不同加热醇化时间对烟草薄片浓缩液香味成分的影响

许春平，熊亚妹，刘远上，曲利利，姚延超，吴彦

1.郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，河南 郑州450001;2.河北中烟工业有限责任公司 技术中心，河北 石家庄 050000;3.广西中烟工业有限责任公司 技术中心，广西 南宁530001

0 引言

烟草薄片又称再造烟叶，是中式卷烟配方的一个重要原料，在卷烟的降焦减害、填充值及原料利用率的提高等方面发挥着重要作用[1].在卷烟中添加烟草薄片，能够有效改善卷烟的燃烧性，降低主流烟气中烟碱和焦油的质量浓度[2].因此，烟草薄片生产工艺为实现低危害、低焦油卷烟的生产提供了一条有效途径，成为烟草工业的研究热点.

对卷烟生产过程中产生的烟末、烟梗及一些低档次的烟叶，经过萃取、打浆、浓缩、涂布、抄造等处理后，制备成烟草薄片的方法称为造纸法.造纸法是目前国内外生产烟草薄片的主要方法[3]，所制备的烟草薄片具有密度小、柔韧性好、焦油释放量低、填充值高、耐加工性强等特点，但烟草薄片在燃吸时存在余味差、刺激性强、香气不足等品质缺陷.为了进一步改善烟草薄片的内在品质，国内外学者在烟草薄片的生产工艺优化方面已经有了很多研究.L.E.Gravely等[4]通过优化烟草中果胶和纤维素的微生物降解条件发现，经E.caratavora和Trichodermalongibrachiatum两个菌种处理后的烟梗，可明显提高烟草薄片的品质.张晨等[5]使用酿酒酵母对烟草萃取液进行发酵处理，并对接种量、转化温度和时间进行优化，将处理后的萃取液涂布于烟草薄片片基上，发现有明显的增香效果，烟草薄片的吸食品质有所改善.程昌合等[6]将烟梗和烟末浓缩液在45 ℃恒温条件下进行搅拌、醇化处理5 d后发现，浓缩液中蛋白质、总糖、果胶等大分子物质的质量浓度有一定程度的减小，而香味成分的质量浓度有所增加，增香效果显著.然而，目前关于加热醇化时间对烟草薄片浓缩液中常规化学成分和香味成分影响方面的研究报道较少[7-9].鉴于此，本文拟在前期实验的基础上，选取加热醇化温度为 70 ℃，研究不同加热醇化时间对烟草薄片浓缩液中常规化学成分和香味物质质量浓度的影响，以期为烟草薄片的生产提供一定的理论支撑.

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

烟草薄片浓缩液，由河南卷烟工业烟草薄片有限公司提供；L-组氨酸(食品级)，天津市复精细化工研究所产；牛血清白蛋白(标准级)，西安国安生物科技有限公司产；CH2Cl2(分析纯)，天津市富宇精细化工有限公司产；无水Na2SO4、葡萄糖、可溶性淀粉，均为分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司产；乙酸苯乙酯(色谱纯)，北京百灵威科技有限公司产.

1.2 主要仪器设备

7890B-5977A型气相色谱-质谱联用(GC-MS)仪，美国安捷伦公司产；QYC-200 型台式小容量恒温培养摇床，上海臣莲生物科技发展公司产；UV-765型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司产；AA3型连续流动分析仪，德国SEA-LAnalytical 公司产；SB-3200DT型超声波清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司产；HH-8型数显恒温水浴锅，金坛市华峰仪器有限公司产.

1.3 实验方法

1.3.1 浓缩液的加热醇化处理将烟草薄片浓缩液记为原液，取3份50 mL原液置于具塞三角瓶内，设置恒温干燥箱的温度为70 ℃，将三角瓶放入其中，分别处理24 h、48 h、72 h，每组3次平行.

1.3.2 香味成分的提取及测定取10 mL浓缩液和20 mL CH2Cl2于100 mL具塞三角瓶中，在500 W条件下超声1 h后置于摇床上振荡4 h，然后转移至分液漏斗中静置12 h，以上步骤重复3次；将萃取液合并、过滤，加入1 mL质量浓度为0.821 1 mg/mL的乙酸苯乙酯作内标[10]，进行GC-MS分析.

气相色谱测试条件：HP-5MS (60 m×0.25 mm×0.25 μm) 毛细管柱；载气为He；进样量为1 μL；进样口温度为230 ℃；流速为1.0 mL/min；分流比为101; 溶剂延迟时间为10 min；升温程序为起始温度40 ℃，以6 ℃/min升温至140 °C，保持2 min，然后以3 ℃/min升温至260 ℃，保持5 min，再以6 ℃/min升温至280 ℃，保持8 min.

质谱测试条件：接口温度为280 ℃；离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；离子化方式为EI，电子能量为70 eV；质量扫描范围为35～400 m/z.

