以黄酒为介质的美拉德反应香料制备及加香应用研究

徐 达，李瑞丽，2 *，苏加坤，郭 磊，周 艳，蔡继宝

（1.江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西南昌 330096；2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450001；3.南昌丁坊酒业有限公司，江西南昌 330200）

黄酒是世界三大古酒之一，一般以大米、黍米为原料制作，酒精含量通常在10%vol～20%vol，内含21种氨基酸，有中国“液体面包”的美誉。黄酒根据糖分的多少，可以分为4种类型，即甜型（＞100 g/L）、半甜型（15～40 g/L）、半干型（40～100 g/L）、干型（＜15 g/L）[1-2]。黄酒中的氨基酸赋予黄酒较高的营养价值，尤其是游离氨基酸的组成，是黄酒很多味道的重要来源，如甘氨酸、丙氨酸、组氨酸有甜味；谷氨酸、赖氨酸、天门冬氨酸有鲜味；酪氨酸、缬氨酸、亮氨酸有涩味[3-7]。

美拉德反应广泛存在于烟草调制、卷烟加工及消费过程中，能产生丰富的香味物质，具有增补烟香、醇化烟气、降刺抑杂等作用[8-10]。近年来，有采用天然产物提取液（如红枣提取液、甘薯水提物、南瓜水提物等）作为美拉德反应介质制备烟用香料[11-14]，用于改善卷烟的抽吸品质，取得了较好的效果。考虑到黄酒中氨基酸、糖类可作为美拉德反应前体，且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，本研究筛选了干型、半干型、甜型3种黄酒作为美拉德反应介质制备烟用香料，并完成了黄酒及黄酒介质美拉德反应香料的成分剖析和应用评价，旨在为酒香型美拉德反应香料的开发提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

干型黄酒（GH）、半干型黄酒（BGH）、甜型黄酒（TH）：南昌丁坊酒业有限公司；葡萄糖、脯氨酸（均为分析纯）：上海蓝季科技有限公司；二氯甲烷（色谱纯）：美国J&T Baker公司；乙酸、丁酸、2-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、庚酸、壬酸、癸酸、苯甲酸、月桂酸等（酸性成分标准品），4-环戊烯-1，3-二酮、2-甲基-2-环戊烯-1-酮、5-甲基糠醛、2-乙酰呋喃、2-乙酰基-5-甲基呋喃、苯甲醇、苯乙酮、愈创木酚、苯乙醇、2-甲氧基-4-甲基苯酚、香兰素、β-二氢大马酮等（中性成分标准品），吡啶、2-甲基吡啶、2-乙酰吡啶、3-甲基吡啶、3-乙酰吡啶、4-甲基吡啶、2-乙基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,5-二甲基吡啶、吡嗪、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、喹啉、2,3-二甲基吲哚等（碱性成分标准品）（纯度＞96%）：上海安谱实验科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C气相色谱-质谱联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）仪：美国Agilent公司；CIJECTOR卷烟加香注射机：德国Burghart公司；L-8900全自动氨基酸分析仪：日本Hitachi公司；ELX800型酶标仪：美国Biotek公司；PHS-3C精密pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；BSA124S型电子天平（感量0.000 1 g）：北京赛多利斯公司。

1.3 实验方法

1.3.1 黄酒美拉德反应物的制备

选择GH、BGH、TH三种黄酒为反应介质，在三口烧瓶中按照20∶5∶2（g∶g）的比例依次添加黄酒、葡萄糖、脯氨酸，调节反应液pH至9.0，安装回流冷凝管和温度计，油浴温度控制在100 ℃，磁力搅拌器转速调为250 r/min，反应1～4 h。待反应液自然冷却后，用棕色样品瓶中避光保存。将以GH、BGH、TH三种黄酒为反应介质的美拉德反应产物分别标记为GH-M、BGH-M、TH-M。

1.3.2 测定方法

游离氨基酸、酒精度含量：参照参考文献[15]的方法。

氨基酸态氮、总糖、总酸含量：参考国标GB/T 13662—2018《黄酒》的方法[1]。

美拉德反应过程中吸光度值：反应物样品采用蒸馏水稀释50倍后，冷却至25 ℃时，在波长420 nm处测其吸光度值。

美拉德反应物致香成分分析：准确称取10 g（精确至0.1 mg）样品，加入40 mL二氯甲烷和100 μL内标溶液，振荡处理30 min，静置分层，移取10 mL二氯甲烷层萃取液，过滤，在30 ℃、100 r/min、30 kPa条件下减压蒸馏至约1.0 mL，经0.45 μm有机相滤膜过滤，进行GC-MS分析。

