糖及糖衍生物在卷烟增香保润中的研究进展

雷 声，杨锡洪，张 玲，尹 超，刘晓敏，张天栋，解万翠，4

（1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明 650231；2.青岛科技大学化学与分子工程学院，山东青岛 266042；3.青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042；4.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江 524088）

糖及糖衍生物在卷烟增香保润中的研究进展

雷 声1，杨锡洪2，4，张 玲1，尹 超3，刘晓敏1，张天栋1，*解万翠3，4

（1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明 650231；2.青岛科技大学化学与分子工程学院，山东青岛 266042；3.青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042；4.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江 524088）

糖及糖衍生物因其良好的亲水性、热稳定性及作为香气物质的前体物，广泛应用于卷烟的增香保润。通过总结糖类、糖酯类、糖苷类及美拉德反应产物等化合物的增香保润机理及其在卷烟增香技术、保润技术的国内外相关研究，从而阐明其在卷烟行业中应用的可能性及重要性，为我国卷烟行业关键技术的突破提供借鉴。

卷烟；糖；糖衍生物；增香；保润

糖类是包含单糖、低聚糖、多糖在内的一类自然界常见碳水化合物，糖衍生物主要包括糖苷、糖酯等。目前，已有大量文献报道从烟草中检测并提取出糖及糖衍生物，其作为烟草的一种重要成分，由于特殊的化学结构及作为香料前体物质等，对卷烟品质的保障和提高有着不可估量的作用。美国著名烟草专家Weiss F J曾经说过，“没有糖，美式混合型香烟就不会在本世纪取得如此成功”[1]。近年来，糖及糖衍生物越来越多地作为加里料、香精香料前体物、保润剂应用于卷烟中，俨然成为一种重要的卷烟添加剂，具有广泛的开发价值。

我国烟草制品的保润性能较差，存在烟气干燥、辛辣、甜润度不够等诸多缺陷[2]，并且香烟在燃烧过程中产生许多对人体有害的成分，而卷烟消费者既要求降低烟气中的有害物质，但又不希望影响烟味香气、卷烟抽吸舒适度及卷烟香气品质，因此研究卷烟的增香保润成为烟草行业重点关注的对象。糖及糖衍生物因富含羟基等活性基团，以及作为香料前体物具有一定的增香保润效果。所以，研究糖及糖衍生物在卷烟中的增香保润、找出影响卷烟保润性能的关键因素、改善卷烟香味品质、掌握提高卷烟增香保润性能的核心技术、开发出适合中式卷烟的增香保润新技术和性能优良的工业化产品，都是针对我国烟草行业提升总体实力、应对国际市场竞争提出的现实要求。

1 增香技术的研究

1.1 糖类热解反应

卷烟中的糖类物质可作为某些香味的前体物，在卷烟燃吸时因受热降解，形成一些香味物质，如来自糖的分解，呋喃具有甜味和焦糖香，对烟气香味很重要。

纤维素和糖的热分解反应式见图1[3]。

图1 纤维素和糖的热分解反应式

糖类作为卷烟的增香物质，其经过加热过程中释放出的香气物质，赋予了卷烟特有的香气。宗永立等人[4]发现糖类对混合型卷烟在表料中的作用效果较好，可改良卷烟烟气的细腻程度和凝聚性，使卷烟余味得以改善；但其在里料中的用量多于其在表料处理中所补充的量。其他香料与糖类物质比较作用一般，由此可见，糖类作为烟草加香物质具有巨大的开发潜力。

1.2 美拉德反应

烟叶中含有的还原糖以及氨基酸在加热的情况下，发生美拉德反应。生成的亚胺重新排列，形成不稳定的醛糖前体物或酮糖前体物化合物。它们可按照途经A损失掉1个氨基酸形成1-脱氧己糖酮和3-脱氧己糖酮，再通过大量其他步骤形成杂环芳香化合物。同时，还可以按照途径B进行反醛醇缩合或α-裂解，β-裂解，这些裂解产物很容易进一步醛醇缩合或与氨基酸反应最终形成杂环芳香化合物；途径C发生Strecker降解，羟羰基中间体与氨基酸脱氨基或脱羰基生成相应的Strecker醛。

