模拟红薯烘烤制备焦甜香香料及其卷烟应用

戴 魁，李诗平，王文斌，张晓宇，王戍华，邹 鹏，韩 路，舒俊生，牛 勇，王国强

安徽中烟工业有限责任公司技术中心，合肥市高新区天达路9号 230000

模拟红薯烘烤制备焦甜香香料及其卷烟应用

戴 魁，李诗平，王文斌，张晓宇，王戍华，邹 鹏，韩 路，舒俊生，牛 勇，王国强

安徽中烟工业有限责任公司技术中心，合肥市高新区天达路9号 230000

为了由烤红薯获得风格突出的烟用香料（简称烤红薯香料），在烤红薯香气形成机理的支撑下，以直接烘烤和模拟烘烤作为主要制备工艺，采用GC/MS法分析了所制备香料的化学成分，并进行了感官评价。结果表明：①模拟烘烤工艺能够获得更多的致香成分，并能够保留直接烘烤的特征香韵物质。②所得的烤红薯香料与中式烤烟香气协调性较好，并能赋予卷烟叶组较为突出的烤红薯香气特征和味觉特征。③所制备的烤红薯香料对“焦甜香”风格卷烟产品的开发有潜在的应用价值。

卷烟；烤红薯；香料；模拟烘烤；焦甜香；GC/MS；感官评价

红薯经烘烤后产生迷人的香气。自20世纪60年代以来，对这种以蜜甜香、烘烤香、焦甜香、果香、花香、木香为主体香韵的香气复合物已进行过大量的研究［1-8］。研究表明，烤红薯香气产生的机理主要源于3类反应［3-4］：①酶解反应。在烘烤前期的低温阶段（30～90℃），红薯组织中大量的淀粉在适温条件下经内生淀粉酶水解，得到麦芽糖、果糖、葡萄糖等大量还原糖，其中麦芽糖增加最为显著，约增加至生红薯中原质量分数的400倍［5］。由于烘烤本质上属于热空气对流加热，传热速率低，升温速率慢。因此，酶解反应在烘烤过程中能够得到较好保障，产生的大量还原糖为致香反应奠定了物质基础。②Maillard反应。在烘烤中温阶段（90～140℃），红薯内氨基酸与还原糖类发生Maillard反应，形成大量风味物质。红薯内部水活度的降低对于香气物质的生成极为有利；同时，红薯内部温度的缓慢升高也保障了Maillard反应的时间。③焦糖化反应。烘烤后期，红薯内温度达到约200℃，在此温度下，大量的糖类在熔融温度下经脱水、氧化、成环、裂解等复杂反应，进一步形成风味物质。

烘烤独特的缓慢升温工艺较好地满足了红薯香气物质生成各步骤的要求，是红薯的最佳加工方式。Wang等［6］研究了水煮、微波、烘烤3种加工方式对红薯风味的影响，结果表明红薯经烘烤后致香成分的量和种类均远远超过另外两种方式。但红薯烤制中产生的绝大部分优美香气在过程中已散失，最后所得的致香物质总量只有20～60μg/kg生薯［7］。鉴于此，在烤红薯香气形成机理的支撑下，引入模拟烘烤方式，即在实验室中模拟红薯烘烤的缓慢升温工艺，研究了在模拟烘烤条件下由红薯制备香料（烤红薯香料）的工艺及卷烟应用，旨在为卷烟调香提供原料参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

鲜食烤薯型红心王（产地：河南信阳，2014年夏薯，安徽省农科院提供）；“黄山”某牌号空白叶组（自配）。

葡糖淀粉酶（简称糖化酶，100 U/mg，符合GB 8276—2006［9］中的糖化酶制剂标准及GB 2760—2011［10］的规定）、耐高温α-淀粉酶（简称α-淀粉酶，4 000 U/mg，符合GB 8275—2009［11］中的α-淀粉酶制剂标准及GB 2760—2011的规定）（上海源聚生物科技有限公司）；葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖（美国Sigma-A ldrich公司）；95%乙醇、氯化钠、无水硫酸钠（AR，国药集团化学试剂有限公司）；二氯甲烷（色谱纯，美国Dikma公司）；乙酸苯乙酯（内标）（＞97%，美国Tedia公司）。

Thermo1300气相色谱/质谱联用仪（美国Thermo公司）；Agilent 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；DF-101S数显磁力搅拌油浴锅（金坛市晶玻仪器厂）；FK-A组织捣碎匀浆机（金坛市晶玻仪器厂）；ZJ-2旋转蒸发仪（常州试验仪器有限公司）；CP2245电子天平（感量0.000 1 g，德国Sartorius公司）；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏试验设备有限公司）；0.45 μm有机相微孔滤膜（上海昨非实验室设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理

