天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法与流程

本发明涉及烟草加工领域，具体涉及天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法。

背景技术：

烟草是茄科烟草属植物，烟梗即是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重的25～30％。烟梗是烟草工业的副产物，目前多作弃置处理。我国是烟草大国，每年有数十万吨烟梗资源被废弃，既造成环境污染，同时也是对自然资源的浪费。研究表明，烟梗中含有的成分种类与烟叶成分基本一致。梗丝具有焦油、烟碱含量低，填充性能好等特点，是卷烟叶组配方的主要填充料之一，在卷烟配方中起着重要的作用。在产品设计允许下，增加梗丝用量，是降焦减害的重要手段之一，也是节约成本的好办法。梗丝由烟梗加工而来，但由于烟梗中含有大量的纤维素、果胶、木质素、多糖等大分子物质，成品梗丝在感官上存在刺激大、浓度高、杂气明显等缺点。

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。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，反应产生的香气根据糖源、氮源不同，产生不同的杂环香味化合物，对卷烟烟气有改善作用。美拉德反应的进行必需要求反应体系中水分含量大于10％，一般在15％以上，因此其反应体系基本上都是液相体系，固相体系研究较少。

发明“一种烟用梗丝增香剂及制备方法和应用”(申请号：201310394332.8)，将枫糖作为天然糖源和混合氨基酸进行美拉德反应，其中氨基酸与枫糖的质量比为1：10～25，制得烟用梗丝增香剂，具有天然糖源过量，美拉德反应产物中糖含量高，粘性大，烟气刺激性大等缺陷。发明“一种提高梗丝品质的方法”(申请号：201410002912.2)，洗梗时，烟梗采用循环蛋白酶水溶液进行浸泡或者清洗，采用常规加料方式，按照一定比例将复合酶液(复合酶由果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶组成)喷洒在厚梗片上，贮存6小时以上；按比例将添加剂(添加剂指氨基酸溶液，选自谷氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、脯氨酸或其组合)按≥1％的比例施加到梗片上，常温贮存0.5小时以上，具有工艺复杂，工艺成本较高，工艺流程耗时较长等缺陷，且美拉德反应时间短，反应温度低，没有反应催化剂和稳定剂，仅为常温0.5h，反应不充分，美拉德反应产物的增香效果不佳；发明“一种改善梗丝品质的加工方法”(申请号：201510041600.7)，先用醇溶液对烟梗或梗片进行提取，然后再将醇提液回加到由该烟梗或梗片制成的梗丝中，并通过水洗结合酸解、酶解将烟梗中的大分子(如果胶、蛋白质等)等对烟草吸味不利的化合物去除，而烟梗的醇粗提取液仍有刺激性大、浓度高、杂气明显、香气不足的缺陷；目前在梗丝在线生产工艺中，进行天冬氨酸、天冬酰胺和还原糖/复合糖源固相美拉德反应，来提高梗丝质量的方法与应用，还未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，在梗丝加料生产工序中，将一定比例的天冬氨酸、天冬酰胺和糖源以及反应催化剂的水溶液，喷洒到梗丝上，在梗丝在线工序中进行天冬氨酸固相美拉德反应，提高梗丝中的香气成分种类和含量，增加烘烤香气，降低烟气刺激性和杂气，醇和烟气，改善口感，提高梗丝的感官品质，且外观接近优质烟丝，工艺条件温和易实现。

本发明通过以下技术方案实现：

一种天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)原料准备：准备固相美拉德反应底物、催化剂和水，其中固相美拉德反应底物为氨基酸与糖源，占梗丝质量的0.01～0.2％，所述氨基酸为天冬氨酸和天冬酰胺中的一种或其复配物，所述糖源为还原糖或者复合糖源，复合糖源为发酵椰子提取物或还原糖与发酵椰子提取物的复配物，当糖源为还原糖时，所述氨基酸与还原糖的摩尔比为2～6:1，当糖源为复合糖源时，氨基酸与复合糖源的质量比为2～6:1，反应催化剂占美拉德反应底物质量的0.2～0.6％；水与美拉德反应底物的质量比为1～4:1；

