不同复合酶在改善梗丝品质中的研究

徐达，田耀伟，苏加坤，郭磊，倪悦，蔡继宝

（江西中烟工业有限责任公司技术研发中心，江西南昌330096）

不同复合酶在改善梗丝品质中的研究

徐达，田耀伟，苏加坤*，郭磊，倪悦，蔡继宝

（江西中烟工业有限责任公司技术研发中心，江西南昌330096）

为了提高梗丝在卷烟中的适用性，改良梗丝品质，选择3种不同的复合酶制剂对梗丝进行处理。通过对酶解前后梗丝的理化成分和中性致香成分分析以及卷烟感官评吸，评价3种酶制剂的效用。结果表明，由复合植物水解酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶组成复合酶A效果最好，梗丝经酶解后，水溶性总糖含量提高了23.31%，果胶的含量降低了17.26%，且填充值提高可达10%。对其主要致香成分进行分析可知，美拉德反应产物的总量提高了196.3%，4种巨豆三烯酮和β-大马酮分别提高了37.01%、50.77%。采用酶解梗丝替代未处理的梗丝掺配到卷烟叶组中，卷烟的焦油量下降0.25 mg，木质气息和刺激性明显减轻，香气质量、协调性均有提高。

复合酶；梗丝；香气成分；焦油量

烟草梗丝是卷烟配方中的重要组分之一，在卷烟生产中起着增加烟丝的填充值，改善燃烧性、降低烟气焦油量的作用[1-3]。由于梗丝中以果胶质为主的细胞壁物质、淀粉和蛋白质等在卷烟燃烧时会对吸食品质产生不利影响，从而限制了梗丝在卷烟中的适用性[4-6]。

近年来国内外针对烟梗的这些缺点做了一些改性研究[7-13]。施林燕等[14]通过筛选果胶酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶作为复合酶针对不同形态的烟梗物料进行处理，其中果胶降解率可达13.71%以上，且从烟梗物料的形态来看，烟梗丝的酶解效果较之烟梗粉末和完整烟梗要好。周瑢等[15]先通过碱氧降低细胞壁物质含量，再利用生物酶催化降解蛋白质、淀粉和纤维素，细胞壁物质含量降低了42.3%，杂气、余味、刺激性方面有所改善。经本课题组前期实验发现，梗丝经氨水和氢氧化钠处理后整丝率会降低，且碱性成分会影响到后续的梗丝加料环节，容易对梗丝香气有负面影响。本研究通过采用复合植物水解酶破壁，提高梗丝和酶的反应活性，再结合淀粉酶、蛋白酶、果胶酶等作用于梗丝，改善梗丝物理、化学性质，并提高其香气成分的含量，以期为烟梗在卷烟工业中更好的利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

复合植物水解酶Viscozyme L（酶活≥100 FBG/g，FBG为真菌β-葡聚糖酶单位）、蛋白酶Alcalase（酶活≥2.4AU/g，活性测定是以0.02 mol/L Ca2+缓冲液中的变性血红蛋白为基础）：诺维信公司；果胶酶Rapidase C 80 MAX（酶活≥168 000 U/g）：DSM公司；纤维素酶（酶活≥15 000 U/g）、α-淀粉酶（酶活≥2000U/g）：国药集团化学试剂有限公司；梗丝（未加料加香）：江西中烟南昌卷烟厂提供和切丝；十一酸甲酯（标样）：美国Sigma公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

7890气相色谱仪和5975C质谱仪：美国Agilent公司；GDS410梗丝填充值测定仪：郑州烟草研究院研制；CP2245电子天平：感量0.000 1 g，德国Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 酶制剂的制备

在课题组前期实验的基础上，以水为溶剂，配制3种复合酶制剂对梗丝进行处理，具体见表1。其中，酶的添加量均以梗丝底物的重量的基准，按质量百分数计。

表1 不同复合酶制剂的组成以及各组分的添加量Table 1 Composition and addition of different compound enzymes %

1.3.2 梗丝的酶法处理

准确称取梗丝20 g，复合酶制剂以质量比1∶1的料液比添加，通过猴头喷雾器将酶液均匀的喷洒在梗丝上，装入密封袋中，于50℃烘箱中放置反应4 h，反应完成后，将温度升至90℃放置0.5 h灭活酶终止反应。

