晾制密度對(duì)雪茄煙主要含氮化合物變化規(guī)律的影響

鄧弋戈, 丁松爽, 朱家明, 田煜利, 喬保明, 時(shí)向東*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院， 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 鄭州 450002； 2.湖北省煙草公司恩施州公司， 湖北 恩施 445000； 3.湖北省恩施州煙草公司來鳳煙葉分公司， 湖北 來鳳 445700)

雪茄是一種特殊煙草制品，具有勁頭大、香氣濃厚豐滿、吃味香苦透甜及焦油和煙堿含量少的特點(diǎn)[1]。湖北省恩施州來鳳縣的生態(tài)條件能夠滿足雪茄煙生長發(fā)育和晾制發(fā)酵的基本要求，是國內(nèi)較早開始雪茄煙種植的產(chǎn)區(qū)，但由于晾制技術(shù)不足導(dǎo)致雪茄煙晾制后外觀質(zhì)量較差、內(nèi)在化學(xué)成分不協(xié)調(diào)，難以滿足工業(yè)需求。

有研究表明[2]，雪茄煙相對(duì)于烤煙需氮量更多，增加氮肥施用量可使葉片變薄、營養(yǎng)期延長，同時(shí)能夠增強(qiáng)葉片的光澤[3]。雪茄煙中含氮化合物含量的多少不僅與施氮量和種植密度有關(guān)，而且與晾制措施密切相關(guān)。孫雙等[4]研究發(fā)現(xiàn)，劃筋處理的煙葉在調(diào)制過程中總氮含量呈先下降后上升的趨勢，可溶性蛋白主要在調(diào)制前期和中期發(fā)生降解，游離氨基酸呈先增加后降低的“單峰曲線”，硝酸鹽最終含量低于開始調(diào)制時(shí)的含量。此外，晾制密度通過影響晾房內(nèi)空氣流動(dòng)及溫濕度變化，間接影響氮代謝相關(guān)酶活性，從而影響各類含氮化合物的變化[5]。目前對(duì)烤煙烘烤及曬煙調(diào)制過程中含氮化合物的研究較多[6-7]，雪茄煙氮代謝的研究則僅限于大田生育期[8]，而針對(duì)晾制過程中雪茄煙含氮化合物的研究較少。本研究以雪茄煙品種‘Gu-5’為材料，研究晾制密度對(duì)雪茄煙含氮化合物變化規(guī)律的影響，尋求最佳晾制密度，為改進(jìn)雪茄煙晾制技術(shù)和提高煙葉可用性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為雪茄煙品種‘Gu-5’，試驗(yàn)于2019年在湖北省恩施市來鳳縣綠水鎮(zhèn)進(jìn)行，地理坐標(biāo)為E 109°27′、N 29°06′。試驗(yàn)地為黃壤土，堿解氮111.5 mg·kg-1，速效鉀69.0 mg·kg-1，速效磷17.5 mg·kg-1，試驗(yàn)地面積為0.2 hm2，種植密度為20 833 株·hm-2，行株距為1.2 m×0.4 m，施氮量為210 kg·hm-2。打頂方式為初花打頂，田間栽培管理措施按照優(yōu)質(zhì)雪茄煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取田間長勢一致的中部葉適熟采收，采用掛煙晾制法，將煙葉均勻排布在煙桿上，煙桿長度為2 m，桿距為0.3 m。晾房選用溫濕度自控晾曬房，規(guī)格為30.0 m×10.0 m×8.0 m(長×寬×高)。因當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)采用的簡易晾房密度過大出現(xiàn)煙葉死青等問題，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況及存在的問題，修建了溫濕度自控晾房。根據(jù)新晾房內(nèi)煙桿長度，試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，分別為40 片·桿-1(葉間距5.0 cm，T1)、60 片·桿-1(葉間距3.3 cm，T2)和80 片·桿-1(葉間距2.5 cm，T3)，3次重復(fù)。分別于晾制過程中的第0、5、10、15、20、25 d各取20片煙葉樣品，于105 ℃殺青15 min后，60 ℃烘干，過60目篩后保存，用于化學(xué)指標(biāo)的測定，并計(jì)算煙葉含水率。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

按閻克玉等[9]測量雪茄煙葉調(diào)制過程的含水率；按照煙草及煙草制品 總氮的測定連續(xù)流動(dòng)分析法[10]測定總氮含量；采用考馬斯亮蘭法[11]測定可溶性蛋白含量；采用HP-5890 氣相色譜儀(北京京科瑞達(dá)科技公司)[12]測定生物堿含量；采用茚三酮比色法[11]測定總氨基酸(total amino acid)含量；采用分光光度法[13]測定硝酸鹽含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用DPS 6.0和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 晾制密度對(duì)雪茄煙葉含水率及晾房溫度和濕度的影響

