模拟涂布液体系中利用美拉德反应降低烟草薄片还原糖含量的方法研究

李新生　严新龙　高徐梅等

摘要 [目的]研究在模拟水溶液涂布体系中通过美拉德反应降低制备的烟草薄片中还原糖含量。[方法]模拟烟草薄片生产过程，在含有还原糖的水溶液体系中分别添加不同种类的氨基化合物与催化剂，经过减压浓缩、涂布烘干制备步骤，优化降低烟草薄片中还原糖含量所需的氨基化合物以及催化剂的种类和用量。[结果]试验表明，以FeCl3为催化剂，浓度为0.01 mmol/L条件下，外加氨源物质磷酸氢二铵、赖氨酸、甘氨酸、脯氨酸对降低烟草薄片中的还原糖含量都有良好效果，相对空白薄片分别降低了36.87%、21.42%、13.22%和12.10%。[结论] 以FeCl3为催化剂通过加入氨源物质，利用美拉德反应在模拟工艺条件下能有效降低制备的烟草薄片中还原糖含量。

关键词 烟草薄片；美拉德反应；催化剂

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）08-02450-02

Study on Decreasing the Reducing Sugar in Tobacco Sheet with Stimulant Coating Liquid by Maillard Reaction

LI Xinsheng et al

（Shanghai Tobacco Group Taicang Haiyan Tobacco Reconstituted Co. Ltd.， Taicang， Jiangsu 215433）

Abstract [Objective] To study a method for decreasing the reducing sugar in tobacco sheet with stimulant aqueous coating liquid by Maillard reaction. [Method] Under the stimulant condition of tobacco sheet process， including reduced pressure concentration， coating and drying steps， the different kinds of amino compounds and catalyst were added to the stimulant aqueous coating liquid for optimizing the appropriate type and dosage of the used amino compounds and catalyst in coating liquid according to the result of decreasing the reducing sugar. [Result] After research， it was shown that diammonium hydrogen phosphate， lysine， glycine， and proline are good compounds to decrease the reducing sugar in tobacco sheet with using FeCl3 as catalyst. The best concentration of catalyst was at 0.01 mmol/L. Comparing the blank tobacco sheet without applying the method， the reducing sugar in tobacco sheet was decreased by 36.87%， 21.42%， 13.22%， and 12.10% respectively. [Conclusion] With FeCl3 as catalyst， it was a good method to decrease the reducing sugar in tobacco sheet under condition of tobacco sheet process by adding amino compounds into stimulant coating liquid through Maillard reaction.

Key words Tobacco sheet； Maillard reaction； Catalyst

烟草薄片，又名重组烟叶、再造烟草等，是采用物理、化学的方法把卷烟制造过程中的一些烟草废弃料，如烟末、烟梗、烟片等制成薄片状的再生烟草产品，可作为烟草制品原料用来代替天然的雪茄内包叶等，現已广泛用作卷烟原料[1-2]。在卷烟中添加烟草薄片，一方面可以更高效地利用烟叶原料，减少原料消耗，缓解烟叶原料的供需矛盾；另一方面，可以在一定程度上改善卷烟的物理性能和化学成分，从而改善和提高卷烟产品质量。

烟草薄片生产过程中，原料（包括烟梗、烟末、碎片）里的大部分水溶性还原糖（主要由果糖和葡萄糖组成）被提取到萃取液中，经浓缩后形成涂布液。涂布液中的还原糖含量可高达7%～10%，将其涂布在利用造纸法制备的烟草薄片纸基上，往往会导致所生产出的薄片还原糖含量偏高，影响薄片的吸味、颜色以及焦油含量等。因此，适当降低烟草薄片中的还原糖的含量，对提高和稳定卷烟质量具有重要意义。

根据造纸法烟草薄片制造工艺，烟草薄片中的糖主要来自涂布液，因此通过美拉德反应，利用薄片加工工艺过程是降低薄片中还原糖含量的重要途径。结合烟草薄片生产工艺，选择萃取液浓缩和涂布液涂布后烘烤为主要反应时段进行降糖研究。为了能优化出通过美拉德反应降低还原糖的氨源物质和催化剂的种类和用量，笔者首先选用还原糖与氨基化合物在水溶液配制成的简单模拟涂布液反应体系进行优化试验，为应用于烟草萃取液的复杂涂布液体系降低薄片中还原糖含量的技术提供有价值的信息。

1 材料与方法

1.1 材料 原材料：纸基片、烟梗、烟末、碎烟片。主要试剂：硫酸铁、氯化铁、硫酸锌、磷酸氢二铵（AR），北京化工厂；乙腈（色谱纯），百灵威科技有限公司；丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺（食品级），北京鸿瑞嘉盛商贸有限公司。

主要仪器：Agilent 1260型高效液相色谱仪配合Agilent 1260型蒸发光散射检测器，美国安捷伦公司；RE53AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；Milli_Q超纯水仪，美国MILLIPORE公司；FA1104B电子天平（感量0.000 1 g），上海越平科学仪器有限公司；DHG9070A电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 薄片制备。

在100 ml自来水中加入12 g葡萄糖，再添加等摩尔的氨基化合物，充分溶解后于70 ℃下减压浓缩30 min，至所剩溶液大约为原来的1/5，所得液全部转移至烧杯，平均分为4份涂布于定量的烟草薄片纸基片正反面，于（150±2）℃下烘烤3 min，得实验室模拟薄片。