1.3.3 梗丝理化性质的测定

总糖和还原糖测定：按照YC/T 159-2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》；总氮测定：按照YC/T 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》；总植物碱含量测定：按照YC/T 160—2002《烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动法》；果胶的含量测定：按照YC/T 346—2010《烟草及烟草制品果胶的测定离子色谱法》；梗丝填充值测定：按照YC/T 163—2003《卷烟膨胀梗丝填充值的测定》。

1.3.4 香气成分的提取

采用同时蒸馏萃取法提取香气成分。称取30.00 g梗丝粉末，加入350 mL饱和食盐水，放入1 000 mL烧瓶中；装置的另一端加入40 mL二氯甲烷萃取液，进行同时蒸馏萃取2.5h。萃取完成后，先用25mL的质量分数为5%氢氧化钠溶液洗涤二氯甲烷萃取液，除去酸性成分；然后用25mL的质量分数为5%HCl洗涤，除去碱性成分；最后再用30mL饱和氯化钠溶液洗涤，得到含有中性香气成分的二氯甲烷溶液。加入6g无水硫酸钠，干燥过夜，然后45℃常压旋转蒸馏萃取液至1mL浓缩液，加入内标物十一酸甲酯，进行气相色谱/质谱分析（gas chromatography/mass spectrometer，GC/MS）。

1.3.5 香气成分的定性定量分析

采用GC-MS对上述样品进行分析。气相色谱条件：色谱柱：DB-FFAP（30 m×0.25 mm i.d×0.25 μm）；载气：He，流量1.0 mL/min；分流比：30∶1；进样量：1 μL；进样口温度：250℃；程序升温：50℃保持2 min，以3℃/min升至250℃，保持10 min。质谱条件：传输线温度：260℃；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；电子轰击（electron impact，EI）电离电压：70 eV；质量数范围m/z50～450；采用十一酸甲酯内标法定量。

1.3.6 复合酶处理后梗丝在卷烟中的应用研究

以未经处理的梗丝为空白对照，将空白对照、不同复合酶处理过的梗丝，于22℃相对湿度为60%的恒温恒湿箱平衡48 h后，按照金圣（硬）卷烟的叶组配方手工卷制成烟支（叶组中梗丝添加量15%，烟丝添加量75%，其余为膨化烟丝），挑选质量符合（0.8±0.02）g的烟支样品，组织5位评烟委员，参考YC/T 138—1998《烟草及烟草制品感官评价方法》进行感官评吸。卷烟焦油量参照YC/T 29—1996《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》测定。

2 结果与分析

2.1 酶处理对梗丝常规化学成分性质的影响

在烤烟烟叶的主要化学成分中，总糖和还原糖含量的适宜范围分别是20%～30%和15%～25%，且在适宜范围下，含糖量越高越好。不同复合酶处理对梗丝常规化学成分的影响结果见表2。

表2 不同复合酶处理对梗丝常规化学成分的影响Table 2 Effect of different compound enzymes treatment on chemical constituents of cut stem

复合酶A中，将复合植物水解酶与果胶酶复配，并应用于梗丝的降解，效果最为明显。未经酶解处理的空白梗丝中总糖含量为17.09%，而复合酶液A处理后的梗丝中总糖含量为21.08%，相对于空白梗丝提高了23.31%。

另外，在烤烟烟叶中，总氮、烟碱的含量一般为1.5%～3.5%、1.5%～3.5%，且糖氮比和糖碱比是衡量烟草香气的重要指标，3种复合酶处理后的糖氮比和糖碱比均得到了不同程度的提高，这对改善梗丝的香气质有起到了正面作用。

2.2 酶处理对梗丝还原糖、果胶和淀粉含量的影响

复合酶能将烟梗物料中的果胶质、纤维素和淀粉等大分子物质降解成D-半乳糖醛酸和葡萄糖等小分子物质，还原糖的增加可以直接反映出这3种复合酶对烟梗丝的降解程度。不同复合酶处理对梗丝中还原糖、果胶、淀粉含量的影响见图1。

图1 不同复合酶处理对梗丝中还原糖、果胶、淀粉含量的影响Fig.1 Effect of different compound enzymes treatment on reducing sugar,pectin and starch of cut stem

从图1可知，酶解反应后，还原糖含量均得到了不同程度的增加，按还原糖的增量从高到低依次为复合酶A＞复合酶C＞复合酶B。在复合酶A的作用下，梗丝中还原糖的含量从15.71%提高至20.81%，相对于空白梗丝提高了32.47%。

