顯的影響趨勢(shì)；胡建軍等[5]研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)行三區(qū)高溫烘焙處理后的白肋煙其抽吸品質(zhì)改善明顯；劉開(kāi)楠等[10]研究發(fā)現(xiàn)，干燥二區(qū)溫度高于干燥三區(qū)溫度有利于保持香氣量和香氣質(zhì)，減少香氣損失；張杰等[11-12]發(fā)現(xiàn)還原糖含量對(duì)烘焙后白肋煙致香成分含量有顯著影響；程傳玲等[13]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)烘箱準(zhǔn)確控溫可以較好地模擬白肋煙烘焙條件，而且還原糖可以較好地表征白肋煙烘焙后堿性香味物質(zhì)的含量關(guān)系。

目前對(duì)白肋煙烘焙的研究主要集中于加料與干燥溫濕度對(duì)白肋煙中主要致香物質(zhì)含量與感官評(píng)吸質(zhì)量的影響，主要是通過(guò)感官抽吸評(píng)價(jià)確定優(yōu)化工藝參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果易受抽吸人員主觀影響[14]。試驗(yàn)擬建立烘焙后還原糖含量與3個(gè)干燥區(qū)溫度之間的回歸模型，以期通過(guò)一種常規(guī)化學(xué)成分與干燥區(qū)溫度之間的關(guān)系表征白肋煙香味成分的含量變化，為優(yōu)化白肋煙處理工藝、提升白肋煙烘焙后的香味物質(zhì)含量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、主要試劑與儀器

白肋煙配方煙葉及料液：安陽(yáng)卷煙廠；

18種堿性香味物質(zhì)標(biāo)樣：純度>97%，上海麥克林生化科技有限公司；

4-羥基苯甲酰肼：純度98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

正己烷：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；

無(wú)水甲醇：色譜純，天津市四友精細(xì)化學(xué)品有限公司；

甲酸：Acros試劑，北京伊諾凱科技有限公司；

分析天平：AB265-S型，感量0.000 01 g，瑞士Mettler公司；

連續(xù)流動(dòng)分析儀：AA3型，英國(guó)Seal Analytical公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：6890-5973型，美國(guó)Agilent公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9023A型，上海一恒公司；

液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：Thermo Fisher Scientific LTQ XL型，美國(guó)Thermo公司；

離子色譜儀：ICS-5000型，美國(guó)Thermo公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)方案 以烘箱模擬烤機(jī)的干燥區(qū)，使控溫更加準(zhǔn)確。選取干燥一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)溫度范圍分別為110～165，105～145，105～135 ℃。每個(gè)區(qū)烘培時(shí)間均為3 min，進(jìn)行U12(12×62)均勻試驗(yàn)。將加料后含水率為38%左右的煙葉按照均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行烘培處理，按文獻(xiàn)[15]測(cè)定其還原糖和總糖含量。以加料后未經(jīng)烘培煙葉為空白對(duì)照1組，每組試驗(yàn)平行測(cè)定2次。

1.2.2 回歸模型建立 根據(jù)均勻試驗(yàn)結(jié)果建立還原糖與3個(gè)烤區(qū)之間的回歸模型，對(duì)方程規(guī)劃求解得出還原糖含量最低時(shí)3個(gè)烤區(qū)的溫度。以均勻試驗(yàn)中還原糖含量最低時(shí)的三區(qū)溫度、規(guī)劃求解得出的3個(gè)烤區(qū)溫度、煙廠現(xiàn)行烘培溫度(一區(qū)145 ℃、二區(qū)125 ℃、三區(qū)110 ℃)及未經(jīng)烘焙處理的煙葉(空白對(duì)照2組)進(jìn)行試驗(yàn)，分別測(cè)定其還原糖、總糖、堿性香味成分、氨基酸及脯氨酸Amadori化合物含量。每組平行測(cè)定4次。

1.2.3 主要化學(xué)成分及香味物質(zhì)測(cè)定

(1) 總糖、還原糖、總氮、總植物堿含量：參照文獻(xiàn)[15-17]。

(2) 堿性香味物質(zhì)含量：40.0 g煙末、400 mL水于1 000 mL平底燒瓶中，60 mL CH2Cl2于100 mL梨形瓶中，同時(shí)蒸餾2.5 h。用20 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的HCl洗滌3次，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH至14，再用20 mL CH2Cl2萃取3次，加入無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，過(guò)濾，加入1 mL內(nèi)標(biāo)(0.018 9 mg/mL乙酸苯乙酯)，濃縮至1 mL，進(jìn)行GC/MS分析。

