徐 达，苏加坤，洪 流，索卫国，何 力，郭 磊，蔡继宝

江西中烟工业有限责任公司技术中心，南昌市高新区京东大道201 号 330096

美拉德反应广泛存在于烟草工业生产过程中，它使烟草香气更加优美，口味更加醇和宜人，是烟草众多香味物质的主要来源之一。因此，利用美拉德反应制备烟用香料，改善卷烟的感官质量，成为国内外烟草行业的研究热点[1-3]。由于天然香料香气丰富、类型众多，近年来，有文献报道采用天然产物提取液替代水、丙二醇作为美拉德反应介质制备烟用香料[4-8]，用于强化香气风格特征，取得了较好的效果。但这种制备方法易受到天然产物中大量的非还原糖、果胶、蛋白质等化学成分的影响；采用酶解或化学反应等手段也难以完全消除，直接影响卷烟抽吸品质。

酒尾是在白酒蒸馏过程中酒精度在20%（体积比）以下的馏分，约占全部馏分的1/4～1/3，是白酒酿造生产过程中的副产物。酒尾中含有较丰富的有机酸和酯类、杂醇油等，带有强烈的酸、臭等不良气味[9-11]。多数厂家将酒尾直接倒入底锅内串蒸，少数厂家长期存放后做调味酒或利用酒精提取器回收其中的乙醇，这些处理都存在利用率低等问题，使用效果也不理想[12]。考虑到酒尾中有机酸和酯类在降低卷烟杂气、提升卷烟品质方面具有一定的作用，较丙二醇、水等美拉德反应常用介质的化学成分更加丰富，且目前将酒尾应用于卷烟香料开发，特别是以酒尾为介质进行美拉德反应香料开发的研究在国内尚未见报道。鉴于此，本研究中选择3 种不同原料来源的酒尾作为美拉德反应介质，对不同酒尾及由其制备的美拉德香料进行系统的比对分析，并对其在卷烟中的应用效果进行评价，旨在为反应香料的开发提供借鉴，同时也为酒尾的再利用提供新途径。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

高粱酒酒尾（GLJ）、谷烧酒酒尾（GSJ）、米烧酒酒尾（MSJ）（江西丁坊酒业有限公司）；“金圣”牌某款卷烟叶组（南昌卷烟厂提供）。

葡萄糖、丙氨酸、赖氨酸、脯氨酸（AR，上海蓝季科技有限公司）；无水硫酸钠、丙酮、磺基水杨酸（AR，天津市科密欧化学试剂有限公司）；二氯甲烷（色谱纯，美国J&T Baker 公司）；无水乙醇、无水甲醇（色谱纯，德国Merck 公司）；乙酸苯乙酯、烟酸甲酯（内标），乙酸、丙酸、丁酸、2-甲基丁酸、戊酸、己酸、3-甲基戊酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、4-甲基戊酸、苯甲酸、月桂酸（酸性标准物质），2-呋喃甲醇、4-环戊烯-1,3-二酮、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、2-乙酰呋喃、5-甲基糠醛、2-乙酰基-5-甲基呋喃、苯甲醇、苯乙醛、苯乙酮、愈创木酚、苯乙醇、异佛尔酮、2-甲氧基-4-甲基苯酚、香兰素、异丁香酚、β-二氢大马酮、柠檬烯、金合欢基丙酮、十六酸甲酯（中性标准物质），吡啶、吡嗪、2-甲基吡啶、甲基吡嗪、2-乙基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡嗪、2,4-二甲基吡啶、乙基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-吡啶甲醛、2-乙酰吡啶、3-乙酰吡啶、喹啉、2-乙酰吡咯、3-甲基吲哚、2-甲基吲哚、2,3-二甲基吲哚（碱性标准物质）（＞96%，上海安谱实验科技股份有限公司）。

L-8900 全自动氨基酸分析仪（日本Hitachi 公司）；PHS-3C 精密pH 计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；7890A-5975C 气质联用仪（美国Agilent 公司）；L-550 型离心机（湘仪离心机仪器有限公司）；BSA124S 型电子天平（感量0.000 1 g，北京赛多利斯公司）；KBF115 恒温恒湿箱（德国Binder 公司）；CIJECTOR 卷烟加香注射机（德国Burghart 公司）；RM200A 型转盘吸烟机（德国Borgwaldt KC 公司）；HY-8 型振荡器（国华电器有限公司）；ELX800 型酶标仪（美国Biotek 公司）。