由表1可知，晾制過程中T1處理的煙葉含水率在前5 d逐漸降低，5～10 d呈升高趨勢，10 d后繼續(xù)降低；T2和T3處理煙葉的含水率變化趨勢與T1相似，但在晾制5～10 d時(shí)呈下降趨勢，整個(gè)下降過程的變化幅度均呈“快-慢-快”的趨勢。晾制的前20 d，T3處理的含水率始終高于T1和T2處理，其中第10和20 d含水率差異不顯著(P>0.05)，第5 和15 d時(shí)T3處理的含水率與T1和T2間存在顯著性差異(P<0.05)；20～25 d時(shí)，三個(gè)處理間差異不顯著(P>0.05)。晾制結(jié)束時(shí)，三個(gè)處理的煙葉含水率均降至最低。雪茄煙在晾制過程的晾房溫濕度檢測結(jié)果(表1)顯示，同一時(shí)間段內(nèi)，晾房內(nèi)溫度和濕度均隨著晾制密度的增加逐漸增加；隨著晾制的進(jìn)行，同一個(gè)處理的晾房內(nèi)溫度不斷升高，而相對(duì)濕度呈先升高后降低的變化趨勢，15 d后溫度和濕度均趨于穩(wěn)定。晾制5～10 d，T3處理的晾房的溫度和濕度較高，而T2處理的溫度和濕度處于中間水平，T1處理最低。

表1 不同晾制密度的晾房溫度和濕度及煙葉含水率

2.2 晾制密度對(duì)雪茄煙總氮含量的影響

由圖1可知，三個(gè)處理在晾制過程的總氮含量變化趨勢不同，T2和T3處理呈“降低-升高-降低”的變化趨勢，而T1處理表現(xiàn)為“雙峰曲線”的變化規(guī)律。說明T1處理總氮降解分兩個(gè)階段進(jìn)行，且發(fā)生在不同晾制時(shí)期，其中第1個(gè)波峰出現(xiàn)在晾制第5 d，總氮含量為3.13%，第2個(gè)波峰出現(xiàn)在晾制第20 d，總氮含量為2.91%。分析整個(gè)晾制過程的雪茄煙總氮含量發(fā)現(xiàn)，T1處理晾制0～20 d的總氮含量始終高于T2和T3處理，晾制20 d后的變化趨勢則相反。T1處理的總氮含量在第5 d達(dá)到最大值，略高于采收時(shí)含量；T2和T3處理晾制過程中總氮含量均小于采收時(shí)。晾制結(jié)束時(shí)的總氮含量表現(xiàn)為T3>T2>T1。

圖1 不同晾制密度的雪茄煙總氮含量

2.3 晾制密度對(duì)雪茄煙可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

雪茄煙葉中的蛋白質(zhì)分為可溶性蛋白質(zhì)和不可溶性蛋白質(zhì)，其中前者分為組分Ⅰ蛋白質(zhì)(FI蛋白)和組分Ⅱ蛋白質(zhì)(FII蛋白)，晾制過程中發(fā)生降解的主要是FI蛋白，且發(fā)生在萎焉期和變黃期。由圖2可知，在晾制過程中，3個(gè)處理的可溶性蛋白質(zhì)含量均呈下降趨勢。前10 d降解速度較快，而10～25 d降解速度較慢，第25 d時(shí)，T1、T2、T3三個(gè)處理的可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到最小值，分別為6.11%、6.24%和6.38%。相同晾制天數(shù)不同處理間，僅晾制第5 和25 d的可溶性蛋白質(zhì)含量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

圖2 不同晾制密度的雪茄煙可溶性蛋白質(zhì)含量

2.4 晾制密度對(duì)雪茄煙總氨基酸含量的影響

由圖3可知，不同處理在晾制過程中總氨基酸含量的變化趨勢相似，均呈先增加后降低的“單峰曲線”。晾制期間總氨基酸含量出現(xiàn)兩次不同幅度的升高，分別為晾制前5 d和晾制15～20 d，晾制前5 d的升高幅度小于晾制15～20 d，兩次升高分別對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)降解的兩個(gè)最快時(shí)期，而晾制的20～25 d總氨基酸含量緩慢降低。在整個(gè)晾制過程中，不同處理間總氨基酸含量均差異顯著(P<0.05)，T1、T2、T3三個(gè)處理均在第20天達(dá)到最大值，分別為7.79、7.38和6.35 mg·g-1DW，晾制結(jié)束時(shí)則表現(xiàn)為T1>T2>T3。相同處理不同晾制天數(shù)，除晾制5～15 d總氨基酸含量無顯著性差異(P>0.05)，其余晾制期間均存在顯著性差異(P<0.05)。

