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(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué),國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地,河南鄭州 450002; 2.河南省煙草公司南陽(yáng)市公司,河南南陽(yáng) 473000)

美拉德反應(yīng)又稱(chēng)作非酶棕色化反應(yīng),是一種普遍的非酶褐變現(xiàn)象,被廣泛應(yīng)用于食品加工、煙草加香等多個(gè)領(lǐng)域,其產(chǎn)物多為食品的致香物質(zhì),且一些反應(yīng)產(chǎn)物具備抗氧化性[1-2]。反應(yīng)本質(zhì)是化合物中的羰基與氨基經(jīng)過(guò)縮合、聚合等反應(yīng)生成類(lèi)黑精物質(zhì)的過(guò)程[3-4]。隨著對(duì)美拉德反應(yīng)研究的不斷深入,科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)對(duì)煙草香吃味和風(fēng)格形成起著非常重要的作用。美拉德反應(yīng)在煙草調(diào)制、發(fā)酵、醇化等加工過(guò)程中均有發(fā)生,其產(chǎn)物是煙草致香物質(zhì)的重要成分。煙草研究者對(duì)美拉德反應(yīng)的重視最早可追溯到上世紀(jì)末,研究的主要方向集中在卷煙加香方面[5]。如今,科學(xué)家廣泛探討煙草調(diào)制、發(fā)酵過(guò)程中美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的積累規(guī)律,并利用反應(yīng)于再造煙葉制作、卷煙調(diào)香之中。但由于美拉德反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)產(chǎn)物比較復(fù)雜,雖然提出了很多假設(shè)論證并得到了一定的發(fā)展,但是要完全弄清楚這一反應(yīng)在煙草調(diào)制發(fā)酵、醇化加工等過(guò)程中的作用仍需要進(jìn)一步的探究。本文從美拉德反應(yīng)機(jī)理及其影響因素、煙草調(diào)制發(fā)酵與陳化過(guò)程中美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的積累規(guī)律、煙草加工過(guò)程中利用美拉德反應(yīng)改良煙草薄片,制備香精香料等方面綜述了美拉德反應(yīng)在煙草加工過(guò)程中的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀,并對(duì)今后在煙草加工中美拉德反應(yīng)的應(yīng)用提出展望。

1 美拉德反應(yīng)概述

1.1 反應(yīng)機(jī)理

美拉德反應(yīng)首次提出是在1912年,L.C.Maillard在研究氨基酸和還原糖反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn),葡萄糖和甘氨酸在水中加熱至100 ℃時(shí)變成棕黑色,最終產(chǎn)生一種黑色聚合物[6]。美拉德反應(yīng)過(guò)程與產(chǎn)物體系十分復(fù)雜,至今尚不完全明了。目前仍以Hoge提出的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分類(lèi)最為經(jīng)典,其把美拉德反應(yīng)分為以下三個(gè)階段[7]。

1.1.1 初期階段(Early Stage) 首先,糖類(lèi)和氨基酸的縮合形成席夫堿(shiff Base)[7-8],席夫堿經(jīng)過(guò)環(huán)化作用生成N-取代糖基胺;而后經(jīng)過(guò)阿馬杜里重排(Amadori rearrangement)與海因氏重排(Heynsrearrangment)形成阿馬杜里產(chǎn)物,也稱(chēng)中間產(chǎn)物,該產(chǎn)物在天然產(chǎn)品如杏、甜菜、糖蜜、調(diào)制后的煙草、茶葉中均有存在,其分解對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物有重要影響[9]。

