增色增香脯氨酸美拉德反应物制备方法及其应用与流程

本发明涉及烟用添加剂
技术领域：
，具体是一种增色增香脯氨酸美拉德反应物制备方法及其应用。
背景技术：
：美拉德反应类香料一直是烟草和食品上极为重要和极有应用价值的香料，美拉德反应物在烟用香料中应用广泛。烟草在调制、陈化、加工和燃吸等过程中，均可能发生美拉德反应。随着人们健康意识的提高，烟厂在解决降低卷烟焦油量、而又能保持或满足卷烟吸食可用性方面所面临的困难日益突出。美拉德反应作为烟草特征香气形成的重要途径之一，在烟草增香中的应用研究倍受青睐。反应产生的香气根据糖源、氮源不同也不同，反应产生大量杂环香味化合物，对卷烟烟气有改善作用。再造烟叶可作为烟制品原料，用来代替天然的雪茄内包叶，现已广泛用作卷烟原料。雪茄型卷烟是融合雪茄烟和烤烟的优势特征，形成兼具雪茄烟浓郁丰盈和烤烟纯净舒适的风味特色，构建出不同于雪茄型和烤烟型的现代经典中式雪茄品类。现有技术中，普通卷烟纸(茄衣)只是起到包裹烟丝、提供外观视觉效果的作用，通常情况下，为满足高速卷烟机的正常运行，对卷烟纸生产重点是从物理性能上考虑，在原料的选择上采用的是全商品浆板；在生产工艺上，通过控制不同原料配比及打浆度和在卷烟纸生产过程中加入适量碳酸钙和助燃剂来达到物理指标和燃烧性能的要求；但这些对卷烟品质的提高是较为有限的。众所周知，所谓吸烟其实就是抽吸烟丝燃烧后产生的烟气，而其中茄衣却是烟丝的载体，卷烟纸与其它卷烟材料所不同的是，它将参与卷烟燃烧，而现有技术采用的全商品浆板生产的卷烟纸，存在卷烟燃烧过程中产生较多木质气、刺辣感而影响卷烟烟气清纯气味的问题。合成色素色泽鲜艳，着色力强，色调多样，但它有一个大缺点，即具毒性(包括毒性、致泻性和致癌性)。天然色素因色调与食品天然色调接近、安全性比合成色素可靠等优点而受到普遍的重视和广泛的研究。利用美拉德反应生成的香料在国际上认为是属于天然香料范畴，被美国食品药品管理局(fda)认定为是一般公认安全的产品(gras)。公开号为cn101411543的中国专利申请，公开了一种制备烟用香料的方法，其将糖类物质与氨基酸进行反应，制得烟用香料。该方法采用糖类与氨基酸间的美拉德反应产物作为烟用香料，具有增香的作用。公开号为cn101637305a的中国专利申请，公开了一种利用美拉德反应制备烟用香料的方法，其将葡萄糖、复配氨基酸及特种定向增香型烟末浸膏进行反应，具有巧克力和烤香的烟用香料等。该方法原料来源复杂，成本较高，制得香料香型较单一，难于普遍应用于卷烟中。其他复合糖源、氮源的美拉德反应香料，原料来源复杂，成本较高，制备的美拉德反应物成分较复杂，难以纯化，引起烟气的刺激性较大。授权发明专利zl201310268308.x公开了一种调控美拉德反应制备烟用香料的方法，其将氨基酸与葡萄糖按照质量比为1:2～1:6混合溶解于水中得到起始混合液，起始混合液中葡萄糖的质量浓度为10％～20％，ph8～12，温度控制在105℃～120℃反应0.5～1小时；添加l-抗坏血酸，105℃～120℃下继续反应0.5～1小时，制得美拉德反应型烟用香料，该美拉德反应香料存在多糖含量高、成分复杂、粘度大、吸潮性强、几乎没有着色能力的缺陷。目前已有的脯氨酸美拉德反应物的报道为丙二醇/水体系，氨基酸和糖通常比例为1:2～1:1.2，催化剂为氨水、羟基丁基茴香醚或特丁基对苯二酚等，其反应物应用时具有多糖含量高、吸潮性大的缺陷，而已知的脯氨酸美拉德反应物的报道中，其酸值不高，且未见脯氨酸美拉德反应物增色增香、改善再造烟叶及其茄衣的外观和感官品质的报道。