甲酸降解淀粉和蛋白质对烟叶品质的提升

林 云 罗思维 欧阳璐斯 陈森林赖燕华 陶 红林宝敏 贾立山

(1. 广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东 广州 510385；2. 厦门大学，福建 厦门 361005)

烟叶在生长过程中会累积淀粉和蛋白质作为其重要的生物质来源[1]，若烟叶中的淀粉和蛋白质含量过高则会导致卷烟感官品质下降。目前，中国烟叶普遍存在经烤制加工后淀粉和蛋白质残留量仍然过高的问题[2-5]，使得烟叶在吸食过程中有难闻的焦油气味和辛辣、苦涩感，燃烧性能不好[6]。杂气与烟叶淀粉含量呈极显著正相关，烟叶淀粉含量越大，杂气越重[7]。现有降解淀粉和蛋白质的主要方法为发酵法、臭氧法和紫外光法，这些方法虽可降低淀粉和蛋白质含量，但有一定的缺陷[8-11]。发酵法引入的其他成分与烟叶分离工艺复杂，残存的一些成分会影响卷烟的食味[12]。臭氧法和紫外光法容易使烟叶宏观织构产生变化，降低其可加工性。实际生产中，烟叶中的淀粉和蛋白质的降解不但要考虑结果的有效性[13-15]，同时更要注重处理过程对烟叶品质整体性的改善。

甲酸是烟气中本身就存在的关键酸味物质之一，与烟叶的相容性好，在烟叶燃烧过程中不会产生新的有害烟气成分[16]。GB 2760—2014中，甲酸为允许使用的食品用合成香料，其对食品中的细菌性病原体有抑制或降低作用。研究拟利用甲酸有效降解烟叶中的淀粉和蛋白质，观察烟叶的外观质量和微观结构变化，并对降解后烟叶的感官品质进行评价，旨在为提升烟叶品质提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与原料

甲酸：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

复烤烟：2个浓香型(2015湖南B2F，2015湖南C3F)、2个中间香型[2015贵州B2F(B2)，2014贵州C3F]和2个清香型(2015云南普洱B2F，2015云南普洱C3F)，广东中烟工业有限责任公司。

1.2 仪器与设备

电子天平：BS-124-S型，北京赛多利斯股份公司；

空气压缩机：ACO-003型，广东日生集团有限公司；

双制式生化培养箱：SPX-150A-JBS型，上海天恒医疗器械有限公司；

扫描电镜：Hitachi S-4800型，日本日立公司；

压片机：GS15011 SPECAC LTD型，英国能谱公司；

傅里叶变换红外光谱仪：Nicolet Avatar 330型，赛默飞世尔科技有限公司；

双光束紫外可见分光光度计：TU-1901型，北京普析通用仪器有限公司；

酶标仪：Spectra Max M5 SMP 500-1725型，美谷分子仪器有限公司；

实验室烟叶切丝机：QS-2A型，郑州嘉德机电科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 烟叶的甲酸处理 烟叶样品置于湿度为(60±2)%，温度为(22±2) ℃的恒温恒湿环境中平衡48 h，取出，50 ℃下分别将5%，10%，20%的甲酸—水溶液通过压缩空气输送均匀喷淋在烟叶上，相对于烟叶的甲酸溶液喷淋量为0.2 mL/g，处理时间5 min，处理后将烟叶转移至上述恒温恒湿环境中平衡48 h。以喷淋等量纯水的烟叶作为对照组。

1.3.2 烟叶品质分析

(1) 烟叶外观质量与微观结构：按GB 2635—1992的方法对烟叶的叶片结构、身份、油分和色度进行评估。采用SEM法进行微观结构扫描。

(2) FTIR：将烟叶样品与溴化钾以质量比1∶50混合后研磨成粉末，经压片机压片后，采用傅里叶变换红外光谱仪进行FTIR检测分析。光谱采集范围400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描次数64。

(3) 淀粉和蛋白质含量：分别采用碘显色法[17]和三氯乙酸沉淀法[18]。

(4) 感官评吸：用切丝机将烟叶切成(0.9±0.1) mm的烟丝后制备卷烟样品，参照YCT 138—1998进行感官评吸。评吸人数不少于7人，依照劲头、浓度、细腻柔和程度、成团性、香气质、香气量、杂气、刺激性、余味及回甜等指标进行评分，记录抽吸过程中的感官感受。

1.4 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0软件进行数据统计和分析。

2 结果与讨论

2.1 烟叶外观质量与微观结构

2.1.1 外观质量 试验表明，经5%，10%，20%甲酸—水溶液喷洒处理后烟叶的叶片结构、身份、油分与对照样品几乎没有差别，仅色度略微变深，但不影响烟叶的宏观结构，甲酸处理后的叶片没有出现传统紫外或臭氧处理常见的叶片变脆的问题，仍维持了良好的加工性能。烟叶颜色变深可能是甲酸作用于烟叶生成的中间产物糖类与氨基酸发生美拉德反应，产生了棕色色素。实际生产中，美拉德反应是卷烟香味激发的一个重要方式；而现有工艺中，美拉德反应通常依赖于糖料的添加，但有研究[19]指出，随着烟叶外加糖的增加，焦油量会逐渐增大，双糖和多糖还易使卷烟出现易吸湿、燃烧不完全的问题。甲酸的添加则不同于直接添加糖料，后续的感官评吸过程中并没有发现上述问题，可能是因为甲酸所引发的美拉德反应是一个相对间接且动态性较强的过程，中间产物糖类生成时便可与氨基酸逐步反应生成致香成分，能较好地避免糖料量及种类添加不当所导致的各种问题。