1.1.2 高級(jí)階段(Advanced Stage) 而后,中間產(chǎn)物在不同的pH條件下發(fā)生不同的降解反應(yīng)[3]。pH≤7時(shí),主要通過(guò)1,2-烯醇化反應(yīng)形成糠醛類(lèi)或羥甲基糠醛類(lèi)產(chǎn)物;pH>7時(shí),主要通過(guò)2,3-烯醇化反應(yīng)形成還原酮類(lèi)產(chǎn)物;此外還有很多中間產(chǎn)物裂解,如丙酮醛、乙二醛、2,3-丁二酮、羥基丙酮等高活性的中間體繼續(xù)參與反應(yīng)。在上述反應(yīng)中生成的二羰基化合物可與氨基酸作用,產(chǎn)生活潑的氨基酮和比氨基酸少一個(gè)碳原子的醛,該反應(yīng)稱(chēng)之為斯特雷科爾降解,其降解產(chǎn)生的醛類(lèi)化合物是美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中醛類(lèi)的主要來(lái)源,而氨基酮的活潑性,為形成各種雜環(huán)化合物提供了必要條件。

1.1.3 終極階段(Final Stage) 終極階段的反應(yīng)十分復(fù)雜,但是已有學(xué)者針對(duì)定量阿馬杜里化合物與游離氨基酸模擬最終產(chǎn)物的形成[10]。通過(guò)醛醇縮合、雜環(huán)形成、分子脫氫、異構(gòu)化等一系列反應(yīng),形成紅棕色或棕黑色聚合物,稱(chēng)為類(lèi)黑素[8]。此階段在食品工業(yè)中有重要的意義,能給食物提供鮮美的香味,同時(shí)也會(huì)在一定程度上破壞食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,因此在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)予以控制[8,11]。

1.2 美拉德反應(yīng)的影響因素

1.2.1 反應(yīng)物種類(lèi) 美拉德反應(yīng)的底物主要是糖類(lèi)和氨基酸,參與反應(yīng)的糖和氨基酸種類(lèi)不同,產(chǎn)生的香氣物質(zhì)就有所不同,反應(yīng)的速度也有所不同[12]。參與反應(yīng)的糖類(lèi)主要有五碳糖(核糖、阿拉伯糖、木糖)、六碳糖(半乳糖、甘露糖、葡萄糖)等單糖,和乳糖、蔗糖等雙糖。從反應(yīng)速度上來(lái)看,通常五碳糖>六碳糖>雙糖,五碳糖的反應(yīng)速度比六碳糖快10倍。氨基酸的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)也極大地影響了美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物與速度。研究表明,氨基酸中的氨基在ε位或末位的要比α位反應(yīng)速度快,堿性氨基酸要比酸性氨基酸快[13];不同種類(lèi)的氨基酸與同種糖類(lèi)反應(yīng)亦可產(chǎn)生不同香氣,如甘氨酸與葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)生焦糖類(lèi)氣味,谷氨酸與葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)生愉快的舊木味等[14]。

1.2.2 反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間也是影響美拉德反應(yīng)產(chǎn)物和速度的重要因素[15]。就反應(yīng)溫度而言,一般在20～25 ℃條件下即可發(fā)生美拉德反應(yīng),溫度越高,反應(yīng)速度越快,有研究證實(shí),溫度每提高10 ℃,反應(yīng)速度可增加3～5倍,而溫度過(guò)高則會(huì)產(chǎn)生影響食物風(fēng)味的物質(zhì),甚至有致癌風(fēng)險(xiǎn);反應(yīng)溫度也會(huì)影響反應(yīng)產(chǎn)物的種類(lèi)從而影響香氣,例如纈氨酸與葡萄糖在100 ℃反應(yīng)時(shí)會(huì)有黑面包氣味,在180 ℃反應(yīng)則有刺鼻的巧克力氣味;脯氨酸與葡萄糖在100 ℃時(shí)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不愉快的灼燒蛋白質(zhì)的氣味,而在180 ℃下反應(yīng)會(huì)有愉快的面包香等[16]。反應(yīng)時(shí)間主要影響反應(yīng)的完全程度,反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),反應(yīng)產(chǎn)生的香氣中間物質(zhì)就越多,香氣就越濃郁,但過(guò)長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間會(huì)造成不利的影響。

