CN107136555A - 脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，在梗丝加料生产工序中，将一定比例的脯氨酸和还原糖或者复合糖源以及催化剂的水溶液喷洒到梗丝上，在一定的温度条件下，在梗丝在线生产工序中进行脯氨酸固相美拉德反应，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，增加甜润感，改善口感，改善梗丝的感官品质，外观接近优质烟丝，原料来源安全广泛，工艺条件温和易实现。
Description
技术领域
本发明涉及烟草加工领域，具体涉及脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法。
背景技术
美拉德反应类香料一直是烟草和食品上极为重要和极有应用价值的香料，美拉德反应物在烟用香料中应用广泛。烟草在调制、陈化、加工和燃吸等过程中，均可能发生美拉德反应。随着人们健康意识的提高，烟厂在解决降低卷烟焦油量、而又能保持或满足卷烟吸食可用性方面所面临的困难日益突出。美拉德反应作为烟草特征香气形成的重要途径之一，在烟草增香中的应用研究倍受青睐。反应产生的香气根据糖源、氮源不同，产生不同的杂环香味化合物，对卷烟烟气有改善作用。美拉德反应的进行必需要求反应体系中水分含量大于10％，一般在15％以上，因此其反应体系基本上都是液相体系，固相体系研究较少。
烟梗是烟草工业的副产物，同时也是宝贵的自然资源。烟草是茄科烟草属植物，烟梗即是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重的25～30％。烟梗是烟草工业的副产物，目前多作弃置处理。我国是烟草大国，每年有数十万吨烟梗资源被废弃，既造成环境污染，同时也是对自然资源的浪费。研究表明，烟梗中含有的成分种类与烟叶成分基本一致。梗丝具有焦油、烟碱含量低，填充性能好等特点，是卷烟叶组配方的主要填充料之一，在卷烟配方中起着重要的作用。在产品设计允许下，增加梗丝用量，是降焦减害的重要手段之一，也是节约成本的好办法。梗丝由烟梗加工而来，但由于烟梗中含有大量的纤维素、果胶、木质素、多糖等大分子物质，成品梗丝在感官上存在刺激大、浓度高、杂气明显等缺点。
中国专利申请公开了“一种烟用梗丝增香剂及制备方法和应用”(申请号201310394332.8)，将枫糖作为天然糖源和混合氨基酸进行美拉德反应，其中枫糖与混合氨基酸的质量比为10～25∶1，制得烟用梗丝增香剂，具有天然糖源过量，美拉德反应产物中糖含量高，粘性大，烟气刺激性大等缺陷。中国专利申请公开了“一种提高梗丝品质的方法”(申请号201410002912.2)，洗梗时，烟梗采用循环蛋白酶水溶液进行浸泡或者清洗，采用常规加料方式，按照一定比例将复合酶液(复合酶由果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶组成)喷洒在厚梗片上，贮存6小时以上；按比例将添加剂(添加剂指氨基酸溶液，选自谷氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、脯氨酸或其组合)按≥1％的比例施加到梗片上，常温贮存0.5小时以上，具有工艺复杂，工艺成本较高，工艺流程耗时较长等缺陷，且美拉德反应时间短，反应温度低，没有反应催化剂和稳定剂，仅为常温0.5h，反应不充分，美拉德反应产物的增香效果不佳；中国专利申请公开了“一种改善梗丝品质的加工方法”(ZL201510041600.7)，先用醇溶液对烟梗或梗片进行提取，然后再将醇提液回加到由该烟梗或梗片制成的梗丝中，并通过水洗结合酸解、酶解将烟梗中的大分子(如果胶、蛋白质等)等对烟草吸味不利的化合物去除，而烟梗的醇粗提取液仍有刺激性大、浓度高、杂气明显、香气不足的缺陷；目前在梗丝在线生产工艺中，添加脯氨酸、还原糖和或糖源，进行梗丝固相美拉德反应来改善梗丝感官品质的方法与应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，在梗丝加料生产工序中，将一定比例的脯氨酸和还原糖或者复合糖源以及催化剂的水溶液喷洒到梗丝上，在一定的温度条件下，在梗丝在线生产工序中进行脯氨酸固相美拉德反应，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，增加甜润感，改善梗丝口感，改善梗丝的感官品质，外观接近优质烟丝，原料来源安全广泛，工艺条件温和易实现。
本发明通过以下技术方案实现：
一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，包括如下步骤：
(1)原料准备；准备固相美拉德反应底物、催化剂和水，其中固相美拉德反应底物为脯氨酸与糖源，占梗丝质量的0.03～1％，糖源为还原糖或者复合糖源，复合糖源为发酵葡萄干提取物或者还原糖和发酵葡萄干提取物的复配物；当糖源为还原糖时，脯氨酸与还原糖的摩尔比为2～8:1，当糖源为复合糖源时，脯氨酸与复合糖源的质量比为2～6:1，反应催化剂占美拉德反应底物质量的0.2～1％，水与美拉德反应底物的质量比为1～8:1；
(2)梗丝加料工序的脯氨酸固相美拉德反应：依次按上述步骤(1)的比例加入30～85℃的水、脯氨酸、糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，梗丝的含水率达25～40％，在加料筒中进行固相美拉德反应0.5～2h；
(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在100～145℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1～3min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到增香降刺的、含水率达(12.0±0.5)％的梗丝；
(4)常规工序生产成品梗丝。