2.1.2 微观结构 由图1可知，经5%，10%甲酸—水溶液喷洒处理后的烟叶与对照组无明显区别，但当甲酸浓度增加至20%时，烟叶表面组织平滑度下降，细胞轮廓变模糊，析出一些小颗粒物质，并出现胶溶聚集现象。说明瞬时酸浓度过大会对叶片细胞的微观结构产生一定影响，但对烟叶的宏观结构和加工性能无影响。为排除潜在的不良影响，甲酸溶液的喷洒浓度原则上以5%～10%为宜。

图1 烟叶经甲酸处理前后的SEM(2015湖南B2F)

2.2 FTIR分析

a. 甲酸 b. 对照组烟叶 c. 经10%甲酸处理后的烟叶

2.3 淀粉和蛋白质含量

由表1可知，选用的6种烟叶经甲酸处理后，淀粉和蛋白质含量都有一定程度的下降，且其降解率与甲酸溶液浓度呈正相关。经5%甲酸处理后烟叶的淀粉和蛋白质含量显著低于(P<0.05)对照组。随着甲酸浓度的增加，烟叶中的淀粉和蛋白质的降解幅度更大。相同浓度的甲酸溶液对6种烟叶样品的淀粉和蛋白质的降解效果不一，以经5%甲酸溶液处理的烟叶为例，6种烟叶中淀粉降解率为4.30%～29.48%，蛋白质降解率为16.11%～34.84%。从香型而言，浓香型烟叶本身的淀粉含量较高，在相同的甲酸浓度下，其降解率略低于中间香型和清香型。从烟叶部位而言，上部烟的蛋白质降解率普遍低于中部烟，可能是由于不同部位烟叶的表面吸附程度和内部结构差异所致。总体而言，甲酸能够有效降解烟叶中的淀粉和蛋白质，实际生产中，可通过调整甲酸溶液的浓度来调整醇化强度。

表1 不同甲酸浓度下降解烟叶的淀粉和蛋白质含量

2.4 感官评吸

由表2可知，与对照组相比，经10%甲酸处理的烟叶的香气质、香气量、杂气和烟气细腻程度显著提升。主要原因有：① 由于淀粉和蛋白质原本就会给烟气带来不良的吸食感觉，二者含量的降低能直接减少烟叶杂气，降低刺激性；② 淀粉和蛋白质分解后，降解产物为糖类和氨基酸，这些产物在一定的温度下能发生美拉德反应，使烟叶香气质和香气量有所提升。从香型而言，各烟叶感官质量改善的幅度有所区别，清香型的总体提质效果不如浓香型和中间香型，仅为0.5分的提升，而浓香型和中间香型可达1.2～2.7分的提升。这可能是因为清香型的烟叶淀粉含量基础值低于浓香型和中间香型，且云南的烟叶普遍含糖量较高，品质佳，可改善的空间相对较小。

表2 经10%甲酸—水溶液处理的烟叶感官评吸值†

3 结论

研究利用不同浓度的甲酸处理烟叶，并分析其外观质量、微观结构、化学成分和感官评价，得出以下结论：

(1) 甲酸的添加能有效降解烟叶中的淀粉和蛋白质，二者的降解率与甲酸溶液浓度呈正相关。实际应用中，建议以5%～10%的甲酸为宜，过高的浓度会对烟叶微观结构和吸食感受产生不良影响。相同甲酸处理浓度下，不同烟叶的降解率差别较大，其确切机理和变化规律还需进一步研究。

(2) 对于不同香型的烟叶，该方法的提质效果有所区别，后续可对烟叶致香成分进行分析，摸索不同香型烟叶香味的变化规律。

(3) 甲酸能与烟叶中的烟碱发生不同程度的中和反应，当酸浓度较低时，烟碱值的下降幅度对烟叶的感官风格特征没有明显影响，加大酸浓度则会使得浓度和劲头逐步下降。因此，可根据实际需求来控制甲酸浓度，对于烟碱适中的中部烟和上部烟，宜使用较低浓度的甲酸溶液，而对于个别烟碱过高，杂气和刺激性强的上部烟而言，可适当加大酸浓度。若加大酸浓度，则需要解决烟气有酸味的问题，可在反应一段时间后尝试采用鼓风或烘烤等方法去除部分甲酸。此外，由于下部烟的淀粉和蛋白质含量普遍较低，不建议使用该方法对其进行醇化处理。

(4) 适度的甲酸处理不会改变烟叶的加工性能，相较于以往研究中常用的加工方式，甲酸喷淋法能更好地兼顾加工过程的效率和结果的完整性。若应用于实际生产中，其可操作性强，易于流程化、标准化，后续可优化温度、醇化时间等工艺参数，使该方法能更好地与实际生产相结合。