白肋烟烘焙工艺温度参数拟合优化及验证

程传玲 - 杨 硕 王建民 - 张改红 -

(郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450000)

白肋烟是混合型卷烟的重要原料之一，具有劲头大，香气浓郁丰满、刺激性大，杂气重等特点，其处理工艺是决定烟叶质量的重要环节[1]。重加里料和高温烘焙是白肋烟处理工艺的关键技术，适宜的烘培条件是决定其感官质量的重要因素[2-4]。

高温烘焙有利于料液吸收，通过美拉德反应和焦糖化反应，产生香味物质，同时减轻杂味，改善余味，提升烟叶的感官质量[4-9]。安毅等[4]发现烘焙温度对脯氨酸Amadori化合物、碱性香味物质成分具有明显的影响趋势；胡建军等[5]研究发现进行三区高温烘焙处理后的白肋烟其抽吸品质改善明显；刘开楠等[10]研究发现，干燥二区温度高于干燥三区温度有利于保持香气量和香气质，减少香气损失；张杰等[11-12]发现还原糖含量对烘焙后白肋烟致香成分含量有显著影响；程传玲等[13]研究发现通过烘箱准确控温可以较好地模拟白肋烟烘焙条件，而且还原糖可以较好地表征白肋烟烘焙后碱性香味物质的含量关系。

目前对白肋烟烘焙的研究主要集中于加料与干燥温湿度对白肋烟中主要致香物质含量与感官评吸质量的影响，主要是通过感官抽吸评价确定优化工艺参数，优化结果易受抽吸人员主观影响[14]。试验拟建立烘焙后还原糖含量与3个干燥区温度之间的回归模型，以期通过一种常规化学成分与干燥区温度之间的关系表征白肋烟香味成分的含量变化，为优化白肋烟处理工艺、提升白肋烟烘焙后的香味物质含量提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料、主要试剂与仪器

白肋烟配方烟叶及料液：安阳卷烟厂；

18种碱性香味物质标样：纯度>97%，上海麦克林生化科技有限公司；

4-羟基苯甲酰肼：纯度98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

正己烷：分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；

无水甲醇：色谱纯，天津市四友精细化学品有限公司；

甲酸：Acros试剂，北京伊诺凯科技有限公司；

分析天平：AB265-S型，感量0.000 01 g，瑞士Mettler公司；

连续流动分析仪：AA3型，英国Seal Analytical公司；

气相色谱—质谱联用仪：6890-5973型，美国Agilent公司；

电热鼓风干燥箱：DHG-9023A型，上海一恒公司；

液相色谱—质谱联用仪：Thermo Fisher Scientific LTQ XL型，美国Thermo公司；

离子色谱仪：ICS-5000型，美国Thermo公司。

1.2 方法

1.2.1 试验方案 以烘箱模拟烤机的干燥区，使控温更加准确。选取干燥一区、二区、三区温度范围分别为110～165，105～145，105～135 ℃。每个区烘培时间均为3 min，进行U12(12×62)均匀试验。将加料后含水率为38%左右的烟叶按照均匀试验设计方案进行烘培处理，按文献[15]测定其还原糖和总糖含量。以加料后未经烘培烟叶为空白对照1组，每组试验平行测定2次。

1.2.2 回归模型建立 根据均匀试验结果建立还原糖与3个烤区之间的回归模型，对方程规划求解得出还原糖含量最低时3个烤区的温度。以均匀试验中还原糖含量最低时的三区温度、规划求解得出的3个烤区温度、烟厂现行烘培温度(一区145 ℃、二区125 ℃、三区110 ℃)及未经烘焙处理的烟叶(空白对照2组)进行试验，分别测定其还原糖、总糖、碱性香味成分、氨基酸及脯氨酸Amadori化合物含量。每组平行测定4次。

