β-环糊精对造纸法再造烟叶保香的影响

苏丹丹，吴德军，张文军，李 锐，周桂园*

(1.中烟施伟策(云南)再造烟叶有限公司，云南 玉溪 653100；2.烟台中海钓台生物技术开发有限公司，山东 烟台 264000)

【研究意义】香气物质是反应烟叶质量的重要因素之一，其组成和含量会影响烟叶的香气量、香气质和香型，从而影响烟叶在卷烟中应用[1]。再造烟叶，具有成本低、焦油释放量低等优点，是目前卷烟生产中的一种重要原料之一。再造烟叶依据生产工艺过程的不同可以分为稠浆法、辊压法和造纸法，其中造纸法再造烟叶的生产工艺包含了烟草原料的提取、浓缩和涂布等生产过程，由于再造烟叶的原料多为品质较差、价格低廉的烟梗、烟叶碎片及烟灰等，其含有的香气成分组成驳杂且香气量不足，生产工艺过程中提取、浓缩及烘干等工艺过程需要较高的温度，也会促使一部分小分子、易挥发性香气成分逸失，导致造纸法再造烟叶自身存在香气组成不完整、香气量不足等问题，制约了其在卷烟行业的应用。β-环糊精[2]，是一种由淀粉生物转化而得到的环状麦芽低聚糖，其分子呈中空的圆锥形结构，具有包埋客体的特性，可以提高被包埋客体的稳定性，并可实现缓释和靶向运输等。因此，将β-环糊精应用于再造烟叶浓缩工艺中，研究包合作用对再造烟叶浓缩液保香的影响，对提高再造烟叶的香气稳定性有重要的影响。【前人研究进展】有关环糊精在医药[3-5]及香精香料行业[6]的应用已有长久的研究和有效的发展，烟草行业的研究，多集中于应用环糊精包埋烟草中有害成分,如酚类、亚硝胺、粒相物等以减少烟草中有害物质的释放[7-8]。也有将环糊精包埋烟草风味成分后添加于烟草中，通过包合物的稳定性而使烟草香气很好地得以保留，降低烟草贮存过程中的香味损失等[9-11]。【本研究切入点】随着新型烟草的迅猛发展，也有β-环糊精在电子烟烟液中的应用[12]。而有关β-环糊精在再造烟叶行业的应用研究则相对较少。【拟解决的关键问题】通过两步同时蒸馏萃取方法，比较添加β-环糊精前后烟草浓缩液的游离态及结合态香气成分及含量的不同，将β-环糊精应用于再造烟叶生产中，最大限度减少再造烟叶生产过程中香气成分的挥发和逸失，确保香气成分的完整性，为研究再造烟叶生产过程中保留香气成分提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 供试材料 按照再造配方称取等份烟草原料，含烟叶碎片、烟梗、烟末等，取样于某再造烟叶公司原料库。

1.1.2 主要仪器 粉碎机(北京中兴伟业仪器有限公司)，同时蒸馏萃取装置(天长市华玻实验仪器厂)，GC7890B/MS 5977 气相色谱/质谱联用仪(美国Agilent 公司)，旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)。

1.1.3 分析试剂 β-环糊精，柠檬酸、磷酸氢二钠、无水硫酸钠、磷酸、乙醇、二氯甲烷、乙酸苯乙酯，均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 浓缩液β-环糊精包合物的制备 称取β-环糊精2.2 g和烟草原料500 g加入到反应釜中，按照1∶10的比例加入60 ℃热水，60 ℃水浴搅拌提取1 h；固液分离，滤液减压浓缩至折光Brix值为60%，得到浓缩液。

1.2.2 评吸样品制备 按照常规造纸法再造烟叶工艺流程，分别制备出添加β-环糊精的再造烟叶样品及未添加β-环糊精的空白再造烟叶对照样，切丝后在恒温(22±1)℃、恒温相对湿度(60±5)%条件下平衡48 h后，将再造烟叶丝制成不同的样品烟支。

1.2.3 浓缩液中香味物质的提取 采用两步SDE法测定烟草中游离态、结合态致香成分，称取浓缩液10.00 g置于500 mL两口圆底烧瓶中，加入250 mL pH5.59柠檬酸磷酸盐缓冲溶液；另取50 mL二氯甲烷置于250 mL圆底烧瓶中，加0.10 mL内标溶液。同时蒸馏萃取4 h。取出二氯甲烷瓶，得到游离态致香成分[13-14]。

在样品瓶中补水至约250 mL，加3 mol·L-1H3PO4溶液12.85 mL，调节缓冲溶液的pH至2.5；另取50 mL二氯甲烷置于250 mL圆底烧瓶中，加0.10 mL内标溶液。同时蒸馏萃取4 h。取出二氯甲烷瓶，得到结合态致香成分。

向二氯甲烷溶液中加无水硫酸钠干燥至少2 h，40 ℃常压浓缩至1 mL，进行GC-MS分析。

1.2.4 GC-MS分析条件 GC条件：HP-5MS[30 m×0.25 mm(id)(0.25 μm)]毛细管色谱柱：载气He，流速1.0 mL·min-1；进样口温度250 ℃；进样量1 μL，分流比：10∶1；程序升温：初温50 ℃，保持2 min，以3 ℃·min-1升到200 ℃，保持2 min，再以6 ℃·min-1升到260 ℃，保持5 min。

