紅棗提取物的Maillard反應制備煙用香料的研究

摘要：為開發新的天然煙用香料，研究了紅棗提取物Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的反應條件。用ＧＣ／ＭＳ分析了紅棗提取物的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應產物的揮發性和半揮發性成分，進行了反應產物的卷煙加料試驗，并與未反應的紅棗提取物進行了比較。結果表明，紅棗提取物Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的優化反應條件為：紅棗提取物與脯氨酸按照質量比１００∶３投料，８５℃條件下，充分攪拌，反應４ｈ；經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物揮發性和半揮發性致香成分的種類和含量都明顯高于未反應的紅棗提取物，呋喃類、雜環類和酮類物質含量提高，而且出現了未反應的提取物中沒有的典型的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應產物吡嗪類化合物；與未反應的紅棗提取物相比，經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物感官質量得到了明顯改善，在保留紅棗提取物柔和煙氣優點的同時，口腔舒適干凈，同時增加了甜烤香，使煙香更為透發和綿長。

關鍵詞：紅棗提取物；Ｍａｉｌｌａｒｄ反應；氣相色譜／質譜；化學成分；卷煙加料

中圖分類號：Ｓ６６５．１；ＴＳ４２６文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）08－1673-04

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍａｉｌｌａｒｄ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｚｉｚｉｐｈｕｓ ｊｕｊｕｂａ Ｅｘｔｒａｃｔ ａｎｄ Ｉｔｓ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｏｂａｃｃｏ

ＨＵＡＮＧ Ｌｏｎｇ１，ＺＨＵ Ｗｅｉ１，２，ＣＨＥＮ Ｚｈｉ－ｋｕｎ１，２，ＲＯＮＧ Ｌｉｎ１，ＰＡＮ Ｔｉｎｇ－ｔｉｎｇ１，ＷＵ Ｚｈａｏ２，ＨＥ Ｊｉａ－ｗｅｎ２

（１． Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００４０，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｗｕｈａｎ Ｈｕａｎｇｈｅｌｏｕ Ｆｌａｖｏｒｓ ＆ Ｆｒａｇｒａｎｃｅｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｗｕｈａｎ ４３００４０， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｎｅｗ ｎａｔｕｒａｌ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ｆｌａｖｏｒ， ｔｈｅ Ｍａｉｌｌａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｚｉｚｉｐｈｕｓ ｊｕｊｕｂａ Ｍｉｌｌ． ｅｘｔｒａｃｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｖｏｌａｔｉｌｅ ａｎｄ ｓｅｍｉ－ｖｏｌａｔｉｌｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＧＣ／ＭＳ； ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ ｃａｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｚ． ｊｕｊｕｂａ ｅｘｔｒａｃｔ ｔｏ ｐｒｏｌｉｎｅ， １００∶３； ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ８５℃； ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ４ ｈ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｕｎｒｅａｃｔｅｄ Ｚ． ｊｕｊｕｂａ ｅｘｔｒａｃｔ， ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｋｉｎｄｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ａｎｄ ｓｅｍｉ－ｖｏｌａｔｉｌｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｈｉｇｈｅｒ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｆｕｒａｎ， ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ ａｎｄ ｋｅｔｏｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ， ｐｙｒａｚｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｔｙｐｉｃａｌ Mａｉｌｌａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｄｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ Ｚ． ｊｕｊｕｂａ ｅｘｔｒａｃｔ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ａｒｏｍａ， ｓｍｏｋｅ ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ ａｎｄ ａｆｔｅｒ－ｔａｓｔｅ ｏｆ ｃｉｇａｒｅｔｔｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｚｉｚｉｐｈｕｓ ｊｕｊｕｂａ ｅｘｔｒａｃｔ； Mａｉｌｌａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ；ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ；ｃｉｇａｒｅｔｔｅ casing

