不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中生物堿含量的變化

張嘉雯，盧紹浩，趙 喆，鐘 秋，張瑞娜，趙銘欽

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.四川省煙草公司 德陽(yáng)市公司，四川 德陽(yáng) 618400)

生物堿是一類(lèi)存在于生物體中的含氮有機(jī)化合物，是煙草中最重要的化學(xué)成分之一，對(duì)煙草的內(nèi)在品質(zhì)具有重要的影響[1-2]。煙草生物堿主要包括煙堿、降煙堿、新煙草堿和假木賊堿，其次是微量生物堿，包括麥斯明、N-甲基假木賊堿、二烯煙堿、可替寧、2,3′-聯(lián)吡啶等。煙堿又稱(chēng)尼古丁，是煙草特有的化學(xué)成分。在抽吸過(guò)程中，煙堿揮發(fā)使煙氣呈堿性而產(chǎn)生刺激性氣味，對(duì)煙草品質(zhì)不利[3]。在調(diào)制和陳化過(guò)程中，降煙堿易形成對(duì)煙葉香味品質(zhì)有負(fù)面影響的麥斯明，降煙堿、新煙草堿和假木賊堿還可轉(zhuǎn)化成煙草特有亞硝胺(TSNA)，對(duì)人體具有危害作用[4-5]。因此，在日益重視降焦減害的情況下，晾制后的煙葉作為直接卷制雪茄的原料，其生物堿含量變化對(duì)煙葉感官品質(zhì)和安全性有著重要意義。

田間鮮煙葉成熟度對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)有重要影響，充分成熟的煙葉不僅易于烘烤，烤后煙葉外觀質(zhì)量高，而且醇化效果好，吃味好，香氣量足[6]。趙銘欽等[7]研究表明，中部尚熟-適熟煙葉的糖含量高，總氮、煙堿含量適宜，各種化學(xué)成分比值協(xié)調(diào)，而成熟不夠或者過(guò)熟的煙葉，其內(nèi)在質(zhì)量明顯降低。蔡憲杰等[8]定量驗(yàn)證了煙葉成熟度越好，煙葉質(zhì)量越高的結(jié)論。目前關(guān)于不同成熟度對(duì)烤煙烤后物理特性、化學(xué)成分、香氣成分的影響以及和煙葉質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了較多研究[9-15]，而生物堿含量變化相關(guān)研究甚少；對(duì)生物堿含量的研究也只是集中在烤煙方面，雪茄煙這一特色煙葉生物堿的變化規(guī)律研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，通過(guò)對(duì)雪茄煙葉設(shè)置不同的成熟度處理，分析研究在晾制期間9種生物堿含量的變化規(guī)律，為雪茄煙葉的適熟采收及降焦減害提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在四川省什邡市師古鎮(zhèn)大泉坑村雪茄煙葉生產(chǎn)基地進(jìn)行，該地試驗(yàn)田土壤為水稻土，pH值5.8～7.0、有機(jī)質(zhì)含量3.01 g/kg、速效鉀含量89 mg/kg、速效磷含量38.1 mg/kg、速效氮含量120 mg/kg，按照當(dāng)?shù)匮┣褵熑~生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一管理。試驗(yàn)品種為什煙1號(hào)，采收時(shí)選取大田長(zhǎng)勢(shì)基本一致的中部葉(第10～12葉位)進(jìn)行晾制，各成熟度處理嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求，采摘標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。將采摘后的煙葉編桿掛入晾房晾制(晾房規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=12 m×6 m×2.5 m)，掛桿長(zhǎng)150 cm、桿距15 cm，每桿掛30～32片煙葉，晾房溫濕度參照鄒宇航等[16]的方法進(jìn)行設(shè)定。

表1 不同成熟度處理雪茄鮮煙葉采摘標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Plucking standards for fresh cigar leaves of different maturity degree

1.2 取樣方法

分別在晾制初期、凋萎期、變黃期、定色期和干筋期進(jìn)行取樣，共取5次，各成熟度處理每時(shí)期取3個(gè)重復(fù)，用于生物堿含量的測(cè)定，液氮速凍后，-80 ℃超低溫冰箱保存。