中性、酸性和碱性成分GC条件参考文献[16]中的方法，采用选择性离子检测（selected ion monitor，SIM）和全扫描（full spectrum scan，SCAN）结合的扫描方式进行分析。酸性成分和中性成分以乙酸苯乙酯（817 μg/mL）为内标，碱性成分以烟酸甲酯（804 μg/mL）为内标，利用美国国家标准与技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）08和Wiley谱库检索，根据保留时间定性后采用内标标准曲线定量，或以匹配度高于85%定性后以相对校正因子为1进行定量。

嗅香评价：以体积分数50%的丙二醇为溶剂将GH-M、BGH-M、TH-M按5%的体积比稀释后，按照YC/T 145.6—1998《烟用香精香气质量通用评定方法》[17]的方法组织7名专业评吸人员分别进行描述性嗅香评价。

感官评价：利用香精注射机将GH-M、BGH-M、TH-M分别按烟丝质量的0.05%的比例添加到某品牌卷烟中，加香样品与参比样品分别置于温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%的恒温恒湿环境中平衡48 h。参照YC/T 497—2014《卷烟中式卷烟风格感官评价方法》[18]组织7名专业评吸人员对加香卷烟样品的香气质量、刺激性、协调性进行感官评价，指标赋分参照郑州烟草研究院单体/香精作用评价标准[19-20]，感官评价、香韵评分标准见表1和表2。

表1 卷烟感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard of cigarette

表2 卷烟香韵评分标准Table 2 Fragrance rating standard of cigarette

2 结果与分析

2.1 不同黄酒理化指标的差异分析

三种黄酒（GH、BGH、TH）的酒精度、总糖、总酸、氨基酸态氮分析结果见表3。

表3 不同黄酒的酒精度、总糖、总酸和氨基酸态氮含量Table 3 Contents of alcohol,total sugar,total acid and total amino acid nitrogen in different Huangjiu

由表3可知，总糖含量的区别是决定黄酒分类的主要因素，其中TH＞BGH＞GH，三者含量差异显著；酒精度TH＞BGH＞GH，其中TH偏高的原因可能与甜型黄酒酿造过程中的白酒添加工艺有关；总酸TH＞BGH＞GH；氨基酸态氮BGH＞GH＞TH。由于酿造工艺的不同，三种黄酒中各种理化指标均具有一定差异。

2.2 不同黄酒中游离氨基酸组成差异分析

三种黄酒中游离氨基酸的含量分析结果见表4。由表4可知，GH、BGH、TH中均检出18种氨基酸，氨基酸总量BGH＞TH＞GH。其中，BGH天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸含量相对较高；TH谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸含量相对较高；GH谷氨酸、脯氨酸、精氨酸含量相对较高。

表4 干型黄酒、半干黄酒、甜型黄酒中的游离氨基酸含量Table 4 Contents of free amino acids in dry Huangjiu,semi-dry Huangjiu and sweet Huangjiu

2.3 不同黄酒美拉德反应物的感官评价比较

黄酒美拉德反应物的嗅香评价及用于卷烟中的感官评价结果见表5。

表5 不同黄酒美拉德反应物的嗅香评价及感官评价结果Table 5 Aroma evaluation and sensory evaluation results of Maillard reaction products of different Huangjiu

由表5可知，三种不同黄酒美拉德反应物进行嗅香评价时均有烤香、发酵米香、酒香样的特点。在卷烟增香方面TH-M、BGH-M增补甜香的作用明显优于GH-M，TH-M在卷烟中的增香作用整体优于BGH-M、GH-M，这可能与黄酒中的有机酸总量、总糖含量、氨基酸含量和组成的差异有关。

在美拉德反应过程中三种黄酒反应物（GH-M、BGH-M、TH-M）的吸光度值（A420nm）值变化见图1。由于吸光度值反映美拉德反应褐变程度，美拉德反应褐变程度越大，产生的香味物质则越多，由图1可知，随着反应时间的延长，美拉德反应速率和褐变程度TH＞BGH＞GH。究其原因可能与黄酒总酸含量有关，有机酸在反应前形成了有机酸-有机酸盐缓冲体系，TH反应体系缓冲力较强，这有利于氨基化合物参与羰氨反应生成美拉德特征香味物质[20]。