1.2.3 主要化学成分及香味物质测定

(1) 总糖、还原糖、总氮、总植物碱含量：参照文献[15-17]。

(2) 碱性香味物质含量：40.0 g烟末、400 mL水于1 000 mL平底烧瓶中，60 mL CH2Cl2于100 mL梨形瓶中，同时蒸馏2.5 h。用20 mL质量分数为5%的HCl洗涤3次，质量分数为20%的NaOH溶液调节其pH至14，再用20 mL CH2Cl2萃取3次，加入无水硫酸钠干燥过夜，过滤，加入1 mL内标(0.018 9 mg/mL乙酸苯乙酯)，浓缩至1 mL，进行GC/MS分析。

(3) 氨基酸含量：称取0.25 g烟末，用40 mL浓度为0.1 mol/L的HCl震荡萃取30 min，过滤，取上清液1 mL过阳离子交换固相萃取小柱，用0.5 mL浓度为0.01 mol/L 的HCl淋洗小柱，再加入3 mL浓度为3 mol/L 的氨溶液洗脱，洗脱液于65 ℃水浴旋干，用1 mL 浓度为0.1 mol/L的HCl将其溶解，过滤膜于色谱瓶后用离子色谱仪进行测定。

(4) 脯氨酸Amadori化合物含量：称取2 g烟末，70%甲醇—水为萃取剂，料液比为1∶40 (g/mL)，超声20 min，抽滤并洗涤3次，40 ℃旋转蒸发至干，用70%甲醇—水溶液将其稀释至50 mL，再用30 mL正己烷萃取5次，将甲醇—水相浓缩至干，准确加入10 mL 70%甲醇将其溶解，过0.45 μm有机滤膜，进行HPLC-MS分析。

1.2.4 数据处理 使用多元回归分析、LSD多重比较进行数据分析，数据处理软件主要包括SPSS 17.0及Excel。

2 结果与讨论

2.1 三烘箱模拟烤机不同参数下水溶性糖含量差异

表1为均匀试验设计表及烟叶进出料含水率与水溶性糖检测结果。干燥前白肋烟通过“重加里料”，提高了烟叶含水率(为38.12%)，干燥后烟叶含水率为3.44%～15.18%，符合《卷烟工艺规范(2016版)》中对白肋烟处理的要求规范，且说明烘箱可以较好地模拟白肋烟干燥；还原糖含量为0.245 9%～0.297 9%，总糖含量为0.666 9%～0.875 9%，说明随着三区干燥温度的变化，还原糖与总糖含量均发生了明显变化。与对照组相比，烘培后白肋烟还原糖、总糖含量均降低，是由于干燥过程中白肋烟中还原糖发生了美拉德反应，总糖在高温烘焙条件下发生一定的降解，所产生的一部分单糖进行焦糖化作用，因此总糖含量的变化程度明显高于还原糖含量。综上，试验4即烘培条件为一区125 ℃、二区145 ℃、三区129 ℃时还原糖含量最低，即可认为此时美拉德反应最为彻底，香味物质含量较多。

2.2 还原糖与烘焙工艺温度参数模型拟合

使用SPSS 17.0软件对均匀试验结果进行回归分析，其结果见表2，所得还原糖与3个烤区之间的回归方程为：

(1)

式中：

Y——还原糖含量，%；

X1、X2、X3——干燥一区、二区、三区温度，℃。

由表2可知，回归模型极显著，且相关系数、决定系数分别达0.973，0.947，说明模型拟合优度好，能够较好地拟合还原糖含量与3个烤区温度之间的关系。干燥二区及干燥三区温度对还原糖含量影响显著，干燥一区温度对还原糖含量影响接近显著，其主次影响因素为干燥二区>干燥一区>干燥三区。白肋烟烘焙干燥过程中，干燥二区的主要作用是维持物料温度以及延长等速干燥段时间，表明白肋烟在干燥二区时，其物料温度与等速干燥段白肋烟内各物质含量对烘焙后白肋烟还原糖含量具有较大影响，而干燥三区主要是去除白肋烟烟叶内剩余的水分，美拉德反应程度较弱，因此干燥三区温度对烘焙后烟叶还原糖含量影响较小。