选择长度在14～20 cm、直径在4～6 cm范围内的无受损和霉变的生薯，洗去泥沙，晾干。称取10根试验样，记录每根红薯的质量。将每根红薯从一端开始切片，称量切片的质量，至达到整根红薯质量的一半，将其作为A组，由组织捣碎匀浆机捣碎后用于模拟烘烤；剩余的一半红薯不再切片，整体作为B组，用于直接烘烤。

1.2.2 直接烘烤制备烤红薯香料

将B组样品置于烘箱中，于200℃下烘烤2 h至熟。将烤后红薯样品去皮，捣碎，加入3倍于B组红薯鲜质量的60%乙醇，搅拌均匀，静置过夜。将上述混合液过滤，弃去红薯渣，将滤液在100 kPa、50℃水浴条件下旋转蒸发浓缩至浓度为(1.25±0.02)g/cm3的半流体，浓缩物标注为Z。

1.2.3 模拟烘烤制备烤红薯香料

依据文献［3-4］报道的烤红薯香气形成的3步机理，以酶解-致香作为主要的工艺路线，对模拟烘烤过程进行优化。

1.2.3.1 酶解过程优化

选取200 g A组红薯浆作为实验样，酶解过程为：①使用糖化酶的处理条件：40℃下保温酶解1 h；取5 g酶解物，参照文献［12］的方法分析蔗糖、麦芽糖、葡萄糖和果糖的质量分数。②使用α-淀粉酶的处理条件：在90℃下加入若干α-淀粉酶，保温1 h；取5 g酶解物，如上分析糖的质量分数。③先后使用糖化酶及α-淀粉酶的处理条件：按①中条件使用糖化酶处理后，升温至90℃，再按照②中的条件使用α-淀粉酶处理。酶解过程实验设计见表1。酶解完成后，用3倍于酶解物质量的60%乙醇醇沉，静置过夜，过滤，在100 kPa、50℃水浴条件下浓缩至浓度为(1.25±0.02)g/cm3的半流体。

表1 酶解过程优化实验方案Tab.1 Op tim ization of enzymolysis process

1.2.3.2 致香过程优化

致香过程包括Maillard反应和焦糖化反应阶段。于两端接有温控探头和回流冷凝管的250m L三口烧瓶中加入100mL 1.2.3.1节中最佳酶解条件下的浓缩物，并将三口烧瓶置于带磁力搅拌和温度控制的油浴锅中，按图1所述的温度-时间控制程序进行加热反应。反应完成后，将得到的香料样品分别标注为M1～M6。

图1 致香过程升温程序控制图Fig.1 Scheme of tem perature control

1.2.4 GC/MS分析

取1mL 1.2.2节和1.2.3节中得到的红薯反应物，分别溶于20mL饱和氯化钠溶液，用二氯甲烷（20mL×3）萃取，合并有机相，用5 g无水硫酸钠干燥，静置过夜。过滤，加入50μL乙酸苯乙酯作为内标，在100 kPa、40℃水浴条件下旋转蒸发浓缩，浓缩液定容至2mL，经微孔滤膜过滤后进行GC/MS分析。分析条件为：

色谱柱：HP-FFAP毛细管柱（60 m×250µm i.d.× 0.25µm d.f.）；升温程序：60℃（3 m in）5℃/min→ 230℃（15 min）；溶剂延迟：8 min；进样量：1µL；分流比：10∶1；载气：氦气；载气流速：1mL/min。进样口温度：250℃；电离方式：EI源；电离能量：70 eV；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；传输线温度：250℃；质量扫描范围：41～550 amu。

采用NIST12谱库检索，以匹配度≥85%定性；以乙酸苯乙酯为内标，并假定相对校正因子为1进行定量。

1.2.5 感官评价

①组织9位具备卷烟感官评价资质的评委，按照YC/T 145.6—2011［13］的规定对7种烤红薯香料进行嗅香描述性评价，记录香料样品的主体香韵。②将所得的7种烤红薯香料按不同加香比例（0.2、0.5、1.0、2.0、5.0和10.0 mg/kg）分别添加至“黄山”品牌某牌号空白叶组中，并制备相应的卷烟样品。按照YC/T 497—2014［14］的方法，对不同添加量的每一种烤红薯香料进行单独评价，优选出适宜的加香量。然后，在各自的最佳用量条件下，对7种红薯香料加香样品进行对比评价，根据评吸数据，总结分析加香后香气、烟气、口感3项指标的变化情况。