1.2.3 pH pH對(duì)美拉德反應(yīng)有很大影響。吳惠玲[17]研究顯示,pH對(duì)美拉德反應(yīng)的影響比反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間影響更大。在pH3～10的范圍內(nèi),隨著pH的增大,反應(yīng)速度加快,但當(dāng)pH<3時(shí),反應(yīng)難以進(jìn)行,且不同的酸堿環(huán)境直接影響了反應(yīng)產(chǎn)物的生成。孫麗平[18]認(rèn)為,pH對(duì)吡嗪類(lèi)物質(zhì)的產(chǎn)生有決定性的作用,在其設(shè)置的葡萄糖-賴(lài)氨酸體系中,在pH為5的體系中未檢測(cè)到吡嗪物質(zhì),而在pH為9的體系中2-甲基吡嗪占總反應(yīng)產(chǎn)物的50%以上。

1.2.4 水分含量 水作為反應(yīng)介質(zhì)直接影響美拉德反應(yīng)的速率含水量一般用水分活度來(lái)表示[19-20],在水分活度為0.3～0.7時(shí),美拉德反應(yīng)較快,水分過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用。食品的含水量為10%～15%時(shí)反應(yīng)速度較快,但當(dāng)水含量為0或高于90%時(shí)難以觀察到褐變現(xiàn)象。

1.2.5 金屬離子 金屬離子對(duì)美拉德反應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在離子種類(lèi)上。據(jù)報(bào)道,銅離子和鐵離子可以促進(jìn)美拉德反應(yīng),因?yàn)殂~離子與鐵離子形成的絡(luò)合物可以促進(jìn)席夫堿的形成,而Fe3+比Fe2+更能促進(jìn)反應(yīng),原因是Fe2+在反應(yīng)中要轉(zhuǎn)化為Fe3+;Ca2+與Mg2+會(huì)抑制美拉德反應(yīng),而K+對(duì)反應(yīng)影響不大。

1.3 美拉德反應(yīng)的影響因素對(duì)煙草加工過(guò)程的影響

在煙草加工過(guò)程中,美拉德反應(yīng)已被廣泛運(yùn)用于煙草的提質(zhì)增香,但是在反應(yīng)過(guò)程中上述影響美拉德反應(yīng)的影響因素直接影響到相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)。不同的底物種類(lèi)決定了不同風(fēng)格產(chǎn)物的形成,究其原因是不同的糖類(lèi)與氨基酸反應(yīng)的結(jié)果。該方面前人已作出多種嘗試,并取得了不同的結(jié)果[21-23]。在煙草加工中,主要討論的問(wèn)題有底物濃度、pH、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)時(shí)間。田懷香[24]在研究木糖與谷氨酸反應(yīng)制備美拉德香精時(shí)應(yīng)用響應(yīng)面分析,得出了影響感官評(píng)價(jià)的影響因素重要程度排序依次是反應(yīng)時(shí)間>反應(yīng)溫度>pH>底物濃度的結(jié)論;不同的反應(yīng)底物和所用的煙源或非煙源原料反應(yīng)所用的時(shí)間、溫度、pH和底物濃度通常是不同的,有時(shí)不合適的反應(yīng)條件所制備的產(chǎn)物會(huì)增加煙氣的刺激性、辛辣感,影響煙氣的香味甚至使香氣不協(xié)調(diào)[16,18]。所以最優(yōu)的反應(yīng)條件往往需要用試驗(yàn)對(duì)比得出。

1.4 美拉德反應(yīng)與煙葉香味物質(zhì)形成

棕色化反應(yīng)中生成的對(duì)于煙葉有致香貢獻(xiàn)的物質(zhì)主要有呋喃類(lèi)、吡咯類(lèi)、吡啶類(lèi)、吡嗪類(lèi)等雜環(huán)化合物,醛類(lèi)、酮類(lèi)等羰基化合物及乙酸、丙酸等少量有機(jī)酸類(lèi)。雜環(huán)類(lèi)化合物含有一個(gè)不飽和的共軛體系,化學(xué)性質(zhì)在一定程度上與苯環(huán)相似,具有一定的芳香性[25],因此大部分雜環(huán)類(lèi)化合物都是煙草中重要的致香物質(zhì)。在美拉德反應(yīng)中,糖與氨基酸反應(yīng)生成的氨基糖為之后的各種反應(yīng)提供了前體物質(zhì)。阿馬杜里與海因氏重排反應(yīng)生成了各種羰基化合物;斯特雷科爾降解形成了氨基酮化合物和醛類(lèi),這些反應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)產(chǎn)物之間再反應(yīng)產(chǎn)生的煙葉致香物質(zhì)為煙氣的香味做出了重要的貢獻(xiàn)。目前已知的在煙草和煙氣中存在的美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的致香成分如表1[16]。