圖3 不同晾制密度的雪茄煙總氨基酸含量

2.5 晾制密度對(duì)雪茄煙生物堿含量的影響

雪茄煙在晾制過程的生物堿含量結(jié)果(表2)可知，生物堿各組分含量由大到小分別為煙堿、新煙草堿、降煙堿、假木賊堿，煙堿占生物堿總含量的85%以上。晾制過程中，4種生物堿的含量均發(fā)生變化，其中煙堿、降煙堿和新煙草堿均呈持續(xù)降低的變化趨勢，其中煙堿含量的變化最劇烈。進(jìn)一步分析可知，煙堿和總生物堿的含量與調(diào)制天數(shù)存在顯著負(fù)相關(guān)，且T1處理總生物堿的含量在第15、20和25 d時(shí)均存在顯著性差異(P<0.05)。隨著晾制天數(shù)的延長，不同處理的生物堿含量從5.7%緩慢下降至3.8%～4.6%，且在晾制15～25 d下降幅度更大，其降解速度表現(xiàn)為T1>T2>T3。在晾制結(jié)束時(shí)，三個(gè)處理間生物堿含量表現(xiàn)為T3>T2>T1，說明密度是雪茄煙晾制期間影響生物堿含量的重要因素。

表2 不同晾制密度的雪茄煙生物堿含量

2.6 晾制密度對(duì)雪茄煙硝酸鹽含量的影響

硝酸鹽是一類重要含氮化合物，其含量的多少直接影響雪茄煙的吃味和安全性。由圖4可知，不同密度晾制過程中雪茄煙的硝酸鹽變化規(guī)律相似，晾制前10 d，三個(gè)處理的硝酸鹽含量稍有降低；晾制第10天，T1、T2、T3處理的硝酸鹽含量均達(dá)到最小值，分別為6.34%、6.84%和7.54%；晾制第10～25 d，硝酸鹽含量又緩慢上升。晾制天數(shù)為5、10 和25 d時(shí)，3個(gè)處理間的硝酸鹽含量均存在顯著性差異(P<0.05)，硝酸鹽含量始終表現(xiàn)為T3>T2>T1。晾制結(jié)束時(shí)，3個(gè)處理的硝酸鹽含量均低于開始晾制時(shí)。

圖4 不同晾制密度的雪茄煙硝酸鹽含量

3 討論

3.1 晾制密度影響雪茄煙葉的含水率及晾房的溫度和濕度

通過人工干預(yù)調(diào)節(jié)晾制密度間接調(diào)控晾房溫濕度，可以改變雪茄煙中的主要含氮化合物含量[14]，同時(shí)使晾制后的煙葉顏色均勻，各化學(xué)成分比例協(xié)調(diào)。因此，選擇適宜的晾制密度改善晾房的局部小氣候及溫濕度，可以提高雪茄煙的品質(zhì)。煙葉葉間距過小，晾房內(nèi)局部空氣流速較小，溫濕度升高，煙葉中含氮化合物降解速度減慢，隨著葉間距的增加，晾房內(nèi)局部空氣流速較大，溫濕度迅速降低，煙葉內(nèi)含物降解較快[5]。趙銘欽等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在雪茄煙低晾制密度下，因空氣流速較大而導(dǎo)致環(huán)境溫度較小，反之高晾制密度下空氣流速較小而導(dǎo)致環(huán)境溫度較大。本研究表明，T1處理的煙葉晾制密度小，因空氣流速較大導(dǎo)致晾房的溫濕度較小，煙葉含水率迅速下降；T2處理的溫濕度處于中間水平，煙葉含水率平穩(wěn)下降；T3處理在晾制前期空氣流速小而溫濕度較大，導(dǎo)致雪茄煙含水率下降緩慢。隨著晾制的進(jìn)行，晾房中的溫度逐漸升高，各處理煙葉含水率均下降；晾制第20 d，進(jìn)入萎焉期，煙葉已經(jīng)充分失水，各處理葉間距均增大，隨著空氣流速的增大，煙葉含水率和溫濕度差異減?。涣乐平Y(jié)束時(shí)的煙葉含水率，較晾制前變化較大。這與趙松濤等[5]、楊樹勛等[15]及徐世杰等[16]的研究結(jié)果一致。