进一步的，所述的发酵葡萄干提取物的制备方法为：水与葡萄干的质量比为10～60:1，由α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶按照质量比0.1～0.3：0.5～1：0.5～1混合后搅拌均匀，对葡萄干进行复合发酵，然后在pH4～7、28～50℃条件下温育发酵3～12h，90～95℃恒温水浴回流提取1～3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.0～1.3，即制得发酵葡萄干提取物。
进一步的，α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶均为食品级，α-L-吡喃鼠李糖苷酶的酶活为100～10000u/g，内切和外切蛋白酶的酶活为5万～20万u/g，酶的总质量占葡萄干质量的0.1～0.3％。
进一步的，所述的还原糖为：葡萄糖、果糖、乳糖、焦糖、甘油醛、核糖和脱氧核糖等的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述的复合糖源为还原糖和发酵葡萄干提取物的复配物时，还原糖与发酵葡萄干提取物的质量比例为1:0.5～1，若还原糖有两种或两种以上，每种还原糖之间为等质量比。
进一步的，所述的反应催化剂为磷酸氢二铵、甘草酸铵、藻酸铵、维生素C、氨水等中的一种或几种。
本发明提供的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，提亮了梗丝的色泽，改善口感，改善梗丝的感官品质，增加了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
本发明的有益效果是：
(1)脯氨酸、还原糖和或复合糖源按摩尔比2～8:1或质量比2～6:1配置，利用梗丝在线生产加料工序，控制梗丝含水量25～40％，进行固相美拉德反应，使梗丝中香气成分种类和总量增多，刺激性降低，杂气减少，品质提高；
(2)发酵葡萄干提取物，采用α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶对葡萄干进行复合发酵，起到复合协同作用，增酯增香且转化糖苷类香气物质，转化分解蛋白质等不利于吸味的大分子细胞壁物质为葡萄糖、游离氨基酸、小分子致香物质等，更多地释放致香物质或其香味前体物，作为梗丝固相美拉德反应的糖源底物,在一定温度、水分条件下，与梗丝中的氨基酸、添加的脯氨酸、自身的游离氨基酸发生美拉德增香反应，丰富梗丝的香气，增加甜润感；
(3)美拉德反应催化剂兼具调节pH值、促进反应、增加固相美拉德反应的抗氧化稳定性的功能；
(4)脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，改善口感，改善梗丝的感官品质，外观接近优质烟丝，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和提高了其使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
本发明工艺条件简单温和，可直接使用现有生产设备，无需改造，具有较大的工业应用前景。
附图说明
图1是经脯氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝样品挥发性成分的总离子流色谱图；
图2是对照梗丝样品挥发性成分的总离子流色谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行详细地说明。
实施例1
一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，具体包括如下步骤：
(1)原料准备；脯氨酸与甘油醛、核糖作为美拉德反应底物，占梗丝质量的0.04％，脯氨酸与甘油醛、核糖的摩尔比2.5:0.5:0.5，反应催化剂为氨水和磷酸氢二铵，质量比为1:1，催化剂占美拉德反应底物质量的0.4％，水与美拉德反应底物的质量比为1.5:1；
(2)梗丝加料工序的脯氨酸固相美拉德反应：依次按上述步骤1)的比例加入65℃的水、脯氨酸、甘油醛，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂氨水和磷酸氢二铵，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，梗丝的含水率达28％，在加料筒中进行固相美拉德反应0.8h；
(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在140℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1分钟，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到增香降刺的、含水率达(12.0±0.5)％的梗丝；
(4)常规工序生产成品梗丝。
本发明提供的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，改善口感，改善梗丝的感官品质，外观接近优质烟丝，黄度、亮度增加，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
实施例2
一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，具体包括如下步骤：
(1)原料准备；脯氨酸与发酵葡萄干提取物作为美拉德反应底物，占梗丝质量的0.08％，按脯氨酸与发酵葡萄干提取物的质量比为3:1，反应催化剂为甘草酸铵、维生素C，质量比为1:1，占美拉德反应底物质量的0.9％，水与美拉德反应底物的质量比为2:1；