Maillard反应中风味物质形成的主要途径见图2。

图2 Maillard反应中风味物质形成的主要途径

美拉德反应产物含有大量与烟香协调的香气成分，增香的同时又可改善低档次卷烟品质，故作为一种烟用香料被广泛应用于卷烟行业。White J等人[5]对美拉德反应做了研究发现，利用烟草中的蛋白质水解物和一种还原糖反应，得到一种可增加焦甜味和烤香味的卷烟增香剂。王莹[6]把美拉德反应产物按一定浓度应用于烤烟型卷烟中，发现烟气中的刺激性杂气得以改善，提高了卷烟的细腻度和醇和性，使得卷烟香气更协调、丰满，其感官品质得到明显改善。

1.3 糖苷类化合物作用

糖苷的酸水解见图3。

图3 糖苷的酸水解

糖苷类是广泛存在于植物体内的香料前体物质，其本身没有什么香气，但是其可以通过一些途径释放出香气物质给出了糖苷类前体物质酸解途径；糖苷上的β-糖苷键不但可以在酸性条件下水解，在加热、β-糖苷酶催化及紫外辐射等条件下断裂，释放出其配基即香气物质[7-8]。

“吸烟与健康”是人们日益关注的问题，生产健康安全的新型香烟成为了卷烟生产的新方向。但是，在降低烟草中焦油和烟碱的同时，往往使那些易挥发的香味物质流失，致使卷烟的烟气品质也随之下降，丧失其原有风味。糖苷作为一种烟草香味物质前体，以其优良的热稳定性等特性，被广泛应用于烟草香料研究中。

烟草中分离得到的部分糖苷类香气前体物质见图4。

图4 烟草中分离得到的部分糖苷类香气前体物质

解万翠等人[9]曾在卷烟中加入适量香叶醇吡喃葡萄糖苷，研究加入该糖苷后卷烟在燃吸过程中的释香情况，发现卷烟在燃吸过程中逐渐释放出香气，使得释香均匀性和稳定性大大提高。

曾世通等人[10]以紫罗兰醇和葡萄糖为底物合成了紫罗兰醇糖苷，并对其热裂解产物和卷烟主流烟气释放行为进行了研究，结果显示紫罗兰醇糖苷裂解形成多种香味成分，包括紫罗兰醇、紫罗兰酮、巨豆三烯等香味物质，可在主流烟气中均匀稳定地释放热裂解产物。

岳海波等人[11]合成了香兰素葡萄糖苷并且对其热裂解产物和在烟草中的应用进行研究，发现其在不同热裂解温度下释放出的香气物质主要为香兰素，还有少量醛类、酮类、呋喃类、酚类等香气成分，这些产物赋予烟草甜味和奶香风味，显著改善了卷烟的香气品质。自1980年开始，有关糖苷结合态香味成分的提取、合成的专利开始在国外出现，并称这类物质为“香味前体物”[12]。Dube[13]创新性地在香烟纸加入乙基香兰素糖苷，制成外香型卷烟，赋予该卷烟饼干香味，增补了香气。Kapfer G F等人[14]在研究糖苷类香料前体物在卷烟燃吸过程中释香增香效果时，发现糖苷类香料前体物质通过缓慢释放增香物，使卷烟香味均匀稳定。

1.4 糖酯类加热

糖酯类香料前体物是由糖和脂肪酸等物质发生酯化反应生成的一类物质，其在加热条件下形成的酯键断裂，释放出脂肪酸等香气物质。姬小明等人[15]把15种5-木糖酯类衍生物应用到卷烟中，结果发现卷烟的香气量有所增加，烟香更加协调，余味更加细腻，香气品质得以改善。因此，把合成的5-木糖酯可加入到卷烟中成为一种可能。