(3) 氨基酸含量：稱(chēng)取0.25 g煙末，用40 mL濃度為0.1 mol/L的HCl震蕩萃取30 min，過(guò)濾，取上清液1 mL過(guò)陽(yáng)離子交換固相萃取小柱，用0.5 mL濃度為0.01 mol/L 的HCl淋洗小柱，再加入3 mL濃度為3 mol/L 的氨溶液洗脫，洗脫液于65 ℃水浴旋干，用1 mL 濃度為0.1 mol/L的HCl將其溶解，過(guò)濾膜于色譜瓶后用離子色譜儀進(jìn)行測(cè)定。

(4) 脯氨酸Amadori化合物含量：稱(chēng)取2 g煙末，70%甲醇—水為萃取劑，料液比為1∶40 (g/mL)，超聲20 min，抽濾并洗滌3次，40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用70%甲醇—水溶液將其稀釋至50 mL，再用30 mL正己烷萃取5次，將甲醇—水相濃縮至干，準(zhǔn)確加入10 mL 70%甲醇將其溶解，過(guò)0.45 μm有機(jī)濾膜，進(jìn)行HPLC-MS分析。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 使用多元回歸分析、LSD多重比較進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)處理軟件主要包括SPSS 17.0及Excel。

2 結(jié)果與討論

2.1 三烘箱模擬烤機(jī)不同參數(shù)下水溶性糖含量差異

表1為均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及煙葉進(jìn)出料含水率與水溶性糖檢測(cè)結(jié)果。干燥前白肋煙通過(guò)“重加里料”，提高了煙葉含水率(為38.12%)，干燥后煙葉含水率為3.44%～15.18%，符合《卷煙工藝規(guī)范(2016版)》中對(duì)白肋煙處理的要求規(guī)范，且說(shuō)明烘箱可以較好地模擬白肋煙干燥；還原糖含量為0.245 9%～0.297 9%，總糖含量為0.666 9%～0.875 9%，說(shuō)明隨著三區(qū)干燥溫度的變化，還原糖與總糖含量均發(fā)生了明顯變化。與對(duì)照組相比，烘培后白肋煙還原糖、總糖含量均降低，是由于干燥過(guò)程中白肋煙中還原糖發(fā)生了美拉德反應(yīng)，總糖在高溫烘焙條件下發(fā)生一定的降解，所產(chǎn)生的一部分單糖進(jìn)行焦糖化作用，因此總糖含量的變化程度明顯高于還原糖含量。綜上，試驗(yàn)4即烘培條件為一區(qū)125 ℃、二區(qū)145 ℃、三區(qū)129 ℃時(shí)還原糖含量最低，即可認(rèn)為此時(shí)美拉德反應(yīng)最為徹底，香味物質(zhì)含量較多。

2.2 還原糖與烘焙工藝溫度參數(shù)模型擬合

使用SPSS 17.0軟件對(duì)均勻試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，其結(jié)果見(jiàn)表2，所得還原糖與3個(gè)烤區(qū)之間的回歸方程為：

(1)

式中：

Y——還原糖含量，%；

X1、X2、X3——干燥一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)溫度，℃。

由表2可知，回歸模型極顯著，且相關(guān)系數(shù)、決定系數(shù)分別達(dá)0.973，0.947，說(shuō)明模型擬合優(yōu)度好，能夠較好地?cái)M合還原糖含量與3個(gè)烤區(qū)溫度之間的關(guān)系。干燥二區(qū)及干燥三區(qū)溫度對(duì)還原糖含量影響顯著，干燥一區(qū)溫度對(duì)還原糖含量影響接近顯著，其主次影響因素為干燥二區(qū)>干燥一區(qū)>干燥三區(qū)。白肋煙烘焙干燥過(guò)程中，干燥二區(qū)的主要作用是維持物料溫度以及延長(zhǎng)等速干燥段時(shí)間，表明白肋煙在干燥二區(qū)時(shí)，其物料溫度與等速干燥段白肋煙內(nèi)各物質(zhì)含量對(duì)烘焙后白肋煙還原糖含量具有較大影響，而干燥三區(qū)主要是去除白肋煙煙葉內(nèi)剩余的水分，美拉德反應(yīng)程度較弱，因此干燥三區(qū)溫度對(duì)烘焙后煙葉還原糖含量影響較小。

2.3 烘焙工藝最優(yōu)溫度參數(shù)驗(yàn)證

根據(jù)還原糖含量與3個(gè)烤區(qū)間的回歸模型進(jìn)行規(guī)劃求解可以得出，一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)溫度分別為110，145，135 ℃時(shí)還原糖含量最低，以此干燥條件為試驗(yàn)1，均勻試驗(yàn)還原糖含量最低即第4組試驗(yàn)(烘焙條件為一區(qū)125 ℃、二區(qū)145 ℃、三區(qū)129 ℃)為試驗(yàn)2，煙廠現(xiàn)行烘焙條件(一區(qū)145 ℃、二區(qū)125 ℃、三區(qū)110 ℃)為試驗(yàn)3，空白對(duì)照組為試驗(yàn)4，每個(gè)干燥區(qū)干燥3 min，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