(2)梗丝加料工序的固相美拉德反应：依次按上述步骤1)的原料比例加入30～85℃的水、氨基酸、糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达25～40％，进行固相美拉德反应0.5～2h；

(1)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在100～145℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1～3min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到含水率达12.0±0.5％、感官质量提高的梗丝；

(4)常规工序生产成品梗丝。

进一步的，所述氨基酸为天冬氨酸和天冬酰胺两者的复配物时，天冬氨酸与天冬酰胺的摩尔比为0.1～1：1。

进一步的，所述的还原糖为甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖、半乳糖、焦糖中的一种或任意几种的组合，均为食品级以上。

进一步的，所述的复合糖源为还原糖与发酵椰子提取物的复配物时，还原糖与发酵椰子提取物质量比为1:0.5～1。

进一步的，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，所述的发酵椰子提取物的制备方法为：水与椰肉的质量比为10～50:1，由α-葡萄糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-d-呋喃果糖苷水解酶对椰子肉进行复合发酵，酶均为食品级，酶活为5万～20万u/g，三者质量比为0.1～0.5：0.5～1：0.5～1，酶的总质量占椰肉质量的0.1～0.3％，在ph3～6、28～42℃条件下温育发酵3～10h，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1.0～1.3，得到发酵椰子提取物。

进一步的，所述的反应催化剂为醋酸铵、抗坏血酸、氨水、碳酸氢铵、葵醛中的一种或几种，当为几种混合时，每种催化剂之间为等质量比。

本发明提供的天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，增加烘烤香气，降低烟气刺激性和杂气，醇和烟气，香气满足感较好，改善口感，提高梗丝的感官品质，且外观接近优质烟丝，工艺条件温和易实现。

本发明的有益效果是：

(1)氨基酸(天冬氨酸、天冬酰胺)与还原糖(甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖、半乳糖、焦糖等)或复合糖源按质量比2～6:1配置，反应催化剂为醋酸铵、抗坏血酸、氨水、碳酸氢铵、葵醛等，利用梗丝在线生产加料、烘丝等工序，控制梗丝含水量25～40％，在一定温度下进行固相美拉德反应，使梗丝中香气成分种类和总量增多，刺激性降低，杂气减少，增加烘烤香气，感官质量提高；

(2)发酵椰子提取物，采用α-葡萄糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-d-呋喃果糖苷水解酶对椰肉进行复合发酵，起到复合协同作用，增酯增香且转化糖苷类香气物质，转化分解多糖等大分子刺激性物质为单糖等小分子物质，更多地释放致香物质或其香味前体物，作为梗丝固相美拉德反应的糖源底物,在一定温度、水分条件下，与梗丝中的氨基酸、添加的天冬氨酸/天冬酰胺、自身的游离氨基酸发生美拉德增色增香反应，与烟气协调，增加烘烤焦甜香气和清甜香气；

(3)美拉德反应催化剂(醋酸铵、抗坏血酸、氨水、碳酸氢铵、葵醛等中的一种或几种)，兼具调节ph值、促进反应、增加固相美拉德反应的抗氧化稳定性的功能；

(4)天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，增加烘烤香气，丰富烟香，柔和烟气，改善口感，提高梗丝的感官质量，外观接近优质烟丝，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和提高了其使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。

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，具有较大的工业应用前景。

附图说明

图1为经天冬氨酸固体美拉德反应提高质量的梗丝样品挥发性成分的总离子流色谱图；

图2为对照梗丝样品挥发性成分的总离子流色谱图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1

一种天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)原料准备：天冬氨酸和甘露糖(摩尔比为3:1)作为固相美拉德反应底物，占梗丝质量的0.05％，反应催化剂为醋酸铵、抗坏血酸(质量比为1:1)，催化剂质量占美拉德反应底物质量的0.25％；水与美拉德反应底物的质量比为2:1；

