复合生物酶对烟叶的提质减害作用研究

邓羽翔，周 东*，陈思昂，戴 光，杜 薇，徐赫男，谷晓懂

(1.四川中烟工业有限责任公司技术中心，四川成都 610066；2.康赞北京生物科技有限公司，北京 100000)

烟叶是卷烟产品的主要原料。烟叶原料不仅决定了卷烟的品质，也决定了卷烟烟气中有害成分的含量。卷烟生产过程中多使用经配比后的功能性香精以提升感官质量，或通过改变加料工艺的方式提升工艺对烟气特征改善效果。但功能性香精在原烟打叶复烤环节施用后，成品片烟还需醇化1.5～2.5年，挥发性致香成分部分散失，此外，功能性香精在安全性方面已引起世界各国的关注，功能性香精的应用将会受到一定局限。行业内对生物酶制剂研究起步较晚，主要研究对卷烟内在质量的影响，在加速烟叶醇化方面亦有一定贡献。卷烟降低有害成分释放量主要依靠三纸一棒新材料的应用，合成材料应用于卷烟中以降低烟草毒性，行业内鲜有在施用生物酶制剂提质的同时减少烟气有害成分的研究报道。该试验利用打叶复烤加料工艺在烟叶中添加复合生物酶，通过烟叶化学成分分析结合感官评价结果来确定烟叶品质的提升效果；同时通过对比检测加料烟叶和空白烟叶的烟支样品中主流烟气中7种化学成分含量，同时探索生物酶对吸食安全性的影响，为生物酶技术在提质减害方向上的应用提供一种新的工艺思路。

1 材料与方法

供试叶组均为2018年原烟，云南上部叶混打。复合酶制剂由康赞(北京)生物科技有限公司提供，其复合酶的配方成分含量为木瓜蛋白酶22%、淀粉-1，4-葡萄糖苷酶19%、脂氧合酶9%、β-葡聚糖酶4%、普鲁兰酶5%、纤维素酶7%、半纤维素酶4%、果胶酶5%、烟叶微生物活性提取物1%、酶活稳定剂10%、去离子水14%。

KBF240恒温恒湿箱(德国Binder公司)；AB202-S型电子分析天平(感量0.000 1 g，德国Mettler Toledo公司)；QS-10实验室烟丝切丝机(河南开封捷利器材厂)；6890/5973N气相色谱/质谱联用仪(美国Agilent公司)；SM450直线式吸烟机(英国Cerulean公司)；RM200A全自动吸烟机(德国Borwaldt KC公司)；API4000超高压多维液相色谱离子多维质谱联用仪(美国Agilent公司)；SAN++连续流动仪(荷兰Skalar公司)。

实验室烟丝加酶醇化。将稀释后的复合酶制剂按照烟丝质量的10%均匀喷施于叶组烟丝表面，对照样喷施烟丝质量10%的蒸馏水，混合均匀后分别放入自封袋中。将封存后的样品放入恒温恒湿箱中发酵醇化(温度50 ℃，相对湿度70%)，24 h后取出，将样品在100 ℃条件下烘干灭活。

复烤加料及仓储醇化试验。在原烟打叶复烤期间，在预混料后一次性随机取配方叶组样品2 000 kg。将试验样品平均分为2组，即加酶处理组和空白对照组，每组1 000 kg。其中加酶处理组手工均匀喷施烟丝质量0.4%的复合酶制剂；空白对照组用同样的方法喷施等比例的水。将加料后的2种样品分别手工上料至烤机前的传送带上，按照标准复烤条件进行复烤并装箱。2种样品各取中间2箱作为待测样品。箱上按照打叶成品标识要求标注，另在备注栏中标明“复合酶加料样品”和“空白对照样品”。将待测样品存放于仓库内，室内温度为 10～35 ℃，相对湿度 40%～70%，陈化过程中注意室内通风和防虫。分别在复烤后当天、180 d、360 d时取样并进行分析测试。

化学成分分析。采用GB/T 23356—2009、 GB/T 21130—2007、 YCT 253—2008、 YQ/T 17—2012、 YC/T 377—2010、 YC/T 255—2008和YC/T 254—2008的测定方法，分别测定卷烟样品主流烟气的CO、苯并[a]芘、HCN、NNK、氨、苯酚和巴豆醛7种有害成分的释放量。采用YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、 YC/T 161—2002、 YC/T 162—2002、 YC/T 163—2002、 YC/T 164—2002、 YC/T 165—2002、 YC/T 166—2002分别测定烟草制品的还原糖、水溶性总糖、烟碱、总氮、氯、钾、蛋白质、淀粉的含量。

感官评吸。将样品在恒温恒湿条件下[温度(22±1)℃，湿度(60±2)%]平衡48 h后，经由10人组成的专业评吸小组，分别从香气特性、烟气特性、口感特性等方面进行感官评价。评吸人员分别打分，取平均值作为最后得分。

试验数据采用Excel 2019、SPSS 25.0软件进行统计分析和作图。

2 结果与分析

常规物质含量分析。由表1可知，在实验室小试阶段，经酶处理后大分子淀粉、蛋白质的含量分别下降了8.59%和10.92%，烟碱含量下降了8.60%，而还原糖含量升高了7.50%，与薛磊等的试验结果一致。研究表明，复合酶中的淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、蛋白酶等加速水解了烟丝中的大分子糖类和含氮化合物，直接或间接参加烟叶中物质的分解和生成，影响美拉德反应进而改变烟叶品质，使得烟叶常规化学成分得到明显改善。