1.3 測(cè)定方法

樣品經(jīng)凍干機(jī)冷凍干燥72 h后粉碎，各樣品稱(chēng)取0.02 mg，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)測(cè)定煙葉中9種生物堿含量(包括煙堿、降煙堿、新煙草堿、假木賊堿、麥斯明、N-甲基假木賊堿、二烯煙堿、可替寧、2,3′-聯(lián)吡啶)，具體操作及參數(shù)設(shè)定參照LI等[17]方法進(jìn)行。煙堿轉(zhuǎn)化能力用煙堿轉(zhuǎn)化率表示，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算煙堿轉(zhuǎn)化率，即降煙堿含量占煙堿與降煙堿含量之和的百分比[5]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel進(jìn)行作圖及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中主要生物堿含量的變化

如圖1a所示，不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中煙堿含量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。在晾制初期隨著成熟度的提高，煙堿含量逐漸降低。隨著晾制的進(jìn)行，尚熟煙葉在凋萎期略有增加，之后緩慢降低；適熟和過(guò)熟煙葉均在變黃期達(dá)到峰值，此時(shí)各成熟度雪茄煙葉煙堿含量表現(xiàn)為過(guò)熟>適熟>尚熟，之后適熟煙葉煙堿含量迅速下降，而過(guò)熟煙葉煙堿含量勻速下降。干筋期時(shí)適熟煙葉煙堿含量最低，其次是過(guò)熟和尚熟煙葉，與晾制初期相比下降幅度幅度分別為32.81%、0.23%、26.04%。晾制后煙葉煙堿含量低有利于降低煙草特有亞硝胺(TSNA)含量。

圖1 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中主要生物堿含量的變化Fig.1 Changes of main alkaloids content of cigar leaves with different maturities during air-curing

晾制期間，不同成熟度雪茄煙葉降煙堿含量變化趨勢(shì)一致，均呈單峰曲線(xiàn)(圖1b)。過(guò)熟煙葉降煙堿含量在變黃期達(dá)到峰值，此時(shí)比晾制開(kāi)始時(shí)增大至1.24倍，之后迅速下降；尚熟、適熟煙葉則在凋萎期最高，分別比晾制開(kāi)始時(shí)增大至1.17倍、1.24倍。晾制過(guò)程中不同成熟度雪茄煙葉降煙堿含量始終為過(guò)熟>尚熟>適熟，且適熟與過(guò)熟差異始終達(dá)到顯著水平(P<0.05)，尚熟與適熟煙葉降煙堿含量除在變黃期達(dá)到顯著差異外(P<0.05)，其他時(shí)期差異不大。干筋期與晾制初期相比，尚熟、適熟、過(guò)熟煙葉降煙堿含量下降幅度分別為60.87%、65.18%、48.80%。

由圖1c可知，晾制過(guò)程中不同成熟度雪茄煙葉新煙草堿含量變化略有不同，尚熟煙葉新煙草堿含量在晾制過(guò)程中基本不變，在末期略有下降；而適熟和過(guò)熟煙葉在凋萎期后快速上升，在變黃期達(dá)到峰值(分別為3.698、4.014 mg/g)，此時(shí)均與尚熟煙葉達(dá)到顯著差異(P<0.05)，之后下降，至定色期后又開(kāi)始上升。除定色期尚熟煙葉新煙草堿含量高于適熟煙葉外，整個(gè)晾制過(guò)程均表現(xiàn)為過(guò)熟>適熟>尚熟。干筋期不同成熟度處理雪茄煙葉新煙草堿含量均達(dá)到顯著差異(P<0.05)，與晾制初期相比，新煙草堿含量變化不明顯。

與煙堿、降煙堿和新煙草堿含量相比，晾制過(guò)程中煙葉假木賊堿含量較低。隨著晾制的進(jìn)行，不同成熟度雪茄煙葉假木賊堿含量先升高后降低(圖1d)。適熟、過(guò)熟煙葉假木賊堿含量均于變黃期最高，分別達(dá)到0.066、0.069 mg/g，之后降低；尚熟煙葉假木賊堿含量在凋萎期最高(0.059 mg/g)，之后降低。干筋期與晾制前相比，不同成熟度雪茄煙葉中假木賊堿含量變化不明顯。