梅拉德反應（Ｍａｉｌｌａｒｄ rｅａｃｔｉｏｎ）又稱為氨基－羰基反應或非酶棕色化反應，是氨基化合物和還原糖之間不用酶而發生的反應，該反應包括縮合、降解、裂解、聚合等一系列的反應，反應生成具有香味特征的羧酸類、酮類、吡喃、吡嗪、吡咯、吡啶等化合物［１］。煙草在調制、陳化、加工、保存及燃吸中常常發生此類反應，是煙草特征香味形成的重要反應之一，采用簡單的糖－氨進行反應制備煙用香料來改善煙草制品的品質方面的研究有許多文獻報道［２－８］，但反應產物存在香氣單一的問題。現代Ｍａｉｌｌａｒｄ反應開始傾向于利用天然提取物作為Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的糖源和氮源［９－１３］，這樣不但保證了原料的天然品質，同時可以提高提取物在卷煙加料中的作用效果。

紅棗（Ｚｉｚｉｐｈｕｓ ｊｕｊｕｂａ Ｍｉｌｌ．），又名大棗，為鼠李科植物棗的干燥成熟果實，性甘、溫，歸脾、胃經，具有補中益氣、養血安神的功效［１４］，是日常生活中最常見的果品之一。在煙用香料中，紅棗的酊劑或其提取物是較為常用的香料之一，應用于卷煙中具有增香的作用［１５，１６］。為得到更高品質的煙用香料，本文利用紅棗提取物中還原糖含量豐富的特點，將其作為Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的糖源，優化了反應條件，考察了反應物在卷煙中的效果。

１材料與方法

１．１材料

１．１．１紅棗紅棗購自武漢市藥材公司，產地為河南省新鄭市，經湖北中醫學院中藥鑒定教研室鑒定為鼠李科植物棗的干燥成熟果實。紅棗提取物為自主制備。

１．１．２試劑 無水乙醇（分析純，中國醫藥集團上海化學試劑公司）；丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、纈氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸及亮氨酸（生化試劑，中國醫藥集團上海化學試劑公司）；空白煙絲（武漢卷煙廠）。

１．１．３儀器６８９０／５９７３氣相色譜／質譜聯用儀，配有自動進樣器（美國Ａｇｉｌｅｎｔ公司）；ＢＰ２２１Ｓ型分析天平（德國Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ公司），感量為０．１ ｍｇ。

１．２方法

１．２．１紅棗提取物還原糖含量的測定參照文獻［１７］的方法進行測定。

１．２．２紅棗提取物的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應準確稱取一定質量的氨基酸和紅棗提取物，加入裝有溫度計、回流冷凝管、繼電器和接觸式溫度計的三口圓底燒瓶中，開動磁力攪拌器，準確控制反應溫度和反應時間。反應結束后，即得紅棗提取物的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應物。

１．２．３揮發性和半揮發性成分的ＧＣ／ＭＳ分析取紅棗提取物或其Ｍａｉｌｌａｒｄ反應物５０．０ｇ，加入３５０ ｍＬ飽和氯化鈉溶液，放入燒瓶中，按文獻［１８］方法進行同時蒸餾萃取。得到的萃取液濃縮至１ ｍＬ，進行ＧＣ／ＭＳ分析。分析條件為：色譜柱：ＤＢ－５ＭＳ （３０ｍ×０．２５ｍｍ ｉ．ｄ．×０．２５μｍ ｄ．ｆ．）毛細管柱；進樣口溫度：２５０℃；升溫程序：起始柱溫４０℃，保持１ ｍｉｎ，５℃／ｍｉｎ升溫至１５０℃，保持１ ｍｉｎ，１０℃／ｍｉｎ升溫至２５０℃，保持１５ ｍｉｎ；載氣：Ｈｅ，流速１．０ ｍＬ/ｍｉｎ；進樣量：１ μＬ，分流比５０∶１；質譜接口溫度：２５０℃；電離方式：ＥＩ；電離能量：７０ｅＶ；離子源溫度：２３０℃；質量掃描范圍：３０～５５０ ａｍｕ。采用Ｗｉｌｅｙ譜庫和ＮＩＳＴ０５譜庫檢索，人工解析質譜與標準譜庫結合進行定性，標準校正法定量。