果胶质是烟草中对香烟吸食品质不利的一种细胞壁物质。果胶含量的减少说明果胶被降解成了分子量更小的D-半乳糖醛酸。其中，降解效果最好的是复合酶A，通过复合植物水解酶和果胶酶的作用下，梗丝中果胶的含量从16.46%降低至13.62%，相对于空白梗丝降低了17.26%。另外，由于复合酶B中没有添加果胶酶，仅仅依靠复合纤维素酶中较弱的果胶酶活性难以显著的水解梗丝中果胶。

淀粉含量的减少，说明烟梗物料中的淀粉转化成为了小分子的糖（主要产物是葡萄糖），3种复合酶的效果差距不大。在复合酶A的作用下，梗丝中淀粉的含量从2.45%降低至1.52%，相对于空白梗丝降低了37.95%。

2.3 不同复合酶处理对梗丝填充值的影响

图2 不同复合酶处理对梗丝填充值的影响Fig.2 Effect of different compound enzymes treatment on filling values of cut stem

不同复合酶处理对梗丝填充值的影响结果见图2。由图2可知，添加了复合植物水解酶Viscozyme L的复合酶A、复合酶B处理效果显著，梗丝的填充值分别为6.08 cm3/g、6.12 cm3/g，而空白梗丝的填充值为5.54 cm3/g，填充值的提高＞10%。经研究分析，这是由于复合植物水解酶可以破坏纤维素致密的物理结构，从而使得梗丝的状态更蓬松，填充值更高。采用该复合酶处理后的梗丝，替代未处理的梗丝，有利于减轻烟支重量，降低焦油量。

2.4 不同复合酶处理对梗丝主要香气成分的影响

香气物质是构成卷烟香吃味质量的重要因素。烟草中主要的香气物质有美拉德反应产物、类胡萝卜素降解产物、新植二烯、芳香族氨基酸代谢产物、西柏烷类降解产物几大类。对梗丝中含量较高、气相色谱分离较好同时又较为重要的二十多种中性香气成分（或其前体）进行了定量分析，结果见表3～表5。整体来看，根据这些成分在酶处理前后的含量变化发现，由于复合酶A对梗丝中细胞壁成分、果胶等降解效果较好，产生的还原糖、前体物质较多，故而产生的致香成分较之更丰富。

表3 不同复合酶处理对梗丝美拉德反应产物变化Table 3 Effect of different compound enzymes treatment on Mallard reaction products of cut stem

美拉德反应产物是烟草香气的重要来源之一，能够提高烟气的香气质和香气量。由表3可知，经过复合酶A处理的梗丝中，美拉德反应产物的总量提高196.3%。其中，糠醛作为一种重要的致香成分，复合酶处理后，糠醛的含量大幅度上升，提高了186.19%。此外，2-甲基四氢呋喃-3-酮、5-甲基呋喃醛、3-呋喃甲醇、2-乙酰基吡咯等物质的含量也有一定的增加。

表4 不同复合酶处理对新植二烯、芳香族氨基酸降解产物及西柏烷类降解产物的变化Table 4 Effect of different compound enzymes treatment on neophytadiene content,aromatic amino acid degradation products and phenylalanine transferring products of cut stem

新植二烯是中性挥发性致香物质中重要的前体物质，它由叶绿素裂解产生的叶绿醇脱水形成，新植二烯的大幅降解可以从侧面说明复合酶的处理促使梗丝中产生了更多的致香物质。由表4可知，复合酶A处理后的梗丝中，新植二烯的含量降幅最大，降低了67.21%。另外，通过GC/MS结果可以看出，通过酶解之后，苯乙醛、茄酮含量有不同程度的降低，其他西柏烷类化合物、芳香族氨基酸降解产物的总量略有增加。

表5 不同复合酶处理对类胡萝卜素降解产物的变化Table 5 Effect of different compound enzymes treatment on carotenoids degradation products of cut stem

类胡萝卜素的降解产物是烟草中重要的致香成分。其中，β-大马酮和巨豆三烯酮的四种异构体在醇和烟气和增加香气量方面效用显著。经3种复合酶处理后，类胡萝卜素的降解产物含量整体呈上升趋势。3种酶制剂中复合酶A的效果略好，其中，法尼基丙酮和2-环戊烯-1,4-二酮分别提高了129.91%和8.28%，β-大马酮的含量提高了37.01%，而4种巨豆三烯酮异构体的含量提高了50.77%。

