雪茄煙葉調(diào)制及發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

張倩穎，羅誠(chéng)，李東亮，蔡文

四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心/中式雪茄發(fā)醇重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川省成都市錦江區(qū)成龍大道一段56號(hào) 610000

雪茄煙的傳統(tǒng)概念是指全部用雪茄煙葉卷制而成的煙制品，具有香氣濃郁、吸味豐滿(mǎn)、勁頭大、煙氣為堿性、焦油與煙堿比值小等特點(diǎn)，卷制雪茄的煙葉由外到內(nèi)分為茄衣、茄套和茄芯[1]。雪茄煙葉的調(diào)制是煙葉脫水干燥和內(nèi)部生物化學(xué)變化過(guò)程的統(tǒng)一，雪茄煙葉的發(fā)醇普遍認(rèn)為是化學(xué)作用、微生物作用和酶作用的有機(jī)結(jié)合[2-4]。雪茄從煙葉原料調(diào)制到煙支成品醇化養(yǎng)護(hù)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中都存在微生物活動(dòng)，微生物對(duì)改善雪茄煙葉品質(zhì)具有十分重要的作用[5]。本文綜述了雪茄煙葉調(diào)制及發(fā)醇研究進(jìn)展，以期為國(guó)產(chǎn)雪茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 雪茄煙葉調(diào)制

雪茄煙葉調(diào)制是指采收后的雪茄煙葉在自然或人為控溫、控濕、通風(fēng)等條件下，逐漸干燥，煙葉化學(xué)組分逐漸發(fā)生變化的過(guò)程，是雪茄煙葉外觀質(zhì)量及內(nèi)在品質(zhì)形成的重要過(guò)程。從生理學(xué)角度講，調(diào)制主要是一種饑餓代謝過(guò)程，是煙葉脫水干燥和內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)變化相互協(xié)調(diào)的過(guò)程[6]。根據(jù)雪茄煙葉狀態(tài)，整個(gè)調(diào)制過(guò)程可細(xì)分為萎蔫期、變色期、定色期和干筋期等不同階段，變色期是雪茄茄衣品質(zhì)形成的關(guān)鍵階段。在變色期，淀粉酶、多酚氧化酶和內(nèi)肽酶活性達(dá)到最大，煙堿和多酚含量達(dá)到最高，碳水化合物含量明顯降低。在整個(gè)調(diào)制過(guò)程中，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素、總氮、蛋白質(zhì)、煙堿和綠原酸等物質(zhì)含量降低，游離氨基酸、磷、鈣、鎂和鉀等含量逐漸升高，蕓香苷和莨菪亭等特征香氣物質(zhì)含量以及脂氧合酶、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶等酶的活性均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)[7-9]。

雪茄煙葉調(diào)制工藝根據(jù)煙葉品種、煙葉部位、煙葉用途、外部環(huán)境等不同而存在很大差異。調(diào)制結(jié)果的優(yōu)劣，主要取決于煙葉成熟度、自然氣候條件、調(diào)制設(shè)備和技術(shù)[1]。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，晾制法更適宜于雪茄煙葉調(diào)制。晾制能夠使煙葉處于生命狀態(tài)而不發(fā)生腐爛，同時(shí)，能夠防止煙葉受到雨水和陽(yáng)光的影響。茄芯煙葉調(diào)制一般在簡(jiǎn)易晾棚中進(jìn)行，而茄衣調(diào)制則需要在封閉晾房中進(jìn)行[10]。通過(guò)加熱和通風(fēng)，控制晾棚或晾房的溫度和濕度，以實(shí)現(xiàn)在調(diào)制的不同階段對(duì)溫度和濕度的精確控制[10-14]。

早期，我國(guó)多采用白肋煙和曬紅煙作為雪茄茄衣原料[15]，調(diào)制方法大多采用曬制法（實(shí)質(zhì)是半曬半晾），少數(shù)采用晾制法[6]。四川什邡傳統(tǒng)調(diào)制方法為繩曬法，該方法不控制溫度和濕度，調(diào)制后煙葉的質(zhì)量好壞受環(huán)境影響較大，容易出現(xiàn)顏色深淺不均、組織結(jié)構(gòu)粗糙、葉片較厚、彈性較差等不利情況[16]。