(2)梗丝加料工序的脯氨酸固相美拉德反应：依次按一定比例加入70℃的水、脯氨酸、发酵葡萄干提取物，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂甘草酸铵、维生素C，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达25％，在加料筒中进行固相美拉德反应1h；
(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在135℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1.5min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到增香降刺的、含水率达(12.0±0.5)％的梗丝；
(4)常规工序生产成品梗丝。
所述的发酵葡萄干提取物的制备方法为：由α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶对葡萄干进行复合发酵(酶均为食品级，α-L-吡喃鼠李糖苷酶的酶活为300u/g，内切和外切蛋白酶的酶活分别为10万u/g和20万u/g，三者质量比为0.1：0.5：0.5，酶的总质量占葡萄干质量的0.2％，葡萄干和水的质量比为1:30)后，在pH4.5、温度35℃条件下温育发酵3.5h，92℃恒温水浴回流提取3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.12，为发酵葡萄干提取物。
本发明提供的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，能协调烟气，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，具有喉部甜润感，提高梗丝中的香气成分种类和含量，改善口感，改善梗丝的感官品质，红度、亮度增加，外观接近优质烟丝，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
实施例3
一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，具体包括如下步骤：
(1)原料准备；脯氨酸与焦糖、脱氧核糖、发酵葡萄干提取物作为美拉德反应底物，占梗丝质量的0.15％，按脯氨酸与焦糖、脱氧核糖、发酵葡萄干提取物的质量比为3:1，焦糖、脱氧核糖和发酵葡萄干提取物为等质量比，反应催化剂为藻酸铵、氨水，质量比为1:1，催化剂占美拉德反应底物质量的0.3％，水与美拉德反应底物的质量比为4:1；
(2)梗丝加料工序的脯氨酸固相美拉德反应：依次按一定比例加入75℃的水、脯氨酸、糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达32％，在加料筒中进行固相美拉德反应1.5h；
(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在128℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥3分钟，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到增香降刺的、含水率达(12.0±0.5)％的梗丝；
(4)常规工序生产成品梗丝。
所述的发酵葡萄干提取物为，由α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶对葡萄干进行复合发酵(酶均为食品级，α-L-吡喃鼠李糖苷酶的酶活为1000u/g，内切和外切蛋白酶的酶活为20万u/g，三者质量比为0.1:0.5:1，酶的总质量占葡萄干质量的0.25％，葡萄干和水的质量比为1:35，在pH5.2、温度42℃条件下温育发酵5h，95℃恒温水浴回流提取2次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.18的发酵葡萄干提取物。
本发明提供的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，改善口感，改善梗丝的感官品质，红度、黄度、亮度增加，外观接近优质烟丝，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
试验例1：应用的外观和感官效果对比评价
将实施例1-3制备的脯氨酸固相美拉德反应改善感官品质的梗丝与未进行脯氨酸固相美拉德反应的梗丝(对照)，进行感官评吸对比实验。
结果表明：本发明提供的脯氨酸固相美拉德反应改善感官品质的梗丝，能协调烟气，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，细腻柔和烟气，改善口感，改善梗丝的感官品质，外观接近优质烟丝，红度、黄度、亮度增加，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。
表1.脯氨酸固相美拉德反应改善感官品质的梗丝及其对照的外观和感官评价
试验例2：经脯氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝及其对照的挥发性成分HS-SPME-GC/MS分析
选用100μm PDMS萃取头，分别以250℃条件下老化30min；
称取经脯氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝样品和对照样品各1g，置于15mL专用顶空萃取样品瓶中，插入老化的100μm PDMS萃取头，在80℃萃取60min后，进行挥发性成分的GC/MS分析，经脯氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝和对照组的挥发性成分的总离子流色谱图分别见图1和图2。
GC/MS分析条件