2.2 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中其他生物堿含量的變化

如圖2a所示，晾制期間各成熟度處理雪茄煙葉麥斯明含量具有相同的變化趨勢(shì)，先降低后升高。尚熟和適熟煙葉中麥斯明含量在變黃期達(dá)到最低值，分別為0.033、0.033 mg/g，隨后逐漸升高，且適熟煙葉升高速率較快。過(guò)熟煙葉麥斯明含量則在凋萎期最低(0.035 mg/g)，之后逐漸上升，與尚熟和過(guò)熟煙葉在變黃期和定色期達(dá)到顯著差異(P<0.05)。干筋期時(shí)，各成熟度煙葉麥斯明含量表現(xiàn)為適熟>過(guò)熟>尚熟，且適熟、過(guò)熟煙葉均與尚熟煙葉達(dá)到顯著差異。

晾制期間，N-甲基假木賊堿在煙葉內(nèi)含量較低、變化幅度較小(圖2b)。隨著晾制的進(jìn)行，尚熟煙葉N-甲基假木賊堿含量在變黃期前緩慢降低，在定色期略有回升又逐漸下降；適熟煙葉N-甲基假木賊堿含量呈逐漸下降趨勢(shì)，在定色期下降幅度相對(duì)較快；過(guò)熟煙葉N-甲基假木賊堿含量則呈單峰波動(dòng)趨勢(shì)，在變黃期最高。在整個(gè)晾制過(guò)程中，隨著成熟度的增加N-甲基假木賊堿含量增加，且尚熟與過(guò)熟煙葉始終達(dá)到顯著差異(P<0.05)。

由圖2c可知，隨著晾制的進(jìn)行，適熟、過(guò)熟煙葉二烯煙堿含量變化趨勢(shì)基本相同，呈先增加后降低的趨勢(shì)，均在變黃期達(dá)到峰值(分別為0.015、0.016 mg/g)，隨后適熟煙葉二烯煙堿含量逐漸下降，至定色期后趨于平緩，而過(guò)熟煙葉在變黃期后趨于平緩。整個(gè)晾制過(guò)程中，適熟和過(guò)熟煙葉二烯煙堿含量始終達(dá)到顯著差異(P<0.05)。與適熟和過(guò)熟煙葉不同，尚熟煙葉二烯煙堿含量持續(xù)上升，且在變黃期與其他處理達(dá)到顯著差異(P<0.05)。晾制結(jié)束時(shí)，各成熟度煙葉二烯煙堿含量表現(xiàn)為過(guò)熟>尚熟>適熟。

如圖2d所示，晾制過(guò)程中各成熟度處理下，雪茄煙葉可替寧含量呈單峰曲線(xiàn)變化。尚熟煙葉可替寧含量在變黃期之前逐漸增加，達(dá)到峰值后緩慢下降；適熟和過(guò)熟煙葉可替寧含量則在定色期含量最高，之后降低，適熟下降幅度較大。各成熟度煙葉在定色期之前無(wú)明顯差異，干筋期差異顯著(P<0.05)，此時(shí)可替寧含量表現(xiàn)為過(guò)熟>尚熟>適熟。干筋期時(shí)，尚熟和過(guò)熟煙葉可替寧含量比晾制開(kāi)始時(shí)分別增加了2.16%和36.81%，適熟煙葉則降低了6.86%。

晾制期間雪茄煙葉不同成熟度處理2,3′-聯(lián)吡啶含量呈“V”型變化曲線(xiàn)(圖2e)，且均在變黃期達(dá)到最低值，此時(shí)表現(xiàn)為過(guò)熟>適熟>尚熟，分別比晾制開(kāi)始時(shí)降低了13.22%、12.99%、23.52%。隨后各成熟度煙葉2,3′-聯(lián)吡啶含量逐漸上升，適熟煙葉上升幅度較緩慢，干筋期時(shí)隨著成熟度的提高分別上升了42.23%、23.67%、29.73%，表現(xiàn)為過(guò)熟>尚熟>適熟。晾制期間，各成熟度煙葉2,3′-聯(lián)吡啶含量在定色期達(dá)到顯著差異(P<0.05)。

2.3 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中煙堿轉(zhuǎn)化率的變化

由表2可知，不同成熟度煙葉煙堿轉(zhuǎn)化率隨晾制過(guò)程整體呈先上升后下降趨勢(shì)，適熟、過(guò)熟煙葉在凋萎期略有升高，而尚熟煙葉在變黃期最高。晾制過(guò)程中，各成熟度煙葉煙堿轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)為過(guò)熟>尚熟>適熟，且適熟和過(guò)熟煙葉煙堿轉(zhuǎn)化率除定色期外均達(dá)到顯著差異。

