谢映松，张李民，胡永华，徐志强，李健文，张文成

（1.安徽中烟工业有限责任公司技术中心，安徽 合肥 230088；2.合肥工业大学农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

烟用香料是卷烟生产不可缺少的原料，对卷烟品质和风格特征具有明显的影响[1]。根据香料物质的来源，烟用香料可以分为天然香料和合成香料两大类。其中，合成香料中的Maillard反应型香料以其增香作用显著、与烟气协调性好、掩盖杂气和改善吸味效果明显等优点，在各类烟用香料中居有突出的地位[2-3]。

Maillard反应是氨基化合物与还原糖之间发生的复杂化学反应。目前，在卷烟生产过程中所添加的Maillard反应香料，一般是利用液相反应而获得的[4-5]，不但需要选择合适的溶剂、pH值和反应温度，而且反应时间长达数小时甚至超过10 h；此外，氨基化合物与还原糖之间在固相加热的条件下也会发生Maillard反应。固相反应速率快，通常发生在烘焙、烧烤和卷烟的燃烧等反应过程中[6-7]。研究表明，在卷烟燃吸过程中，卷烟烟气的形成主要包括低温条件下的蒸馏、转移、热解以及高温条件下的燃烧等物理和化学路径，其中在发生蒸馏、转移和热解时，所伴随的固相Maillard反应是形成卷烟烟气中重要致香成分的有效途径之一。然而，利用氨基酸和还原糖混合物，在固相加热的条件下制备Maillard反应型烟用香料，并将其应用于卷烟产品中还鲜有文献报道[8]。本文以脯氨酸和葡萄糖的混合物为原料，在固相加热条件下获得了反应香料，并评价了其在卷烟中的应用效果。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

脯氨酸，≥98%，广东翁江化学试剂有限公司；葡萄糖，分析纯，天津市登科化学试剂有限公司；食用酒精，95%，上海励致化工有限公司；乙酸苯乙酯，内标，＞98%，比利时Acros公司。样品卷烟为未加香的“黄山（新制皖烟）”卷烟。

STA 449C同步热分析仪，德国Netzsch公司；Thermo1300气相色谱/质谱联用仪，美国Thermo公司；AX504电子天平，感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo仪器公司；Cijector-01型烟用加香注射机，德国Burghart公司；管式加热炉，自制。

1.2 脯氨酸和葡萄糖混合物的制备

分别称取计量的脯氨酸和葡萄糖，置于玛瑙碾钵中充分碾磨至均匀，得到摩尔比分别为2∶1，1∶3和1∶5的脯氨酸/葡萄糖混合物，密闭保存，备用。

1.3 热重分析

称取20 mg的脯氨酸、葡萄糖以及脯氨酸/葡萄糖混合物，置于Al2O3坩埚中进行热分析；热解气氛为氮气，流量为100 mL/min；实验温度范围为室温至500℃；加热速率为20℃/min。为了确保实验结果的精确性，在每次样品测试之前都做了基线测试。

1.4 固相Maillard反应型香料的制备

香料的制备在一个管式炉加热器中进行。图1给出了加热器及产物收集装置的结构示意图，主要由一根36 cm长的管状加热器、一根Ф3×65 cm的石英管反应器、一个带K型热电偶的温控装置和一个剑桥滤片收集装置所组成。管状加热器的中心区域能够提供大约10 cm长的均匀温度（波动范围：±5℃）。实验前，设定加热器的温度，并将装有1 g脯氨酸/葡萄糖混合物的石英舟放置于石英管的未加热区域，其间一直通入流量为100 mL/min的氮气；当加热器的温度达到设定温度并稳定时，将石英舟推入热解炉的均匀温度区，焦油态的产物采用剑桥滤片收集，气态产物直接排空。

加热5 min后，取出剑桥滤片，将其放置于一个带磨口塞三角烧瓶中，留存在石英管气体出口端的冷凝物用蘸有食用乙醇的脱脂棉擦洗干净，一并放入三角烧瓶中；接着，向三角烧瓶中加入20 mL食用酒精溶解、萃取反应产物；机械振荡30 min后，过滤，滤液即为Maillard反应型烟用香料。

1.5 GC/MS分析

取10 mL制备香料，加入25 μL浓度为1.2 mg/mL的乙酸苯乙酯作为内标物，然后将其浓缩至2 mL，取1 mL浓缩液进行GC/MS分析。

GC/MS分析条件：采用HP-FFAP毛细管色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度230℃，MSD传输线温度230℃；氦气作为载气，流量为1.0 mL/min；分流进样，分流比为10∶1，进样量1.0 μL；采用程序升温，初始温度60℃，保持3 min，然后以3℃/min的速率升至230℃，再保持15 min；离子源（EI）温度230℃；四极杆温度150℃；电子倍增器电压70 eV；扫描范围为41～450 m/z，溶剂延迟4 min。采用Nist12谱库对待测物质进行定性分析；以乙酸苯乙酯为内标，采用内标法进行定量。

1.6 在卷烟中的应用效果评价

取5 mL反应型香料，采用食用酒精稀释至50 mL，用加香注射机按照10.0 mg/kg的添加量注射到样品卷烟中。以注射同等量食用酒精的样品卷烟为空白对照，于温度为（22±1）℃，相对湿度为（60±2）%的环境中平衡48 h后，按照国标YC/T 497-2014[9]方法，对加香前后卷烟进行对比评价。