2.5 复合酶处理后梗丝在卷烟中的适用性研究

2.5.1 不同复合酶处理对梗丝感官质量的影响

将不同复合酶处理的梗丝掺配入金圣（硬）叶组中，不经加香直接手工卷制，平衡水分，参考行业标准进行感官评吸后评分，结果见表6。经过复合酶处理后的梗丝掺配入金圣（硬）后，对比空白样品，叶组的香气质量以及木质杂气方面有了整体的提高。其中复合酶A处理的样品整体得分最高，木质气息和刺激性明显减轻，香气质有提高，协调性相对较好，余味舒适。

表6 不同复合酶处理对梗丝感官质量的影响Table 6 Effect of different compound enzymes treatment on sensory quality of cut stem

2.5.2 不同复合酶处理对焦油释放量的影响

在卷烟中添加梗丝的目的，除了增加填充值之外，就是降低烟气焦油量。将不同复合酶处理后的梗丝掺配入金圣（硬）卷烟叶组中，其中梗丝掺配比例为15%，不经加香直接手工卷制，平衡水分，按照烟草行业标准检测其焦油量，检测结果见图3。由空白梗丝掺配得到的叶组焦油量是10.74 mg，而掺配了酶解梗丝的叶组焦油量略有下降。其中复合酶A的效果最优，焦油量为10.49 mg，降低了0.25 mg。

图3 不同复合酶处理梗丝应用于卷烟中的焦油量的变化Fig.3 Change of cigarettes tar content by blending enzymatic cut stem into tobacco leaf group

3 结论

针对梗丝中以果胶质为主的细胞壁物质、淀粉和蛋白质，选择3种不同复合酶制剂分别处理，实验发现，采用复合酶A的效果最好，该酶制剂由复合植物水解酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶组成，可显著水解梗丝中果胶、淀粉、蛋白等大分子物质，提高其香气物质含量，有效地改善了其性质：①水溶性总糖含量提高了23.31%，果胶的含量降低了17.26%，且填充值提高可达10%。②中性致香成分GC-MS分析显示，美拉德反应产物的总量提高196.3%，其中糠醛的含量大幅度上升，提高了186.19%。类胡萝卜素降解产物中，β-大马酮、4种巨豆三烯酮的含量分别提高了37.01%、50.77%。新植二烯的含量降低了67.21%，转化为大量的小分子香味物质。此外，西柏烷类化合物、芳香族氨基酸降解产物都有增加。③将酶解梗丝替代未处理的梗丝运用至金圣（硬）卷烟叶组中，卷烟的焦油量下降0.25 mg。④感官评吸发现，采用酶解梗丝的卷烟中，木质气息和刺激性明显减轻，香气质量、协调性均有提高。本研究表明，选择复合酶A处理烟草梗丝，可促进梗丝整体品质提升，进一步降低卷烟焦油量，提高填充值，该成果可望为卷烟工业中提高梗丝适应性奠定良好的实验基础。

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Research on improving quality of tobacco stem using different compound enzyme

XU Da,TIAN Yaowei,SU Jiakun*,GUO Lei,NI Yue,CAI Jibao
(Technology Center,China Tobacco Jiangxi Industrial Corporation,Nanchang 330096,China)

The study aimed to improve the quality of tobacco stem by adding three kinds of compound enzyme so as to further increase the applicability of cut stem in tobacco formula.The physicochemical composition and neutral aroma components were analyzed and tobacco sensory evaluation was conducted before and after enzyme hydrolysis,and the effect of three enzyme were studied.Result showed that compound enzyme A(composite plant hydrolase,pectinase,protease and amylase)had the optimal catalytic effect.After enzyme hydrolysis,the total water soluble sugar content in the cut stem increased 23.31%,the pectin content declined 17.26%,filling values increased 10%.According to GC-MS analysis results,the Maillard reaction product content increased 196.3%,and the total megastigmatrienone andβ-damascenone content increased 50.77%and 37.01%, respectively.Besides,tar content of cigarettes declined 0.25 mg by blending enzymatic cut stem into the tobacco leaf instead of untreated cut stem. Sensory evaluation showed that the aroma quality of cut stem was improved and their smoking quality had a certain extent increase totally after the treatment with the compound enzyme.

compound enzyme;cut stem;aroma components;tar content

TS452

A

0254-5071（2014）11-0113-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.11.026

2014-09-09

江西中烟工业有限责任公司科技项目（赣烟工科计2013-15）

徐达（1987-），男，助理工程师，硕士，主要从事烟草生物技术、烟草化学方面的研究工作。

*通讯作者：苏加坤（1981-），男，工程师，博士，主要从事烟草化学方面的研究工作。