制絲在線添加復合生物酶對膨脹煙絲感官質量及適用性的影響

退廣俊 寧偉 徐赫男 黃利婷 戴光

摘要：為提高膨脹煙絲的感官質量，增加其在卷煙葉組配方中的使用比例，本研究以遼寧產膨脹煙絲模塊為研究對象，設計并篩選出最優復合酶制劑配方，通過制絲在線添加試驗，對加酶效果進行評價，并在人民大會堂（硬紅）葉組中進行應用。結果表明，加酶處理后，膨脹煙絲的木質氣、枯焦氣明顯下降;淀粉、蛋白質和煙堿含量下降;總糖、還原糖及致香物質成分含量增加;加酶后的膨脹煙絲在“硬紅”葉組配方中的摻兌比例由209%提高到了25%。在線添加生物酶可以顯著提升膨脹煙絲的感官質量和配伍性，提高其使用比例，降低生產成本。

關鍵詞：復合生物酶;膨脹煙絲;感官質量

膨脹煙絲作為卷煙葉組配方的重要原料之因其生產工藝原因，普遍存在著香氣量不足，香氣單調，木質、枯焦等雜氣明顯等感官質量缺陷叫嚴重制約了其在葉組配方中的使用比例。為了提高膨脹煙絲的感官品質，進一步提高其適用性，煙草企業通常采用改進膨脹工藝、添加香精香料、生物醇化等技術手段以提升其感官質量。利用生物酶提升煙葉感官質量的研究已有較多報道21，但目前的研究大都停留在實驗室探索階段，而其在卷煙生產中規模化運用的案例卻鮮有報道。其主要原因是生物酶的起效需要一定的作用時間，嗨活性的保持對溫度要求比較嚴格，酶的滅活需在高溫下進行。因而，找到生物酶在卷煙生產中合適的添加工藝節點，并與現有的生產工藝設備相適應，是實現生物醇化技術在卷煙生產中規模化應用的關鍵因素。

本研究以遼寧產膨脹煙絲模塊為試驗材料，針對其香氣單薄、木質氣重、刺激性大等感官質量缺陷，結合現有制絲工藝條件和參數，首先通過實驗室小試設計并篩選出最優復合酶制劑配方，再在制絲線進行在線添加試驗，并對在線加酶效果進行評價，旨在探索制絲線加酶工藝對提升膨脹煙絲感官品質方面的作用，以提高膨脹煙絲的添加比例，降本增效;同時為生物酶在制絲線上的規模化應用提供科學、客觀的工藝參數和使用方法。

1材料與方法

1.1供試材料

供試用2019年遼寧膨脹煙絲模塊和人民大會堂（硬紅）葉組模塊由紅塔遼寧煙草有限責任公司提供;復合生物酶由康贊（北京）生物科技有限公司提供。

1.2研究時間與地點

試驗于2020年5月在紅塔遼寧煙草有限責任公司營口卷煙廠進行。

1.3儀器與設備

德國Binder恒溫恒濕箱;AB202-S型電子分析天平（德國Mettler Toledo公司）;同時蒸餾萃取裝置（上海楚柏實驗室設備有限公司）;EYELAN-1300DW旋轉蒸發儀（上海艾朗科技有限公司）;68905973N氣相色譜質諧聯用儀（美國Agilent公司）

1.4試驗方法

1.4.1復合生物酶配方的設計通過對供試葉組化學成分檢測及感官評價結果，剖析原料的感官質量缺陷;根據單酶的作用機理及特點，將單酶進行優化組合，定向設計復合酶制劑初選配方;根據實驗室小試樣品化學成分分析及感官評價結果，篩選出復合酶制劑最優配方。

1.4.2實驗室煙絲加酶醇化試驗將稀釋后的復合酶制劑按照煙絲質量的10%均勻噴施于葉組煙絲表面，對照樣噴施煙絲質量109%的蒸餾水，混合均勻后分別放入自封袋中。將封存后的樣品放入恒溫恒濕箱中發酵醇化（溫度50℃，相對濕度709%624h后取出，在100℃條件下烘干滅活，備用。