技术实现要素：本发明的目的是提供一种增色增香脯氨酸美拉德反应物的制备方法及其应用，采用水溶液反应体系，在美拉德反应罐中添加一定比例的脯氨酸、还原糖和反应催化剂，在一定的反应温度、时间、ph条件下进行美拉德反应，工业生产增色增香的脯氨酸美拉德反应物，提高了脯氨酸美拉德反应物的酸值，降低了其吸潮性等缺陷，在再造烟叶及其茄衣中应用，改善其外观和感官品质，协调烟气，使烟气柔和细腻，降低烟气刺激性，改善感官质量，并使其外观接近于雪茄烟外观颜色，自然均匀，工艺条件温和易操作，成本低廉。本发明通过以下技术方案实现：一种增色增香脯氨酸美拉德反应物的制备方法，包括如下步骤：(1)原料准备；准备美拉德反应底物、催化剂和水，其中美拉德反应底物为脯氨酸与糖源，糖源为还原糖或者复合糖源，复合糖源为咖啡豆提取物或还原糖与发酵咖啡豆提取物的复配物；糖源为还原糖时，脯氨酸与还原糖的摩尔比2～8:1，糖源为复合糖源时，脯氨酸与复合糖源的质量比为2～5:1，催化剂占美拉德反应底物质量的0.2～6％，水与反应底物的质量比为1～10:1；(2)工业生产：先将水加入反应罐中，启动搅拌电机，加热至50～60℃，依次按一定比例加入脯氨酸、糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入催化剂；反应过程中，设置美拉德反应罐工艺条件为温度92～180℃，搅拌电机保持开启状态，反应时间为3～24h；(3)成品：反应结束后，待反应物在反应罐中自然冷却至35～40℃，过80～100目筛网过滤，以25+0.1公斤/桶的规格灌装，常温避光保存。进一步的，所述的发酵咖啡豆提取物的制备方法为：咖啡豆粗粉与水的质量比为1:10～50，由龙胆二糖酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶、中性和碱性蛋白酶、活性生香鲁氏干酵母按照质量比0.1～0.3：0.5～1：0.5～1：0.5～2：0.5～1：0.5～1，搅拌均匀，对咖啡豆粗粉进行复合发酵，发酵条件为ph6～10、28～38℃、时间2～12h然后90～95℃恒温水浴回流提取1～3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.1～1.3，即制得所述发酵咖啡豆提取物。进一步的，所述活性生香鲁氏干酵母和酶均为食品级，龙胆二糖酶的酶活为100～10000u/g，内切纤维素酶、外切纤维素酶、中性和碱性蛋白酶的酶活为2万～20万u/g，复合酶和活性生香鲁氏干酵母占咖啡豆粗粉质量的0.1～0.5％。进一步的，所述的复合糖源为还原糖与发酵咖啡豆提取物的复配物时，还原糖总量与发酵咖啡豆提取物质量比为1:1，若还原糖有两种或两种以上，每种还原糖之间为等质量比。进一步的，所述的还原糖为葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖、白砂糖、红糖、焦糖、玉米糖浆中的一种或任意几种的组合，均为食品级以上。进一步的，所述的催化剂为氨水、α-甲基苯甲醛、甲醛、乙醛、丙醛、异戊醛、维生素c中的一种或几种。本发明还提供一种增色增香脯氨酸美拉德反应物在再造烟叶中的应用，在再造烟叶进行涂布工序时添加，添加量为0.05～1％，能改善再造烟叶的外观和感官品质，与烟气协调，降低烟气刺激性，丰富烟气，使外观色泽接近雪茄烟，自然均匀。本发明还提供一种增色增香脯氨酸美拉德反应物在茄衣中的应用，涂布添加量为2～12％，能改善茄衣的外观和感官品质，与烟气协调，降低烟气刺激性，丰富烟气，使外观色泽接近雪茄烟，自然均匀。