浅谈烟草中有害物质成分和美拉德反应在烟草领域应用研究

浅谈烟草中有害物质成分和美拉德反应在烟草领域应用研究

梁哲瑞 韩佳彤

红塔辽宁烟草有限责任公司技术研发中心、 110100

摘要：烟草燃烧中所产生的独征香味与美拉德反应的反应产物具有重要关系，美拉德反应产物拥有致香成分丰富具有丰富的优良特性。据统计分析，美拉德反应产物在增加烟草等食品独特香气的同时,还可以有效的降低产品本身的杂气和刺激性,进而起到充分改善低品次卷烟品质,提高烟草感官、质量等作用。本文将从美拉德反应和烟草中有害物质成分角度分析，进而为日后烟草行业加大美拉德反应利用率提供基础参考。

1、研究背景

烟草燃烧中所产生的独征香味与美拉德反应的反应产物具有重要关系，美拉德反应产物拥有致香成分丰富,香味物质阈值较低、刺激性较小、香气质好等优良特性，也被广泛应用于烟草、烘培等食品领域，得到广大消费者的强烈追随。 据统计分析，美拉德反应产物在增加烟草等食品独特香气的同时,还可以有效的降低产品本身的杂气和刺激性,进而起到充分改善低品次卷烟品质,提高烟草感官、质量等作用。美拉德反应产物在卷烟原料培育及烘烤、陈化等加工过程中会得到不断积累,受卷烟原材料品种差异影响较大。有研究发现，不同的烟叶品种中的氨基酸和还原糖等主要物质含量差异显著,而美拉德反应产物的产生,能够进一步的改善烟叶的化学特性的发挥。

2、美拉德反应及其主要产物

美拉德反应（Maillard reaction）本质为羰氨间缩合反应，是一种非酶促褐变，主要指的是反应体系中的醛、酮以及还原糖的羰基与氨基酸、蛋白质等含氮化合物的游离氨 基之间发生的一系列反应。1912年，法国化学家L. C. Maillard对甘氨酸和葡萄糖混合共热的时候会形成褐色物质这一反应现象进行了相关报道。1953年，J. E. Hodge等[3]把这个反应正式命名为美拉德反应，并提出网络系统分类图解，很好的诠释了美拉德反应，分为3个反应阶段。3个阶段分别是初级阶段（Early Stage）、高级阶段（Advanced Stage）和终极阶段（Final Stage）：初级反应阶段：还原糖中羰基与含有自由氨基的化合物（如：蛋白质、氨基酸、脂质）中的氨基发生非酶反应,反应过程中加成物迅速失去一分子水并通过缩合反应生成薛夫碱（Schiff）,薛夫碱经过一系列重排进而形成阿姆德瑞产物（Amadori products，ARPs）。高级反应阶段：接着产物根据所处环境pH值的不同进而发生不同的降解反应。当pH值≤7时, 果糖基胺主要发生1,2-烯醇化反应，再经过脱水、脱氨反应过程，最后生成糠醛或羟甲基糠醛等；当pH值>7时, 果糖基胺主要发生2,3-烯醇化反应，再脱氨形成还原酮类和二羰基化合物。但由于还原酮类等产物的化学性质较为活泼，易经脱水后再与胺类进行缩合反应，或者产物自身发生裂解反应，形成小分子物质，如乙酸、丙酮醛、二乙酰等；最终反应阶段：反应生成的活性中间体产物（如：葡萄糖酮醛、还原酮类等）与赖氨酸、精氨酸等氨基酸进行缩合反应，再经包括环合、脱氢、醇醛缩合、醛氨聚合、重排、异构化等一系列反应的发生,生成具有荧光特性的晚期糖基化终末产物 （Advanced Glycation End-products，简称AGEs）、类黑素等末期产物。