表1 美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的致香成分Table 1 Aroma components produced by Maillard reaction

2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在煙葉調(diào)制、醇化過(guò)程中的變化

2.1 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在煙葉調(diào)制中的積累

試驗(yàn)表明[26-27],在煙葉生長(zhǎng)及采收階段幾乎檢測(cè)不到美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,而在調(diào)制期間美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量大幅度增加,并形成特征香氣。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以賦予煙葉特殊的香味,并對(duì)煙葉色澤變化起到一定的作用。

2.1.1 煙葉烘烤 美拉德反應(yīng)進(jìn)行于煙葉的調(diào)制,并且在調(diào)制過(guò)程中不斷積累。在煙葉烘烤過(guò)程中,伴隨著大分子物質(zhì)的降解美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也逐步增多。周平等[28]通過(guò)建立整體評(píng)價(jià)模型對(duì)48份烤后煙葉樣品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在烤后煙質(zhì)量評(píng)吸中占有較大載荷量;矯海楠[29]研究表明,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在煙葉烘烤過(guò)程中呈現(xiàn)整體上升的趨勢(shì),在烘烤結(jié)束時(shí)達(dá)到最大值,并顯著高于鮮煙葉;王愛(ài)華[30]研究證明,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在烤煙烘烤中呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),其中動(dòng)態(tài)升溫變黃處理前后美拉德反應(yīng)產(chǎn)物上升了18.6%。

2.1.2 煙葉晾曬 晾曬煙在調(diào)制過(guò)程中同樣伴隨著美拉德反應(yīng),其產(chǎn)物積累規(guī)律因其不同的調(diào)制環(huán)境有所不同。廖曉玲等[31]研究顯示,在白肋煙晾制過(guò)程中,吡嗪類(lèi)非酶促棕色化反應(yīng)產(chǎn)物急劇增加;張廣東等[32]利用烤煙與白肋煙互換調(diào)制方式研究得出,烤煙在晾制過(guò)程中棕色化反應(yīng)產(chǎn)物中 2-乙酰基呋喃、2-乙酰基吡咯含量均表現(xiàn)為烘烤大于晾制,而糠醛、糠醇、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮含量均表現(xiàn)為晾制大于烘烤,且棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量晾制較烘烤增加50% 左右,白肋煙在晾制中棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量烘烤較晾制有所減少,但差異不明顯。時(shí)向東等[33]利用晾制和曬制不同方法調(diào)制曬紅煙得發(fā)現(xiàn)出,曬制相比于晾制美拉德反應(yīng)產(chǎn)物積累更高。

