茶葉美拉德反應物的制備及其在卷煙增香中的作用

摘要：以綠茶、紅茶浸提物為原料進行美拉德反應，制備具有烘烤香、焦甜香的香料用于卷煙增香。對原料品質進行分析并通過正交試驗篩選最優美拉德反應條件，結果表明，綠茶浸提物的氨基酸、咖啡堿、茶多酚、兒茶素含量顯著高于紅茶浸提物，更適宜作為底料進行美拉德反應；綠茶浸提物的最適美拉德反應條件為茶水比1∶10，pH為8，反應溫度100 ℃，反應時間2 h，此條件下制得的反應物可明顯降低卷煙刺激性并增加其烘烤香、焦香；紅茶浸提物的最適美拉德反應條件為茶水比1∶10，pH為7，反應溫度90 ℃，反應時間1 h，此條件下制得的反應物可賦予卷煙焦甜香與烘烤香，并使其口感柔和。茶葉美拉德反應物可顯著提升卷煙的感官品質，本研究可為卷煙美拉德風味香料配方的優化提供借鑒。

關鍵詞：茶葉浸提物；品質成分；美拉德反應；卷煙加香

中圖分類號：TS272；TS426 文獻標識碼：A 文章編號：1000－3150（2024）09-60-8

Quality Component Analysis of Tea Extract and Application in

Cigarette Flavoring after Maillard Reaction

WANG Qian1， LI Jun2， WANG Yijing1， HAN Songyan1， LIU Zhiguang2， CHEN Shuaiwei2， DU Wenjie2，

ZHANG Xinfu1， QU Fengfeng1*， YU Guofeng2*

1. College of Horticulture， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266000， China;

2. Technology Center， China Tobacco Shandong Industrial Co.， Ltd.， Ji'nan 250014， China

Abstract： This study used tea extracts as raw materials to carry out the Maillard reaction with the aim of producing a flavoring agent with roasted and caramelized aromas to enhance the flavor of cigarettes. By analyzing the quality of the raw materials and conducting orthogonal experiments to select the optimal reaction conditions， the results show that： The contents of amino acids， caffeine， tea polyphenols， and catechins in green tea extract were significantly higher than those in black tea extract， making it more suitable as a base material for the Maillard reaction. The optimal condition for the Maillard reaction of green tea extract was a tea to water ratio of 1∶10， pH 8， reaction temperature of 100 ℃， and reaction time of 2 hours， which reduced the harshness of cigarettes while enhancing their roasted and caramelized sensory qualities. The optimal condition for the Maillard reaction of black tea extract was a tea to water ratio of 1∶10， pH 7， reaction temperature of 90 °C， and reaction time of 1 hour， which imparted a caramelized and roasted aroma to cigarettes， softened the taste during smoking. The Maillard reaction products of tea extracts significantly improved the overall quality of the cigarettes. The reaction model established in this study was expected to provide valuable insights for optimizing flavor formulations with Maillard aromas.

Keywords： tea extract， quality component， Maillard reaction， cigarette flavoring

茶作為世界上最受歡迎的飲料之一，具有茶多酚、兒茶素、氨基酸、茶多糖等多種活性成分。研究表明，這些活性成分不僅具有抗氧化、消炎、降血脂等多種保健功效，還對抗煙毒、降低卷煙雜氣、豐富卷煙香氣有重要作用[1-4]。

市面上現有的“茶甜香”型卷煙產品在香韻感官上缺乏茶的自然感與豐富性，這可能是由于生產企業過于重視產品的風格香韻，而忽略了頭香與體香、基香的協調性。研究發現，美拉德反應產物中含有大量焦甜香和烘烤香的香氣成分，添加到卷煙中能夠增補煙香，減輕雜氣和刺激性，增強煙氣的細膩性和醇和性，使香氣更加豐滿、協調[5]。然而以茶葉浸提物制備的美拉德反應物來設計“茶甜香”型卷煙的研究當前還未見報道。本研究以綠茶、紅茶浸提物為原料，對其美拉德反應條件進行優化，并以其美拉德反應物為香料制備“茶甜香”型卷煙產品，對于卷煙產品的品類創新具有重要價值，同時也可為美拉德風味香料配方的優化提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

