制丝在线添加复合生物酶对膨胀烟丝感官质量及适用性的影响

退广俊 宁伟 徐赫男 黄利婷 戴光

摘要：为提高膨胀烟丝的感官质量，增加其在卷烟叶组配方中的使用比例，本研究以辽宁产膨胀烟丝模块为研究对象，设计并筛选出最优复合酶制剂配方，通过制丝在线添加试验，对加酶效果进行评价，并在人民大会堂（硬红）叶组中进行应用。结果表明，加酶处理后，膨胀烟丝的木质气、枯焦气明显下降;淀粉、蛋白质和烟碱含量下降;总糖、还原糖及致香物质成分含量增加;加酶后的膨胀烟丝在“硬红”叶组配方中的掺兑比例由209%提高到了25%。在线添加生物酶可以显著提升膨胀烟丝的感官质量和配伍性，提高其使用比例，降低生产成本。

关键词：复合生物酶;膨胀烟丝;感官质量

膨胀烟丝作为卷烟叶组配方的重要原料之因其生产工艺原因，普遍存在着香气量不足，香气单调，木质、枯焦等杂气明显等感官质量缺陷叫严重制约了其在叶组配方中的使用比例。为了提高膨胀烟丝的感官品质，进一步提高其适用性，烟草企业通常采用改进膨胀工艺、添加香精香料、生物醇化等技术手段以提升其感官质量。利用生物酶提升烟叶感官质量的研究已有较多报道21，但目前的研究大都停留在实验室探索阶段，而其在卷烟生产中规模化运用的案例却鲜有报道。其主要原因是生物酶的起效需要一定的作用时间，嗨活性的保持对温度要求比较严格，酶的灭活需在高温下进行。因而，找到生物酶在卷煙生产中合适的添加工艺节点，并与现有的生产工艺设备相适应，是实现生物醇化技术在卷烟生产中规模化应用的关键因素。

本研究以辽宁产膨胀烟丝模块为试验材料，针对其香气单薄、木质气重、刺激性大等感官质量缺陷，结合现有制丝工艺条件和参数，首先通过实验室小试设计并筛选出最优复合酶制剂配方，再在制丝线进行在线添加试验，并对在线加酶效果进行评价，旨在探索制丝线加酶工艺对提升膨胀烟丝感官品质方面的作用，以提高膨胀烟丝的添加比例，降本增效;同时为生物酶在制丝线上的规模化应用提供科学、客观的工艺参数和使用方法。

1材料与方法

1.1供试材料

供试用2019年辽宁膨胀烟丝模块和人民大会堂（硬红）叶组模块由红塔辽宁烟草有限责任公司提供;复合生物酶由康赞（北京）生物科技有限公司提供。

1.2研究时间与地点

试验于2020年5月在红塔辽宁烟草有限责任公司营口卷烟厂进行。

1.3仪器与设备

德国Binder恒温恒湿箱;AB202-S型电子分析天平（德国Mettler Toledo公司）;同时蒸馏萃取装置（上海楚柏实验室设备有限公司）;EYELAN-1300DW旋转蒸发仪（上海艾朗科技有限公司）;68905973N气相色谱质谐联用仪（美国Agilent公司）

1.4试验方法

1.4.1复合生物酶配方的设计通过对供试叶组化学成分检测及感官评价结果，剖析原料的感官质量缺陷;根据单酶的作用机理及特点，将单酶进行优化组合，定向设计复合酶制剂初选配方;根据实验室小试样品化学成分分析及感官评价结果，筛选出复合酶制剂最优配方。

1.4.2实验室烟丝加酶醇化试验将稀释后的复合酶制剂按照烟丝质量的10%均匀喷施于叶组烟丝表面，对照样喷施烟丝质量109%的蒸馏水，混合均匀后分别放入自封袋中。将封存后的样品放入恒温恒湿箱中发酵醇化（温度50℃，相对湿度709%624h后取出，在100℃条件下烘干灭活，备用。

1.4.3复合生物酶制丝线添加试验以4000kg为投料单元，在加料工序利用加料口将优选配方的复合酶制剂与料液混合后一同喷施到烟叶表面，调节加水量，使叶片含水率达到219%0～23%;通过贮叶工序对烟叶进行醇化;薄板烘丝工序将酶灭活。具体工艺流程和参数如图1所示。