1.4.3復合生物酶制絲線添加試驗以4000kg為投料單元，在加料工序利用加料口將優選配方的復合酶制劑與料液混合后一同噴施到煙葉表面，調節加水量，使葉片含水率達到219%0～23%;通過貯葉工序對煙葉進行醇化;薄板烘絲工序將酶滅活。具體工藝流程和參數如圖1所示。

1.4.4加酶膨脹煙絲在人民大會堂（硬紅）葉組配方中的配伍性試驗將用優選配方醇化后的膨脹煙絲按照外摻20%、22%、24%、25%、26%的比例摻兌到人民大會堂（硬紅）葉組配方中，（即原絲100g，膨脹梗絲16g，分別摻兌20、22、24、25、26g用復合酶制劑醇化后的膨脹煙絲），將摻兌后的煙絲卷制成煙支樣品并平衡后進行感官評價，并與原配方（原絲100g，膨脹梗絲16g，未經生物酶醇化的膨脹煙絲20g）進行比較。

1.4.5常規化學成分分析總糖及還原糖含量按YCT159-2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續流動法》測定;煙堿含量按YCT468-2013《煙草及煙草制品總植物堿的測定連續流動法》測定;氯含量按YCT162-2011《煙草及煙草制品氯的測定連續流動法》測定;鉀含量按YC/T2172007《煙草及煙草制品鉀的測定連續流動法》測定;蛋白質含量按YC/T166-200《煙草及煙草制品總蛋白質含量的測定》法測定;淀粉含量按YC/T216-2007《煙草及煙草制品淀粉含量的測定連續流動法》測定。每個樣品平行測試3次。

1.4.6感官評價將樣品在恒溫恒濕條件下溫度（22+1）℃，濕度（602）平衡48h后，經由10人組成的專業評吸小組，按YCT138-1998《煙草及煙草制品感官評價方法》分別從香氣特性、煙氣特性、口感特性等方面進行感官評價。評吸人員分別打分，取平均值作為最后得分1.4.7致香物質含量的GCMS分析將樣品進行同時蒸餾萃取，然后進行GCMS分析。GCMS分析條件：色譜柱，HP-SMS石英毛細管柱（60mx0.25mmi.d.×0.25umdf）;分流比10：1;進樣量1uL;程序升溫，初始溫度50℃，保持3min;以8℃/min的速率升溫至150℃，保持1min;以3℃C/min的速率升溫至235℃，保持1min;以5℃/min的速率升溫至280℃，保持5min;載氣，氨氣;載氣流速1.0mL/min;傳輸線溫度280℃進樣口溫度280℃;溶劑延遲退Smin;電離方式EI;離子化能70eV;離子源溫度230℃;四極桿溫度150℃;掃描方式，Scan模式;掃描范圍33～550amu131;采用NIST譜庫進行數據分析。

1.4.8數據處理試驗數據采用Graphpad Prism8.0和Excel2016軟件進行統計分析和作圖。結果2.1復合酶制劑配方的設計和優選2.1.1復合酶制劑初選配方的設計由表1、2可知，遼產膨脹煙絲存在的主要的感官質量缺陷是香氣單薄，木質、枯焦等雜氣明顯，刺激性大。因此，確定復合酶的處理方向主要是適當增加樣品總糖及還原糖含量，以提高口感，同時降低樣品煙堿含量;通過降低總蛋白和淀粉含量，減少卷煙在吸食過程中的雜氣，降低刺激性。按照葉組處理方向和各單體酶的催化作用特點，設計4個復合酶制劑配方：KZ-1、KZ-2、KZ-3、KZ-4（表3）。

2.1.2復合酶制劑優選配方的確定由表4可以看出，配方KZ-3得分最高，相比對照樣，木質氣、枯焦氣、刺激性下降明顯，香氣質和香氣量有所提升，煙氣更加細膩柔和，余味更加干凈，膨脹煙絲整體感官質量改善明顯，暫定KZ-3為優選配方，對暫定優選配方處理樣品進行化學成分檢測，以確定其是否為最終優選配方。從表5可以看出，膨脹煙絲經配方KZ-3醇化處理后，對品質不利的淀粉、蛋白質的含量分別下降了6.47%和9.31%，煙堿含量下降了9.52%，而總糖和還原糖含量分別提高了5.59%和7.51%，化學成分分析結果與感官評吸結果相互佐證，因此確定配方KZ-3為最終優選配方。

