響應面法優化大棗復合香料的提取及其在卷煙中的應用

張曉旭　連培康　顧程程　郭磊　羅娟敏　徐達　張瑋韜　蘇加坤　蔡繼寶

摘要 以大棗為主要原料，輔以枸杞和蘋果干進行復配，采用果膠酶酶解的方法制作大棗復合煙用香料。以酶添加量、酶解溫度、酶解時間為考察因素，在單因素試驗的基礎上，以出汁率為考察對象，采用Box-Behnken 中心組合設計結合響應面優化分析法優化大棗復合香料的提取工藝，并對制備香料進行了卷煙加香試驗。大棗復合香料的最優提取工藝：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6? ℃，酶解時間1.8 h，在此條件下復合提取物出汁率達到81.03%。大棗復合香料在卷煙中的應用結果表明，大棗復合香料具有增甜增潤作用，能夠有效降低口腔刺激性，減輕雜氣，改善余味，在“金圣”煙絲中的最佳添加量為0.3%。

關鍵詞 大棗;酶解;響應面優化;卷煙;加香試驗

中圖分類號 TS41文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0186-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.17.053

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Abstract Jujube was used as main raw material to mix with lycium barbarum and dried apple and prepare jujube compound spice for tobacco by using pectinase enzymatic hydrolysis method method.On the basis of single factor test，? the addition amount of enzyme， the temperature of enzymatic hydrolysis and the time of enzymatic hydrolysis were taken as research factors， the extraction rate of juice was taken as research object， the BoxBehnken center combination design and response surface optimization method were used to optimize the extraction process of jujube compound spice， and incenseadding experiment of cigarette was conducted on the prepared spice.The optimal extraction technology of jujube compound spice were as follows：enzyme adding amount of 25.1 mg/L， enzymolysis temperature of 35.6? ℃， enzymolysis time of 1.8 h.Under these extraction conditions， the juice yield of compound extract reached 81.03%.The application of jujube compound spice in the cigarette showed that jujube compound spice could enhance sweetness and moistening， and effectively reduce the irritation of mouth and offensive taste， and improve the aftertaste.And its optimum addition amount was 0.3% in Jinsheng cigarette brand.

Key words Jujube;Enzymolysis;Response surface optimization;Cigarette;Incenseadding experiment

大棗為我國特產，在我國己有4 000多年的栽培史[1]，是集藥、食、補三項功能于一體的保健食品[2]。大棗中含有多種不可溶性纖維、可溶性纖維、碳水化合物、還原糖、多糖、蛋白質、脂質和水分等，且礦物質元素豐富[3-4]。此外，大棗還富含許多生物活性成分，如有機酸、香豆素類衍生物、三萜類物質、大棗多糖、兒茶酚、黃酮類、腺苷類、皂苷類、生物堿、甾醇、鞣質等[2，5-7]。

目前，大棗在食品、保健品、化妝品、煙草等行業都具有廣泛的應用。在食品行業中，大棗多用于制備復合型保健飲料[8-11]。關于大棗多糖的研究也有較多報道[12-14]。在煙草行業，大棗浸膏芳香成分對卷煙有醇和煙氣、降低煙氣粗糙感、改善口感的作用[15]，是煙草加料工藝中一種傳統的煙用添加劑，由于其具有與煙香協調，能改善卷煙的吸味及香氣品質的作用，在國內各卷煙企業均有普遍應用，但大多數研究都集中在單體香料提取上[15-17]，而關于復合酶解提取大棗煙用香料則鮮有報道。酶解技術可以提高香料提取率，多種天然植物與大棗進行復配可豐富香韻，加入卷煙中增加煙香。筆者以大棗為主要原料，以枸杞和蘋果干為輔料進行復配，再利用酶解技術進行提取和響應面工藝優化，并進行卷煙加香研究，以期提高大棗的綜合開發與利用價值，提高卷煙品質。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料。蘋果干，購自江蘇中蔬農業有限公司;大棗購自溫縣鼎鑫商貿有限公司;枸杞，購自安徽匯中州中藥飲片有限公司;果膠酶，購自諾維信酶制劑公司，型號KT513on，酶活力為5 000 U/mg。

