一种结合发酵及美拉德反应技术制备菊苣香料的方法与流程

本发明属于烟用香料，具体涉及一种结合发酵及美拉德反应技术制备菊苣香料的方法。

背景技术：

1、菊苣（

cichorium intybus l.）根部富含菊糖、绿原酸及菊苣酸等活性成分，经热处理后可产生焦甜香、烘烤香等风味物质，是制备天然烟用香料的原料。

2、cn107227204a公开了利用枯草芽孢杆菌（

bacillus subtilis）发酵菊苣根制备烟用香料的方法，cn107227317a进一步公开了利用短小芽孢杆菌（

bacillus pumilus）发酵菊苣根制备烟用香料的技术方案。然而，上述方法均采用单一菌种发酵，致香成分转化效率有限。

3、近年来，将发酵与美拉德反应联用制备烟用香料的技术逐渐受到关注。例如，cn117946809b公开了采用产朊假丝酵母与蜡样芽孢杆菌复合发酵甘草，再添加果糖进行美拉德反应制备烟用香料的技术方案。由于甘草的主要活性成分为甘草酸、甘草苷，其在发酵过程中易被乳酸菌等作为底物代谢转化，其分解产物如甘草次酸具有强烈的生理活性，应用于卷烟中可能带来不可控的药理风险。

4、因此，开发一种原料安全性更高，风味特征更为纯净的烟用香料具有广阔的市场价值。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种结合发酵及美拉德反应技术制备菊苣香料的方法，通过复合菌种发酵与美拉德反应的协同联用，定向生成焦甜香和可可/坚果香韵。

2、第一方面，本发明提供一种结合发酵及美拉德反应技术制备菊苣香料的方法，包括以下步骤：

3、s1.原料预处理：以菊苣根为原料，经清洗、干燥、粉碎，得到菊苣根粉；

4、s2.复合菌种发酵：向菊苣根粉中加入水，接种短小芽孢杆菌与植物乳杆菌的复合菌种进行液态深层发酵，发酵温度为30-40℃，发酵时间为36-60小时，ph控制在5.5-6.5，得到发酵产物；

5、s3.美拉德反应：向发酵产物中添加美拉德反应促进剂，然后在90-120℃下进行美拉德反应2-6小时，得到美拉德反应产物；

6、s4.后处理：将美拉德反应产物经离心、过滤、浓缩、干燥，即得到所述菊苣香料。

7、优选地，步骤s1中，所述粉碎为超微粉碎，粉碎粒径为45-150μm。该粒径范围内的菊苣根粉有利于微生物的充分接触和发酵效率的提升；粒径过大时，发酵不充分；粒径过小时，导致过滤步骤固液分离困难。

8、优选地，步骤s2中，所述短小芽孢杆菌与植物乳杆菌的质量比为1:10-10:1，更优选为1:5-5:1；进一步优选为1:2-2:1；最优选为1:1。质量比低于1:10时，短小芽孢杆菌数量不足，细胞壁破坏不充分，结合态致香前体物质的释放受限；质量比高于10:1时，植物乳杆菌数量不足，难以建立酸性微环境，致香前体物质的积累效率下降；两者以1:1复配时，协同增效作用最为显著。

9、优选地，所述的短小芽孢杆菌

bacillus pumilus保存在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（cgmcc）；保藏号为cgmcc no.3411；保藏日期：2009年11月05日。

10、优选地，所述植物乳杆菌

lactobacillus plantarum保存在国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（cgmcc）；保藏编号为：cgmcc no.24791；保藏日期：2022年4月27日。

11、优选地，步骤s2中，所述发酵的接种量为菊苣根粉质量的1%-5%，搅拌转速为100-300 rpm。接种量低于1%时，发酵启动缓慢，生产效率低；接种量高于5%时，菌体过度生长可能产生不良代谢产物。

12、优选地，步骤s2中，所述发酵采用液态深层发酵方式，发酵罐的装液量为60%-80%。该装液量既可保证充分的溶氧水平，又可避免发酵过程中泡沫溢出。发酵过程中通入无菌空气，通气量为0.5-2.0 vvm，以维持溶氧不低于20%。发酵过程中通过流加食品级碳酸钠溶液维持ph在5.5-6.5。

13、优选地，步骤s3中，所述美拉德反应促进剂选自亮氨酸、异亮氨酸、果糖中的至少两种。亮氨酸和异亮氨酸在美拉德反应中可生成2-甲基丁醛和3-甲基丁醛，赋予菊苣香料可可/坚果香韵；果糖作为还原糖，可提供羰基参与美拉德反应，增强焦甜香韵。

14、优选地，所述亮氨酸、异亮氨酸的添加量各自为发酵产物质量的0.1%-2.0%，所述果糖的添加量为发酵产物质量的1.0%-5.0%。添加量低于下限时，定向增香效果不显著；添加量高于上限时，可能产生不良风味或增加生产成本。