1.2 方法

1.2.1 酒尾美拉德反应产物的制备

以GLJ、GSJ、MSJ 3 种不同的酒尾为原料，以葡萄糖+脯氨酸+赖氨酸为反应模型进行3 种酒尾美拉德反应产物的制备筛选。制备工艺：称取10 g酒尾、2.5 g 葡萄糖、1 g 脯氨酸、0.5 g 赖氨酸，放入50 mL 三口瓶中；调节pH 至9.0，将三口瓶置于转速为250 r/min 的磁力加热搅拌器上，安装回流冷凝管和温度计，控制油浴温度为100 ℃，反应1～4 h。将冷却后的反应液倒入棕色样品瓶中避光保存，分别标记为GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M；并通过嗅香评价和感官评价的方法对3 种反应物进行比较。

1.2.2 酒尾游离氨基酸、酒精度分析

游离氨基酸分析参照文献[13]中的方法，酒精度检测参考文献[14]中的气相色谱法。

1.2.3 酒尾美拉德反应过程中吸光度值的测定

将反应物样品（反应时间0、1、2、3、4 h）与蒸馏水按1∶7（体积比）稀释后，冷却至25 ℃时，在490 nm 处测其吸光度[15]。

1.2.4 酒尾美拉德反应产物和卷烟主流烟气香味成分分析

酒尾样品、酒尾美拉德反应产物样品前处理：准确称取10 g 样品，精确至0.1 mg，放入100 mL具塞磨口锥形瓶中；加入40 mL 二氯甲烷和100 μL内标溶液，振荡30 min，静置30 min；移取10 mL二氯甲烷层萃取液，加入适量无水硫酸钠干燥。萃取液经过滤后，于旋转蒸发仪上浓缩（温度30 ℃，转速100 r/min，体系压力30 kPa）至约1.0 mL，经0.45 µm 有机相滤膜过滤后，进行GC-MS 分析。

卷烟样品主流烟气样品前处理：（1）将参比卷烟置于温度（22±2）℃，相对湿度（60±2）%的环境下平衡48 h；通过微量注射器向每支参比卷烟中均匀注射5 μL 酒尾美拉德反应产物，得到样品卷烟，在 相 同 环 境 下 平 衡48 h。（2）按 照 GB/T 19609—2004 的规定收集20 支卷烟的总粒相物[16]，将捕集有主流烟气总粒相物的剑桥滤片放入100 mL 具塞磨口锥形瓶中，加入40 mL 丙酮和100 μL内标溶液；振荡30 min 后，加入适量无水硫酸钠干燥，静置30 min；移取10 mL 萃取液，通过预活化好的C18固相萃取小柱（6 mL×250 mg），再以5 mL丙酮淋洗固相萃取小柱，合并洗脱液；浓缩至1 mL，用0.45 μ m 有机相针式滤器过滤，进行GC-MS 分析。

酸性和碱性成分GC 条件：

色谱柱：HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；载气：He；恒流模式流速：1.0 mL/min；进样口温度：250 ℃；进样模式：分流进样；分流比：10 ∶1；进 样 量：1 μ L；升 温 程 序：250 ℃（15 min）。

中性成分GC 条件：色谱柱：DB-5MS (60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；载气：He 气；恒流模式流速：1.0 mL/min；进样口温度280 ℃；进样模式：分流进样；分流比：10∶1；进样量1 μL；升温程序：

MS 条件：

电离方式：EI；电子轰击能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；传输线温度：250 ℃（酸性和碱性成分），280 ℃（中性成分）；扫描方式（定性）：Scan；质量扫描范围：40～550 amu；扫描方式：SIM，选择离子见表1。

定性定量方法：利用NIST08 和Wiley 谱库检索。有标样的成分，根据保留时间定性后采用内标标准曲线定量；没有标样的，以匹配度＞85%定性，并假定相对校正因子为1 进行定量。酸性成分和中性成分以乙酸苯乙酯为内标（814 μg/mL），碱性成分以烟酸甲酯为内标（811 μg/mL）。

表1 各香味成分和内标物的特征选择离子①Tab.1 Selected ions of aroma components and internal standards

表1（续）

1.2.5 酒尾美拉德反应产物的嗅香评价与感官评价

嗅香评价：使用50%丙二醇溶液将GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M 溶解为5%的香料溶液，按照YC/T 145.6—1998[17]的方法，由7 名取得行业感官评吸技术岗位资格证的专业评吸人员对其进行嗅香评价。

感官评价：将制备的GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M按烟丝质量的0.05%加料于“金圣”某款卷烟叶组中，卷制成烟支后密封存储，并于温度(22±1) ℃、相对湿度(60±2)%的恒温恒湿箱中平衡48 h。由7名取得行业感官评吸技术岗位资格证的专业评吸人员参照YC/T 497—2014[18]的评吸方法，对添加了3 种酒尾美拉德反应产物的卷烟香气质量、刺激性、协调性进行描述和对比评价；卷烟样品打分参照中国烟草总公司郑州烟草研究院单体/香精作用评价标准[19-20]进行。