1.1.2 儀器。

打漿機，購自曲阜匯富機械有限公司;APV-1000型均質機，購自北京同和友德科技有限公司;BLXK-JA3003B型電子天平，購自上海精科實業有限公司;JW-2021HR高速冷凍離心機，購自上海趙迪生物科技有限公司;MNMJ-54A高壓蒸汽滅菌鍋，為北京中西遠大科技有限公司產品;DZF-6030A真空干燥箱，購自天津通凈儀器設備有限公司;烘箱、恒溫恒濕箱均為Binder公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 大棗復合物提取工藝流程。

大棗、枸杞、蘋果干（復合物配比為4∶3∶3）→挑選→清洗→預煮軟化→加1.5倍的無菌水打漿→護色→過濾→酶解→離心→過濾→均質→大棗復合提取物。

1.2.2 出汁率測定。將酶解后的紅棗復合物3 500 r/min離心25 min，取上清液，過濾得到澄清汁，按以下公式計算出汁率：出汁率=澄清汁/原漿質量×100%。

1.2.3 單因素試驗。

1.2.3.1 酶添加量。設定酶解時間為2.0 h，酶解溫度為25 ℃，分別在酶添加量為5、10、15、20、25、30、35、40 mg/L下，進行大棗復合物酶解制備試驗。

1.2.3.2 酶解溫度。設定酶添加量為25 mg/L，酶解時間為2.0 h，分別在酶解溫度為25、30、35、40、45、50、55、60? ℃下，進行大棗復合物酶解制備試驗。

1.2.3.3 酶解時間。設定酶添加量為25 mg/L，酶解溫度為40? ℃，分別在酶解時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h下，進行大棗復合物酶解制備試驗。

1.2.4 響應面試驗。在單因素試驗結果的基礎上，選取酶添加量為20、25、30 mg/L，酶解溫度為35、40、45? ℃，酶解時間為1.5、2.0、2.5 h，采用響應面分析法優化大棗復合香料制備條件。響應面試驗因素與水平見表1。

1.2.5 加香與評吸。將大棗復合香料用蒸餾水稀釋后，使用噴霧器均勻噴灑在“金圣”某款卷煙煙絲上，按照卷煙正常生產流程卷制成成品煙，再在（22±2） ℃、相對濕度（60±5）%條件下平衡48 h后，由一個7人評吸小組參照鄭州煙草研究院單體/香精作用評價標準進行感官評吸[18]，然后計算總分求平均值，以感官評吸分數為指標，考察大棗復合香料在卷煙中的應用。對照組為添加等量蒸餾水的卷煙。

2 結果與分析

2.1 大棗復合香料提取的單因素試驗

2.1.1 酶添加量。從圖1可以看出，隨著酶添加量的增加，復合提取物出汁率不斷增大，當酶添加量為25 mg/L時，出汁率較高，當酶添加量大于25 mg/L時出汁率變化趨于平緩。當使用果膠酶的濃度不同時，對大棗復合提取物出汁率的影響也不同。一般而言，隨著果膠酶的使用濃度提高，果膠酶酶解提取物的細胞壁，有效破壞了細胞組織，提高了出汁率，但當酶添加量達到一定數值后，出汁率的增加不再明顯，但因使用果膠酶而增加的成本支出卻明顯變多。同時，果膠酶本身屬于蛋白質，同時果膠本身具有懸浮顆粒的能力，若添加過量會引起酶解提取物渾濁。因此，從經濟綜合成本和提取物品質的角度考慮，酶添加量為25 mg/L左右比較適宜。

2.1.2 酶解溫度。從圖2可以看出，隨著酶解溫度的升高，出汁率呈先增后減的變化趨勢。當酶解溫度為40 ℃時，大棗復合提取物出汁率較高。這可能是因為溫度對果膠酶活性具有雙重作用，低溫時抑制酶活性，高溫時易使酶失活。當溫度低于40 ℃時，果膠酶活力尚未達到最高值，大分子果膠水解程度不夠。果膠酶本質為蛋白質，當溫度超過40 ℃后，蛋白質發生變性，導致酶解速度減小。同時，長時間高溫可能導致酶促褐變現象嚴重，對成品品質不利，因此酶解溫度為40 ℃左右比較適宜。