2.3 烘焙工艺最优温度参数验证

根据还原糖含量与3个烤区间的回归模型进行规划求解可以得出，一区、二区、三区温度分别为110，145，135 ℃时还原糖含量最低，以此干燥条件为试验1，均匀试验还原糖含量最低即第4组试验(烘焙条件为一区125 ℃、二区145 ℃、三区129 ℃)为试验2，烟厂现行烘焙条件(一区145 ℃、二区125 ℃、三区110 ℃)为试验3，空白对照组为试验4，每个干燥区干燥3 min，进行验证实验。

由表3可知，还原糖含量均值与其预测值的变化基本一致，且两者间绝对偏差<1%，试验1即回归模型最优条件下各物质的RSD<10%，测量结果稳定，还原糖含量为0.237 7%～0.240 0%，位于95%置信区间0.221 1%～0.249 9%内，说明回归模型的预测值与实际测量值相吻合，模型能够较好反映还原糖与3个烤区温度之间的关系。

由表3可知，与空白对照组相比，烘焙后白肋烟还原糖、总糖含量均降低，碱性香味物质、脯氨酸Amadori化合物、香味物质含量均明显升高，这是因为烘培过程中还原糖参与了美拉德反应，产生了脯氨酸Amadori化合物等香味物质，同时，烘焙过程中所加料液与烟叶化学成分之间发生了如焦糖化作用、斯特雷克分解作用等，这些反应均生成了香味物质；氨基酸总量顺序为试验3>试验4>试验2>试验1，可能是在试验3的烘焙条件下，蛋白质发生降解，导致氨基酸总量大于空白对照组；而随着烘培温度总和的继续上升，美拉德反应进行得更充分，从而导致试验1和试验2氨基酸总量降低。

还原糖总量大小顺序为试验3>试验1>试验2，碱性香味物质总量为试验2>试验1>试验3，随着还原糖含量的减少，碱性香味物质总量增加，说明烘焙后还原糖含量与碱性香味物质含量间有较为显著的变量关系，与文献[10]的研究结果一致。白肋烟烘焙产生的碱性香味物质主要有吡啶、吡嗪、吡咯等，主要是在烘焙过程中由美拉德反应产生，是白肋烟的特征香味物质，对改善香气和余味、减少杂气和刺激性具有重要意义。

表1 U12(12×62)方案及水溶性糖测定结果

表2 回归模型概述表†

试验1和试验2的还原糖含量与氨基酸含量间不存在显著差异，而总糖、碱性香味物质、脯氨酸、香味物质总量间存在极显著差异(P<0.01)，说明试验1与试验2之间的烘焙处理，可能发生不同程度的美拉德反应、焦糖化及斯特雷克分解，从而产生不同种类的香味物质，使香味物质含量出现显著差异，且非还原性糖如蔗糖发生水解产生单糖，使还原糖含量变化不显著；试验3与试验1、试验2之间各物质均存在显著或极显著差异。且试验1烘焙条件下致香物质总和为4.681 6%，含量最高，对白肋烟烘焙增香效果最好，因此认为白肋烟烘培最佳条件为一区110 ℃(3 min)，二区145 ℃(3 min)，三区135 ℃(3 min)。

3 结论

以烘箱法模拟白肋烟三区干燥，并对烘焙后白肋烟还原糖及总糖含量进行了测定。结果表明，烘焙后白肋烟还原糖及总糖含量均存在明显差异。对烘焙后白肋烟还原糖含量与烘焙工艺参数进行模型拟合，拟合结果较好(R2=0.947)，且模型表明，干燥一区与二区是决定白肋烟烘焙后还原糖含量的重要因素。经回归模型规划求解所得白肋烟的最佳烘焙参数为一区110 ℃(3 min)，二区145 ℃(3 min)，三区135 ℃(3 min)，此时美拉德反应进行充分，所得香味物质总量较高，白肋烟烘焙增香效果较好。

试验以白肋烟原料为例，以还原糖含量与干燥三区温度的关系间接评价白肋烟烘焙增香效果，而随着白肋烟品种以及加料种类及用量的变化，此回归模型是否依然适用仍需加以验证。