酶標儀（HBS-1101）、超高效液相色譜儀（Waters）、香精香料注射儀（HRH-386K）、真空旋轉蒸發儀（KileRE-52AA）。

甲醇、乙腈、乙酸，均為色譜純；乙酸乙酯、福林酚、茚三酮、蒽酮、無水乙醇，均為分析純。烘焙堿、檸檬酸，均為食品級。

卷煙樣品由山東中煙工業有限責任公司提供；綠茶、紅茶由浙江茗皇天然食品開發股份有限公司提供。

1.2 試驗方法與條件

1.2.1 茶葉浸提物制備方法

分別將綠茶、紅茶各50 g樣品磨碎，用1 L煮沸的純凈水提取7 min后進行抽濾，收集濾液。按照上述操作對殘渣進行二次提取，合并濾液。使用真空旋轉蒸發儀將濾液在55 °C下減壓濃縮，凍干備用[6]。

1.2.2 品質成分測定

水浸出物含量測定參照國標《茶 水浸出物測定》（GB/T 8305—2013）[7]，茶多酚和兒茶素含量測定參照國標《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》（GB/T 8313—2018）[8]，游離氨基酸含量測定參照國標《茶 游離氨基酸總量的測定》（GB/T 8314—2013）[9]，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，茶多糖含量測定參考傅博強等[10]的方法并稍加修改，咖啡堿含量測定參考曹永[11]的方法并稍加修改。

1.2.3 美拉德反應體系優化

美拉德反應是一個復雜的化學反應，其反應程度、反應產物主要受反應物濃度、反應溫度、反應時間及pH的影響[12]，較試驗參數設計參考渠一聰等[13]的方法，具體試驗因素水平如表1所示。美拉德反應過程為：取3.0 g浸提物粉末于坩堝中，按照一定的茶水比例溶于80 ℃熱水中，將烘焙堿按照1∶10的比例配置成工作液，用于調節茶湯pH。將茶湯放置于烘箱中，反應一段時間，熱反應結束后將茶湯冷卻至室溫后備用。

1.2.4 茶樣嗅香審評

參考曹永[11]的方法并稍加修改，采用標準嗅香紙浸入樣品約1 cm深，置于距離鼻腔2.5 cm處2～3 s，吸氣評香。感官審評根據《茶葉感官審評方法》（GB/T 23776—2018）進行，由5位審評員（3男2女，均具有審評資質）組成審評小組，進行雙盲審評。

1.2.5 卷煙加香評吸

采用煙用香精香料注射儀對每支卷煙注射5 μL香料，在恒溫恒濕箱[（22 ± 1） ℃，（60 ± 2）%]中平衡48 h，由卷煙感官評價專家小組進行評吸。感官評價專家小組成員為7位具備相應評吸資格的專家組成，評分結果為去掉最高分與最低分后5個評分的平均值。本試驗對卷煙嗅香及卷煙抽吸兩個方面進行評價[11，14]。

1.2.6 極差分析

極差分析是一種直觀式的分析方法，通過計算每因子試驗數據的極差（R）來判斷因素的優劣情況。公式如下：

K =Y1+Y2+…+Yx

Kavg = K/x

R = Kmax－Kmin

式中，Y表示每因子每水平時的試驗數據；K表示每因子每水平時的試驗數據總值；x表示每因子時的水平數量；Kavg表示每因子每水平時試驗數據均值；Kmax表示每因子每水平時試驗數據均值的最大值；Kmin表示每因子每水平時試驗數據均值的最小值。

1.3 數據分析

所有試驗至少重復分析3次，試驗結果的相對標準偏差小于15%。采用SPSS 21.0軟件與Excel進行正交試驗設計及數據分析，采用Prism 8.0軟件進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 茶葉浸提物品質成分分析