本发明的有益效果是：(1)脯氨酸与葡萄糖、木糖等还原糖按摩尔比2～6:1产生的美拉德反应，产物色泽为深棕黑色，糖含量较少，粘度减小，吸潮性降低，香气更丰富，品质提高；(2)脯氨酸与复合糖源-发酵咖啡豆提取物的美拉德反应产物，采用由龙胆二糖酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶、中性和碱性蛋白酶、活性生香鲁氏干酵母等进行复合发酵咖啡豆提取液，起到复合协同作用，增酯增香且转化糖苷类香气物质，转化分解纤维素和蛋白质等不利于吸味的大分子细胞壁物质为葡萄糖、游离氨基酸、小分子物质等，更多地释放致香物质或其香味前体物，以及咖啡天然色素成分、抗氧化物等生物活性成分，再进行天然底物的美拉德反应，其中还可添加一定量的其他还原糖，制备脯氨酸增色增香美拉德反应物，具有咖啡烘烤香气，香气丰富，及具有一定的棕黑色着色能力；(3)脯氨酸与复合糖源的反应催化剂兼具调节ph值、促进反应、增加脯氨酸美拉德反应物的抗氧化稳定性的功能；(4)该增色增香脯氨酸美拉德在再造烟叶及茄衣中的改善外观和感官质量的应用，很好地解决了当前工艺采用食品色素所带来的影响抽吸品质等问题，对再造烟叶和茄衣的外观和感官品质有提升作用，能协调烟气，中和烟气碱性，降低烟气刺激性，柔和烟气，丰富烟香，并使再造烟叶色泽自然均匀，茄衣呈现高贵典雅的深棕黑色，接近雪茄烟颜色。普通美拉德反应物的酸值，据报道，均在1以下，而本发明的脯氨酸美拉德反应物的酸值可达25.1，应用于再造烟叶及茄衣中，能起到中和烟气中的碱性，柔和烟气，降低烟气刺激性的作用。本发明工艺条件简单温和，可直接使用现有生产设备，无需改造，所用的原料天然环保无害等优点，具有较大的工业应用前景。附图说明图1是本发明制备的增色增香脯氨酸美拉德反应物样品的挥发性成分的总离子流色谱图；图2是脯氨酸美拉德反应物对照的总离子图谱。具体实施方式下面将结合具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1一种增色增香脯氨酸美拉德反应物的制备方法，具体包括如下步骤：(1)原料准备；脯氨酸与糖源作为美拉德反应底物，本实施例中糖源为葡萄糖，按脯氨酸与葡萄糖的摩尔比3:1，反应催化剂为氨水，占美拉德反应底物质量的0.6％，水与反应底物的质量比为1.5:1；(2)工业生产：先将水加入反应罐中，启动搅拌电机，加热至50℃，依次加入脯氨酸、葡萄糖，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入氨水；反应过程中，设置美拉德反应罐工艺条件为温度98℃，搅拌电机保持开启状态，反应时间为6h；(3)成品：反应结束后，待反应物在反应罐中自然冷却至35℃，过80目筛网过滤，以25+0.1公斤/桶的规格灌装，常温避光保存。本实施例还提供一种上述增色增香脯氨酸美拉德反应物在再造烟叶及茄衣中的应用，在再造烟叶进行涂布工序时添加，添加量为0.05％；在茄衣上应用，涂布添加量为8％，能改善再造烟叶及茄衣的外观和感官品质，与烟气协调，降低烟气刺激性，丰富烟气，柔和烟气，降低烟气的碱性，使外观色泽接近雪茄烟，自然均匀。实施例2一种增色增香脯氨酸美拉德反应物的制备方法，具体包括如下步骤：(1)原料准备；按脯氨酸与发酵咖啡提取物的质量比为2:1来配置；反应催化剂为一定比例的氨水和维生素c，占上述脯氨酸与发酵咖啡提取物的质量的0.2％，水与反应底物的质量比为2.8:1；(2)工业生产：先将水加入反应罐中，启动搅拌电机，加热至55℃，依次加入脯氨酸、发酵咖啡提取物，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入催化剂氨水和维生素c(质量比为1:0.5)；反应过程中，设置美拉德反应罐工艺条件为温度125℃，搅拌电机保持开启状态，反应时间为7h；(3)成品：反应结束后，待反应物在反应罐中自然冷却至38℃，过90目筛网过滤，以25+0.1公斤/桶的规格灌装，常温避光保存。