1.4.4加酶膨胀烟丝在人民大会堂（硬红）叶组配方中的配伍性试验将用优选配方醇化后的膨胀烟丝按照外掺20%、22%、24%、25%、26%的比例掺兑到人民大会堂（硬红）叶组配方中，（即原丝100g，膨胀梗丝16g，分别掺兑20、22、24、25、26g用复合酶制剂醇化后的膨胀烟丝），将掺兑后的烟丝卷制成烟支样品并平衡后进行感官评价，并与原配方（原丝100g，膨胀梗丝16g，未经生物酶醇化的膨胀烟丝20g）进行比较。

1.4.5常规化学成分分析总糖及还原糖含量按YCT159-2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》测定;烟碱含量按YCT468-2013《烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动法》测定;氯含量按YCT162-2011《烟草及烟草制品氯的测定连续流动法》测定;钾含量按YC/T2172007《烟草及烟草制品钾的测定连续流动法》测定;蛋白质含量按YC/T166-200《烟草及烟草制品总蛋白质含量的测定》法测定;淀粉含量按YC/T216-2007《烟草及烟草制品淀粉含量的测定连续流动法》测定。每个样品平行测试3次。

1.4.6感官评价将样品在恒温恒湿条件下温度（22+1）℃，湿度（602）平衡48h后，经由10人组成的专业评吸小组，按YCT138-1998《烟草及烟草制品感官评价方法》分别从香气特性、烟气特性、口感特性等方面进行感官评价。评吸人员分别打分，取平均值作为最后得分1.4.7致香物质含量的GCMS分析将样品进行同时蒸馏萃取，然后进行GCMS分析。GCMS分析条件：色谱柱，HP-SMS石英毛细管柱（60mx0.25mmi.d.×0.25umdf）;分流比10：1;进样量1uL;程序升温，初始温度50℃，保持3min;以8℃/min的速率升温至150℃，保持1min;以3℃C/min的速率升温至235℃，保持1min;以5℃/min的速率升温至280℃，保持5min;载气，氨气;载气流速1.0mL/min;传输线温度280℃进样口温度280℃;溶剂延迟退Smin;电离方式EI;离子化能70eV;离子源温度230℃;四极杆温度150℃;扫描方式，Scan模式;扫描范围33～550amu131;采用NIST谱库进行数据分析。

1.4.8数据处理试验数据采用Graphpad Prism8.0和Excel2016软件进行统计分析和作图。结果2.1复合酶制剂配方的设计和优选2.1.1复合酶制剂初选配方的设计由表1、2可知，辽产膨胀烟丝存在的主要的感官质量缺陷是香气单薄，木质、枯焦等杂氣明显，刺激性大。因此，确定复合酶的处理方向主要是适当增加样品总糖及还原糖含量，以提高口感，同时降低样品烟碱含量;通过降低总蛋白和淀粉含量，减少卷烟在吸食过程中的杂气，降低刺激性。按照叶组处理方向和各单体酶的催化作用特点，设计4个复合酶制剂配方：KZ-1、KZ-2、KZ-3、KZ-4（表3）。

2.1.2复合酶制剂优选配方的确定由表4可以看出，配方KZ-3得分最高，相比对照样，木质气、枯焦气、刺激性下降明显，香气质和香气量有所提升，烟气更加细腻柔和，余味更加干净，膨胀烟丝整体感官质量改善明显，暂定KZ-3为优选配方，对暂定优选配方处理样品进行化学成分检测，以确定其是否为最终优选配方。从表5可以看出，膨胀烟丝经配方KZ-3醇化处理后，对品质不利的淀粉、蛋白质的含量分别下降了6.47%和9.31%，烟碱含量下降了9.52%，而总糖和还原糖含量分别提高了5.59%和7.51%，化学成分分析结果与感官评吸结果相互佐证，因此确定配方KZ-3为最终优选配方。

2.1.3优选配方最佳添加比例由表6可以看出，当复合酶制剂优选配方KZ-3添加比例为2%时，感官评吸得分最高，膨胀烟丝品质改善效果明显。复合酶制剂添加比例超过2%时，会使烟气浓度下降烟气平淡;添加比例超过5%时，刺激性增大，余味变差，因此，最终确定复合酶制剂添加比例为2%。优选配方在线中试试验结果。

2.2.1中试样品化学成分分析按1.4.3中图1的流程及工艺参数，在线施加生物酶制剂优选配方KZ-3。中试生产结束后，对中试样品进行化学成分分析（表7）。从表7看出，在线中试样品的淀粉、蛋白质含量分别下降了6.69%和9.48%，烟碱含量下降了8.75%，而总糖和还原糖含量分别提高了5.63%6和6.27%，在线中试试验结果与实验室小试结果基本一致。