2 结果与讨论

2.1 酶的种类及用量对红薯浆含糖量的影响

红薯浆经不同种类及用量的酶酶解后，蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖4种糖类的质量分数分析结果见表2。由表2可见，红薯浆在90℃下经α-淀粉酶处理后，麦芽糖的量增加明显；蔗糖的量变化较小，基本在初始值附近波动；果糖的量则有小幅度的增加；葡萄糖的量呈现先增加后减少的趋势。红薯浆在40℃下经糖化酶处理后，葡萄糖的量增加较为明显；蔗糖以及麦芽糖的量较初始值显著降低；果糖的量变化不大。实验结果与两种酶的酶解机理符合性较好，且与文献［15］的报道相近。在酶用量的选择上，考虑到总含糖量及经济性指标，因此酶用量确定为：α-淀粉酶120 U/g，糖化酶800 U/g。实验结果表明，在先后使用该用量的糖化酶和α-淀粉酶处理红薯浆后，麦芽糖和葡萄糖的量大幅增加，果糖的量也增加了1倍，蔗糖的量则稍稍下降。处理后，红薯浆总含糖量较生薯约增加1倍。

表2 酶的种类及用量对红薯浆含糖量的影响①Tab.1 Effects of kind and amount of enzyme on sugar content in sweet potato pulp（%）

2.2 红薯浆致香过程

2.2.1 GC/MS分析结果

为了便于比较，按照致香成分的香韵种类［16］对GC/MS分析结果进行分类统计，结果见表3。可知，烤红薯的香气组成较为复杂，共计鉴定出41种致香成分；其香气也较为丰富，包含酸香、壤香、脂香、果香、花香、烘烤香、焦甜香等多种香韵；并且不同工艺条件下所得的烤红薯香料在致香成分和香韵上差异明显。

表3 7种烤红薯香料致香成分分析结果①Tab.2 Com parison of aroma constituents of 7 roast sweet potato flavors（μg·m L-1）

2.2.2 直接烘烤与模拟烘烤产物对比分析

由表3可知，非恒温模拟烘烤（M3、M5及M6）产生的乙酸、2-甲基己酸、3-羟基-3-甲基己酸3种酸香成分的总量远远高于直接烘烤方式（Z）。上述3种酸香成分为典型的焦糖化反应的降解产物［17］。由于直接烘烤过程中红薯内部升温较慢，传热阻力较大，内部存在温度梯度，焦糖化反应局限在红薯的外层高温区域［8］；而模拟烘烤过程中加热效率较高，红薯浆料经浓缩后含水量较少，因此焦糖化反应程度高于直接烘烤，产生的特征酸香成分量也较高［4］。实验中也发现，在模拟烘烤条件下，体系的pH随温度的升高而明显降低；具有壤香香韵的致香成分方面，直接烘烤所产生的诸如吡啶、二甲苯、2,4-癸二烯醛等成分的量高于模拟烘烤；直接烘烤产生的花香香韵、果香香韵成分的量也均高于模拟烘烤，但两种典型的焦糖化反应产物——戊酸乙酯、γ-壬内酯［16］出现特例，这也说明模拟烘烤具有较高的焦糖化反应程度；在焦甜香、烘烤香香韵成分方面，直接烘烤所产生的杂环类成分的量和种类均远低于模拟烘烤。由于模拟烘烤的工艺满足了红薯直接烘烤中缓慢升温条件下酶解-Maillard-焦糖化反应的核心产香机制，其对温度的调控方式更为有效，对致香过程的优化更为直接，且最大限度地避免了挥发性成分的散失，因而能够获得更多的杂环类香味成分。

嗅香结果表明，直接烘烤所制得的香料样品中花香韵、果香韵较突出，而烘烤香、焦甜香香韵相对较弱；模拟烘烤香料样品中以焦甜香、烘烤香香韵为主，果香、花香等香韵相对较弱。由表3可以看出，直接烘烤样品致香成分的总量仅为43.3 μg/m L，而非恒温模拟烘烤样品（M3、M5及M6）均在100μg/m L以上，说明模拟烘烤不仅能够获得更多的香味成分，并且能够保留一定的花香、果香等烤红薯的关键风味成分。

2.2.3 不同升温条件下模拟烘烤产物对比分析

根据烤红薯香气形成的机理［3-4］，在完成初始的酶解过程后，优化致香过程的目的在于探索合适的升温路线，以利于Maillard反应和焦糖化反应的进行。由于红薯体系中的Maillard反应和焦糖化反应无法绝对割裂，因此本研究中将Maillard反应和焦糖化反应统一于致香过程中。此外，由于直接加热红薯浆料浓缩物容易引起一定的“煮沸臭”，且在高温反应阶段体系中的淀粉也容易挂壁炭化，产生焦糊气息。因此，在致香过程之前，参照文献［18］的方法对酶解后的红薯浆料进行了醇沉-浓缩处理，除去了体系中未水解的过量淀粉，较好地解决了上述问题。