所述的发酵咖啡豆提取物制备方法为：咖啡豆粗粉与水的质量比为1:25，由龙胆二糖酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶、中性和碱性蛋白酶、活性生香鲁氏干酵母等进行复合发酵(活性生香鲁氏干酵母和酶均为食品级，龙胆二糖酶的酶活为1000u/g，其他酶的酶活均为10万u/g；质量比为0.3：0.5：0.5：0.5：0.5：1；复合酶和活性生香鲁氏干酵母占咖啡豆粗粉质量的0.2％)后，搅拌均匀，在ph9，30℃条件下，温育发酵6h，95℃恒温水浴回流提取2次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.15，为发酵咖啡豆提取物。该增色增香脯氨酸美拉德反应物在再造烟叶及茄衣中的应用，在再造烟叶进行涂布工序时添加，添加量为0.06％，在茄衣上应用，涂布添加量为9％，能改善再造烟叶及茄衣的外观和感官品质，与烟气协调，降低烟气刺激性，丰富烟香，具有咖啡烘烤香气，外观色泽接近雪茄烟，自然均匀。实施例3一种增色增香脯氨酸美拉德反应物的制备方法，具体包括如下步骤：(1)原料准备；脯氨酸与复合糖源的按照质量比为3:1来配置，复合糖源为木糖与发酵咖啡豆提取物等质量比的复配物；反应催化剂为氨水、α-甲基苯甲醛，占美拉德反应底物质量的2％，水与反应底物的质量比为4.2:1；(2)工业生产：先将水加入反应罐中，启动搅拌电机，加热至58℃，依次按一定比例加入脯氨酸、复合糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入催化剂；反应过程中，设置美拉德反应罐工艺条件为温度165℃，搅拌电机保持开启状态，反应时间为8h；(3)成品：反应结束后，待反应物在反应罐中自然冷却至35～40℃，过100目筛网过滤，以25+0.1公斤/桶的规格灌装，常温避光保存。所述的发酵咖啡豆提取物制备方法为：咖啡豆粗粉与水的质量比为1:25，由龙胆二糖酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶、中性和碱性蛋白酶、活性生香鲁氏干酵母等进行复合发酵(活性生香鲁氏干酵母和酶均为食品级，龙胆二糖酶的酶活为10000u/g，其他酶的酶活均为15万u/g；质量比为0.1：0.5：0.5：1：1：1；复合酶和活性生香鲁氏干酵母占咖啡豆粗粉质量的0.4％)后，搅拌均匀，在ph10，36℃条件下，温育发酵10h，93℃恒温水浴回流提取3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.18，为发酵咖啡豆提取物。本发明实施例还提供一种增色增香脯氨酸美拉德反应物在再造烟叶及茄衣中的应用，在再造烟叶进行涂布工序时添加，添加量为0.08％，在茄衣上应用，涂布添加量为11％，能改善再造烟叶及茄衣的外观和感官品质，与烟气协调，降低烟气刺激性，丰富香气，具有咖啡烘烤特征香气，使外观色泽接近雪茄烟，自然均匀。试验例1：应用的外观和感官效果对比评价将实施例1-3制备的增色增香脯氨酸美拉德反应物进行在再造烟叶及茄衣中的外观和感官评价，对照组为未施加美拉德反应物的再造烟叶或茄衣。结果表明：本发明提供的脯氨酸美拉德反应物，在再造烟叶及茄衣中应用，能协调烟气，降低烟气刺激性，并丰富烟香，增加烘烤香气，中和烟气中的碱性，柔和烟气，并使外观色泽自然均匀，接近雪茄烟色泽。表1.脯氨酸美拉德反应物在再造烟叶和茄衣中应用的外观和感官评价试验例2：脯氨酸美拉德反应物的酸值对比以紫外分光光度计来对比检测脯氨酸美拉德反应物及其对照的酸值，对照组a为脯氨酸：葡萄糖摩尔比为1:1的美拉德反应物，对照组b、对照组c为脯氨酸与复合糖源质量比为1:1的美拉德反应物，其他条件相同。表2脯氨酸美拉德反应物的酸值实施例1对照组a实施例2对照组b实施例3对照组c酸值25.10.2522.30.0824.90.12结果表明，经本发明的工艺条件生产的脯氨酸美拉德反应产物，酸值有极大提高，应用于再造烟叶及茄衣中，燃烧时，对烟气起到中和碱性的作用，柔和烟气，降低烟气刺激性。