2.4 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中各生物堿含量之間相關(guān)性分析

如表3所示，分析了不同成熟度雪茄煙葉晾制期間各生物堿含量之間相關(guān)性。結(jié)果表明，不同成熟度處理各生物堿含量之間相關(guān)性存在明顯差異，適熟煙葉的相關(guān)性較優(yōu)于尚熟、過(guò)熟煙葉。不同成熟度處理煙堿、降煙堿、新煙草堿、假木賊堿、N-甲基假木賊堿含量?jī)蓛芍g均呈正相關(guān)關(guān)系，而這些生物堿均與2,3′-聯(lián)吡啶含量呈負(fù)相關(guān)，且適熟處理均達(dá)到顯著水平。不同成熟度煙葉新煙草堿含量與麥斯明含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系但未達(dá)到顯著水平；可替寧含量與新煙草堿、二烯煙堿含量之間均為正相關(guān)，而與N-甲基假木賊堿含量之間呈負(fù)相關(guān)但不顯著；不同成熟度煙葉麥斯明、二烯煙堿、可替寧含量與其他生物堿含量關(guān)系不明顯。

圖2 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中其他生物堿含量的變化Fig.2 Changes of other alkaloids content of cigar leaves with different maturities during air-curing

表2 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中煙堿轉(zhuǎn)化率的變化Tab.2 Changes of nicotine conversion rate of cigar leaves with different maturities during air-curing %

注：同一列中不同小寫(xiě)字母表示不同成熟度煙葉之間差異顯著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different maturity tobacco leaves (P<0.05) .

表3 不同成熟度雪茄煙葉晾制過(guò)程中各生物堿含量之間相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of alkaloids contents of cigar leaves with different maturities during air-curing

注：*表示在P<0.05水平相關(guān)性顯著，**表示在P<0.01水平相關(guān)性顯著。
Note:*indicates a significant correlation atP<0.05 level, and**indicates an extremely significant correlation atP<0.01 level.

3 結(jié)論與討論

雪茄煙是一種特殊的煙草制品，屬于典型的晾曬煙，經(jīng)晾制后的雪茄煙香氣醇厚豐滿(mǎn)，色澤均勻，葉片寬薄，彈性好，燃燒性好[18]。晾制后的雪茄煙葉可直接作為卷制的雪茄原料，因此，煙草生物堿的含量和組成對(duì)雪茄煙的香味品質(zhì)、風(fēng)格程度和安全性有重要影響。煙堿含量占總生物堿含量93%以上，具有興奮中樞神經(jīng)、消除疲勞等生理作用，適量能給吸煙者適當(dāng)?shù)纳泶碳?、愉快的香氣和醇和的吃味[19]。而降煙堿的形成是煙堿去甲基作用的結(jié)果，對(duì)煙氣質(zhì)量有負(fù)面影響[20]。程森等[21]研究表明，煙堿、降煙堿、麥斯明、新煙草堿和假木賊堿均與烤煙感官評(píng)價(jià)指標(biāo)都有顯著的相關(guān)關(guān)系。楊煥文等[22]研究表明，深色晾煙品種KY171在晾制過(guò)程中，煙堿、降煙堿含量先增加后降低，新煙草堿在晾制開(kāi)始稍有下降然后增加，直至2周后又逐漸下降，假木賊堿含量在晾制期間沒(méi)有明顯變化。本試驗(yàn)表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律：晾制期間不同成熟度雪茄煙葉煙堿、降煙堿含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，均在變黃期達(dá)到峰值；適熟和過(guò)熟煙葉新煙草堿含量在凋萎期后快速上升，在變黃期達(dá)到峰值后下降，至定色期后又開(kāi)始上升；假木賊堿含量則無(wú)明顯變化。這也與顧會(huì)戰(zhàn)[23]的研究結(jié)果相一致。這說(shuō)明雪茄煙葉在晾制過(guò)程，酶的作用和非酶反應(yīng)可在某種程度上造成煙草生物堿的降解轉(zhuǎn)化。本研究結(jié)果顯示，隨著晾制的進(jìn)行，不同成熟度煙葉煙堿含量在凋萎期有顯著差異外，其他時(shí)期差異不顯著；降煙堿含量始終保持過(guò)熟>尚熟>適熟的趨勢(shì)。干筋期時(shí)，煙堿、降煙堿、假木賊堿含量均以適熟處理最低，其次是尚熟和過(guò)熟處理，而新煙草堿含量則以尚熟處理最低，這與前人研究結(jié)果基本一致[24]。