15、更优选地，所述美拉德反应促进剂为亮氨酸与异亮氨酸的组合，两者添加量各自为发酵产物质量的0.1%-2.0%，且亮氨酸与异亮氨酸的质量比为1:2-2:1，最优选为1:1。

16、另一优选方案中，所述美拉德反应促进剂为亮氨酸、异亮氨酸与果糖的组合，其中亮氨酸与异亮氨酸的质量比为1:1，两者添加量各自为发酵产物质量的0.2%-2.0%，果糖为发酵产物质量的1.0%-4.0%。

17、优选地，步骤s3中，所述美拉德反应的ph控制在6.5-7.5，反应过程中可添加食品级磷酸盐缓冲剂（如磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲对）或柠檬酸盐缓冲剂作为ph缓冲剂。该ph范围有利于美拉德反应的进行，避免过酸或过碱条件下致香成分的降解。

18、优选地，步骤s3中，所述美拉德反应的温度为90-120℃。温度低于90℃时，美拉德反应速率过低，致香成分生成量不足；温度高于120℃时，易产生焦糊味，影响菊苣香料品质。

19、优选地，步骤s3中，所述美拉德反应的时间为2-6小时。反应时间低于2小时时，美拉德反应不充分，致香成分生成量不足；反应时间高于6小时时，生产效率下降，且可能产生不良副产物。

20、优选地，步骤s2和s3可在同一反应器中原位进行，发酵结束后无需分离菌体，先添加食品级磷酸盐缓冲剂将体系ph调节至6.5-7.5，再直接升温至美拉德反应温度。一锅法工艺可简化操作步骤，减少设备投资，同时避免中间产物在分离过程中的损失。

21、进一步地，步骤s2中，所述液态深层发酵在发酵罐中进行，发酵结束后通过罐体夹套加热或直接通入蒸汽的方式将发酵产物升温至美拉德反应的温度。该操作方式可实现发酵与美拉德反应的连续化生产。

22、优选地，步骤s4中，所述浓缩为真空减压浓缩，浓缩温度为50-70℃，真空度为-0.08至-0.095 mpa，浓缩至固形物含量为40%-60%。真空浓缩可避免热敏性致香成分的损耗。

23、优选地，步骤s4中，所述干燥为喷雾干燥或冷冻干燥。喷雾干燥适用于大规模生产，进风温度为160-200℃，出风温度为80-100℃；冷冻干燥适用于高附加值产品的制备，于-40℃预冻4-8小时后，在真空度10pa以下冷冻干燥24-72小时，此操作可最大限度保留致香成分。

24、进一步地，所述方法还包括步骤s5：将步骤s4所得菊苣香料与食品级抗结剂混合，所述食品级抗结剂选自二氧化硅、磷酸三钙、微晶纤维素中的至少一种，添加量为菊苣香料质量的0.5%-2.0%。所述食品级抗结剂的规格均符合相应的食品安全国家标准。食品级抗结剂的加入可防止粉末状的菊苣香料在储存过程中结块，提高其流动性和储存稳定性。

25、第二方面，本发明提供一种由第一方面所述方法制备的菊苣香料。

26、所述菊苣香料含有吡嗪类、呋喃酮类、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等焦甜香和可可/坚果特征致香成分。

27、优选地，所述菊苣香料用于卷烟加香，添加量为烟丝质量的0.01%-0.5%。添加量低于0.01%时，增香效果不显著；添加量高于0.5%时，可能掩盖烟草本香，影响卷烟的协调性。

28、本发明具有以下有益效果：

29、（1）本发明将短小芽孢杆菌与植物乳杆菌复配用于菊苣根发酵制备烟用香料。两种菌种代谢功能互补：短小芽孢杆菌分泌胞外酶破坏细胞壁，释放结合态致香前体物质；植物乳杆菌产酸营造酸性微环境，促进致香前体物质积累。两者以质量比1:1复配时协同增效最为显著，与单一菌种发酵相比，关键致香成分含量提升50%以上，感官评价总分由61.0分提升至70.0分。

30、（2）本发明将发酵与美拉德反应有机结合，并以亮氨酸、异亮氨酸、果糖中的至少两种作为美拉德反应促进剂，定向生成2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等特征致香成分，赋予菊苣香料独特的焦甜香和可可/坚果复合香韵。实验表明，添加亮氨酸和异亮氨酸后可可/坚果香韵得分由1.5分提升至5.0分，进一步添加果糖后hdmf含量由105.3μg/g提升至119.3μg/g。

31、（3）本发明可采用一锅法工艺，发酵结束后不分离菌体，直接调节ph后升温进行美拉德反应，在保证菊苣香料品质的同时简化操作步骤，适用于工业化连续生产。

32、（4）本发明制备的菊苣香料用于卷烟加香，添加量为烟丝质量的0.01%-0.5%时，能够显著提升卷烟的焦甜香和可可/坚果香韵，丰富烟香层次，改善口感舒适度。