(1)色谱条件：柱初温50℃，保持2min，以8℃/min的速率升温到180℃，保持1min，再以18℃/min的速率升温到280℃，保持30min；载气为氦气(He，纯度99.99％)，恒流模式，流速为1.0mL/min；分流进样方式，分流比1：10，无溶剂延迟；进样口温度250℃。
(2)质谱条件：电离方式：EI源；电子能量:70eV；倍增管电压：1.2kV；离子源温度：230℃；四级杆温度:150℃；接口温度：280℃，传输线280℃；扫描范围：33～350m/z。使用NIST标准谱库进行检索分析，按峰面积归一化法计算化合物相对百分含量。
表2经脯氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝样品及其对照的挥发性成分
HS-SPME-GC/MS分析
从表2可以看出，采用HS-SPME-GC/MS方法从脯氨酸固相美拉德反应的梗丝中共鉴定出83种挥发性成分，包括烃类17种，醇类13种，酮类12种，烯类10种，酯类9种，酸类7种，其他杂环化合物3种。而对照共鉴定出77种挥发性成分。按照面积归一化法来计算，就单一物质而言，梗丝样品中，新植二烯相对百分含量最高，为35.10％，其次是2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单酯为24.77％，2-(1-甲基-吡咯烷基)-吡啶为4.39％，甘油1,2-双乙酸盐为3.97％，棕榈酸甲酯为2.01％等。其中对照梗丝中新植二烯为27.49％，脯氨酸固相美拉德的梗丝样品增加了27.68％，新植二烯是一种C20聚类异戊二烯，在烟草中性挥发物中含量最高，是烟叶中重要的致香物质，该成分是烟叶内含有的叶绿素在成熟和调制过程中降解形成叶醇，再由叶醇进一步脱水而形成的。新植二烯自身具有清香气且刺激性较强，而叶绿素和叶绿醇则具有青杂气，在调制过程中随着叶绿素和叶绿醇大量转化成新植二烯，烟叶的青杂气消除，进而产生清香气。新植二烯在烟草燃烧时可直接进入烟气，具有减少刺激性、醇和烟气的作用。新植二烯作为捕集烟气气溶胶内香气物质的载体，具有携带烟叶中挥发性香气物质和致香成分进入烟气的能力，故又为烟叶的重要增香剂；同时，邻苯二甲酸己基异丁酯等刺激性大分子物质的相对百分含量减少，降低了50％；而酯类、吡啶、呋喃类等为烟叶美拉德反应的重要香气成分，所有这些构成了该脯氨酸固相美拉德反应梗丝的挥发性香气成分，烟气柔和，刺激性降低、杂气减少，烟气更细腻，烟香丰富。可能是因为梗丝加料和烘丝的在线工艺中发生的脯氨酸美拉德反应，使梗丝中的化学成分进一步反应、调制，减少了刺激性、丰富烟香、醇和烟气。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)原料准备；准备固相美拉德反应底物、催化剂和水，其中固相美拉德反应底物为脯氨酸与糖源，占梗丝质量的0.03～1％，糖源为还原糖或者复合糖源，复合糖源为发酵葡萄干提取物或者还原糖和发酵葡萄干提取物的复配物；当糖源为还原糖时，脯氨酸与还原糖的摩尔比为2～8:1，当糖源为复合糖源时，脯氨酸与复合糖源的质量比为2～6:1，反应催化剂占美拉德反应底物质量的0.2～1％，水与美拉德反应底物的质量比为1～8:1；
(2)梗丝加料工序的脯氨酸固相美拉德反应：依次按上述步骤(1)的比例加入30～85℃的水、脯氨酸、糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，梗丝的含水率达25～40％，在加料筒中进行固相美拉德反应0.5～2h；
(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在100～145℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1～3min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到增香降刺的、含水率达(12.0±0.5)％的梗丝；
(4)常规工序生产成品梗丝。
2.如权利要求1所述的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于：所述的发酵葡萄干提取物的制备方法为：水与葡萄干的质量比为10～60:1，由α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶按照质量比0.1～0.3：0.5～1：0.5～1混合后搅拌均匀，对葡萄干进行复合发酵，然后在pH4～7、28～50℃条件下温育发酵3～12h，90～95℃恒温水浴回流提取1～3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.0～1.3，即制得发酵葡萄干提取物。
3.如权利要求2所述的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于：α-L-吡喃鼠李糖苷酶、内切和外切蛋白酶均为食品级，α-L-吡喃鼠李糖苷酶的酶活为100～10000u/g，内切和外切蛋白酶的酶活为5万～20万u/g，酶的总质量占葡萄干质量的0.1～0.3％。
4.如权利要求1所述的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于：所述的还原糖为：葡萄糖、果糖、乳糖、焦糖、甘油醛、核糖和脱氧核糖等的一种或任意几种的组合。
5.如权利要求1所述的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于：所述的复合糖源为还原糖和发酵葡萄干提取物的复配物时，还原糖与发酵葡萄干提取物的质量比例为1:0.5～1，若还原糖有两种或两种以上，每种还原糖之间为等质量比。
6.如权利要求1所述的脯氨酸固相美拉德反应改善梗丝感官品质的方法，其特征在于：所述的反应催化剂为磷酸氢二铵、甘草酸铵、藻酸铵、维生素C、氨水等中的一种或几种。
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