试验例3：脯氨酸美拉德反应物挥发性成分的hs-spme-gc/ms对比分析称取脯氨酸美拉德反应物(脯氨酸与还原糖摩尔比2:1)样品和脯氨酸美拉德反应物对照(脯氨酸与还原糖的摩尔比为1:1，其他反应条件不变)各1g，分别置于15ml专用顶空萃取样品瓶中，选用100μmpdms萃取头，以250℃条件下老化30min，再将萃取头插入装有脯氨酸-葡萄糖美拉德反应物的15ml专用顶空萃取样品瓶，在80℃萃取60min后，进行挥发性成分的gc/ms分析，分析结果如图1和图2所示。gc/ms分析条件(1)色谱条件：柱初温50℃，保持2min，以8℃/min的速率升温到180℃，保持1min，再以18℃/min的速率升温到280℃，保持30min；载气为氦气(he，纯度99.99％)，恒流模式，流速为1.0ml/min；分流进样方式，分流比1：10，无溶剂延迟；进样口温度250℃。(2)质谱条件：电离方式：ei源；电子能量:70ev；倍增管电压：1.2kv；离子源温度：230℃；四级杆温度:150℃；接口温度：280℃，传输线280℃；扫描范围：33－350m/z。使用nist标准谱库进行检索分析，按峰面积归一化法计算化合物相对百分含量。表3脯氨酸-葡萄糖美拉德反应物挥发性成分的hs-spme-gc/ms分析从表3可以看出，采用hs-spme-gc/ms方法从本发明的脯氨酸美拉德反应物(脯氨酸与还原糖摩尔比2:1)样品中共鉴定出76种挥发性成分，包括杂环化合物18种，酯类15种，醇类14种，烃类13种，酮类8种，酸类6种，烯类3种。按照面积归一化法来计算这76种挥发性成分的相对百分含量为73.39％，醛类含量最高，为42.94％，次高为酯类9.4％，醇类4.75％，烃类3.91，酮类2.74％，酸类2.28％，烯类0.77％，就单一物质而言，5-(1-哌啶)-2-呋喃甲醛最高，为35.38％，其次是5-羟甲基糠醛7.04％、邻苯二甲酸乙酸异丁酯3.23％、庚酸酐1.83％、(z)-9-十六碳烯酸甲酯1.66％、十六醇1.39％、3-羟基-á-二氢突厥酮1.02％等。而脯氨酸美拉德反应物对照(脯氨酸与还原糖的摩尔比为1:1，)中共鉴定出59种挥发性成分，包括杂环化合物17种，酯类15种，醇类5种，烃类7种，酮类5种，酸类7种，酚类2种，按照面积归一化法来计算这59种挥发性成分的相对百分含量为63.23％，杂环化合物种类最多，单一物质而言，棕榈酸含量最高，达到12.60％，其次乙酸为8.45％，邻苯二甲酸乙酸异丁酯为7.21％，在本发明的脯氨酸美拉德反应物中，总挥发性成分的种类和相对百分含量增加，香气更丰富，且刺激性成分的种类和相对百分含量下降。本发明的脯氨酸美拉德反应物的挥发性成分中，5-(1-哌啶)-2-呋喃甲醛是相对含量最高的物质；5-羟甲基糠醛是由葡萄糖等单糖化合物在高温等条件下脱水生成的具有呋喃环结构的醛类化合物，是美拉德反应的典型产物之一，广泛存在于食品中，对血管内皮细胞和小鼠四氯化碳肝损伤模型具有保护作用，也是2，5-呋喃二甲醛等的转化前体物质；辛酸奶酪味，腐败味，涩味，稀释后呈水果香气；柠檬烯是烷烃中阈值较低的一种“活性气味物质”，具有清新的柠檬香和柑橘香；β-广藿香烯是倍半萜类成分；庚酸丁酯呈草药和弱的生苹果似水果香味；2，6，10-三甲基十四烷等支链烷烃拥有一定的香气特征；月桂酸干果味、肉豆蔻酸等饱和脂肪酸，可赋予烟气一种腊味、脂味和柔和的吸味；月桂酸乙酯具有特有的花果香气，十六烷醇具有玫瑰香气；棕榈酸乙酯有脂肪味，腐败味，水果味，甜味等。所有这些挥发性成分构成了该脯氨酸-葡萄糖(2:1)美拉德反应物的特殊风味，能与烟气协调，柔和烟气，降低烟气刺激性，丰富烟香。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12