2 结果与讨论

2.1 不同酒尾的游离氨基酸、酒精度数、致香成分分析结果

3 种酒尾游离氨基酸的质量分数见表2。可知，3 种酒尾的游离氨基酸组成丰富，但总量较少（约20.35～46.61 μg/g）。GLJ 中检测出12 种氨基酸，其中脯氨酸、赖氨酸、肌氨酸的质量分数相对较高；GSJ 中有18 种氨基酸，其中丙氨酸、脯氨酸、亮氨酸的质量分数相对较高；MSJ 中有12 种氨基酸，其中肌氨酸、赖氨酸、鸟氨酸的质量分数相对较高。

GLJ、GSJ 和MSJ 3 种酒尾的酒精度（体积比）分别为3.82%、4.34%和4.97%。3 种酒尾的香味成分分析结果见表3。可知，酒尾中的香味成分较单一，以有机酸为主，且包括少量的酯类、醇类和微量的杂环类物质。3 种酒尾中质量分数最大的3种有机酸均为乙酸、丁酸和己酸，GLJ 中的有机酸总量最高，达2 813.26 μg/g。

表2 3 种酒尾的游离氨基酸质量分数Tab.2 Contents of free amino acids in three tail spirits(μg·g-1)

酯类物质（己酸乙酯、乳酸乙酯）的质量分数和比例是决定白酒风格和香型的主要因素，特别是己酸乙酯具有浓郁、爽口、回甜、味长的特点[21]。3 种酒尾中酯类成分质量分数的差异较大，己酸乙酯质量分数：GLJ＞GSJ ＞MSJ，乳酸乙酯质量分数：GSJ＞GLJ＞MSJ。3 种酒尾中的杂环类成分均为微量，可能由蒸酒过程中发生的微量热反应产生[22]。

表3 3 种酒尾的致香成分分析结果Tab.3 Contents of aroma components in three tail spirits (μg·g-1)

2.2 不同酒尾美拉德反应产物的比较分析

按照设计的反应模型进行美拉德反应，制备得到的3 种酒尾美拉德反应产物的感官评价结果见表4。可知，以不同酒尾为反应介质制得的美拉德反应产物的香韵略有差别，GLJ-M 的感官评价结果优于GSJ-M 和MSJ-M。以上3 种酒尾美拉德反应产物的感官差异可能与酒尾中有机酸的总量及其组成的差异有关：

①有机酸的存在会影响美拉德反应的程度，导致美拉德反应产物不同。3 种酒尾中均含有丰富的有机酸，从总量上看，GLJ＞MSJ＞GSJ，且主要以乙酸、丁酸、己酸为主。酒尾中的有机酸在反应前形成了有机酸-有机酸盐缓冲体系，由于吸光度值可反映美拉德反应程度[15]，根据图1 的吸光度值分析结果可知，美拉德反应程度GLJ-M 显著高于GSJ-M 和MSJ-M。可能是缓冲力较强的GLJ反应体系有利于氨基化合物参与羰氨反应生成美拉德特征香味成分[23]，使反应后GLJ-M 中香味成分质量分数高于GSJ-M 和MSJ-M。

②有机酸组成的不同也可能带来一定的感官差异。低级脂肪酸（C3～C6）可改善卷烟感官品质，而乙酸具有一定的酸性刺激性[24]。美拉德反应前后3 种有机酸质量分数的变化如图2 所示，3 种美拉德反应产物中，GLJ-M 和GSJ-M 主要以己酸为主；而MSJ-M 主要以乙酸为主，故GLJ-M 和GSJ-M 在有机酸组成方面较MSJ-M 更有利于卷烟感官品质的提升。

表4 3 种酒尾美拉德反应产物的嗅香评价及应用在卷烟中的感官评价结果Tab.4 Olfactory and sensory evaluation results of Maillard reaction products prepared by using three tail spirits as reaction mediums

图1 美拉德反应过程中3 种反应物吸光度（A490 nm）值的变化Fig.1 Variation of OD (A490 nm) values in three Maillard reactants during reaction procedure

此外，酯类、醇类质量分数的差异也可能对美拉德反应产物的感官评价结果产生一定影响。

图2 美拉德反应前后3 种酒尾有机酸质量分数的变化Fig.2 Variation of organic acid contents in three tail spirits before and after Maillard reaction