图1 美拉德反应过程中三种反应体系吸光度值的变化Fig.1 Absorbance values change of Maillard reaction system during the reaction

美拉德反应后总酸含量变化见图2。由图2可知，TH-M（9.0 g/L）＞BGH-M（5.87 g/L）＞GH-M（4.62 g/L），有机酸含量较高的香料样品有助于改善卷烟刺激；可能与黄酒总糖含量有关，由于还原糖含量和褐变程度成正比，还原糖含量更高的TH体系有利于美拉德香味物质的反应产生。

图2 3种黄酒反应物在美拉德反应前后的总酸含量变化Fig.2 Change of total acid content of three Huangjiu reactant before and after Maillard reaction

美拉德反应后总糖含量变化见图3。由图3可知，TH-M（125.7 g/L）＞GH-M（113.0g/L）＞BGH-M（99.7 g/L），三种黄酒体系中的还原糖消耗量也印证上述结论。

图3 3种黄酒反应物在美拉德反应前后的总糖含量变化Fig.3 Change of total sugar content of three Huangjiu reactant before and after Maillard reaction

氨基酸含量和组成差异也可能是造成三者感官差异的原因之一。不同的氨基酸和还原糖在美拉德反应过程中能产生明显不同的气味物质，尽管黄酒中氨基酸含量（1.94～2.61 g/L）相对于外源添加的脯氨酸量（约100 g/L）较少，但对于整体反应物的香气丰富性来说，依然能造成一定的影响。有研究表明，葡萄糖作为糖源时，脯氨酸、谷氨酸、天冬氨酸在100 ℃的反应产物具有烤面包香，丙氨酸、甘氨酸主要产生焦糖香气，与烟香协调，能改善卷烟吸味；而精氨酸的反应产物类似烤糊的糖，亮氨酸的反应产物具有烤乳酪偏苦味。根据2.2的分析结果，TH中谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸占比更高，使得其美拉德反应物添加在卷烟中较之BGH、GH增香作用更明显。

2.4 不同黄酒美拉德反应产物的香味成分分析

表6 不同黄酒美拉德反应产物香味成分分析Table 6 Analysis of aroma components of Maillard reaction products of different Huangjiu

续表

由表6可知，GH-M、BGH-M、TH-M均含有丰富的酸性、中性及碱性香味成分，但特征组分有较大差异。TH-M中含有的有机酸含量相对较高，尤其是乙酸，TH-M含量远高于BGH-M、GH-M，有机酸可调节酸碱平衡，醇和烟气，减少刺激性。TH黄酒体系美拉德反应产物中的苯乙醇、邻苯二甲酸二甲酯（dimethyl phthalate，DDMP）含量远高于BGH-M、GH-M，其中，苯乙醇可赋予烟气甜香、坚果香、辛香及花香，DDMP有增加口腔甜润感、改善余味舒适性的作用。TH-M中的碱性香味成分总量高于BGH-M、GH-M，尤其是2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪表现更为明显，其中，2-甲基吡嗪具有可可香、坚果香及烤香香气，2,3-二甲基吡嗪具有坚果香、咖啡香和类黄油样香气。

2.5 不同黄酒美拉德反应产物主成分分析

图4 不同黄酒美拉德反应产物酸性（A）、中性（B）及碱性（C）风味成分主成分分析结果Fig.4 Principal components analysis results of acidic (A),neutral(B)and alkaline(C) flavor compounds of Maillard reaction products of different Huangjiu

酸性成分，特别是挥发性酸性成分（丙酸、壬酸、己酸、甲基戊酸、辛酸、乙酸、丁酸）是影响卷烟烟气特性的重要成分之一，可调节烟气pH值，使烟气醇和。酸性成分主成分分析结果见图4A。由图4A可知，在第二象限，与BGH-M相关性较高的酸性成分是S2（丙酸）、S10（壬酸）；在第三象限，与GH-M相关性较高的酸性成分是S7（己酸）、S6（3-甲基戊酸）、S14（月桂酸）、S12（4-甲基戊酸）；在第四象限，与TH-M相关性较高的酸性成分是S9（辛酸）、S1（乙酸）、S3（丁酸）。