2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在煙葉醇化發(fā)酵中的積累規(guī)律

煙葉在采收及調(diào)制后,仍存在較多的雜氣,煙草特征香氣不夠明顯,仍需要一定時(shí)間的醇化才能滿(mǎn)足工業(yè)需求[34]。有效的醇化可以顯著降低煙葉的刺激性,并使煙葉青雜氣、土腥氣等雜氣明顯降低,極大地提高煙葉的可用性[35-37]。煙葉在醇化和發(fā)酵過(guò)程中,其內(nèi)部發(fā)生著復(fù)雜的理化反應(yīng)[34,37-40],美拉德反應(yīng)作為煙葉醇化過(guò)程中一個(gè)非常重要的反應(yīng),對(duì)煙葉香氣質(zhì)量有突出的優(yōu)化作用;王玉華[38,41]研究顯示,醇化過(guò)程中烤煙美拉德反應(yīng)產(chǎn)物隨醇化時(shí)間的推進(jìn)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),醇化18個(gè)月的煙葉美拉德產(chǎn)物的含量,較初烤煙葉和復(fù)烤煙葉均有顯著提高;且美拉德反應(yīng)產(chǎn)物與感官質(zhì)量評(píng)價(jià)存在明顯的相關(guān)性,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣和評(píng)吸總分的直接作用是有利的,對(duì)刺激性的減弱有間接作用。劉鵬等[42]研究表明隨著醇化時(shí)間的延長(zhǎng),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物由 31.74 μg/g提高到 51.79 μg/g,且對(duì)煙葉的香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣和評(píng)吸總分的直接作用和間接作用均是顯著或極顯著有利的,這與前者研究的結(jié)果基本一致。朱大恒[37]報(bào)道在白肋煙的醇化過(guò)程中,糠醇、糠醛在醇化22～26個(gè)月時(shí)達(dá)到最大值;吡啶、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、2-乙?；拎さ葔A性香味物質(zhì)在18～26個(gè)月時(shí)達(dá)到最大值,之后均有下降趨勢(shì),時(shí)向東等[24]研究顯示,在雪茄外包皮煙的堆積發(fā)酵中,糠醛的含量最高,并在發(fā)酵的第14 d達(dá)到最大值,然后降低,在第28 d后又有所升高?？反?、5-甲基糠醛都在第21 d達(dá)到最大值。于建軍等[43]研究表明,在曬紅煙醇化過(guò)程中美拉德反應(yīng)產(chǎn)物總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

3 美拉德反應(yīng)在卷煙工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 再造煙葉

煙葉在生產(chǎn)加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙梗、煙末、下等煙葉等副產(chǎn)物,如棄置在造成環(huán)境污染的同時(shí)會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)[44]。目前,將這些副產(chǎn)物制成再造煙葉是減少資源浪費(fèi)的最好方式,但是傳統(tǒng)方法制作的再造煙葉大都存在吃味較差、雜氣重、不利于被煙草工業(yè)大量使用等缺陷。前人研究表明[45-47],利用美拉德反應(yīng)改良優(yōu)化煙梗煙末提取液,制造出的再造煙葉各方面指標(biāo)均得到較大改善,可用性大大提高。

目前,針對(duì)再造煙葉進(jìn)行美拉德反應(yīng)的研究有很多,由于美拉德反應(yīng)需要一定的反應(yīng)條件與底物,所以對(duì)煙梗、煙末提取液的處理也不盡相同。煙梗、煙末、下等煙葉含有大量的纖維素、果膠以及蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì),不利于反應(yīng)的充分進(jìn)行[47-48],故有學(xué)者[45]利用酶解的方式處理提取液,并加入適量外源氨基酸與糖類(lèi)反應(yīng),所得的再造煙葉與市售產(chǎn)品相比,巨豆三烯酮、大馬士酮等致香成分含量大幅度上升,不利成分下降明顯,處理組感官評(píng)吸得分明顯提高,香氣更加豐富、協(xié)調(diào),焙烤香濃郁,雜氣刺激性減小,抽吸品質(zhì)明顯改善。

由于不同的反應(yīng)底物、反應(yīng)溫度、pH直接影響了不同的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生成,故不同學(xué)者在改良煙梗煙末提取液的方法上也有不同的結(jié)果。如張鵬[46]于pH為7.0～8.0,應(yīng)溫度為70 ℃時(shí),最佳美拉德反應(yīng)時(shí)間為13 h,最佳外源氨基酸與糖類(lèi)的組合與配比為脯氨酸∶甘氨酸∶苯丙氨酸∶半胱氨酸∶短鏈肽∶果糖=13∶13∶13∶2∶0.3∶70得到較好結(jié)果;黎新欽[47]試驗(yàn)得出甘氨酸和木糖比2∶1 (m∶m),木糖添加量6%,反應(yīng)體系初始pH6.5,反應(yīng)溫度100 ℃,反應(yīng)時(shí)間3 h時(shí)可以得到最優(yōu)處理。處理后再造煙葉均有較大品質(zhì)改善,吡啶、吡嗪等美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量大幅上升。