MS条件：质谱检测器：传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四级杆温度：150 ℃；电磁源EI；电离能70 ev；质量数范围33～550 amu；质谱扫描方式：全扫描(SCAN)；溶剂延迟：3.5 min。MS谱库：NIST2.0.假定相对校正因子为1，内标(乙酸苯乙酯)法定量。

2 结果与分析

2.1 添加β-环糊精对烟叶浓缩液游离态致香成分的影响

采用两步法SDE-GC-MS检测方法，从烟叶浓缩液样品中共检测到72种游离态致香成分，比较添加β-环糊精前后，对游离态致香成分的影响，结果见表1。

从表1可以看出，加入β-环糊精后，烟草浓缩液中的游离态香气成分种类没有变化，但是香气成分含量却发生了明显的变化，尤其是烟草中特有的一些香气成分，如茄酮、巨豆三烯酮、二氢猕猴桃内酯、新植二烯等，其含量均有不同程度的下降。烟草特有的烟碱由40.30 μg·g-1下降为26.63 μg·g-1。

对表1中的香气成分按照类别进行统计计算，结果如表2。

表1 添加β-环糊精前后烟草浓缩液游离态致香成分比较

从表2中可知，添加β-环糊精后，游离态的分类致香成分量均较添加前有所下降，总量下降约23%。β-环糊精是一种淀粉经酸解环化生成的产物，它可以包络各种化合物分子，具有保护一些物质抗氧化、抗光、抗热、防挥发等功能。添加β-环糊精后，它与烟草浓缩液中的一些易挥发的香气物质络合，使其在经过4 h的同时蒸馏萃取后依然存在于样品中，而未形成游离态香气成分释放出来，导致了游离态香气成分总量的下降。

表2 添加β-环糊精的游离态致香成分分类对比

2.2 添加β-环糊精对结合态致香成分的影响

采用两步法SDE-GC-MS检测方法，从烟叶浓缩液样品中共检测到75种结合态致香成分。比较添加β-环糊精前后，对结合态致香成分的影响，结果见表3。

从表3可知，在烟草浓缩液中共检测出75种结合态香气成分，相比游离态香气成分，种类有稍许增加。与游离态香气成分相比，烟草中的特有香气成分在添加β-环糊精后，含量有升有降。如茄酮、巨豆三烯酮B的含量有些许下降，而巨豆三烯酮C和巨豆三烯酮D的含量有所上升。烟草特有的烟碱含量由1.36 μg·g-1上升为1.42 μg·g-1。对表3中的香气成分按照种类进行统计计算，结果如表4。

表3 添加β-环糊精前后烟草浓缩液结合态致香成分比较

从表4中可知，添加β-环糊精后，结合态的分类致香成分量均较添加前有所上升，总量上升约7%。结合添加β-环糊精对游离态香气成分的影响分析，β-环糊精可以包络各种化合物分子，保护一些物质防挥发。添加β-环糊精后，它与烟草浓缩液中的一些易挥发的香气物质络合，这些香气物质在经过4 h的同时蒸馏萃取后未释放出来，但继续蒸馏萃取4 h时，这些香气物质逐渐释放出来，成为结合态香气成分，从而使结合态香气成分总量上升。

表4 添加β-环糊精的结合态致香成分分类对比

综上，添加β-环糊精后，使样品的游离态致香成分总量下降，结合态致香成分总量上升，香气成分在蒸馏萃取过程中得以缓慢释放出来，从而起到了缓释保香的作用。

2.3 内在感官评价

评吸结果表明，β-环糊精的添加，对协调烟香、增加香气、降低刺激性、减少杂气及改善余味等方面均有较明显的效果。

3 讨 论

β-环糊精作为一种典型的环糊精物质，具有显著的包合效果，已广泛应用于分离有机化合物及有机合成。也越来越多的应用于烟草行业，在降低有害成分释放、包埋烟草风味成分及烟用香精香料方面得到了广泛的研究。在造纸法再造烟叶生产过程中，通过两步同时蒸馏萃取法，将β-环糊精添加到再造烟叶浓缩工艺中，浓缩液在萃取4 h后得到的游离态致香成分总量下降，继续萃取4 h后结合态致香成分总量上升。整体上添加β-环糊精使浓缩液萃取8 h得到的致香成分总量有所下降，下降比例约为12.75%。究其原因同时蒸馏萃取8 h后，部分挥发性香气成分依然与β-环糊精处于络合状态，未被释放出来，可以猜测在8 h后继续蒸馏萃取，添加β-环糊精的浓缩液样品可以释放出更多的结合态香气成分，今后可开展进一步试验进行验证。

表5 添加β-环糊精前后再造烟叶样品的感官评价结果

4 结 论

添加β-环糊精后，再造烟叶浓缩液的游离态致香成分总量下降，结合态致香成分总量上升，浓缩液中的香气成分得以缓释，说明β-环糊精应用于再造烟叶中具有缓释保香作用。从内在感官评吸结果也说明了β-环糊精的添加有利于协调烟香、增加香气、降低杂气和刺激性，能够有效提升再造烟叶的感官质量。