2.1.3優選配方最佳添加比例由表6可以看出，當復合酶制劑優選配方KZ-3添加比例為2%時，感官評吸得分最高，膨脹煙絲品質改善效果明顯。復合酶制劑添加比例超過2%時，會使煙氣濃度下降煙氣平淡;添加比例超過5%時，刺激性增大，余味變差，因此，最終確定復合酶制劑添加比例為2%。優選配方在線中試試驗結果。

2.2.1中試樣品化學成分分析按1.4.3中圖1的流程及工藝參數，在線施加生物酶制劑優選配方KZ-3。中試生產結束后，對中試樣品進行化學成分分析（表7）。從表7看出，在線中試樣品的淀粉、蛋白質含量分別下降了6.69%和9.48%，煙堿含量下降了8.75%，而總糖和還原糖含量分別提高了5.63%6和6.27%，在線中試試驗結果與實驗室小試結果基本一致。

2.2.2中試樣品感官評價結果表8的感官評價結果表明，中試加酶樣品感官評分高于對照樣2.8分，主要在透發、刺激、雜氣和余味方面得分較高，對照化學檢測結果可以看出，這與實驗去除淀粉蛋白質等大分子物質，降低刺激性、減輕雜氣、余味干凈的預期相符。

2.2.3中試樣品致香成分分析由表9可知，加嗨組中的美拉德反應產物顯著增加，苯丙氨酸類、精油類、酮類、烯烴類的含量均高于對照組煙葉，致香物質總量增加了18.49%。美拉德反應產物如糠醛、5-甲基糠醛等可使煙氣飄逸，并增加甜香;苯丙氨酸的代謝轉化產物如苯甲醇、苯乙醇是花樣香氣的主體;酮類物質如茄酮、巨豆三烯酮、β-大馬酮等具有使煙氣豐滿、醇和、細膩的作用，同時賦予煙氣清甜香和成熟煙草特征香;烯烴類物質如新植二烯可增加煙葉吃味和辛香氣。加酶組煙葉中致香物質含量普遍增加，原因是大分子物質在復合酶的作用下被分解，導致致香物質前體的轉化和積累。

2.3加酶樣品在人民大會堂（硬紅）葉組配方中的應用

由表10看出，在“硬紅”葉組配方中，用加酶膨脹煙絲以相同的摻兌比例（20%）替代未處理膨脹煙絲時，改善效果明顯，感官評吸總分提高2.5分。為降低成本，當膨脹煙絲摻兌比例由原配方的20%提高到25%時，葉組的感官質量與原配方基本一致，當摻兌比例超過26%以后，刺激性增大。綜合考慮改善效果與經濟成本以及工藝可實現度等因素，膨脹煙絲摻兌比例以25%為宜。

3討論

本研究首先通過對遼產膨脹煙絲感官質量評價和化學成分分析，確定其優化方向。由于感官質量是卷煙產品質量的核心指標，所以在生物酶提質工藝的設計和優化中，將感官質量評價作為首要評判依據，同時以化學成分檢測結果為佐證，客觀驗證生物酶在提升膨脹煙絲感官質量方面的作用。將感官評吸篩選出的最優配方作用于膨脹煙絲后，對感官品質不利的淀粉、蛋白質等大分子物質含量下降，而總糖和還原糖的含量提高，致香物質含量普遍提高，化學成分分析結果與感官評吸結果相互佐證，與試驗的預期相符。隨著膨脹煙絲感官質量的提升，其在葉組配方中的使用比例也可以相應增加降低了卷煙原料的綜合成本。