3.2 煙草香精香料

隨著人們健康意識(shí)的提高,煙草降焦減害取得了較大的進(jìn)展,但隨著焦油含量的降低,卷煙的香氣也相應(yīng)的下降,煙用香精香料也就成為了卷煙工業(yè)的一種重要的添加劑,從而彌補(bǔ)卷煙香氣不足的缺陷[14]。相關(guān)研究證實(shí),美拉德反應(yīng)運(yùn)用于卷煙香精香料的生產(chǎn)對(duì)卷煙香氣有較好的修飾作用。

其反應(yīng)底物主要有煙源物質(zhì)(煙草花蕾、煙末、碎葉、下等煙葉等)和外源物質(zhì)(中藥材、水果、氨基酸和糖類(lèi)等)。

3.2.1 利用煙源物質(zhì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙草香精香料 煙草作為葉用經(jīng)濟(jì)作物在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙草花蕾、低次煙葉、碎煙葉等不能用于卷煙生產(chǎn)的副產(chǎn)物,利用這些副產(chǎn)物進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙用香精香料已被越來(lái)越多的關(guān)注[44,49]。

目前,卷煙工業(yè)企業(yè)利用煙草花蕾已經(jīng)制作出白肋煙花蕾香膏、烤煙花蕾香膏等產(chǎn)品,并已經(jīng)在卷煙制造中應(yīng)用。煙草花蕾中含有豐富的氨基酸與糖類(lèi),具備發(fā)生美拉德反應(yīng)的條件。許春平等[50]研究發(fā)現(xiàn)利用白肋煙花蕾進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備香料與簡(jiǎn)單萃取浸提的產(chǎn)物相比增加了包括二羥基丙酮、2-甲基四氫呋喃-3-酮、2-乙酰呋喃和苯基丙酮在內(nèi)的4種美拉德風(fēng)味物質(zhì),進(jìn)而進(jìn)行加香試驗(yàn)得出,利用白肋煙花蕾進(jìn)行美拉德反應(yīng)后產(chǎn)物加入煙樣后具有美拉德產(chǎn)物特征風(fēng)味,略有花香,香氣量增加,香氣質(zhì)改善,并有特殊的宜人香韻,煙葉的甜潤(rùn)感和細(xì)膩感均增加,余味舒適;利用烤煙花蕾制作香精也有類(lèi)似顯著的效果[51]。

除了煙草花蕾,利用殘碎煙葉或下等煙料進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙用香精香料也被廣泛研究。酶解煙末,進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙用香精,唐勝[52]檢測(cè)得出該物料共有揮發(fā)性成分27種,其中包括巨豆三烯酮、呋喃酮、吡喃酮等對(duì)煙草香味有積極貢獻(xiàn)的風(fēng)味化合物。經(jīng)感官質(zhì)量評(píng)價(jià),該香精對(duì)卷煙有顯著的增香、降低刺激、改善余味功效;利用煙梗發(fā)酵液制備香料,可發(fā)現(xiàn)煙草的致香成分如糠醛、糠醇、茄酮等不僅被保留了下來(lái)并有不同程度的增加[53]。另有學(xué)者指出,在酶解煙料過(guò)程中加入氨基酸與糖類(lèi)可取得更好的效果[54]。

3.2.2 利用外源物質(zhì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙草香精香料 利用外源物質(zhì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備煙草香精香料最直接的方法就是直接利用氨基酸與糖類(lèi)進(jìn)行反應(yīng)。不同反應(yīng)物,不同反應(yīng)條件所制備的產(chǎn)物也各有特點(diǎn)。糖類(lèi)利用葡萄糖、果糖、麥芽糖等,氨基酸類(lèi)利用脯氨酸、甘氨酸等,在150 ℃下反應(yīng)2 h,所得產(chǎn)物有明顯的爆米花香氣,透發(fā)出堅(jiān)果香和烤香,加入煙絲能使卷煙的煙香味更加透發(fā),雜氣和刺激性減輕,其中的香氣物質(zhì)以酮類(lèi)物質(zhì)如2-甲基-4-氫-膚喃酮,6-甲基-5-庚烯-2-酮等含量較多[55]。楊葉昆等[56]利用酪蛋白水解后的氨基酸混合液與葡萄糖在114～120 ℃進(jìn)行美拉德反應(yīng),研究表明試驗(yàn)產(chǎn)物含有13種以吡嗪類(lèi)化合物,其中以2,5-二甲基吡嗪含量最高。評(píng)吸結(jié)果顯示,加入該處理后煙香明顯增強(qiáng),雜氣減少,吸味得到改善。