茶葉品質成分對美拉德反應程度及添加后所制得卷煙香氣具有重要影響。本研究對綠茶浸提物和紅茶浸提物的品質成分進行分析，結果如圖1所示。

氨基酸和還原糖不僅是茶葉滋味品質形成的重要來源，也是美拉德反應的直接底物，直接影響美拉德反應程度[15]。綠茶浸提物的氨基酸含量（8.46%）顯著高于紅茶提取物（2.90%），但綠茶浸提物茶多糖和可溶性糖含量僅有1.38%、2.47%，顯著低于紅茶浸提物的2.76%、4.62%。

咖啡堿是茶葉生物堿的主體成分，也是茶湯滋味的重要組分[16]。有研究表明，咖啡堿含量在3.8%～4.5%時存在逆轉閾值，即當咖啡堿含量低于此范圍，咖啡堿與茶多酚、氨基酸的絡合物起主要作用，且隨著咖啡堿含量的升高，品質便越好，但一旦超出這個逆轉閾值，茶湯的苦澀味加重，品質下降[17]。此外，咖啡堿能夠在一定程度上緩解煙堿等中毒和麻痹現象，可作為添加劑應用在飲料和香煙產品中[11，18]。綠茶浸提物中咖啡堿含量（3.99%）顯著高于紅茶浸提物（2.90%），此結果一方面表明綠茶浸提物和紅茶浸提物的咖啡堿含量大概率低于其逆轉閾值，不會對茶湯品質產生負面影響；另一方面表明，利用茶葉浸提物作為反應原料制備香料用于卷煙增香可能會減輕香煙中煙堿對人體的負面影響。

茶多酚是一種稠環芳香烴，屬于類黃酮，是茶葉中多酚類化合物的總稱[19]。茶多酚中最主要的是以兒茶素為主體的黃烷醇類，其含量占多酚總量的70%～80%，是茶樹次生代謝的重要成分，也是茶葉保健功能的首要成分[20-21]。如圖1所示，綠茶浸提物中茶多酚及5個兒茶素單體的含量均顯著高于紅茶浸提物，其中EC、EGCG在綠茶浸提物中的含量分別為0.47%、0.19%，而紅茶浸提物中僅含0.03%、0.02%，這與EC、EGCG在紅茶發酵過程中被氧化形成茶黃素、茶紅素等有關[22]。研究表明，在煙葉中添加兒茶素能在一定程度上柔和煙氣，但EC略帶刺激性或雜氣；而EGCG添加煙葉的感官效果更好，在一定程度上促進煙氣醇化，降低卷煙刺激性，減少雜氣[14]。綜上所述，綠茶浸提物作為香料來制備“茶甜香”型卷煙的效果可能更優。

2.2 茶葉浸提物嗅香評價

2.2.1 茶葉浸提物茶湯嗅香評價

為探究適宜進行美拉德反應的茶水比條件，對兩種茶葉浸提物進行不同茶水比條件下的嗅香分析，結果如表2所示。當茶水比為1∶10和1∶20時，綠茶浸提物都表現出栗香，其中茶水比為1∶10時，栗香更濃郁，品質更佳。當紅茶浸提物茶水比為1∶10時，香氣品質最佳，表現出明顯的甜香。

2.2.2 綠茶浸提物美拉德反應產物嗅香評價

對綠茶浸提物的美拉德反應產物進行嗅香審評，結果如表3所示。模型1在美拉德反應后栗香變淡，開始表現出焦甜香；模型2美拉德反應后具有綠茶香略帶焦香，推測堿性條件下抑制了美拉德的反應程度；模型3在100 ℃下反應后表現出焦香且略帶清香。這3種模型在美拉德反應后既保留了綠茶的品質香又表現出美拉德反應的特征焦甜香，適宜作為香料進行卷煙加香，故以此3種模型發展后續卷煙加香評級。模型5、6、7、8香氣較淡且茶香不純正；模型9、10、11、12雖具有焦糖香，但感官得分較低，香氣品質欠佳；模型13、14出現焦味，推測與反應溫度高有關；模型15、16出現堿味，且香氣品質差，推測與調節pH時添加烘焙堿有關。