中性成分和碱性成分中含有大量的美拉德反应致香物质，是影响卷烟香气质量的重要成分。中性成分主成分分析见图4B。由图4B可知，在第一象限，与TH-M相关性较高的中性成分是N8（愈创木酚）、N12（琥珀酸二乙酯）、N16（DDMP）、N18（金合欢基丙酮）、N4（乳酸乙酯）、N19（十六酸甲酯）、N17（异丁香酚）、N7（苯甲醇）、N13（香兰素）、N5（5-甲基-2-糠醛），其中，DDMP对卷烟香气质、甜感的提升有显著作用，十六酸甲酯醇和烟气，苯甲醇有弱花香，香兰素有甜香、奶香香气，5-甲基-2-糠醛有甜香，可增加烟气浓度；在第二象限，与GH-M相关性较高的中性成分是N15（香叶基丙酮），具有青香，可增加烟气浓度；在第三象限，与BGH-M相关性较高的中性成分是N6（3-甲基-2-环戊烯-1-酮），具有甜香。

碱性成分主成分分析见图4C。由图4C可知，在第一象限，与TH-M相关性较高的碱性成分是A3（2-甲基吡啶）、A4（2-甲基吡嗪）、A9（2,3-二甲基吡嗪）、A16（2-甲基吲哚）、A14（喹啉）、A6（2,6-二甲基吡嗪）、A17（2,3-二甲基吲哚）、A11（3-乙基-2,5-二甲基吡嗪）、A2（吡嗪），其中，吡嗪类物质如2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪灯，具有可可、坚果、烤香香气。在第二象限，与GH-M相关性较高的碱性成分是A1（吡啶）；在第三象限，与BGH-M相关性较高的碱性成分是A5（2,5-二甲基吡啶）、A13（2-乙酰吡啶），其中，2-乙酰吡啶具有爆米花、玉米样香气。

综合图4可知，在香气质量方面，能产生可可、坚果及烤香香味的物质（A4、A9、A6、A11、A2）和能产生甜香的物质（N16、N7、N13、N5）均与TH-M相关性较高，因此，TH-M在提升烤香、甜香方面的表现更为突出。由表6可知，GH-M、BGH-M虽也含有能提升烤香、甜香的物质，但其含量明显低于TH-M。在烟气特性方面，TH-M、GH-M、BGH-M的特征组分存在较大差异，由于TH-M醇和烟气的特征组分总量明显高于GH-M、BGH-M，因此，TH-M在醇和烟气方面的表现相对较优，与前述的感官评价结果一致。

3 结论

三种黄酒的总糖、酒精度、总酸指标值均表现为TH＞BGH＞GH，尤其是总糖含量，TH远高于BGH、GH；氨基酸态氮指标值表现为BGH＞GH＞TH。TH、GH、BGH中均检出18种氨基酸，氨基酸总量表现为BGH＞TH＞GH。在黄酒介质中添加葡萄糖和脯氨酸，进行美拉德反应制备香料，不同黄酒体系美拉德反应中，随反应时间延长，TH体系反应速率和褐变程度均高于BGH和GH，可能与反应前形成了有机酸-有机酸盐缓冲体系有关。除此之外，也与TH体系反应过程中糖消耗量较高及氨基酸特征组分有一定关系。反应体系组成差异可能是造成不同黄酒美拉德反应体系香味物质种类及含量差异的原因。

TH-M用于卷烟加料的感官评价结果明显优于BGH-M、GH-M。不同黄酒美拉德反应产物GH-M、BGH-M、TH-M中均含有大量致香物质，TH-M的酸性、中性及碱性香味成分含量相对更为丰富。产生可可、坚果及烤香香味的物质（2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、吡嗪灯）和能产生甜香的物质（DDMP、香兰素N7、5-甲基-2-糠醛等）均与TH-M相关性较高，因此，TH-M在提升烤香、甜香方面的表现更为突出。在调节酸碱平衡、醇和烟气的酸性成分中，TH-M、GH-M、BGH-M酸性特征组分存在较大差异，且TH-M中酸性成分总量明显高于GH-M、BGH-M，使得TH-M在烟气特性方面的表现相对较优。