2.2.2中试样品感官评价结果表8的感官评价结果表明，中试加酶样品感官评分高于对照样2.8分，主要在透发、刺激、杂气和余味方面得分较高，对照化学检测结果可以看出，这与实验去除淀粉蛋白质等大分子物质，降低刺激性、减轻杂气、余味干净的预期相符。

2.2.3中试样品致香成分分析由表9可知，加嗨组中的美拉德反应产物显著增加，苯丙氨酸类、精油类、酮类、烯烃类的含量均高于对照组烟叶，致香物质总量增加了18.49%。美拉德反应产物如糠醛、5-甲基糠醛等可使烟气飘逸，并增加甜香;苯丙氨酸的代谢转化产物如苯甲醇、苯乙醇是花样香气的主体;酮类物质如茄酮、巨豆三烯酮、β-大马酮等具有使烟气丰满、醇和、细腻的作用，同时赋予烟气清甜香和成熟烟草特征香;烯烃类物质如新植二烯可增加烟叶吃味和辛香气。加酶组烟叶中致香物质含量普遍增加，原因是大分子物质在复合酶的作用下被分解，导致致香物质前体的转化和积累。

2.3加酶样品在人民大会堂（硬红）叶组配方中的应用

由表10看出，在“硬红”叶组配方中，用加酶膨胀烟丝以相同的掺兑比例（20%）替代未处理膨胀烟丝时，改善效果明显，感官评吸总分提高2.5分。为降低成本，当膨胀烟丝掺兑比例由原配方的20%提高到25%时，叶组的感官质量与原配方基本一致，当掺兑比例超过26%以后，刺激性增大。综合考虑改善效果与经济成本以及工艺可实现度等因素，膨胀烟丝掺兑比例以25%为宜。

3讨论

本研究首先通过对辽产膨胀烟丝感官质量评价和化学成分分析，确定其优化方向。由于感官质量是卷烟产品质量的核心指标，所以在生物酶提质工艺的设计和优化中，将感官质量评价作为首要评判依据，同时以化学成分检测结果为佐证，客观验证生物酶在提升膨胀烟丝感官质量方面的作用。将感官评吸筛选出的最优配方作用于膨胀烟丝后，对感官品质不利的淀粉、蛋白质等大分子物质含量下降，而总糖和还原糖的含量提高，致香物质含量普遍提高，化学成分分析结果与感官评吸结果相互佐证，与试验的预期相符。随着膨胀烟丝感官质量的提升，其在叶组配方中的使用比例也可以相应增加降低了卷烟原料的综合成本。

本研究重点关注复合酶提质工艺工业化应用的前期探索。首先，复合酶配方优化的实验室小试工艺参数是依据工业生产中制丝线的工艺条件所确定，力求最大化模拟在线醇化效果;其次，在优选配方确定后，采用标准膨胀烟丝生产工艺在生产线上进行工业化验证。工业验证试验中，酶制剂添加、起效、灭活的作用条件与现有膨胀烟丝生产工艺完全贴合。酶的添加选择在加料工序，将复合酶制剂与料液混合后通过加料口喷施到烟叶表面，无需额外增加处理设备;料液温度55-60℃，此温度是酶的最佳作用温度范围，保证了酶的活性作用效果;贮叶工序中环境湿度为60%左右，贮叶时间46h，给酶提供了适宜的作用湿度和充分的醇化时间;薄板烘丝工序140℃的高温，可以使酶彻底灭活。最后，工业化验证试验与实验室小试的效果也基本致。因此，本研究初步证明了复合酶提质技术在现行卷烟工业化生产过程中的可应用性，为其在卷烟生产中的规模化应用奠定了基础。本文强调了复合酶提质技术可以直接应用于现行标准的卷烟生产工艺，但现有的工艺参数如加料温度、贮叶温湿度、贮叶时间等并不一定是生物酶作用的最佳条件。如何在现行行业标准的范围内保证复合酶提质效果的最大化将是下一步复合酶提质工业化应用研究的重大课题。

4结论

本研究在感官评价和化学成分分析的基础上，设计了提高辽产膨胀烟丝感官质量的复合酶制剂配方，并采用标准膨胀烟丝生产工艺在制丝线进行了工业化验证，试验结果与预期相符。膨胀烟丝在制丝线添加复合酶制剂后，感官质量明显提升，配伍性增强，证明了复合酶提质技术在现行卷烟工业化生产过程中的可应用性。在线添加生物酶能够从根本上改善膨胀烟丝的品质等级，增加其在叶组配方中的使用比例，降低卷烟原料的综合成本，是提高卷烟产品质量有效且经济的技术手段。

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