2.2.3 綠茶浸提物極差分析

為確定綠茶浸提物美拉德反應最佳反應條件，將綠茶浸提物美拉德反應產物嗅香評價得分進行極差分析。結果如表4所示，四因素的極差大小順序為，R溫度＞R時間＞RpH＞R茶水比，即四因素對綠茶浸提物美拉德反應產物香氣品質的敏感性高低依次為：溫度＞時間＞pH＞茶水比。

2.2.4 紅茶浸提物美拉德反應產物嗅香評價

對紅茶浸提物的美拉德反應產物進行嗅香審評，結果如表5所示。模型1在美拉德反應后表現出濃郁的焦糖香且香氣純正；模型2在美拉德反應后表現出甜香且帶有藥香，整體香氣品質較好；模型3雖然茶水比大但在反應后表現出木質香且帶有烘烤香，推測與反應時間長有關。這3種模型在美拉德反應后表現出具有美拉德反應特征的焦甜香或烘烤香，適宜作為香料進行卷煙加香，故以此3種模型發展后續卷煙加香評級。部分模型反應后產生了類似米香的香氣特征，推測是紅茶中的甜香物質與烘焙堿加熱產生的揮發性成分綜合作用形成的；模型13、15、16在美拉德反應后表現出了不同程度的焦味，香氣品質差，不適宜作為香料。

2.2.5 紅茶浸提物極差分析

為確定紅茶浸提物美拉德反應最佳反應條件，將紅茶浸提物美拉德反應產物嗅香評價得分進行極差分析，結果如表6所示。四因素的極差大小順序為：R茶水比＞R時間＞R溫度＞RpH，即四因素對紅茶浸提物美拉德反應產物香氣品質的敏感性高低依次為：茶水比＞時間＞溫度＞pH。

2.3 卷煙加香評吸

2.3.1 綠茶浸提物卷煙加香評吸

分別將模型1、模型2、模型3的綠茶浸提物不同反應程度的美拉德產物應用于空白卷煙中，并以空白卷煙為對照1（CK1），以加入未經美拉德反應的綠茶浸提物為對照2（CK2），其卷煙嗅香效果和卷煙抽吸效果分別如圖2-A、2-B所示。卷煙嗅香結果表明，與CK1相比，未經過美拉德反應的綠茶浸提物在進行卷煙加香后增強了卷煙的清香，減弱了空白煙本身的焦香；添加美拉德反應產物后，卷煙的烘烤香、焦香、甜香出現不同程度的增強，其中模型3的增香效果最為顯著；相比于CK1，添加3個模型的美拉德反應產物也增強了卷煙的清香，同時協調了卷煙的整體香氣。

卷煙抽吸結果與嗅香結果相同，CK2基于綠茶本身的香氣，賦予了卷煙清香的感官品質；添加美拉德反應產物后清香減弱，焦香、甜香與烘烤香顯著，香氣更加協調且降低了卷煙的雜氣。綜合來看，模型3的加香效果最為顯著，感官品質最佳。因此，通過卷煙加香評吸，確定茶水比1∶10、pH為8、反應溫度為100 ℃、反應時間2 h，為綠茶浸提物最適美拉德反應條件。

2.3.2 紅茶浸提物卷煙加香評吸

分別將模型1、模型2、模型3的紅茶浸提物不同反應程度的美拉德產物應用于空白卷煙中，并以空白卷煙為對照1（CK1）、以加入未經美拉德反應的紅茶浸提物為對照2（CK2）。其卷煙嗅香效果和卷煙抽吸效果分別如圖3-A、3-B所示。卷煙嗅香結果表明，與CK1相比，卷煙加香后表現出花果香與甜香，推測與紅茶浸提物中本身的香氣成分和含有大量的糖類物質有關；與CK2相比，紅茶浸提物在美拉德反應后進行卷煙加香后，卷煙的烘烤香和焦香有不同程度的增加，其中模型2的加香效果最為顯著；模型1的焦香加香效果優于模型3，但兩個模型的烘烤香加香效果并無明顯差異。