(2)梗丝加料工序的固相美拉德反应：依次按上述步骤1)的原料比例加入65℃的水、天冬氨酸、甘露糖，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂(醋酸铵、抗坏血酸)，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达30％，进行固相美拉德反应1.2h；

(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在136℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1.5min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到含水率达(12.0±0.5)％、感官质量提高的梗丝；

(4)常规工序生产成品梗丝。

本发明提供的天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，增加烘烤香气，降低烟气刺激性和杂气，醇和烟气，香气满足感较好，改善口感，提高梗丝的感官品质，且外观接近优质烟丝，工艺条件温和易实现。

实施例2

一种天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)原料准备：氨基酸(天冬氨酸和天冬酰胺，摩尔比1:1)与发酵椰子提取物作为固相美拉德反应底物，占梗丝质量的0.12％，所述氨基酸与发酵椰子提取物的质量比为2.8:1，反应催化剂为葵醛、抗坏血酸(质量比为1:1)，催化剂质量占美拉德反应底物质量的0.3％；水与美拉德反应底物的质量比为2.5:1；

(2)梗丝加料工序的固相美拉德反应：依次按上述步骤1)的原料比例加入72℃的水、氨基酸、发酵椰子提取物，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达35％，进行固相美拉德反应1.5h；

(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在138℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥2min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到含水率达(12.0±0.5)％、质量提高的梗丝；

(4)常规工序生产成品梗丝。

所述的发酵椰子提取物为，水与椰肉的质量比为15:1，由α-葡萄糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-d-呋喃果糖苷水解酶对椰子肉进行复合发酵(酶均为食品级，酶活分别为5万u/g、8万u/g和10万u/g，三者质量比为0.1：0.5：0.5，酶的总质量占椰肉质量的0.3％)后，在ph3，30℃，温育发酵5h，90℃恒温水浴回流提取2次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.08，为发酵椰子提取物。

本发明提供的天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，增加烘烤香气和清甜感，降低烟气刺激性和杂气，醇和烟气，香气满足感较好，改善口感，提高梗丝的感官品质，且外观接近优质烟丝，工艺条件温和易实现。

实施例3

一种天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)原料准备：氨基酸(天冬氨酸和天冬酰胺按摩尔比0.5:1复配)与复合糖源作为固相美拉德反应底物，占梗丝质量的0.2％，所述复合糖源为鼠李糖和发酵椰子提取物的混合物(质量比为1:1)，所述氨基酸与复合糖源的质量比为3:1，反应催化剂为醋酸铵、碳酸氢铵(质量比为1:1)，催化剂质量占美拉德反应底物质量的0.5％；水与美拉德反应底物的质量比为4:1；

(2)梗丝加料工序的固相美拉德反应：依次按上述步骤1)的原料比例加入80℃的水、氨基酸、复合糖源，充分搅拌，直至完全溶解后，再加入反应催化剂，混合均匀，均匀喷洒到梗丝上，使梗丝的含水率达38％，进行固相美拉德反应2h；

(3)梗丝烘丝工序的高温固相美拉德反应：采用滚筒干燥设备在142℃的干燥温度条件下对贮存后的梗丝进行高温干燥1min，进一步发生高温固相美拉德反应，并得到含水率达(12.0±0.5)％、质量提高的梗丝；

(4)常规工序生产成品梗丝。

所述的发酵椰子提取物为，水与椰肉的质量比为30:1，由α-葡萄糖苷酶、β-葡聚糖酶、β-d-呋喃果糖苷水解酶对椰子肉进行复合发酵(酶均为食品级，酶活分别为10万u/g、10万u/g、20万u/g，三者质量比为0.3：0.5：1，酶的总质量占椰肉质量的0.1％)后，在ph5，35℃，温育发酵5h，95℃恒温水浴回流提取3次，合并滤液，减压浓缩至相对密度为1.15，为发酵椰子提取物。