美拉德反应产物致香成分分析结果见表5。可知，GLJ-M、GSJ-M、MSJ-M 中均产生了大量香味成分，其中，烤甜香韵的呋喃类、呋喃酮类、吡喃酮类、环戊烯酮类中性成分和烘焙香韵的吡嗪类、吡咯类、吡啶类碱性成分是重要的美拉德反应特征致香成分，美拉德反应特征致香成分总量高低顺序为GLJ-M＞GSJ-M＞MSJ-M，质量分数分别为60.71、30.19、27.28 μg/g。GLJ-M 中主要为吡喃酮类、吡嗪类及吡咯类物质，分别占其美拉德反应特征物质总量的58.19%、31.71%和8.6%。GSJ-M 中主要为吡喃酮类、吡嗪类物质，分别占其美拉德特征物质总量的78.54%、17.85%，MSJ-M 中主要为吡喃酮类、吡嗪类物质，分别占其美拉德特征物质总量的75.44%、22.07%。

有研究[25]表明，2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）对卷烟香气质、甜感的提升有显著作用。GLJ-M 中DDMP 质量分数最高，与GSJ-M、MSJ-M 相比，GLJ-M 透发、甜感特征较为明显；GLJ-M 酸性成分总量最高，主要起到中和烟气pH，降低卷烟刺激的作用。另外，GLJ-M 的酸性成分总量较之反应前的GLJ 降低了约60%，乳酸乙酯和己酸乙酯未检出。

表5 由3 种酒尾制备的美拉德反应产物主要致香成分的质量分数Tab.5 Contents of main aroma components in Maillard reaction products prepared from three tail spirits (μg·g-1)

表5（续）

2.3 GLJ-M 的最适添加量及主流烟气致香成分分析

为了进一步探索酒尾美拉德反应产物GLJ-M在卷烟中的应用效果，按照0.05%、0.10%、0.50%的添加量（以烟丝质量为基准）将其添加到“金圣”牌某规格卷烟中，进行最适添加量研究和主流烟气致香成分分析，选择未添加GLJ-M 的卷烟作为空白样品，感官评价结果见表6。可知，当添加量为0.05%时，卷烟评吸得分为89.5 分，优于空白卷烟；当添加量为0.10%时，卷烟评吸得分与0.05%相同；当添加量增至0.50%时，由于美拉德香气浓度偏大，导致余味略有残留，卷烟整体得分有所下降。故GLJ-M 在卷烟中的最适添加量为0.05%。

卷烟烟气香味成分分析结果见表7～表9。相对于空白样品，当GLJ-M 添加量为0.05%、0.10%、0.50%时，卷烟烟气中性香味成分释放总量分别提升8.54%、8.70%、11.08%，其中4-环戊烯-1,3-二酮、金合欢基丙酮、5-甲基糠醛和DDMP 提升较为明显；烟气酸性香味成分释放总量分别提升5.42%、5.55%、8.10%，其中己酸和苯甲酸提升较为明显；烟气碱性香味成分总量分别提升3.18%、2.38%、5.30%，其中2-乙酰吡咯提升较为明显。从整体趋势来看，在最适添加量0.05%时，卷烟烟气香味成分总量的提升最为显著，继续增加添加量对卷烟香气成分总量的进一步提高效果不明显。

表6 添加酒尾美拉德反应产物GLJ-M 卷烟的感官评价结果Tab.6 Sensory evaluation results of cigarettes containing different amounts of GLJ-M （分）

表7 添加酒尾美拉德反应产物GLJ-M 卷烟烟气酸性香味成分释放量Tab.7 Contents of acidic aroma components in smoke of cigarettes containing different amounts of GLJ-M (μg·支-1)

表8 添加酒尾美拉德反应产物GLJ-M 卷烟烟气中性香味成分释放量Tab.8 Contents of neutral aroma components in smoke of cigarettes containing different amounts of GLJ-M (μg·支-1)

3 结论

（1）高粱酒、谷烧酒、米烧酒3 种来源的酒尾（GLJ、MSJ、GSJ）酒精度均较低（3%～5%），氨基酸组成丰富，有机酸质量分数较高（GLJ＞MSJ＞GSJ），其中GLJ 中有机酸质量分数达2 813.26 μg/g。

（2）以上述酒尾为反应介质制得的3 种美拉德反应香料，美拉德反应特征香味成分总量为GLJ-M＞GSJ-M＞MSJ-M，均具有一定的降刺效果。其中感官评价效果较好的GLJ-M 中的酸性、中性、碱性成分总量分别为1 074.16、46.21、24.51 μg/g，对卷烟香气质、甜感提升有显著作用的DDMP 质量分数达23.78 μg/g；当GLJ-M 的添加量为0.05%时，卷烟评吸得分由88 分增加至89.5 分，其中对卷烟香气质量有重要影响的卷烟烟气中性香味成分总量由68.93 μg/支增加至74.82 μg/支。

（3）酒尾美拉德香料在降低卷烟刺激、改善卷烟抽吸品质方面具有一定的潜在应用价值，本研究结果可为酒尾的再利用提供新途径。