美拉德反应物在卷烟增香中的应用研究进展

田云恒 王鹤达 张珊珊

陕西中烟工业有限责任公司 陕西 西安 710065

引言

烟香主要来自卷烟燃烧释放的致香物质，但烟草作为农作物，常常受栽培条件、环境和生产加工等多方面影响，难以保持稳定的质量，为了满足卷烟生产质量要求，协调烟草自身杂气，通常需要添加烟用香料来改善卷烟香气和吃味[1]。而美拉德反应又是形成卷烟特征香味的重要反应，其反应产物也被常常用于卷烟加香。因此，美拉德反应在烟草增香中的应用被广泛研究。

美拉德反应作为一种非酶促褐变反应，被广泛应用于食品、烟草等多个行业，美拉德反应产物成分多为致香物质，并部分物质具备抗氧化活性[2]。美拉德反应实质是氨基化合物和羰基化合物经缩合、聚合反应生成类黑素[3]。本文主要简述了美拉德反应机理、影响因素和其在卷烟增香中的应用，并对未来美拉德反应及其产物在卷烟增香中的研究提出些许期望。

1 美拉德反应概述

1.1 反应机理

1912年，L.C.Maillard发现还原糖和氨基酸混合物进行加热时会变成棕黑色物质[4]，这种反应被称作美拉德反应。美拉德反应分为初期、中期和末期3个阶段[5]。初期阶段是氨基化合物和羰基化合物缩合形成希夫碱（shiff Base），希夫碱经环化生成氮代取代糖基胺，之后经阿姆德瑞分子重排（Amadori rearrangement）和海因斯分子重排（Heynsrearrangment）生成中间物质；中期阶段是初期阶段生成的中间物质在不同的酸碱环境中发生不同的反应，酸性条件下中间物质通过1，2－烯醇化形成羟甲基糠醛，碱性条件下中间物质通过2，3－烯醇化形成还原酮；末期阶段较为复杂，主要是通过醛醇缩合、醛氨缩合、分子脱氢、异构化等一系列反应，最终形成类黑素。

1.2 美拉德反应的影响因素

美拉德反应主要有反应物种类、反应温度与时间、pH、水分含量和金属离子等因素影响。反应底物主要是含有羰基糖类化合物和含有氨基氨基酸，参与反应的底物种类不同，反应速度和反应形成的产物也会有所不同[6]。同时温度和时间也同样影响着美拉德反应的进行。美拉德反应在室温下就可以进行，伴随着温度的升高，反应的速度也会加快，一般来说每提高10℃，美拉德反应速度可快3～5倍，但温度过高则会产生有害物质，在影响反应速度的同时，温度同时也会影响生成的产物种类和数量，最终而影响产物的香气。时间影响的是美拉德反应进行的程度，在一定范围内，随着时间的增加，反应形成的致香成分就越多。美拉德反应的进行同样受pH的影响。吴惠玲等[7]研究表明，在pH3～10之间，随着pH增大，美拉德反应速度越快，当pH＜3 时，几乎不能发生反应，同时不同的pH也影响产物的种类。作为反应介质，水分含量也会影响美拉德反应的进行，过多和过少的水分含量都会对抑制美拉德反应产生不利影响。不同种类的金属离子对美拉德反应产生影响不同影响。能促进美拉德反应进行的金属离子主要有铁离子和铜离子，锰离子和钙离子则会抑制反应进行，而钾离子对美拉德反应影响不大。

2 美拉德反应物在卷烟增香中的应用

2.1 利用烟草进行美拉德反应制备烟用香料

在卷烟生产过程中会产生不能用于卷烟产品的次品烟叶和碎烟叶等副产物，以这些副产物为反应原料，通过美拉德反应制备烟用香精香料已有诸多研究[8]。许春平等[9]研究发现，美拉德反应法制备的白肋烟花蕾香精比白肋烟花蕾的直接提取物中多了2-甲基四氢呋喃-3-酮、苯基丙酮、二羟基丙酮和2-乙酰呋喃四种致香物质，加香后感官评吸结果表明，利用美拉德反应法制备的白肋烟花蕾香料可以增加卷烟香气量，提升香气质，增加花香，增加甜润和细腻烟气，余味干净舒适。胡志忠等[10]研究表发现，美拉德反应法制备的烤烟花蕾香精对卷烟有显著的增香、降刺和改善余味的功效，将该香精进行GC-MS分析，得到25种主要挥发性成分，包括苯乙醇、吲哚、苯乙醛和乙酸苯乙酯等多种致香化合物。