本发明提供的天冬氨酸固相美拉德反应提高梗丝品质的方法，提高梗丝中的香气成分种类和含量，增加烘烤香气和清甜感，降低烟气刺激性和杂气，醇和烟气，香气满足感较好，改善口感，提高梗丝的感官品质，且外观接近优质烟丝，工艺条件温和易实现。

试验例1：应用的外观和感官效果对比评价

将实施例1-3制备的天冬氨酸固相美拉德反应提高质量的梗丝样品与按照常规工艺、未进行天冬氨酸固相美拉德反应的梗丝(对照)，进行感官评吸对比实验。

结果表明(如表1所示)：本发明提供的天冬氨酸固相美拉德反应提高质量的梗丝，能协调烟气，提高梗丝中的香气成分种类和含量，降低烟气刺激性和杂气，丰富烟香，增加烘烤香气和清甜感，柔和烟气，改善口感，提高梗丝的感官质量，外观接近优质烟丝，红度、黄度、亮度增加，提高了梗丝在卷烟产品中的可用性和使用量，降低了卷烟的焦油和烟碱的同时，香气满足感较好。

表1.天冬氨酸固相美拉德反应提高质量的梗丝及其对照的外观和感官评价

试验例2：经天冬氨酸固体美拉德反应提高质量的梗丝及其对照的挥发性成分hs-spme-gc/ms分析

选用100μmpdms萃取头，分别以250℃条件下老化30min；

称取经天冬氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝样品及其对照各1g，置于15ml专用顶空萃取样品瓶中，插入老化的100μmpdms萃取头，在80℃萃取60min后，进行挥发性成分的gc/ms分析，经天冬氨酸固体美拉德反应改善感官品质的梗丝和对照组的挥发性成分的总离子流色谱图分别见图1和图2

gc/ms分析条件

(1)色谱条件：柱初温50℃，保持2min，以5℃/min的速率升温到180℃，保持1min，再以15℃/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2经天冬氨酸固体美拉德反应提高质量的梗丝样品及其对照的挥发性成分hs-spme-gc/ms分析

从表2可以看出，采用hs-spme-gc/ms方法从天冬氨酸固相美拉德反应梗丝中共鉴定出88种挥发性成分，而对照鉴定出76种挥发性成分。梗丝样品中的挥发性成分包括烃类17种，醇类14种，酮类12种，醛类11种，酯类10种，杂环类9种，酸类7种，烯类4种，酚类1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，就单一物质而言，新植二烯最高，为33.26％，比对照的27.49％增加了21％，新植二烯是一种c20聚类异戊二烯，在烟草中性挥发物中含量最高，是烟叶中重要的致香物质，该成分是烟叶内含有的叶绿素在成熟和调制过程中降解形成叶醇，再由叶醇进一步脱水而形成的。新植二烯自身具有清香气且刺激性较强，而叶绿素和叶绿醇则具有青杂气，在调制过程中随着叶绿素和叶绿醇大量转化成新植二烯，烟叶的青杂气消除，进而产生清香气。新植二烯在烟草燃烧时可直接进入烟气，具有减少刺激性、醇和烟气的作用。新植二烯作为捕集烟气气溶胶内香气物质的载体，具有携带烟叶中挥发性香气物质和致香成分进入烟气的能力，故又为烟叶的重要增香剂；其次是2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单酯11.82％，相比对照的17.94％下降了34.11％，可能大分子物质在固相美拉德反应下，转化、裂解生成了其他小分子致香成分；再次是2-(1-甲基-吡咯烷基)-吡啶5.57％，比对照的2.96％增加了88.17％，杂环类化合物为烟草重要的香气组分；棕榈酸5.15％，与对照差不多，能柔和、圆润烟气等。其他如月桂酸干果味、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；十六烷醇具有玫瑰香气等。所有这些挥发性成分构成了该天冬氨酸固相美拉德反应的梗丝香气协调，具有烘烤香气，烟香更丰富，柔和烟气，降低烟气刺激性，减少杂气，且外观具有自然光泽，接近优质烟丝。

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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。