M2、M4及M1样品分别在90、120及160℃恒温条件下反应2h获得。从香料样品的嗅香方面分析，M2样品土腥气、油脂气、生青气较重，微带少量的花香和果香香韵，焦甜香和烘烤香则极为微弱，整体风格趋于“生红薯”风味；M4香料样品花香、果香、甜香、焦甜香、烘烤香香韵均高于M1样品，土腥气、油脂气等不良气息有所掩盖，整体风格偏向“煮红薯”风味；M1样品则以焦香、焦甜香为主，花香、果香等烤红薯特征香韵被掩盖，整体呈现“烤焦红薯”风味。在致香成分方面，焦糖化反应得到的酸香产物的量随温度升高而显著提高，花香、果香等产物的量随温度升高而显著降低，焦甜香、烘烤香等产物的种类与质量分数随温度升高而增多；但在90和120℃恒温条件下3,4-二氢吡喃和2-乙酰基吡咯两种杂环类成分质量分数较高，其原因可能在于两种产物主要由Maillard反应产生，而并非由焦糖化反应产生。可以看出，恒温烘烤难以获得较为纯正的烤红薯香料。

M3、M5、M6分别为不同的升温条件下的模拟烘烤香料样品。其中M3温度上升区间跨度较大，且高温保温时间较长；M5升温缓慢，高温保温时间较短；M6升温过程则较为平稳，高温保温时间较长。从嗅香上看，上述3个香料样品中，M6与烤红薯风格最为接近；M3焦香稍重，甜香稍弱，且花香、果香等辅助香韵相对微弱；M5的焦香、烘烤香韵、甜香较弱，香气较为浑浊，特征不明显。在致香成分方面，三者在花香、果香、壤香等关键香韵上差别较小，而在杂环类成分上差异较大。例如，M3中具有强烈焦香的糠醇、糠醛明显高于其他2个样品，而具有强烈甜香韵的2-乙酰基呋喃、5-羟甲基糠醛、3-糠醛、2,5-二甲基-4-羟基-3 (2H)-呋喃酮（菠萝酮）、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃酮（DDMP）等的质量分数远低于M6，因此呈现“焦而不甜”的风格特征。整体而言，模拟烘烤条件下，缓和的升温条件及合理的高温保温时间有利于烤红薯风味的形成。

2.3 感官评价

2.3.1 7种香料样品的卷烟应用效果评价

表4为7种香料样品的描述性感官评价结果。由表4可见，7种香料样品均有不同程度的烤红薯特征，并且烤红薯的风味在加香后叶组的口感特征上也有所体现。此外，除M2、M4外，其他5个样品与卷烟叶组匹配性较好。原因在于该香料样品中的绝大部分致香成分存在于烤烟烟叶中［19］。因此，所得到的烤红薯香料风格突出，且与卷烟叶组存在天然的匹配性，对于彰显“黄山”品牌“焦甜香”的风格特色，有一定的应用前景。

表4 7种烤红薯香料的感官评价结果Tab.4 Sensory evaluation results of 7 roast sweet potato flavors

3 结论

（1）通过对红薯浆料的酶解处理，能够显著提升浆料中4种糖类的质量分数。

（2）GC/MS法分析结果表明，在合理的模拟烘烤工艺条件下能够获得风格突出的烤红薯香气富集物，且致香成分的量远高于直接烘烤。模拟烘烤香料样品（M3、M5及M6）不仅能够保持绝大部分烤红薯特征关键香韵成分，并能强化烘烤香和焦甜香香韵。

（3）Z、M3、M5和M6烤红薯香料样品与中式卷烟匹配性较好，能够赋予风格突出的烤红薯特征香气，并在味觉上明显增加烤红薯的甜味。其对于“焦甜香”风格特色的彰显，有着潜在的应用价值。

［1］Buttery R G,Guadagni D G,Ling L C.Volatile components of baked potatoes［J］.Journal of the Science of Food&Agriculture,1973,24（9）：1125-1131.

［2］Tiu C S,Purcell A E,Collins W W.Contribution of some volatile compounds to sweet potato aroma［J］.J Agric Food Chem,1985,33（2）：223-226.