1.3.3 常规化学成分的测定参考文献[11-12]的方法，采用连续流动法测定浓缩液中总糖、还原糖及烟碱的质量浓度；参考文献[13]的方法，采用茚三酮法测定浓缩液中的氨基酸质量浓度.

1.3.4 数据的处理使用Origin9.0 处理常规化学成分数据，利用在线Venny 2.1工具制作浓缩液香味成分GC-MS数据的韦恩图.

2 结果与讨论

2.1 加热醇化时间对浓缩液常规化学成分的影响

加热醇化时间对浓缩液常规化学成分的影响见图1，其中相同字母表示所测定指标的质量浓度差异不显著，不相同字母表示所测定指标的质量浓度差异显著(P<0.05)).由图1 a)可知，浓缩液经加热醇化处理后，还原糖质量浓度随着时间的延长呈逐渐减少的趋势，由初始质量浓度118.06 mg/mL减至105.81 mg/mL，减少了10.38%.这可能是由于长时间的恒温处理使还原糖发生了氧化分解和美拉德反应，从而使其质量浓度降低.由图1b)可知，浓缩液恒温处理48 h内，总糖质量浓度基本不变，无显著差异；处理72 h后，总糖质量浓度明显减少，由初始质量浓度118.00 mg/mL减至108.12 mg/mL，减少了9.88%，这可能是受还原糖质量浓度减少的影响.由图1c)可知，氨基酸质量浓度随时间延长逐渐降低，处理48 h后，氨基酸质量浓度变化显著，由初始质量浓度43.67 mg/mL 减至38.38 mg/mL，减少了12.12%.由图1 d)可知，浓缩液的加热醇化处理对烟碱质量浓度无显著影响.

2.2 加热醇化时间对浓缩液香味成分的影响

烟草薄片原液和经不同加热醇化时间处理的浓缩液香味物质分析结果见表1.由表1可知，原液的香味成分共有23种，总质量浓度为283.55 μg/mL.主要香味成分为烯烃类、酯类和酮类化合物，其总质量浓度分别为69.49 μg/mL、135.48 μg/mL和37.87 μg/mL；醛类总质量浓度最少，为0.85 μg/mL.

图2为经不同加热醇化时间处理的浓缩液香味成分韦恩图.结合表1和图2可知，热醇化处理可以增加浓缩液香味成分的质量浓度，改变香味成分的组成.经加热醇化处理24 h后的浓缩液香味成分总共有45种，总质量浓度为495.56 μg/mL，是原液的1.70倍；主要香味成分为醇类、酸类、酯类及其他类化合物，其总质量浓度分别为121.02 μg/mL、81.88 μg/mL、134.04 μg/mL和95.52 μg/mL，其中，醇类化合物总质量浓度增加最多，是原液的59.7倍，酸类、醛类及其他类化合物总质量浓度分别是原液的11.10倍、9.46倍和3.06倍，烯烃类化合物总质量浓度有所降低，是原液的13.44%；特有的香味成分有12种，主要为3-十四碳烯-5-炔、三氟乙酰-O-异胡薄荷醇、β-谷甾醇、己二酸二辛酯、螺[4,5]癸烷-7-酮-8,9-桥氧-4-异丙基、香紫苏醚、2-乙酰基吡咯，其质量浓度分别为4.31 μg/mL、10.80 μg/mL、22.04 μg/mL、33.64 μg/mL、3.13 μg/mL、1.98 μg/mL、4.67 μg/mL.

图1 加热醇化时间对浓缩液常规化学成分的影响Fig.1 Effect of heat aging time on the conventional chemical composition of concentrated liquid

经加热醇化处理48 h后的浓缩液香味成分共有44种，总质量浓度为891.79 μg/mL，是原液的3.15倍；主要香味成分为醇类、酸类、酯类、酮类化合物，其总质量浓度分别为291.24 μg/mL、192.61 μg/mL、218.84 μg/mL、110.89 μg/mL，其中，醇类化合物总质量浓度增加最多，是原液的143.47倍，酸类、酯类、酮类和醛类化合物总质量浓度分别是原液的26.10倍、1.62倍、2.92倍和15.76倍，烯烃类化合物总质量浓度有所降低，是原液的32.49%；特有的香味成分有11种，主要为γ-谷甾醇、2,4-甲基-5-胆甾烯-3-醇、1-乙基-1-甲基-2,4-二(1-异丙烯基)-环己烷、(2,2,6-三甲基-双环[4.1.0]庚烷-1-基)-甲醇、11,12-二溴-十四烷乙酸酯、3-甲基-7-乙基-9-(2-甲基-1,2-环氧-丁基)-2,6-壬二烯酸甲酯、4-[3-乙氧基丙胺基]-苯并-1,2,3-三嗪、2-乙基-3-羟基-4-吡喃酮，其质量浓度分别为52.91 μg/mL、12.02 μg/mL、16.02 μg/mL、3.77 μg/mL、8.00 μg/mL、4.28 μg/mL、9.69 μg/mL 、2.36 μg/mL.