１．２．４卷煙中的加料試驗取在溫度（２２±１）℃和相對濕度（６０±２）％下平衡４８ ｈ后的空白煙絲４０ ｇ若干份，分別稱取不同質量的紅棗提取物或其Ｍａｉｌｌａｒｄ反應物，并分別加入去離子水至１．６ ｇ，用喉頭噴霧器分別均勻噴灑于煙絲上，對照樣品噴灑相同質量的去離子水。然后將以上煙絲樣品放在溫度（２２±１）℃和相對濕度（６０±２）％的條件下平衡４８ｈ，用填煙器分別將各煙絲樣品制成煙支，挑選質量在（０．９１±０．０２）ｇ范圍內的煙支，再在溫度（２２±１）℃和相對濕度（６０±２）％下平衡，請湖北中煙工業有限責任公司評吸委員會評委按照國標規定的方法進行評吸［１９］。

２結果與分析

２．１紅棗提取物中還原糖含量的測定

還原糖是Ｍａｉｌｌａｒｄ反應最為重要的基本成分之一。不同批次紅棗提取物中的還原糖含量測定結果分別為５．５％、５．８％、５．７％，說明紅棗提取物中還原糖含量比較高，而且含量穩定，可以作為Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的有效糖源。

２．２反應條件的優化

２．２．１氨基酸種類及反應時間準確稱取丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、纈氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸及亮氨酸，加入紅棗提取物，紅棗提取物與氨基酸的質量比選為１００∶３，在８５℃反應２、４、６ ｈ，反應結束后，按０．１％的用量（相對于煙絲質量）加入到卷煙中進行評吸，評吸結果見表１。根據評吸結果初步選取丙氨酸反應４ ｈ、谷氨酸反應４ ｈ及脯氨酸反應４ ｈ，將這３個樣品再次評吸，均認為脯氨酸反應４ ｈ效果最好。因此，氨基酸選定為脯氨酸，反應時間為４ ｈ。

２．２．２物料比將紅棗提取物與脯氨酸按不同質量比例加入，在８５℃反應４ｈ，反應結束后，按０．１％的用量加入到卷煙中進行評吸，評吸結果見表２。從表２可以看出，紅棗提取物與脯氨酸的質量比選為１００∶３較為合適。

２．２．３反應溫度將紅棗提取物與脯氨酸按１００∶３的質量比加入，在９０、８５、８０℃ ３個不同溫度下反應４ ｈ，反應結束后，按０．１％的用量加入到卷煙中進行評吸，評吸結果見表３。從表３可以看出，反應溫度為８５℃時效果較好。按以上優化后的工藝條件進行３次驗證試驗，并進行感官評吸對比。評吸結果表明，不同批次的感官質量穩定，沒有明顯區別，說明該反應工藝穩定可行。

２．３揮發性和半揮發性成分分析

將經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物和未反應的紅棗提取物進行ＧＣ／ＭＳ分析，結果如圖１、圖２、表４所示。可見，經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物揮發性和半揮發性致香成分的種類和含量都明顯高于未反應的紅棗提取物，呋喃類、雜環類和酮類物質含量提高，而且出現了未反應的提取物中沒有的典型Ｍａｉｌｌａｒｄ反應產物——吡嗪類化合物。

將經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物和未反應的紅棗提取物進行感官對比評吸，結果見表５。由表５可見，經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物感官質量得到明顯改善，在保留紅棗提取物柔和煙氣優點的同時，口腔舒適干凈，同時增加了甜烤香，使煙香更為透發和綿長。加料量為０．０５％（相對于煙絲質量）時，香氣量略有增加，有甜烤果香；加料量增加到０．１０％（相對于煙絲質量）時，煙香透發，香氣量增加明顯；加料量繼續增加到０．１５％（相對于煙絲質量）時，則出現壓香，香氣諧調性變差，因此，其合適的用量范圍為０．１０％（相對于煙絲質量）左右。