J N Schmacher[16]把从香料烟中提取出的葡萄糖四酯添加到卷烟中，发现其裂解释放的脂肪酸显著提高了卷烟中脂肪酸香味物质的含量，对卷烟的香气品质以及吸味口感都有显著的改善效果，因此其有作为卷烟香味添加剂的潜力。

刘善宇[17]以香豆素-3-甲酸、香味醇和酚为原料合成30个新的化合物，并对香豆素酯类的热裂解规律进行分析，同时对其对卷烟的加香效应进行研究。发现在卷烟抽吸时，糖酯类受热分解，能明显感受到原香基团的香气，香气释放均匀，没有原香物质释放不成连续性的现象。卷烟中加入的香豆素-3-甲酸酯系列化合物能减轻刺激性，改善香气质和提高香气量，因此其作为增香剂较适合加入到卷烟中，以提供其特殊的香气物质。

2 对保润技术的研究

2.1 保润作用机理

卷烟的保润性主要由于烟叶成分中的亲水性基团作用，使得自由水与结合水维持动态平衡，减少烟叶或成品卷烟中水分的流失，进而达到保润性的效果[18]。烟叶中或者人工添加的糖及糖衍生物含有较多的羟基等活性基团，可以与水分子结合成氢键，因而有一定的保润作用。常见的烟用保润剂，如丙二醇等，提高了卷烟在加工时的持水率，但对成品卷烟的持水率及抽吸的感官并没有较大改善；而糖及糖衍生物作为保润剂不但可以解决这个问题，且不易挥发，保润性良好持久。

在烟草制品加工过程中施加保润剂有助于增强烟草制品保湿性和柔软性，降低碎损的物质，有益于改善烟制品的内在品质，降低刺激性，使吃味良好。保润剂也有一定的留香作用，使施加的香料、香精减少挥发，保持卷烟制品内在品质的相对稳定，因此保润剂是各类烟草必须的添加剂之一。卷烟常用的糖类保润剂有海藻多糖、魔芋聚糖、壳聚糖衍生物等。

2.2 糖类保润剂

壳聚糖因其良好的溶解性，且可溶于稀酸溶液中，广泛应用于各个领域，目前已应用于化工、医药、农业等行业中。壳聚糖良好的保润性能，使其在烟草行业[19]的应用也得到了迅速发展。王爱勤等人[20]发现不同来源的甲壳素及壳聚糖的吸湿性和保湿性也不相同，其中蝉子虫壳聚糖具有相对较高的吸湿性和保湿性，为壳聚糖在卷烟中作为保润剂的应用提供了理论基础。

杨君等人[21]研究发现在烟丝中添加铜藻多糖，具有一定的保润、防潮功能；同时杨君等人[22]提出了利用超滤技术分离得到不同分子量的裂片石莼多糖，并把它们添加到卷烟中研究对卷烟保润效果。结果表明，4种不同分子量的多糖对不同湿度条件下的卷烟均具有一定保润效果。我国野生海藻类资源丰富，这为卷烟保润剂的开发提供可能，且拓宽了其来源。

黄芳芳等人[23]利用超声波技术提取出卤地菊多糖，并把其加入到卷烟中，对其保润性进行探索发现，卤地菊多糖与丙二醇的保润性在前24 h内差别不大，但是随着时间的增加，卤地菊多糖的保润效果明显优于丙二醇，且在低湿度条件下，卤地菊多糖的保润效果较丙二醇好。因此，其具有开发成卷烟保润剂的潜力。

严恒等人[24]将魔芋甘聚糖与甘油和丙二醇对烟草薄片的保润性能进行对比，结果发现魔芋甘聚糖的保润效果优于甘油和丙二醇；刘洋等人[25]从仙人掌中提取出一种多糖，其在低湿度条件下减慢烟丝水分的损失，在高湿度条件下保润效果与丙二醇接近，且可提高烟气细腻度和回甜感，减轻杂气。Clarke T J等人[26]利用LC-MS/MS方法从鼻烟、雪茄等商业烟草制品中定量的检测出作为保润剂的多糖类化合物；Mutasa E S等人研究了糖含量对烟草水分含量的影响，发现在一样的水分活度和湿度条件下，糖含量高的卷烟比含量少的水分含量多，说明糖类作为保润剂含量越多保润效果越好。