2 结果与讨论

2.1 热重分析结果

图2是脯氨酸和葡萄糖及其不同摩尔比混合物的微分热重（DTG）曲线。从图2（a）可知，在实验温度25℃～500℃，随热解温度的升高，脯氨酸和葡萄糖均经历了2个主要的热失重阶段。脯氨酸的2个主要的热失阶段发生在180℃～330℃，最大热失重速率下的峰值温度分别为257.1℃和283.7℃；而葡萄糖的热失阶段发生在180℃～400℃，相应的峰值温度为229.4℃和313.5℃，这一观察结果与文献中在相近实验条件下的研究结果一致[9-10]。图2（b）是摩尔比为2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物的（DTG）曲线，可以看出，热失重过程也包括2个主要阶段，其温度范围105℃～280℃，相应的最大热失重速率下的峰值温度分别为159.7℃和208.8℃，与纯的脯氨酸和葡萄糖的热失重相比，温度范围和峰值温度均明显提前，显示这两种物质发生了Maillard反应。图2（c）和图2（d）分别显示了摩尔比为1∶3和1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物的DTG曲线，从中可以发现，当脯氨酸和葡萄糖的摩尔比为1∶3时，DTG曲线上，在温度范围105℃～280℃之间主要表现为单一峰，峰值温度为169.1℃，相较于纯的脯氨酸和葡萄糖的热解，其温度范围和温度值也明显提前。而对于1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物，虽然DTG曲线上在温度范围105℃～280℃之间也主要表现为单一峰，峰值温度为207.3℃，但是在大约184℃附近还出现了一个肩峰；此外，在280℃～400℃之间还可以观察到一个小的重量损失过程，表明此时葡萄糖可能过量。由于不同摩尔比的脯氨酸和葡萄糖混合物的主要热反应过程均发生在105℃～280℃之间，因此，为了全面地收集反应产物，并获得其组成信息，在进行Maillard反应型香料的制备和分析实验时，将其反应温度设定为290℃。

图2 脯氨酸和葡萄糖及其不同摩尔比混合物的微分热重（DTG）曲线

2.2 产物的GC/MS分析结果

不同摩尔比脯氨酸和葡萄糖混合物的加热反应在管式炉中进行。热反应温度设为290℃。为了探讨温度对反应产物的影响，对于摩尔比为2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物除了进行290℃的加热实验外，还进行了250℃时的加热实验。表1给出了所有实验条件下加热反应产物的GC/MS分析结果。可以看出，在不同的实验条件下，共鉴定出了27种化学成分。比较脯氨酸和葡萄糖的摩尔比为2∶1，加热温度分别为250℃和290℃时的反应产物可以发现，在250℃时，其产物基本是氮杂环类物质，其中四氢吡咯，尤其是5，10-二甲氧基-2，3，7，8-四氢-1H，6H-吡咯并[1，2-a；1’，2’-d]吡嗪具有高的产率。而当加热温度升高到290℃，氧杂环类产物较多，且以2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮（DDMP）产率最高；而2，5-二甲基-4-羟基-3（2H）-呋喃酮和5-羟基麦芽酚也具有相对较高的产率。上述分析结果表明，反应温度对产物的种类和产率均具有十分明显的影响。

据报道，2，5-二甲基-4-羟基-3（2H）-呋喃酮是卷烟烟气中的一种关键烤甜香味成分[11]，而DDMP与烟气的甜味显著正相关[12-13]。比较表1中脯氨酸和葡萄糖的摩尔比分别为2∶1，1∶3和1∶5，且反应温度均为290℃时的产物还可以发现，在相同的反应温度下，反应物中随着葡萄糖比例的增加，产物的种类和高产率的物质基本没有明显的变化。但是从生成量上看，在上述3种摩尔比的反应物中，摩尔比为1∶3的反应物产生的2，5-二甲基-4-羟基-3（2H）-呋喃酮和DDMP最多。

表1 不同摩尔比脯氨酸和葡萄糖混合物在不同温度下产物的GC/MS分析结果

2.3 在卷烟中的应用评价

实验过程中共制备了4种反应型香料，分别是摩尔比为2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物在250℃时的产物（编号为1#），摩尔比为2∶1的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃时的产物（编号为2#），摩尔比为1∶3的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃时的产物（编号为3#）和摩尔比为1∶5的脯氨酸和葡萄糖混合物在290℃时的产物（编号为4#）。将这4种香料分别添加到未加香的样品卷烟中，并以注射同等量食用酒精的样品卷烟为空白对照，从舒适感特征、烟气特征、口味风格和香气风格等方面对加香前后的卷烟进行对比评价[1]，结果如表2所示。可以看出，虽然1#香料总体效果欠佳，但是其他3种香料对烟气的各项指标均有所改善或明显改善，尤其是3#香料不仅能明显改善烟气特征，而且对于烟气的甜味和焦甜香香气风格特征有显著提升作用。

表2 不同Maillard反应型香料应用在卷烟中的感官评价结果

3 结论

本文以脯氨酸和葡萄糖混合物为原料，利用管式炉加热器，结合热重和GC/MS分析，制备和分析了糖氨固相Maillard反应香料，并添加到卷烟中进行了感官评价，初步获得了在提升卷烟烟气感官品质，尤其是焦甜香香韵方面，具有较优效果的香料制备条件。由于本方法具有制备过程简单、快速，且不需要任何反应溶剂等特征，因此，其在烟用香料的制备方面值得进一步深入研究。