３結論

紅棗提取物的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應的優化反應條件為：紅棗提取物與脯氨酸按照質量比１００∶３投料，８５℃條件下，充分攪拌，反應４ ｈ；成分分析結果表明，經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物揮發性和半揮發性致香成分的種類和含量都明顯高于未反應的紅棗提取物，呋喃類、雜環類和酮類物質含量提高，而且出現了未反應提取物中沒有的典型的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應產物吡嗪類化合物；經過Ｍａｉｌｌａｒｄ反應后的紅棗提取物感官質量得到明顯改善，在保留紅棗提取物柔和煙氣優點的同時，口腔舒適干凈，同時增加了甜烤香，使煙香更為透發和綿長。因此，紅棗提取物的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應產物是一種品質更好的煙用香料，在中式卷煙中具有良好的應用前景。

參考文獻：

［１］ 謝劍平．煙草香料技術原理與應用［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００９．１４０－１４２．

［２］ ＧＢ２１８８６７８３Ａ，Ｂｒｏｗｎ ＆ ｗｉｌｉａｍｓｏｎ ｔｏｂａｃｃｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｌａｖｏｒ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ［Ｓ］．

［３］ 周正紅，高孔榮．煙草中化學成分對卷煙色香味品質的影響及其研究進展［Ｊ］． 煙草科技，１９９７（２）：２２-25．

［４］ 劉立全，王月霞．梅拉德反應在煙草增香中的應用研究進展［Ｊ］．煙草科技，１９９４（６）：２１－２４．

［５］ 王家強，楊生平，楊偉祖．微波加速Ｍａｉｌｌａｒｄ反應實驗［Ｊ］．煙草科技，１９９５（１）：１８－１９．

［６］ 劉國珍，朱巍， 黃龍， 等． 谷氨酸和葡萄糖的Ｍａｉｌｌａｒｄ反應［Ｊ］．煙草科技，２００２（１０）：３０－３３．

［７］ 胡旺云，李方， 王樂， 等． 重要煙草反應物香料的開發與應用［Ｊ］． 煙草科技，１９９６（３）：６．

［８］ 方百孕，馮大炎．Ｍａｉｌｌａｒｄ反應與煙用香料的開發［Ｊ］．安徽師范大學學報，１９９７，20（３）：２５３－２５６．

［９］ 李雪梅，唐自文，周瑾．酶法水解明膠及合成棕色化產物的研究［Ｊ］．煙草科學研究，２００１（２）：５５－５８，６５．

［１０］ 王晶晶，唐紹宗．煙草改良劑及其制法和應用［Ｐ］．ＣＮ１１４２５３０Ａ，１９９７－０２－１２．

［１１］ 宋文東，周靖，邵艷秋，等． 淀粉水解糖與谷氨酸反應物的制備與分析［Ｊ］．石油化工高等學校學報，２００１，14（１）：４８－５１．

［１２］ 胡旺云，李萬珣，王樂，等．煙草反應物香料的開發與應用［Ｊ］．云南化工，１９９６（２）：６３－６４．

［１３］ 劉志華，繆明明，孫海林．一種反應性混合物香料的制備方法及在煙草中的應用［Ｐ］． ＣＮｌ５９４５２１Ａ，２００５－０３－１６．

［１４］ 國家藥典委員會．中華人民共和國藥典（一部）［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００５．１６．

［１５］ 張悠金，金聞博．煙用香料香精［Ｍ］．合肥：中國科學技術大學出版社，１９９６．２９－３０．

［１６］ 謝劍平．煙草香料技術原理與應用［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００９．６８．

［１７］ ＧＢ／Ｔ ５００９．７－２００３，食品中還原糖的測定［Ｓ］．

［１８］ 郭方遒，尤健，鐘科軍．固相微萃取和同時蒸餾萃取法提取香精中風味成分［Ｊ］．中南大學學報（自然科學版），２００５，36（5）：828-832．

［１９］ ＧＢ５６０６．４－２００５，卷煙感官技術要求［Ｓ］．