卷煙加香的抽吸結果表明，未經過美拉德反應的紅茶浸提物在進行卷煙加香后顯著增強了卷煙的花香品質，添加美拉德反應產物后，花香的加香效果減弱，焦香增強，模型2在進行卷煙加香后其烘烤香和焦甜香都顯著優于其他模型，香氣更加豐富。綜合來看，模型2的加香效果最好，感官品質最佳。因此，通過卷煙加香評吸，確定茶水比1∶10、pH為8。反應溫度為100 ℃、反應時間2 h，為紅茶浸提物最適美拉德反應條件。

3 小結與討論

綠茶浸提物的氨基酸含量顯著高于紅茶浸提物，但其茶多糖及可溶性糖含量顯著低于紅茶浸提物，因此，無法單純憑氨基酸及糖的含量判斷哪種茶葉浸提物更適宜進行美拉德反應。研究表明，咖啡堿可使卷煙香氣具有飄逸感[11]，茶多酚在抗煙毒、減輕卷煙刺激性和雜氣方面具有重要作用[24-25]，綠茶浸提物中的咖啡堿、茶多酚及兒茶素含量顯著高于紅茶浸提物，從茶葉原料品質成分的角度分析，以綠茶浸提物作為基料制備香料添加于卷煙中可能會在增香的同時更能改善卷煙整體香氣的協調性。

綠茶浸提物的卷煙抽吸結果表明，模型1的加香效果并不顯著，高鵬等[26]在研究奶酪美拉德反應物時表明90 ℃為美拉德反應的拐點，反應溫度由90 ℃上升至100 ℃時，美拉德反應最為劇烈。這表明模型1美拉德反應程度并不完全，焦香、烘烤香的香氣物質生成較少。模型3的反應溫度為100 ℃，進行卷煙加香時，卷煙的嗅香和抽吸結果都表現出顯著的焦甜香與烘烤香，進一步證實了反應溫度對美拉德反應程度的影響。

紅茶浸提物進行卷煙加香時發現，加入未經過美拉德反應的紅茶浸提物，卷煙具有花香的品質特點，這與紅茶浸提物本身含有的香氣成分與大量糖類物質有關[27]。浸提物經美拉德反應后添加于卷煙中，花香減弱，推測是在進行美拉德反應時生成的具有焦甜香、烘烤香的揮發性物質，掩蓋了花香。與綠茶浸提物相比，紅茶浸提物在經過美拉德反應后，會賦予卷煙更加濃郁的焦甜香，這與紅茶浸提物含有較高含量的糖類物質有關。研究表明，在缺乏氨基化合物時，糖類物質會在高溫條件下發生焦糖化反應，其產物也具有焦甜香的品質特征[23]，推測紅茶浸提物在進行美拉德反應的同時發生了焦糖化反應，產生了具有焦糖香的物質。

綠茶浸提物因含有較多的氨基酸、茶多酚、咖啡堿、兒茶素，在進行卷煙加香時對抗煙毒、豐富卷煙香氣、減少雜氣的效果更好。不同茶葉浸提物的美拉德反應條件影響程度不同，溫度對綠茶浸提物美拉德反應后的感官品質影響最為顯著，而茶水比對紅茶浸提物美拉德反應后的感官品質影響最為顯著。當綠茶浸提物的美拉德反應條件為茶水比1∶10，pH為8，反應溫度100 ℃，反應時間2 h時，其美拉德產物對卷煙的烘烤香與焦甜香具有顯著增香效果；紅茶浸提物的美拉德反應條件為茶水比1∶10，pH為7，反應溫度90 ℃，反應時間1 h時，顯著豐富了卷煙的香氣，賦予了卷煙焦甜香與烘烤香，同時柔和了卷煙抽吸時的口感。

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