隨著國(guó)外名優(yōu)雪茄煙葉的引進(jìn)、選育和栽培，國(guó)內(nèi)雪茄煙葉種植地區(qū)如浙江、海南、四川和湖北等已建起雪茄煙葉晾房，開(kāi)始采用控溫、控濕的晾制法對(duì)雪茄煙葉進(jìn)行調(diào)制[12,17]。在四川什邡，長(zhǎng)城雪茄廠技術(shù)研究人員采用香木熏制的方法對(duì)煙葉調(diào)制進(jìn)行探索。調(diào)制后的茄衣顏色接近深棕色且顏色均勻，煙葉較薄、油分足、彈性好、葉脈細(xì)而平整，總植物堿、總氮和氯含量均降低，鉀含量、鉀氯比和氮堿比略升高，燃燒性提高；在感官方面，香氣質(zhì)提升，煙氣濃度和刺激性降低，煙氣更細(xì)膩，整體醇和度較好，有令人愉悅的嗅香[18]。

雪茄煙葉在采收后的調(diào)制過(guò)程中，煙葉內(nèi)部和表面存在大量的微生物，目前，尚無(wú)針對(duì)雪茄調(diào)制微生物和內(nèi)生菌動(dòng)態(tài)變化的研究報(bào)道。以感官為導(dǎo)向，在控制雪茄煙葉調(diào)制過(guò)程溫度和濕度的同時(shí)，研究調(diào)制過(guò)程雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)及酶活性變化，探明微生物在雪茄調(diào)制中的作用，可能對(duì)調(diào)制工藝參數(shù)的優(yōu)化及調(diào)制后雪茄煙葉原料品質(zhì)的提升具有重要作用，將為煙葉進(jìn)入下一道工序打好基礎(chǔ)。

2 雪茄煙葉發(fā)酵

雪茄煙葉發(fā)醇是調(diào)制過(guò)程的自然延續(xù)。發(fā)醇后的雪茄煙葉，顏色變深，青雜氣降低，煙香顯露，刺激性、苦、澀等不良感官影響降低，吃味趨于和順，燃燒性顯著改善，煙灰白度提高，陰燃持火時(shí)間延長(zhǎng)，煙葉含水量穩(wěn)定性增強(qiáng)，煙葉彈性增強(qiáng)，對(duì)抗霉菌感染的能力增強(qiáng)[7]。

2.1 雪茄發(fā)酵機(jī)理研究

自1891 年Suchsland[19]提出煙草醇化微生物理論以來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有基于傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法[20-23]和免培養(yǎng)分子生物技術(shù)[24,25]對(duì)雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)的研究（詳見(jiàn)表1）。不同產(chǎn)地雪茄煙葉表面微生物的種類(lèi)不同，隨著發(fā)醇進(jìn)行可培養(yǎng)微生物的數(shù)量逐漸降低。但是，環(huán)境中99%以上的微生物是不可培養(yǎng)或難培養(yǎng)的[26]，采用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法研究雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)具有一定局限性。采用分離培養(yǎng)法對(duì)雪茄煙葉微生物進(jìn)行研究時(shí)，出現(xiàn)頻率較高的微生物為芽孢桿菌屬和葡萄球菌屬的細(xì)菌，部分煙葉檢出青霉菌屬真菌[20-23]。當(dāng)采用免培養(yǎng)方法對(duì)煙葉微生物進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)煙葉微生物種類(lèi)豐富，不僅含有傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法檢出的細(xì)菌，還含有漢遜德巴利醇母屬、Jeotgalicoccus、乳酸菌屬、魏斯氏菌屬、棒狀桿菌屬、閻氏菌屬、假單胞菌屬和不動(dòng)桿菌屬等真菌和細(xì)菌[24,25]。免培養(yǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法相比，能夠更全面、更客觀揭示雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)特征[27]。應(yīng)用免培養(yǎng)技術(shù)對(duì)雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)揭示雪茄煙葉微生物起到了極大推動(dòng)作用。

表1 雪茄煙葉微生物群落結(jié)構(gòu)研究Tab. 1 Microbial community structure and dynamics of cigar leaves