3.2 晾制密度影響雪茄煙的總氮含量

晾制密度直接影響環(huán)境的溫濕度，晾制密度越大環(huán)境溫濕度越高。王潔[17]研究了不同溫度環(huán)境下晾制的雪茄煙總氮含量變化，發(fā)現(xiàn)調(diào)制前期的下降幅度大于調(diào)制后期，高溫模式下煙葉總氮含量下降最快，但中溫和低溫模式下會(huì)因煙葉死青等問題不利于總氮的降解。本研究中，不同晾制密度雪茄煙的總氮含量變化呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，整體呈雙峰曲線變化。在晾制前期呈下降趨勢，降解主要發(fā)生在萎焉期，相比晾制密度較小的T1和T2處理，T3處理的環(huán)境溫濕度更高，總氮降解更快；晾制中后期，三個(gè)處理的總氮含量均有不同程度的升高，可能是因?yàn)椋┣褵煹暮衔镙^多，晾制后期大分子含氮化合物降解生成小分子含氮化合物[8]，導(dǎo)致總氮含量升高。這與徐世杰等[16]研究的不同溫濕度條件下雪茄煙調(diào)制過程中的總氮含量始終呈現(xiàn)出下降趨勢表現(xiàn)不同。吳麗君等[18]研究了曬黃煙調(diào)制過程中的化學(xué)成分變化，發(fā)現(xiàn)總氮含量在晾制過程中幾乎沒有變化。分析以上差異原因，可能是不同的晾房溫濕度條件及煙葉類型會(huì)導(dǎo)致煙葉內(nèi)氮代謝活動(dòng)變化，同時(shí)地域及生態(tài)環(huán)境也是導(dǎo)致存在差異的原因。因此,調(diào)制過程中不同的晾房溫濕度條件及煙葉類型的總氮含量的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

3.3 晾制密度影響雪茄煙的蛋白質(zhì)及氨基酸含量

目前，晾制密度對(duì)雪茄煙的蛋白質(zhì)及氨基酸變化規(guī)律影響方面，幾乎沒有報(bào)道，但環(huán)境溫濕度對(duì)煙葉蛋白質(zhì)及氨基酸含量影響的研究較多。李常軍等[19]發(fā)現(xiàn)，在烤煙烘烤過程中，溫度對(duì)蛋白質(zhì)及氨基酸含量的影響很大，蛋白質(zhì)降解主要發(fā)生在變黃期和定色期，定色結(jié)束后變化小，且高溫使蛋白質(zhì)降解速度減慢，而低溫有助于蛋白質(zhì)的降解。高林等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同濕度晾制期間，白肋煙的蛋白質(zhì)含量變化主要發(fā)生在晾制前期，中濕處理下煙葉的蛋白質(zhì)含量下降趨勢明顯，在變黃期仍然下降。晾制密度直接影響環(huán)境溫濕度。本研究表明，蛋白質(zhì)降解主要發(fā)生在晾制前期，且整個(gè)晾制過程始終呈下降趨勢，下降速度表現(xiàn)為“快-慢-快”的變化規(guī)律，與氨基酸的積累同時(shí)發(fā)生。不同處理間的蛋白質(zhì)含量和氨基酸含量差異顯著，T2和T3處理的溫濕度較高，蛋白質(zhì)降解更慢，氨基酸積累更少。因此，低晾制密度條件下，溫濕度越低有利于蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的積累。

3.4 晾制密度影響雪茄煙的生物堿含量

煙堿是生物堿的主要成分，占生物堿的95%以上[21]。因此對(duì)煙葉生物堿含量的研究，主要針對(duì)煙堿的含量及比例進(jìn)行。李宗平等[22]研究發(fā)現(xiàn)，改善晾制條件和改進(jìn)晾制工藝是降低煙葉煙堿含量、提高煙葉安全性的關(guān)鍵措施。因煙堿的自然氧化和生物降解，本研究中三個(gè)處理的煙葉煙堿含量均降低。T1處理的煙堿降解速度最快且調(diào)制結(jié)束時(shí)含量最低，而T2和T3處理的煙堿降低速度緩慢。分析原因可能是，T1處理的晾制密度更小，晾房內(nèi)環(huán)境溫濕度較低，更有利于煙堿的降解。晾制結(jié)束時(shí)，三個(gè)處理間差異達(dá)到顯著水平。雪茄煙主要含氮化合物的變化主要發(fā)生在晾制的前中期，對(duì)于夏季多雨少光照的來鳳煙區(qū)，采用低晾制密度更有利于水分的散失和空氣的流通，進(jìn)而可以有效地降低煙葉中的生物堿含量，提高煙葉安全性。

3.5 晾制密度影響雪茄煙硝酸鹽含量

Andersen等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在溫度為32 ℃、濕度為83%的晾制條件下，煙葉中硝酸鹽和亞硝胺類呈幾十倍甚至上百倍的增加，顯著積累時(shí)間為調(diào)制過程中的第2～3周。楊煥文等[24]研究表明，白肋煙的硝酸鹽含量在調(diào)制過程中整體變化不大。本研究晾制前期，硝酸鹽緩慢降解，變褐期和干筋期緩慢積累，調(diào)制結(jié)束時(shí)硝酸鹽略低于采收時(shí)。從整體來看,低密度處理對(duì)煙葉硝酸鹽含量的降低有顯著促進(jìn)作用，可以有效提高煙葉安全性。