2.3 糖衍生物保润剂

糖衍生物具有比糖类较稳定的特性，且含有相对较多的羟基等活性亲水基团，提高了保润性能，其保润效果成为广大学者的研究对象。

程艳等人[27]开发出了一种魔芋甘聚糖衍生物，并对比了其与丙二醇、魔芋聚糖、甘油的卷烟保润效果，结果表明添加了此种糖衍生物的卷烟烟丝最终的含水率最高，并且防潮性较其他物质理想；陈芝飞等人[28]发现1-O-羧甲基-D-果糖和1-O-羟乙基-D-果糖2种糖衍生物的保润性能在低湿度条件下优于D-果糖，而且1-O-羧甲基-D-果糖的保润性最佳。马宇平开发出一种以麦芽糖为底物的新型糖衍生物保润剂，显著提高了烟丝物理保润性能，明显改善了卷烟的感官品质。

3 展望

糖及糖衍生物在卷烟中由于富含羟基等活性亲水性基团，对卷烟在储存、加工以及燃吸之时具有良好的保润效果。同时，糖类作为增香剂可产生焦糖味等烟草特有的香味物质，糖衍生物在高温燃吸之时裂解形成多种风味物质，增加了卷烟的香气品质，改善了抽吸感，是较好的增香剂。但是，糖类作为增香保润剂在燃吸的同时可能形成有害物质，而且卷烟中各种增香剂之间的香味补充以及释香均匀性等问题都有待解决。糖苷类香料前体物作为增香保润剂，不但具有一定的热稳定性，不易挥发，使保润效果持久，且其释香效果较好，其在烟草中复合功能性的研究具有较大潜力。

[1]Max Samfield.The role of sugar in the tobacco industry[J]. Food Sci，1987（1）：16-18，20.

[2]王涛，温光和，曹建华.改性二醋酸纤维丝束对卷烟保润性能的影响 [J].应用化工，2011（8）：1 382-1 385.

[3]赵铭钦.卷烟调香学 [M].北京：科学出版社，2008：128-130.

[4]宗永立，张晓兵，屈展，等.混合型卷烟加料加香技术研究 [J].烟草科技，2004（3）：3-8.

[5]White J，L R J.Reynolds tobacco company treatment process：U S，Patent 5121757[P].2015-06-16.

[6]王莹.美拉德反应的工艺条件优化及其产物的GC/MS鉴定、卷烟加香应用研究 [D].郑州：河南农业大学，2009.

[7]章平毅，陆惠秀，金其璋.葡萄糖苷的热解研究 [J].香精香料化妆品，2002（3）：5-7．

[8]解万翠.糖苷类香料前体的合成及其应用研究 [D].无锡：江南大学，2006.

[9]解万翠，刘艺，阁威，等.糖苷类香料前体的卷烟加香和缓释效果 [J].烟草科技，2006（7）：40-42.

[10]曾世通，刘珊，何保江，等.β-紫罗兰醇葡糖苷热裂解产物及其在卷烟主流烟气中的释放行为 [J].烟草化学，2013（8）：33-36.

[11]岳海波，陈义坤，王娟，等.香兰素-β-D-葡糖苷的热裂解分析及在卷烟中的应用 [J].湖北农业科学，2013（24）：6 156-6 159.

[12]吴新华，朱瑞芝，倪朝敏.烟草中糖苷类香味前体物质研究进展 [J].云南化工，2009，36（1）：62-65.

[13]Dube.Cigaretteh avings idestreama roma：US，4941486[P]. 1990-07-17.

[14]Kapfer G F，Niz S，Drawert F.Bound aroma compounds in tobacco smoke condensate[J].Z Lebensm Unters Forsch，1989，188：512-516.