表1 原液和经不同加热醇化时间处理的浓缩液香味成分分析结果

表1(续) μg/mL

表1(续) μg/mL

图2 经不同加热醇化时间处理的浓缩液香味成分韦恩图Fig.2 Venn diagram of aroma components of concentrated liquid treated with different heat aging time

经加热醇化处理72 h后的浓缩液香味成分共有49种，总质量浓度为759.40 μg/mL，是原液的2.68倍；主要香味成分为醇类、酸类、酯类及其他类化合物，其总质量浓度分别为166.57 μg/mL、155.15 μg/mL、181.98 μg/mL、133.99 μg/mL，其中，醇类化合物总质量浓度增加最多，是原液的82.05倍，酸类、酯类及其他类化合物分别是原液的21.02倍、1.34倍和2.68倍，烯烃类化合物总质量浓度有所降低，是原液的44.09%；特有的香味成分有14种，主要为1-亚甲基-2-羟甲基-3,3-二甲基-4-(3-甲丁基-2-烯)-环己烷、羊毛甾醇、金合欢醇甲醚、十六碳三烯酸甲酯、2,4,5,6,7,7-六氢-3-(1-甲基乙基)-7-甲基-1H-2-茚酮，其质量浓度分别为2.78 μg/mL、6.34 μg/mL、2.82 μg/mL、6.29 μg/mL、3.72 μg/mL.

由以上分析可知，经加热醇化处理后，浓缩液香味成分的种类和质量浓度除烯烃外均有所增加，其中，处理48 h后的浓缩液香味成分的质量浓度增加最多，处理72 h后的浓缩液中香味成分的种类增加最多.结合图1和表1可知，浓缩液经加热醇化处理后还原糖和氨基酸的质量浓度减少，但香味成分的质量浓度和种类均有所增加，并且增加最多的都是醇类化合物，其次是酸类和醛类化合物，由此推断浓缩液在加热醇化处理的过程中发生了美拉德反应，产生了大量的香味成分[14-15].浓缩液要作为烟草薄片的涂布液，其香味成分的质量浓度越大，越有助于提升烟草薄片的品质，因此综合考虑，经48 h加热醇化处理的浓缩液品质较好.

结合图2和表1可知，原液和经不同加热醇化时间处理的浓缩液均有别香橙烯、莨菪亭、4,7,7-三甲基-2-奈酮、2,3′-联吡啶、2，3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4-吡喃酮、麦芽酚、棕榈酸7种香味成分；相对于原液，其他3组浓缩液均有4-(3-羟基丁基)-3,5,5-三甲基-2-环己烯-1-酮、巨豆三烯酮、长叶醛、5-羟甲基糠醛、异常叶醇甲醚、二氢猕猴桃内酯、3,5,5-三甲基-4-(3-羟基-1-丁烯基)-2-环己烯-1-酮、对羟基苯乙醇、黑松醇、菜油甾醇、胆固醇、豆甾醇、亚麻酸、苯乙酸、硬脂酸15种特殊香味成分，其中，巨豆三烯酮和5-羟甲基糠醛质量浓度均不断增加，这可能是由于美拉德反应还在继续进行；而3,5,5-三甲基-4-(3-羟基-1-丁烯基)-2-环己烯-1-酮、4-(3-羟基丁基)-3,5,5-三甲基-2-环己烯-1-酮、长叶醛、二氢猕猴桃内酯的质量浓度均先增加后减少，这可能是由于美拉德反应已经结束，这些物质又与其他物质发生了反应；浓缩液经加热醇化处理24 h、48 h、72 h后，与原液相同的香味成分种类分别为11种、9种、8种，随着处理时间的延长，相同香味成分种类逐渐减少.但经加热醇化处理24 h后的浓缩液与经加热醇化处理48 h、72 h后的浓缩液共同的香味成分种类分别为25种、27种，经加热醇化处理48 h后的浓缩液与经加热醇化处理72 h后的浓缩液共同的香味成分种类为29种，且随着处理时间的延长，处理组之间共同的香味成分种类增加，这与文献[16]的研究结果一致.

3 结论

本文利用加热醇化对烟草薄片浓缩液进行了研究，将浓缩液在70 ℃恒温条件下，分别处理24 h、48 h、72 h，采用GC-MS法检测其香味成分，同时测定浓缩液中氨基酸、总糖、还原糖等常规化学成分，着重研究加热醇化处理时间对烟草薄片浓缩液香味成分质量浓度的影响，结果表明，在恒温70 ℃条件下，浓缩液的最优加热醇化处理时间为48 h，处理后的浓缩液香味成分种类和质量浓度均有显著增加，将其作为烟草薄片的涂布液，有利于增加烟草薄片的香味成分含量及其种类，提升烟草薄片的品质.对于浓缩液香味成分种类对烟草薄片品质的影响机理及每种香味成分对其感官品质的影响，还需作进一步的研究.