也有學(xué)者利用中藥、水果提取物制備煙用香精香料,并取得了較好的效果。徐達(dá)等[57]利用白玄參酶解進(jìn)行美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中鑒定出了21種新生的揮發(fā)性致香物質(zhì),其中吡嗪、呋喃和吡咯等雜環(huán)類(lèi)美拉德特征香味成分15種,加入該產(chǎn)物進(jìn)行評(píng)吸試驗(yàn),各處理均有較好的效果;利用利用藍(lán)莓、黑莓、烏梅、黃桃等水果濃縮物也可制備煙用香料,且混合濃縮物比單一的水果濃縮物效果更好[58]。

由于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物普遍存在容易散失、不穩(wěn)定的缺陷,近來(lái)專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始著手研究美拉德反應(yīng)中間體在卷煙加香中的應(yīng)用。美拉德反應(yīng)中間體本身并不具備氣味,但是在加熱之后會(huì)繼續(xù)裂解形成大量的香氣物質(zhì)。研究顯示,苯丙氨酸-果糖中間產(chǎn)物組合具有較好的熱穩(wěn)定性和較好的協(xié)調(diào)性[59],甘學(xué)文[60]報(bào)道,通過(guò)比較苯丙氨酸-果糖組合完全反應(yīng)與中間體熱穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng),完全反應(yīng)的香氣成分降低了74.7%,而中間體揮發(fā)性香氣成分達(dá)未加熱的12.1倍。

4 展望

美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為煙草致香物質(zhì)的重要組成部分,有賦予煙草特殊的烤香、堅(jiān)果香、焦糖香以及提升煙氣柔和度,改善煙氣吃味的作用。利用美拉德反應(yīng)制備煙用香料、提升煙草薄片質(zhì)量等工藝已經(jīng)運(yùn)用到了卷煙工業(yè)中,取得了良好的效果,但目前應(yīng)用并不甚廣泛,且探討尚不深入,研究面較窄,試驗(yàn)方案較為單一,如在進(jìn)行美拉德反應(yīng)方面更多學(xué)者仍在利用傳統(tǒng)水相介質(zhì)通過(guò)高溫加熱制備產(chǎn)物,存在較多不可控因素,但已有報(bào)道利用超聲波輔助進(jìn)行美拉德反應(yīng),反應(yīng)更容易進(jìn)行且有新產(chǎn)物生成[61-62];在調(diào)制、陳化、發(fā)酵等過(guò)程中更多地討論的是其變化規(guī)律,而對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中反應(yīng)機(jī)理研究不夠深入,對(duì)其具體致香機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠透徹,在未來(lái)的研究中,應(yīng)進(jìn)一步加深美拉德反應(yīng)機(jī)理作用于煙草加工工藝的研究,更深入地認(rèn)識(shí)美拉德反應(yīng)對(duì)煙葉顏色變化、香氣物質(zhì)的影響,探討研究不同反應(yīng)物、反應(yīng)條件所產(chǎn)生的產(chǎn)物對(duì)煙草香吃味的影響,并通過(guò)加香試驗(yàn)得出更優(yōu)良的結(jié)果;在煙草調(diào)制與后期陳化發(fā)酵過(guò)程中,應(yīng)通過(guò)反應(yīng)機(jī)理研究以確定更好的調(diào)制、陳化發(fā)酵的環(huán)境條件,為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)服務(wù)。此外,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的安全性一直是學(xué)者們研究的焦點(diǎn),其理化性質(zhì)、生物毒性、以及抗氧化活性的研究也應(yīng)是下一步探究的重點(diǎn)問(wèn)題[63-64]。