［3］Mandin O,Duckham S C,Ames J M.Volatile com pounds from potato-like model system s［J］.J Agric Food Chem,1999,47（6）：2355-2359.

［4］Kays S J,Wang Y.Thermally induced flavor compounds［J］.HortScience,2000,35（6）：1002-1012.

［5］Sun J,Severson R F,Kays S J.Effect of heating temperature and m icrowave pretreatment on the formation of sugars and volatiles in JEWEL sweet potato［J］.Journal of Food Quality，1994，17（6）：447-456.

［6］Wang Y,Kays S J.Effect of cooking method on the aroma constituents of sweet potatoes［IpomoeaBatatas（L.）Lam.］［J］.Journal of Food Quality,2001,24（1）：67-78.

［7］Sun J.Quantitative technique for measuring volatile components of baked sweet potatoes［J］.HortScience, 1993,28（11）：1110-1113.

［8］Wang Y,Kays S J.Contribution of volatile com pounds to the characteristic aroma of baked‘Jewel’sweet potatoes［J］.J Amer Soc Hort Sci,2000,125（5）：638-643.

［9］GB 8276—2006食品添加剂糖化酶制剂［S］.

［10］GB 2760—2011食品安全国家标准食品添加剂使用标准［S］.

［11］GB 8275—2009食品添加剂α-淀粉酶制剂［S］.

［12］李昭.红薯浓缩汁工艺优化及糖类物质分析［D］.杨凌：西北农林科技大学，2011.

［13］YC/T 145.6—1998烟用香精香气质量通用评定方法［S］.

［14］YC/T 497—2014卷烟中式卷烟风格感官评价方法［S］.

［15］李忠海，刘建军，钟海雁，等.响应面法优化甘薯淀粉酶解条件的研究［J］.中国粮油学报，2009,24（10）：64-69.

［16］孙宝国.食用香料手册［M］.北京：中国石化出版社，2004.

［17］Paravisini L,Septier C,Moretton C,etal.Caramel odor：Contribution of volatile compounds according to their odor qualities to caramel typicality［J］.Food Research International,2014,57（1）：79-88.

［18］Tamaki K,Tamaki T,Suzuki Y.Deodorisation of odour during sweet potato juice production by employing physical and chem ical deodorants［J］.Food Chem istry, 2007,105（2）：454-461.

［19］李庆龙，陈玲，杨文彬，等.固相微萃取气质联用技术在烟草顶空成分分析中的应用［J］.烟草科技，2000（2）：21-24.

责任编辑 茹呈杰

Preparation of Flavor with Burnt-sweetness Scent by Simulating Sweet Potato Roasting and its App licationto Cigarette

DAI Kui,LI Shiping,WANG Wenbin,ZHANG Xiaoyu,WANG Shuhua,ZOU Peng,HAN Lu,SHU Junsheng,NIU Yong,and WANG Guoqiang
Technology Center of China Tobacco Anhui Industrial Co.,Ltd.,Hefei 230000,China

In order to obtain a tobaccoflavor with a prominent sty le by means of roasting sweet potato,the chem ical components in flavors prepared with direct or simulated roasting technology were analyzed by GC/ MS method onthe basis of the aroma generating mechanism of roast sweet potato,and the sensory evaluation was conducted.The results showed that：1)There were more aroma components inthe flavors obtained with simulated roasting technology,while retaining the characteristic aroma note substances of direct roasting.2)The obtained roast sweet potatoflavors better harmonized with the aroma of Chinesesty le flue-cured tobacco,and imparted more distinct aroma and taste characteristics of roast sweet potato to tobacco blend.3)The obtained roast sweet potatoflavors had potential application values to the development of‘burnt-sweetness’style cigarettes.

Cigarette;Roast sw eet potato;Flavor;Simulated roasting;Burnt-sweetness scent;GC/MS analysis;Sensory evaluation

O621.3

A

1002-0861（2015）09-0027-07

10.16135/j.issn1002-0861.20150905

2015-03-06

2015-06-09

安徽中烟工业有限责任公司科技项目“天然糖源为基础的Maillard反应制备‘焦甜香’特色香料”（2013103）。

戴魁（1984—），硕士，工程师，主要从事烟用香精香料开发与调配工作。E-mail：181628520@qq.com

戴魁，李诗平，王文斌，等.模拟红薯烘烤制备焦甜香香料及其卷烟应用［J］.烟草科技，2015，48（9）：27-32，44.

DAI Kui,LI Shiping,WANG Wenbin,etal.Preparation of flavor w ith burnt-sweetness scent by simulating sweet potato roasting and itsapplication to cigarette［J］.Tobacco Science&Technology，2015，48（9）：27-32，44.