[15]姬小明，刘云，刘乐，等.5-木糖酯类衍生物的合成及其卷烟加香应用 [J].科技导报，2010（21）：68-74.

[16]J N Schumacher.The isolation of 6-O-acetyl-2,3,4-tri-O-[（+）-3-methylvaleryl]-β-D-glucopyranose from tobacco[J].Carbohydr.Res.，1970（13）：1-8.

[17]刘善宇.酯类烟用潜香味物质的合成与加香效应研究[D].郑州：河南农业大学，2010.

[18]叶超凡，邵平，孙培龙.烟用天然植物增香保润技术的研究进展 [J].农产品加工（学刊），2012（3）：33-36.

[19]吴昌贤，李荣春.虾、蟹壳在日用化学工业中的应用[J].日用化学工业，1986（1）：29-31.

[20]王爱勤，李洪启，俞贤达.不同来源甲壳素和壳聚糖的吸湿性和保湿性 [J].日用化学工业，1999（5）：22-24.

[21]杨君，黄芳芳，叶超凡，等.铜藻多糖的提取工艺优化及其保润性能 [J].烟草化学，2013（4）：37-39.

[22]杨君，黄芳芳，秦敏朴，等.裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究 [J].云南农业大学学报，2015（1）：58-63.

[23]黄芳芳，蒋健，李雪青.卤地菊多糖超声波提取工艺技术及其卷烟保润性 [J].烟草化学，2014（2）：44-48.

[24]严恒，郭国宁，程艳，等.魔芋葡甘聚糖基吸水剂的保润性能研究 [J].食品工业科技，2010，31（3）：142-144.

[25]刘洋，刘珊，胡军，等.仙人掌多糖的提取及其在卷烟中的应用 [J].烟草科技，2010（10）：67-69.

[26]Clark T J，Bunch J E.Qualitative and quantitative analysis of flavor additives on tobacco products using SPME-GC-mass spectroscopy[J].J Agr Food Chem，1997，45（3）：844-849.

[27]程艳，严恒，蔡冰，等.魔芋葡甘聚糖衍生物在烟草保润中的应用研究 [J].安徽农业大学学报，2011，38（1）：146-150.

[28]陈芝飞，孙志涛，芦昶彤，等.两种果糖衍生物的合成、卷烟保润性能及毒理学试验 [J].烟草化学，2014（4）：43-49.◇

Research Progress of Sugar and Sugar Derivatives in the Cigarette Flavoring Enhancement and Moisturizing Techniques

LEI Sheng1，YANG Xihong2，4，ZHANG Ling1，YIN Chao3，LIU Xiaomin1，ZHANG Tiandong1，*XIE Wancui3，4
（1.Technology Center of China Tobacco Yunnan Industrial Co.，Ltd，Kunming，Yunnan 650231，China；2.College of Chemistry and Molecular Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao，Shandong 266042，China；3.College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao，Shandong 266042，China；4.College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang，Guangdong 524088，China）

Sugar and its derivatives are widely applied in cigarette flavoring enhancement and moisturizing techniques because of the properties of hydrophilicity，thermal stability and being precursors of aroma substances.In this paper，the mechanism of flavoring enhancement and moisturizing of sugars，sugar esters，glycosides，Maillard reaction products and the relative research in cigarette flavoring enhancement technology and moisturizing technology are summarized.So as to clarify the possibility and importance of the application in the cigarette industry and to provide a reference for breakthroughs in key technologies of Chinese cigarette industry.

cigarette；sugar；sugar derivatives；flavoring enhancement；moisturizing

TS426

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.040

1671-9646（2016）12b-0044-04

2016-11-03

国家自然科学基金项目（21275035）；云南中烟工业有限责任公司技术中心科技项目（HYHH2013HX03）；云南中烟工业有限责任公司科技项目（2013CP02）。

雷 声（1982— ），男，博士，工程师，研究方向为卷烟产品开发。

*通讯作者：解万翠（1969— ），女，博士，教授，研究方向为食品风味和安全。