2.2 雪茄發(fā)酵工藝研究

雪茄煙葉發(fā)醇的基本方法主要為堆積發(fā)醇和裝箱發(fā)醇，介質(zhì)發(fā)醇是在煙葉中添加水以外的其他發(fā)醇介質(zhì)后采用堆積、裝箱等方式進(jìn)行發(fā)醇的方法。應(yīng)當(dāng)根據(jù)煙草品種、調(diào)制后煙葉狀態(tài)、煙葉用途和生產(chǎn)環(huán)境條件不同，選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)醇工藝。如堆積發(fā)醇適用于茄衣、茄套和茄芯，裝箱發(fā)醇適用于適用于茄芯和茄套，介質(zhì)發(fā)醇（糊米、紅米、冬青膠、酒釀汁、棗子汁、可可粉、白糖、檸檬酸、飴糖等介質(zhì)）適用于茄芯[6,7]。近年來(lái)，四川中煙長(zhǎng)城雪茄煙廠創(chuàng)新性采用桶式發(fā)醇法對(duì)雪茄煙葉進(jìn)行發(fā)醇處理，發(fā)醇后的雪茄煙葉煙堿含量明顯降低，刺激性和苦味降低[28]。湖北省恩施州煙草公司來(lái)鳳縣煙葉分公司采用熱蒸汽加濕—散葉堆積發(fā)醇法處理雪茄煙葉，使發(fā)醇時(shí)間縮短，發(fā)醇后的煙葉質(zhì)量和顏色均勻性明顯提升，煙葉評(píng)吸滿(mǎn)意度提高，香氣質(zhì)與香氣量進(jìn)一步顯露，青雜氣和刺激性下降，提升雪茄煙葉的風(fēng)格特征[29]。

改進(jìn)發(fā)醇工藝，采用更合理的堆積方法、發(fā)醇濕度和發(fā)醇溫度等發(fā)醇煙葉，能夠提升發(fā)醇煙葉品質(zhì)。宋世旭等[30]將雪茄煙葉水分增加至40%、改變煙葉排列堆積方式并根據(jù)堆溫進(jìn)行及時(shí)翻堆，提高了堆積發(fā)醇雪茄煙葉工業(yè)可用性。王潔[17]研究表明實(shí)驗(yàn)室條件下，發(fā)醇濕度75%時(shí)，最有利于煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)和物理特性的提高；而發(fā)醇濕度85%時(shí)，最有利于香氣物質(zhì)的轉(zhuǎn)化合成，但煙葉中糖類(lèi)等化學(xué)物質(zhì)過(guò)度降解，煙葉的刺激性增大，易發(fā)生霉變。喬保明等[31]研究表明實(shí)驗(yàn)室條件下，茄芯煙葉發(fā)醇溫度55℃時(shí)，外觀質(zhì)量較為理想，發(fā)醇后的茄芯煙葉評(píng)吸質(zhì)量評(píng)價(jià)較高；發(fā)醇溫度達(dá)60℃時(shí)，茄芯煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好。

向待發(fā)醇雪茄煙葉噴灑微生物菌株、含有菌株和活性酶系的菌劑或其他發(fā)醇介質(zhì)，也對(duì)雪茄煙葉發(fā)醇具有促進(jìn)作用，能夠提升發(fā)醇煙葉的品質(zhì)（詳見(jiàn)表2）。研究中的大多數(shù)都是針對(duì)堆積發(fā)醇進(jìn)行[32-35,38]，添加菌株和酶制劑主要表現(xiàn)作用為降低煙葉總氮、蛋白質(zhì)、總植物堿等物質(zhì)，改善煙氣勁頭和刺激性，提高香氣質(zhì)和香氣量，以達(dá)到最終提升煙葉品質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

表2 雪茄煙葉添加菌劑/酶制劑發(fā)酵研究Tab. 2 Studies on the fermentation of cigar tobacco with bacterium / enzyme preparation