煙堿比較容易降解，在不同條件下煙堿的降解產(chǎn)物不同。FRANKENBURG等[25]深入研究了煙草生物堿的降解：賓夕法尼亞雪茄芯葉在陳化和發(fā)酵時(shí)，煙堿含量降低，同時(shí)增加了煙酸、麥斯明、2,3′-聯(lián)吡啶、氧化煙堿、煙酰胺、N-甲基煙酰胺、可替寧等煙堿轉(zhuǎn)化物。降煙堿在調(diào)制和陳化過(guò)程中易形成麥斯明，麥斯明的產(chǎn)生可改變煙葉和煙氣化學(xué)成分的組成和含量，對(duì)煙葉的香味品質(zhì)不利[26]。目前關(guān)于微量生物堿的研究較少，而有關(guān)雪茄煙葉晾制期間麥斯明、N-甲基假木賊堿、二烯煙堿、可替寧、2,3′-聯(lián)吡啶等含量的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，晾制期間麥斯明、2,3′-聯(lián)吡啶含量呈先降低后升高的趨勢(shì)，這可能與煙堿和降煙堿的轉(zhuǎn)化有關(guān)。N-甲基假木賊堿含量在煙葉內(nèi)較低、變化幅度較小，整體呈緩慢下降趨勢(shì)；二烯煙堿含量則呈緩慢上升趨勢(shì)；可替寧含量則表現(xiàn)為單峰變化趨勢(shì)。干筋期時(shí)麥斯明、N-甲基假木賊堿含量均以尚熟處理最低，而其他幾種非主要生物堿含量則以適熟處理最低。由此說(shuō)明，不同采收成熟度對(duì)生物堿含量有不同程度的影響，中部葉適熟采收可有效降低生物堿的含量，從而提高晾制后雪茄煙葉的抽吸品質(zhì)。

在煙草成熟過(guò)程中，一些轉(zhuǎn)化株具有煙堿去甲基能力，使煙葉內(nèi)煙堿轉(zhuǎn)化為降煙堿，使煙葉呈現(xiàn)“櫻紅”[27-28]，對(duì)煙葉感官評(píng)吸品質(zhì)和TSNA含量造成重要影響[29]。本研究結(jié)果表明，晾制過(guò)程中煙堿轉(zhuǎn)化率整體呈下降趨勢(shì)，且不同成熟度間表現(xiàn)為過(guò)熟>尚熟>適熟，進(jìn)一步說(shuō)明了煙葉適熟采摘有利于提高煙葉品質(zhì)。一般認(rèn)為，降煙堿由煙堿轉(zhuǎn)化而來(lái)，在晾制過(guò)程中，如果煙堿只發(fā)生轉(zhuǎn)化為降煙堿的變化，那么隨煙堿含量降低，降煙堿含量應(yīng)按一定比例升高。但相關(guān)分析表明，煙堿與降煙堿之間呈正相關(guān)，這可能由于在晾制期間煙堿和降煙堿還同時(shí)可能有其他復(fù)雜的轉(zhuǎn)化和分解途徑，如煙堿會(huì)被一些種類(lèi)的微生物分解[30]，降煙堿也會(huì)進(jìn)一步和亞硝酸反應(yīng)形成NNN[29]。但煙堿與麥斯明和2,3′-聯(lián)吡啶之間呈負(fù)相關(guān)，這可能與晾制期間煙堿降解有關(guān)。各生物堿含量之間相關(guān)性表明，不同成熟度煙葉降煙堿、新煙草堿、假木賊堿含量?jī)蓛芍g均呈正相關(guān)關(guān)系，且適熟處理均達(dá)到顯著水平，這與陳衛(wèi)國(guó)等[31]研究結(jié)果基本一致。說(shuō)明晾制期間各生物堿并不是獨(dú)立變化，而是相互影響、共同作用的[32-33]。

綜合來(lái)看，不同成熟度處理對(duì)晾制期間雪茄煙葉生物堿含量變化有一定的影響，適熟處理下晾制后各生物堿含量均較適宜，其次是尚熟和過(guò)熟處理。由此可知，從生物堿含量分析雪茄煙葉采摘成熟度時(shí)，中部葉宜在適熟時(shí)進(jìn)行采摘，煙葉感官品質(zhì)和安全性較好。