唐胜等[11]以碎烟末为原料，通过优化美拉德反应条件，得到了美拉德反应烟用香料，加香试验后评吸结果表明该香料可增加卷烟香气量、降刺和改善余味，将该香精进行SPMEGC－MS分析，得到27种主要挥发性成分，包括呋喃酮、吡喃酮、巨豆三烯酮等对卷烟香气有贡献致香物质。以烟梗为原料，利用美拉德反应法制备香精，发现该香精的烟草致香成分如糠醇、茄酮、糠醛等化合物含量均有所提高[12]。文冬梅等研究发现，在烟末酶解物进行美拉德反应过程中加入糖类和氨基酸可得到更好效果[13]。

2.2 利用其他物质进行美拉德反应制备烟用香料

利用其他物质通过美拉德反应生产烟用香料，最经济的反应底物是糖和氨基酸。方百盈等[14]用多种糖类和氨基酸在不同条件下制备美拉德反应物，经专业检验，该香精可适用于中低档次卷烟增香。杨叶昆等[15]以糖和酪蛋白酸水解液为反应底物，通过美拉德反应制备烟用香料，最终产生具有烤甜香韵的烟用香料，加香后感官评吸结果表明，该香料可增加卷烟烟香，减少卷烟杂气。有研究人员以葡萄糖与水解10h的小麦蛋白为底物，通过美拉德反应制备烟用香料，加香后感官评吸结果表明，该香料能显著增加卷烟香气量，改善香气质，细腻柔和烟气，提高透发性[16]。

利用中草药、水果提取物、酒类等进行美拉德反应制备烟用香料也有越来越多学者研究。徐达等[17]以白玄参浓缩酶解液和氨基酸为底物，通过美拉德反应生产烟用香料，经分析该香料中共有21种新的香味成分，加入该香精进行评吸验证，发现该香精能显著提升卷烟品质。冯黎等[18]研究了利用水果浓缩物制备美拉德反应产物及其在卷烟调香中的应用，结果表明反应产物能显著提高卷烟烟气满度，增加柔和性，改善舒适性，突出清甜香韵。徐达等[19]分别以三种黄酒为底物制备美拉德反应烟用香料，通过GC-MS检测分析发现三种美拉德反应产物中均含大量致香物质，其中包括带有坚果、可可、烤甜香韵的2，3-二甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、带有甜香香韵的5-甲基-2-糠醛、2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮等致香成分，加香后感官评吸结果表明，美拉德反应产物烟用香料相比黄酒更能凸显卷烟烤甜香韵。

美拉德反应物存在不稳定、易发生变化等缺陷，越来越多研究人员开始将美拉德反应中间产物作为为烟用香料，研究其在卷烟增香中的作用。中间产物本身并无香气，但经热裂解后产生足够的致香化合物。甘学文等[20]以苯丙氨酸和果糖为底物，通过控制美拉德进程，比较了最终产物和中间产物的热稳定性，随着热处理时间延长，美拉德最终产物的致香成分损失了74.7%，而中间产物的挥发性致香增加了的12.1倍，该研究表明以中间产物为烟用香料能够避免美拉德反应产物的加香不足。崔和平[21]以木糖-苯丙氨酸体系为底物进行美拉德反应，并对其中间产物阿姆德瑞化合物进行热稳定性研究，结果表明，当温度小于200℃时，中间产物阿姆德瑞化合物比美拉德反应完全产物表现出更高的稳定性，而当温度达到200℃时阿姆德瑞化合物急速裂解，产生挥发性致香物质。针对阿姆德瑞化合物热稳定性这一特点，将其作为烟用香料进行卷烟加香试验，感官评吸结果表明，阿姆德瑞化合物可增加卷烟香气量，提升香气质，增加烟气透发性，改善吃味。此外，通过测量加入阿姆德瑞化合物的卷烟的主流烟气，发现其中自由基含量下降了28.15%，表明了阿姆德瑞化合物具有减害作用。

3 结束语

美拉德反应产物可以赋予卷烟坚果香、焦香、烤甜香、烘焙香等香韵，同时可增加香气量，细腻柔和烟气，改善卷烟吃味。通过美拉德反应生产的烟用香料已运用到了卷烟生产中，并取得了较好效果，但目前美拉德反应产物的应用还较少，且研究深度和广度不够，对其致香机理的认识还不够透彻。在今后的工作中，应进一步研究不同反应物、反应条件、反应阶段产物对卷烟质量的影响，同时各卷烟工业企业应根据自身生产的卷烟风格特点，利用美拉德反应开发特色烟用香料。