表1 加酶前后烟丝常规物质含量Table 1 Conventional chemical composition content before and after adding enzyme %

烟气中有害成分分析。从表2可以看出，在实验室小试阶段，烟叶原料加酶后对卷烟主流烟气7项有害成分(氨、亚硝铵、巴豆醛、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘、氢氰酸)释放量均有不同程度的降低，其中氨、苯酚、氢氰酸降低幅度较大；加酶样与对照样相比，氨释放量降低了24.16%，亚硝胺释放量降低了11.81%，苯酚释放量降低了13.70%，氢氰酸释放量降低了14.52%。其中淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等降解了烟叶中的蛋白质、淀粉、纤维素等大分子物质，致使燃烧烟叶中亚硝胺、苯酚、巴豆醛等有害物质的生成量减少，说明生物酶在降低烟气有害成分方面具有一定贡献。

表2 加酶前后烟叶原料对卷烟主流烟气7项有害成分释放量

烟叶感官评价。从表3可以看出，在实验室小试阶段，加酶样品的香气、烟气指标均有改善，喉部刺激性减小，鼻腔、口腔舒适性有明显提高，余味略微改善，感官评吸总分加酶样品较对照样品提高7.45%，且各项指标均优于对照样。添加的复合酶通过适当水解烟草中大分子糖类物质，增加酶处样品的还原糖含量，以提高香气、烟气指标；通过降低加酶样品中的大分子含氮化合物和纤维素、半纤维素等，减少木质气、枯焦气等杂气，降低刺激性，增加口腔舒适感，从而达到提升感官质量评价的目的。

表3 加酶前后烟丝感官评价得分

不同取样时间常规物质含量分析。从表4可以看出，在中试试验中，随着时间推移，加酶组和空白对照组烟碱、蛋白质、总氮含量均呈下降趋势，其中蛋白质下降显著，且加酶组下降幅度高于对照组，总氮加酶组在180 d有明显差异，对照组在360 d才有明显差异，360 d后抽样蛋白质含量加酶组比0 d对照组下降12.78%；总糖、淀粉随抽样时间呈降低趋势，加酶组和对照组还原糖含量随抽样时间呈增加趋势，加酶组上升幅度高于对照组，360 d抽样总糖、淀粉含量加酶组比0 d对照组分别下降了15.77%、14.75%；氯和钾含量在360 d醇化期内对照组和加酶组均变化不明显。醇化烟叶在首年醇化期内大分子物质如多糖水解成二糖或其他还原糖、蛋白质水解成氨基酸，复合酶加酶组其反应更加剧烈，在同样周期内还原糖显著增加。酶液中的蛋白酶、淀粉酶分解效果较好，分解产生还原糖，促进美拉德反应，从而增加烟叶致香物质。

表4 醇化期烟叶化学成分的变化

不同取样时间烟气中有害成分分析。从表5可以看出，在中试试验中，随着醇化时间推移，加酶组和空白对照组主流烟气中7项有害成分释放量均有不同程度的降低，180 d加酶组下降幅度高于对照组的有氨、亚硝胺、苯酚和苯并[a]芘；在360 d，氨、亚硝胺、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘加酶组与0 d对照组相比，分别下降了18.10%、18.80%、14.12%、5.05%、10.03%。结果表明添加酶液醇化相比于自然醇化，酶液对于烟气有害物质的降解能力较强，减少了氨、亚硝胺、苯酚、一氧化碳、苯并[a]芘等有害物质生成量，进而改变烟气中的化学成分。说明自然醇化时添加酶液对降低烟气有害成分有明显的作用。

表5 醇化期烟叶主流烟气7项有害成分释放量的动态变化

不同取样时间烟叶感官评价。从表6可以看出，在中试试验中，与实验室小试结果相似，在不同的取样时间，加酶组对比对照组，烟叶感官品质均有明显提升，180 d其感官评价总分加酶组较对照组提高6.45%，360 d提高5.70%，说明新烟在第1年醇化时间内感官质量得分呈逐渐上升的趋势。由于生物酶的特异催化属性，可定向降解烟叶中的淀粉、蛋白质、纤维素等大分子物质，生成糖类和氨基酸产物，使得如糠醇、糠醛、5-甲基糠醛等美拉德反应产物增加，促进了卷烟香气品质的提升，提高烟叶的内在品质。

表6 醇化期烟叶感官评价得分

3 结论与讨论

对当年采收的烟叶原料添加复合生物酶后的第1年醇化周期内，烟叶中大分子物质含量降幅较为明显，烟气中有害成分和杂气都明显降低，香气和烟气指标都有所提高，复合生物酶对烟叶原料的提质降害作用较为明显。因此在实际的生产过程当中，打叶复烤工艺节点是烟叶原料生物提质的最佳切入点，在打叶复烤阶段加入复合酶可以有效利用后期仓储时间使烟叶充分醇化。

该试验主要就复合生物酶对烟叶品质和醇化时间的影响进行了研究，后续可设计不同浓度梯度的复合生物酶对醇化烟叶的影响和不同打叶复烤模式中加入复合生物酶对烟叶品质的影响进行进一步研究。