目前，关于美拉德反应的研究主要集中于其中间产物和终产物，如：荧光性AGEs、类黑精、5-羟甲基糠醛等。其中荧光性AGEs主要包括戊糖素、N^ε-羧乙基赖氨酸（CEL）、N^ε-羧甲基赖氨酸（CML）以及乙二醛（GO）等。其中AGEs是在非酶促反应的条件下，通过蛋白质、氨基酸或核酸等大分子物质中的游离氨基与葡萄糖、果糖、戊糖等还原糖的醛基经过缩合、重排、裂解、氧化修饰等反应过程后产生的晚期糖基化终末产物，具有荧光特性，可通过荧光光谱仪测定含量；GO为糖基化反应早期产物，在酸性条件下能够与盐酸羟胺成肟，产物乙二醛二肟具有紫外吸收特性，可通过紫外分光光度计测定含量；HMF为糖基化反应早期产物，具有紫外吸收特性，可通过紫外分光光度计测定含量；HMF为糖基化反应早期产物，具有紫外吸收特性，可通过紫外分光光度计测定含量；类黑精为糖基化反应末期生成的棕黑色交联大分子，具有紫外吸收特性，可通过紫外分光光度计测定含量；戊糖素为糖基化反应末期产物，具有荧光特性，可通过荧光光谱仪测定含量。

3、烟草科技发展和主要有害物质

香烟不仅在生理方面提高人体技能等功效，在社会、文化等各方面都具有不可替代的价值。据统计，随着科技的发展，我国部分烟区烟叶在外观质量方面已经接近津巴布韦、巴西等先进产烟国水平，但由于技术刚起步还不够成熟，烟草中含有的有害物质依旧较多，并没有显著解决对烟叶的可用性产生的负效应问题。随着科技的飞速发展，生物工程等技术在烟草领域得到了广泛的应用，为烟草质量的提高提供了前提和手段。

14. 烟草特征性有害物质主要指烟碱、N-亚硝胺(TS-NAs) 和焦油等，降低烟碱、N-亚硝胺(TSNAs) 及焦油。其中，烟碱（又名尼古丁(Nico-tine)）是烟草生物碱中的主要成分，是衡量烟草品质的重要因素，在烟草中大都以有机酸盐等形式存在，是烟草主要有害物质之一，容易对人体脑细胞产生伤害，经统计，烟碱主要的生物降解途径有吡咯烷途径、吡啶途径等；亚硝胺是是烟草中特有的一种致癌性物质，主要包括 N-亚硝基去甲基烟碱(NNN)、4-(N-甲基-亚硝基)-1-(3吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N-亚硝基新烟草碱(NTA)和N-亚硝基假木贼碱(NAB)等4 种成分，备受烟草科学研究人员的关注；焦油，烟叶中有机物质在缺氧环境下由于燃烧不充分而产生的一种强致癌性黑色物质，常以细小的颗粒存在于卷烟燃烧产生的烟雾之中，是多种烃、硫、氮等化合混合物，苯并芘、二苯吡、二苯蒽等多环芳烃的含量较多。经研究发现，我国特产寒富平果中的苹果多酚、水果中的维生素C、茶多酚等天然抗氧化成分具有较强的消除自由基、降低烃、硫、氮基等化合混合物的作用，在卷烟领域具有较高的利用价值。

4、结论

全球大约有五分之一的烟民，每年数百万人因其丧生，烟民数量还在逐年增长。生物技术的推进应用将会有效提高烟草物化质量，进一步满足消费者需求，同时对降低吸烟者的死亡率具有较大作用。烟叶有害物质的相关技术研究，应该更加关注化学生物资源等方面，加强相关产品的创新，将会对烟草领域产生更加可持续发展的影响。

5. 参考文献：

1. 刘玲, 石飞, 闫凤娇, 等. 2015. 大蒜中γ-谷氨酰半胱氨酸衍生物对食品加工中晚期糖基化终产物的抑制作用.食品科学. 36(5):50-55.

2. 杨涛, 吴辉辉, 徐青,等. 2009. 抗氧化性能评价ORAC法及最新研究进展. 食品工业科技. 27:352-355.

3.LI Ruo-ming． The microbial fermentation applied research progress oftobacco［J］． Sci ＆ Technol Innovat Herald，2010( 35) : 4-6．