1.2.2 还原糖含量测定。

剪碎制备的薄片，用蒸馏水浸泡40 min，全部过滤至250 ml容量瓶，蒸馏水洗涤薄片3次，合并洗涤液后定容，过0.45 μm水系膜，取3组平行待测。

采用高效液相色谱-蒸发光检测器对样品还原糖含量进行测定。色谱柱：Inertsil NH2色谱柱（4.6 mm×150.0 mm×5.0 μm）；柱温：30 ℃；流动相：乙腈∶水=75∶25；流速：1 ml/min；进样量：10 μl；检测器：ELSD蒸发光散射检测器 ；漂移管温度：80 ℃；氮气作载气[3-4]。

2 结果与分析

2.1 氨基化合物的选择

还原糖具有较高的反应活性，利用美拉德反应降低烟草薄片中还原糖含量，故选择氨基化合物作为降糖反应物进行优化试验，从而优选出效果良好的氨源反应物。试验选定了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、赖氨酸和磷酸氢二铵作为氨源反应物，选取这几种氨源物质的原因是：脯氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸等氨基酸是烟草中常见氨基酸，通过添加原本存在含量较高的氨基酸不易对薄片产品吸味造成不利的影响，并有文献报道，脯氨酸与葡萄糖发生美拉德反应产生的对应Amadori化合物是一种对卷烟吸味具有积极贡献的潜香物质[5]；而赖氨酸、甘氨酸、以及磷酸氢二铵与还原糖反应通常表现出较高活性。

果糖与葡萄糖发生美拉德反应途径类似，因此水模拟反应体系采用葡萄糖作为反应物进行优化试验。

试验中发现，模拟涂布液随减压浓缩进行，分别加入谷氨酰胺和丙氨酸的模拟体系中有固体物质析出，且谷氨酰胺情况尤为严重。将浓缩液涂于基片，经过烘烤后，测量其中还原糖含量，以不加入氨源物质制备的薄片作为空白对照，分析结果见图1。

由图1可以看出，磷酸氢二铵和赖氨酸反应效果最好，还原糖含量相对于空白分别降低了12.35%和10.42%；其次是甘氨酸和脯氨酸，在空白的基础上分别降低了7.11%和6.91%；丙氨酸和谷氨酰胺反应效果不好，相对于空白降低量不到1%。这是由于丙氨酸和谷氨酰胺的溶解度较小，随着模拟涂布液减压浓缩的进行，大部分丙氨酸、谷氨酰胺固体析出，未充分发生反应。

图1 不同氨源物质降糖效果比较

2.2 催化剂种类的确定

Cammerer等的研究指出，铁离子、锌离子等金属离子能不同程度地促进美拉德反应，且Fe3+催化能力比Fe2+强[6]。模拟试验中设计使用了3种催化剂，分别为FeCl3、Fe2（SO4）3和ZnSO4。在模拟反应体系中每100 ml水中分别添加100 μl 0.01 mol/L的FeCl3、Fe2（SO4）3和ZnSO4。即铁离子和锌离子的浓度均为0.01 mmol/L，其余处理步骤相同，研究催化剂对美拉德反应的影响，效果见图2。

由图2可以看出，FeCl3和Fe2（SO4）3均能有效促进美拉德反应而降低还原糖的含量，FeCl3的催化效果优于Fe2（SO4）3。FeCl3的体系中，磷酸氢二铵和赖氨酸反应体系还原糖含量相对空白分别降低了36.87%和21.42%，脯氨酸与甘氨酸体系分别降低12.10%与13.22%，丙氨酸降低了6.54%，谷氨酰胺降低了2.22%。Zn（SO4）2催化效果较差，故选用FeCl3 作为反应催化剂。

图2 不同催化剂对降糖效果的影响

2.3 催化剂用量优化

FeCl3 對烟草薄片制备工艺条件下外加氨源美拉德反应降低薄片产品中还原糖含量具有良好的催化效果，还需要优化确定催化剂用量。以降糖活性效果适中的甘氨酸为研究对象，添加不同含量的FeCl3溶液，其余操作步骤同“1.2”节处理，制得烟草薄片后分别测定反应降糖效果，优化催化剂使用量，结果如图3所示（与不加催化剂制备的空白薄片比较）。

由图3可以看出，Fe3+的存在能显著促进体系中的美拉德反应，降低薄片中还原糖的含量。随着Fe3+含量的增加，促进还原糖与氨基酸反应的效果也增强，烟草薄片中的还原糖的降低效果变显著。当Fe3+浓度为0.01 mmol/L时催化效果最好，此后随着Fe3+含量的增加，催化还原糖反应的效果变化并不明显，基本没有变化，因此最终优化选择Fe3+的催化浓度为0.01 mmol/L。

3 结论与讨论

通过水溶液模拟涂布体系制备烟草薄片优化降糖反应发现，FeCl3 是促进美拉德反应发生的一种有效催化剂，经过优化试验表明其最佳催化浓度为0.01 mmol/L，在该浓度下，通过模拟烟草薄片制备工艺条件，分别外加氨源物质赖氨酸、甘氨酸、脯氨酸和磷酸氢二铵对降低烟草薄片中的还原