雖然，目前有部分關(guān)于雪茄發(fā)醇過(guò)程微生物群落結(jié)構(gòu)變化、發(fā)醇工藝參數(shù)優(yōu)化、有益菌株及活性酶在雪茄煙葉發(fā)醇上應(yīng)用研究的報(bào)道，但是，雪茄發(fā)醇微生物群落結(jié)構(gòu)隨雪茄發(fā)醇方式及煙葉原料來(lái)源不同而存在差異，微生物在雪茄發(fā)醇中的作用仍不清楚。

3 展望

目前，國(guó)內(nèi)雪茄煙葉調(diào)制和發(fā)醇技術(shù)參數(shù)及方法主要停留在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣總結(jié)上，或作為重要技術(shù)秘而不宣。雖然有關(guān)于雪茄煙葉調(diào)制過(guò)程煙葉理化性質(zhì)變化、調(diào)制工藝以及發(fā)醇微生物菌群、煙葉色澤與水分、雪茄風(fēng)味物質(zhì)及發(fā)醇工藝等方面的研究報(bào)道，但是研究報(bào)道內(nèi)容較單一，不能夠系統(tǒng)解析雪茄生產(chǎn)過(guò)程中微生物與其他各種參數(shù)之間的相互關(guān)系。同時(shí)，由于優(yōu)質(zhì)雪茄對(duì)茄衣質(zhì)量要求較高（需同時(shí)具有較好的外觀和較好的吃味），所需煙葉原料和配套生產(chǎn)技術(shù)要求較為苛刻，導(dǎo)致茄衣價(jià)格相對(duì)于茄芯和茄套更加昂貴。因此，針對(duì)雪茄調(diào)制和發(fā)醇方面的研究，主要以雪茄茄衣為主。

微生物作用貫穿雪茄生產(chǎn)的全過(guò)程，對(duì)雪茄生產(chǎn)具有重要影響，開(kāi)展對(duì)雪茄煙葉微生物研究顯得尤為重要。雖然基于微生物DNA 的高通量測(cè)序技術(shù)能夠免去傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法的繁瑣，使研究人員更全面地了解發(fā)醇煙葉微生物群落及動(dòng)態(tài)變化。但是，基于DNA 的高通量測(cè)序技術(shù)僅能提供微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和組成譜相關(guān)信息，缺乏微生物活性表達(dá)譜信息。目前，在雪茄煙葉調(diào)制過(guò)程中，對(duì)微生物的關(guān)注較少，尚無(wú)調(diào)制煙葉微生態(tài)相關(guān)研究報(bào)道。在“后基因組”時(shí)代，包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)等在內(nèi)的各種“組學(xué)”技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)檠芯空咛峁┐罅课⑸锷L(zhǎng)和代謝信息[40]。宏基因組技術(shù)、宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)、蛋白組和代謝組等技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)分析煙草植株轉(zhuǎn)錄、蛋白及代謝情況等[41-44]。未來(lái)，將各種“組學(xué)”技術(shù)應(yīng)用于雪茄調(diào)制和發(fā)醇研究，將能夠更系統(tǒng)更深入更全面分析雪茄微生物基因轉(zhuǎn)錄、信號(hào)傳導(dǎo)、蛋白表達(dá)及代謝響應(yīng)等，探明微生物在雪茄調(diào)制和發(fā)醇中的作用，掌握不同調(diào)制方式和發(fā)醇作用下雪茄煙葉微生物群落演替與活性變化規(guī)律，揭示雪茄調(diào)制及發(fā)醇過(guò)程中微生態(tài)、煙葉理化與感官特性之間的關(guān)系，闡明功能菌株及功能酶系的作用，為功能菌株和酶系的獲得及應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)；掌握調(diào)制及發(fā)醇過(guò)程關(guān)鍵控制條件，找出具有中國(guó)特色的代表性雪茄調(diào)制及發(fā)醇支撐技術(shù)，控制調(diào)制和發(fā)醇進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)人工控制下雪茄煙葉定向調(diào)制及發(fā)醇，使工藝創(chuàng)新與技術(shù)探索相輔相成，實(shí)現(xiàn)雪茄煙葉調(diào)制和發(fā)醇工藝的可重復(fù)、可感知，不僅能提高我國(guó)雪茄煙葉質(zhì)量、提升中式雪茄品質(zhì)，而且對(duì)促進(jìn)我國(guó)雪茄煙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。