本研究重點關注復合酶提質工藝工業化應用的前期探索。首先，復合酶配方優化的實驗室小試工藝參數是依據工業生產中制絲線的工藝條件所確定，力求最大化模擬在線醇化效果;其次，在優選配方確定后，采用標準膨脹煙絲生產工藝在生產線上進行工業化驗證。工業驗證試驗中，酶制劑添加、起效、滅活的作用條件與現有膨脹煙絲生產工藝完全貼合。酶的添加選擇在加料工序，將復合酶制劑與料液混合后通過加料口噴施到煙葉表面，無需額外增加處理設備;料液溫度55-60℃，此溫度是酶的最佳作用溫度范圍，保證了酶的活性作用效果;貯葉工序中環境濕度為60%左右，貯葉時間46h，給酶提供了適宜的作用濕度和充分的醇化時間;薄板烘絲工序140℃的高溫，可以使酶徹底滅活。最后，工業化驗證試驗與實驗室小試的效果也基本致。因此，本研究初步證明了復合酶提質技術在現行卷煙工業化生產過程中的可應用性，為其在卷煙生產中的規模化應用奠定了基礎。本文強調了復合酶提質技術可以直接應用于現行標準的卷煙生產工藝，但現有的工藝參數如加料溫度、貯葉溫濕度、貯葉時間等并不一定是生物酶作用的最佳條件。如何在現行行業標準的范圍內保證復合酶提質效果的最大化將是下一步復合酶提質工業化應用研究的重大課題。

4結論

本研究在感官評價和化學成分分析的基礎上，設計了提高遼產膨脹煙絲感官質量的復合酶制劑配方，并采用標準膨脹煙絲生產工藝在制絲線進行了工業化驗證，試驗結果與預期相符。膨脹煙絲在制絲線添加復合酶制劑后，感官質量明顯提升，配伍性增強，證明了復合酶提質技術在現行卷煙工業化生產過程中的可應用性。在線添加生物酶能夠從根本上改善膨脹煙絲的品質等級，增加其在葉組配方中的使用比例，降低卷煙原料的綜合成本，是提高卷煙產品質量有效且經濟的技術手段。

參考文獻

[1]馬舒翼，趙同林，董世良，等，一種用于膨脹煙絲的加料香精CN103305342A[P].2013-09-18

[2]沙云非，董惠忠，張耀，等.降解上部煙葉大分子物質的復合酶配制與條件優化中國煙草科學，2018，39（3）：80-88，97

[3]李小斌，呂志峰，王科杰，等，加酶技術提高煙葉感官質量的研究[J].中國煙草科學，2007，28（6）：9-12.

[4]朱曉蘭，劉百戰，王維妙，等.利用生物酶降解煙草果膠的研究.湖南農業大學學報（自然科學版），2015，41（3）：257-262

[5]王繼蓮連，李明源，馬水凱，等.細菌酶制劑對煙葉中蛋白質的降解作用研究[J].農業生物技術學報，2014，22（4）：486-494

[6]任曉紅，陳剛，馬海燕，等.烤煙細胞壁物質對煙葉質量影響研究.中國農學通報，2010，26（4）：113-115

[7]GEORGIEV Y OGNYANOV M YANAKIEVA I et al. Isolationcharacterization and modification of citrus pectins [J].Bio Science Biotechnology， 2012， 1（3）： 223-233

[8]李國棟，馬海燕，于建軍，等.纖維素酶降解煙葉中纖維素的作用效果.中國農學通報，2008，24（12）：256-259

[9]王革，鄧斌，王笛，等.蛋白酶處理降低煙葉蛋白質研究[J].煙草科學研究，2000（3）：5457

[10]姚光明，閻克玉.烤煙中殘留淀粉的酶降解研究叮鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2000（3）：25-27

[11]申玉軍，鄧國棟，陳良元，等一種煙草感官評價分析方法的建立及應用，煙草科技，2011（5）：15-18

[12]]李炎強，洗可法.同時蒸餾萃取法與水蒸氣蒸餾法分離分析煙草揮發性、半揮發性中性成分的比較.煙草科技，2000（2）：18-21

[13]蘇國歲.色質譜選擇離子模式分析煙絲中的香味物質[J].煙草科技，2003（10）：26-30

[14]汪正范，楊樹民，吳侔天，等.色譜聯用技術[M].北京：化學工業出版社，2001：65-66.

[15]唐綱嶺，劉惠民，李榮，等.固相微萃取氣相色譜質譜法定性定量分析煙葉中香味物質的研究[J].中國煙草學報，2002（3）：1-10

[16]李紅武，張強，孫力，等微波膨脹對煙梗致香物質的影響分析[J].中國農學通報，2013，29（24）：207-211