2.1.3 酶解時間。從圖3可以看出，隨著酶解時間的延長，出汁率先增加而后趨于穩定。當酶解時間為2.0 h時，復合物出汁率較高。這主要是因為果膠分子比較大，當酶解時間少于2.0 h時酶解還不夠充分，未能切斷成小分子果膠;當酶解時間為2.0 h時，大棗復合物酶解適度;當酶解時間超過2.0 h時，大棗復合物中的果膠和纖維素均被充分水解，這可能會增加可溶性固形物含量，但會造成大棗復合物的黏度和濁度下降。因此，酶解時間為2.0 h左右比較適宜。

2.2 響應面法對大棗復合香料提取條件的優化

2.2.1 響應面法優化設計結果。單因素試驗結果表明，酶添加量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）對大棗復合香料的提取有較大影響，因此選取這4個因素為考察對象，以復合提取物的出汁率為響應值，進行響應面試驗，結果見表2。

2.2.2 數學模型的建立及顯著性分析。應用Design-expert軟件對試驗數據進行多元回歸擬合，得到大棗復合提取物出汁率（Y）的二次回歸擬合方程：Y=80.69+2.44A-1.54B-0.58C+2.63AB-5.37AC+3.20BC -6.12A 2 - 2.38B 2-3.64C 2（其中，A為酶添加量，B為酶解溫度、C為酶解時間）。方差分析結果表明，大棗復合物酶解制備模型的F=1.524×10 6，P<0.000 1，表明試驗所采取的二次模型是顯著的。失擬項的P值為0.070 5，這表明大棗復合物酶解制備的模型與實際情況的擬合程度較好，因此可采用此模型來預測大棗復合提取物的制備條件。對大棗復合提取物的制備條件進行分析，結果發現酶添加量、酶解溫度和酶解時間均為顯著因素。

2.2.3 響應面分析。方差分析結果顯示，AB的交互作用、AC的交互作用、BC的交互作用均達到顯著水平，響應面圖見圖4～6。根據大棗復合提取物制備試驗結果和回歸方程各項的方差分析，由響應面分析法優化得到大棗復合提取物制備的最佳條件如下：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時間1.8 h，在此條件下出汁率達到81.03%。

2.2.4 驗證試驗。為驗證上述響應面分析法優化得到的大棗復合提取物制備最佳條件的可靠性，根據響應面優化條件驗證試驗設計（表3）進行驗證試驗。從表4可以看出，大棗復合提取物的出汁率最高，因此大棗復合提取物酶解制備的最佳條件為酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時間1.8 h，出汁率達到81.03%。

2.3 卷煙加香評吸

對使用最優制備工藝得到的大棗復合香料進行加香試驗，結果如表4所示。從表4可以看出，與空白樣相比，大棗復合酶解提取物與卷煙煙草本香協調，增加卷煙甜潤感，并可有效減少口腔刺激，減輕雜氣，改善吸食卷煙時口腔的舒適感。當提取香料在煙絲中的添加量為0.3%時，香氣細膩清雅，余味干凈，口感舒適，且雜氣和刺激性最小;當提取香料在煙絲中的添加量增至0.5%時，增加焦糖氣，雜氣和刺激性增大，因此大棗復合提取物的最佳添加量為0.3%。

3 結論

在煙用天然產物的提取過程中，由于提取物中含有較多的纖維素、果膠、半纖維素、色素等，在長期儲藏過程中容易發生混濁，甚至發生沉淀，從而造成提取物性質不穩定，品質下降[19]。若使用酶解技術進行酶解，不僅可以提高出汁率，而且可以去除大部分易形成沉淀的成分，保持提取物在較長時間內的澄清狀態，從而保持長期的穩定性[20]。

該研究以大棗為主要原料，用枸杞和蘋果干進行復配，借助酶解技術提取大棗復合提取物，通過響應面優化提取工藝，并對提取物進行卷煙加香試驗。結果表明，大棗復合香料的最佳提取條件：酶添加量25.1 mg/L，酶解溫度35.6 ℃，酶解時間1.8 h，在此條件下復合提取物出汁率達到81.03%。按照響應面設計最佳提取條件，進行重復驗證試驗，實際得率為81.03%，與預測值相符。此外，卷煙加香試驗表明，制得大棗復合酶解提取物作為一種煙用香料，具有增甜增潤作用，能有效減小口腔刺激性，減輕雜氣，改善余味，在“金圣”煙絲中的最佳添加量為0.3%。該制備方法工藝簡單，設備要求低，在中式卷煙的開發與應用中具有良好的應用前景，為煙用香料的開發提供了新的思路。

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