由表3可知，還原糖含量均值與其預(yù)測(cè)值的變化基本一致，且兩者間絕對(duì)偏差<1%，試驗(yàn)1即回歸模型最優(yōu)條件下各物質(zhì)的RSD<10%，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，還原糖含量為0.237 7%～0.240 0%，位于95%置信區(qū)間0.221 1%～0.249 9%內(nèi)，說(shuō)明回歸模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值相吻合，模型能夠較好反映還原糖與3個(gè)烤區(qū)溫度之間的關(guān)系。

由表3可知，與空白對(duì)照組相比，烘焙后白肋煙還原糖、總糖含量均降低，堿性香味物質(zhì)、脯氨酸Amadori化合物、香味物質(zhì)含量均明顯升高，這是因?yàn)楹媾噙^(guò)程中還原糖參與了美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生了脯氨酸Amadori化合物等香味物質(zhì)，同時(shí)，烘焙過(guò)程中所加料液與煙葉化學(xué)成分之間發(fā)生了如焦糖化作用、斯特雷克分解作用等，這些反應(yīng)均生成了香味物質(zhì)；氨基酸總量順序?yàn)樵囼?yàn)3>試驗(yàn)4>試驗(yàn)2>試驗(yàn)1，可能是在試驗(yàn)3的烘焙條件下，蛋白質(zhì)發(fā)生降解，導(dǎo)致氨基酸總量大于空白對(duì)照組；而隨著烘培溫度總和的繼續(xù)上升，美拉德反應(yīng)進(jìn)行得更充分，從而導(dǎo)致試驗(yàn)1和試驗(yàn)2氨基酸總量降低。

還原糖總量大小順序?yàn)樵囼?yàn)3>試驗(yàn)1>試驗(yàn)2，堿性香味物質(zhì)總量為試驗(yàn)2>試驗(yàn)1>試驗(yàn)3，隨著還原糖含量的減少，堿性香味物質(zhì)總量增加，說(shuō)明烘焙后還原糖含量與堿性香味物質(zhì)含量間有較為顯著的變量關(guān)系，與文獻(xiàn)[10]的研究結(jié)果一致。白肋煙烘焙產(chǎn)生的堿性香味物質(zhì)主要有吡啶、吡嗪、吡咯等，主要是在烘焙過(guò)程中由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，是白肋煙的特征香味物質(zhì)，對(duì)改善香氣和余味、減少雜氣和刺激性具有重要意義。

表1 U12(12×62)方案及水溶性糖測(cè)定結(jié)果

表2 回歸模型概述表?

試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的還原糖含量與氨基酸含量間不存在顯著差異，而總糖、堿性香味物質(zhì)、脯氨酸、香味物質(zhì)總量間存在極顯著差異(P<0.01)，說(shuō)明試驗(yàn)1與試驗(yàn)2之間的烘焙處理，可能發(fā)生不同程度的美拉德反應(yīng)、焦糖化及斯特雷克分解，從而產(chǎn)生不同種類(lèi)的香味物質(zhì)，使香味物質(zhì)含量出現(xiàn)顯著差異，且非還原性糖如蔗糖發(fā)生水解產(chǎn)生單糖，使還原糖含量變化不顯著；試驗(yàn)3與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2之間各物質(zhì)均存在顯著或極顯著差異。且試驗(yàn)1烘焙條件下致香物質(zhì)總和為4.681 6%，含量最高，對(duì)白肋煙烘焙增香效果最好，因此認(rèn)為白肋煙烘培最佳條件為一區(qū)110 ℃(3 min)，二區(qū)145 ℃(3 min)，三區(qū)135 ℃(3 min)。

3 結(jié)論

以烘箱法模擬白肋煙三區(qū)干燥，并對(duì)烘焙后白肋煙還原糖及總糖含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，烘焙后白肋煙還原糖及總糖含量均存在明顯差異。對(duì)烘焙后白肋煙還原糖含量與烘焙工藝參數(shù)進(jìn)行模型擬合，擬合結(jié)果較好(R2=0.947)，且模型表明，干燥一區(qū)與二區(qū)是決定白肋煙烘焙后還原糖含量的重要因素。經(jīng)回歸模型規(guī)劃求解所得白肋煙的最佳烘焙參數(shù)為一區(qū)110 ℃(3 min)，二區(qū)145 ℃(3 min)，三區(qū)135 ℃(3 min)，此時(shí)美拉德反應(yīng)進(jìn)行充分，所得香味物質(zhì)總量較高，白肋煙烘焙增香效果較好。

試驗(yàn)以白肋煙原料為例，以還原糖含量與干燥三區(qū)溫度的關(guān)系間接評(píng)價(jià)白肋煙烘焙增香效果，而隨著白肋煙品種以及加料種類(lèi)及用量的變化，此回歸模型是否依然適用仍需加以驗(yàn)證。