雪茄芯葉人工發(fā)酵溫濕度控制對(duì)化學(xué)成分和香味品質(zhì)的影響

榮仕賓，李晶晶，趙園園，秦艷青，王俊，楊興有，張瑞娜，譚舒，李傳勝,4，袁玉龍，史宏志

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/煙草農(nóng)業(yè)減害研究中心，

鄭州市金水區(qū)文化路95號(hào) 450002；

2 四川省煙草公司，成都市高新區(qū)世紀(jì)城路936號(hào) 600041；

3 四川省煙草公司德陽(yáng)市公司，四川德陽(yáng) 618400；

4 新鄉(xiāng)市政務(wù)服務(wù)和大數(shù)據(jù)管理局，新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)新二街360號(hào) 453000

雪茄煙是一種以晾曬煙為原料、純手工卷制的特殊煙草制品，具有香氣馥郁、吸味豐滿、勁頭大、有害成分含量低等特點(diǎn)[1]。發(fā)酵是雪茄煙葉生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)煙葉品質(zhì)有重要的提升作用，當(dāng)年收獲的新煙往往存在煙氣粗糙，香氣質(zhì)量差，雜氣重，刺激性大等缺陷[2-3]，發(fā)酵則可以導(dǎo)致煙葉中的糖類、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)進(jìn)一步降解產(chǎn)生有機(jī)酸、揮發(fā)性羰基化合物等香氣前體物質(zhì)，進(jìn)而改善煙葉的香氣成分和評(píng)吸質(zhì)量[4]，煙葉的工業(yè)可用性大大提高。卷煙企業(yè)還會(huì)根據(jù)用途對(duì)煙葉進(jìn)行二次發(fā)酵，卷制的成品也要繼續(xù)進(jìn)行煙支養(yǎng)護(hù)，可以說發(fā)酵是影響雪茄煙成品質(zhì)量的主要因素[5-6]。

不同用途的雪茄煙葉適宜的發(fā)酵方式也不同[7]，一般來說，傳統(tǒng)的堆積發(fā)酵法最適合茄芯煙葉的發(fā)酵，而茄衣煙葉的發(fā)酵通常采用裝箱發(fā)酵法[8]。對(duì)質(zhì)量有特殊要求的煙葉，還可以根據(jù)需求選擇其他特異性發(fā)酵方式，如生產(chǎn)Maduro茄衣煙葉時(shí)采用壓力發(fā)酵法。此外，還可以采取措施調(diào)節(jié)發(fā)酵工藝，添加物料等[9]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)控制煙葉發(fā)酵和貯藏過程中的溫濕度可有效抑制煙草特有亞硝胺的合成，提高煙葉的安全性[10-11]。李寧等[12]從煙葉表面分離出蠟樣芽孢桿菌并將其接種到煙葉表面，發(fā)酵后煙葉內(nèi)部的含氮化合物含量顯著下降。覃明娟等在煙葉發(fā)酵過程中添加了植物乳桿菌及外源碳氮物質(zhì)，結(jié)果顯示發(fā)酵后煙葉中的淀粉含量顯著下降，香味物質(zhì)種類增加，煙葉感官評(píng)價(jià)顯著提升[13]。全銘沁等研究發(fā)現(xiàn)，將黑曲霉發(fā)酵液與復(fù)合酶配制的改良劑噴施于烤煙上部葉，發(fā)酵后煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)降解率顯著提升，煙葉的燃吸品質(zhì)明顯改善[14]。

目前對(duì)于雪茄煙發(fā)酵的研究主要集中在發(fā)酵方法及添加物料對(duì)煙葉品質(zhì)的影響上，對(duì)于不同溫濕度發(fā)酵條件的作用機(jī)理報(bào)道較少[15-16]。本研究通過嚴(yán)格控制不同發(fā)酵溫度與濕度進(jìn)行互作試驗(yàn)，分別在發(fā)酵前后取樣，探究煙葉主要化學(xué)成分及香味品質(zhì)的變化，以明確不同溫濕度條件對(duì)雪茄芯葉發(fā)酵過程中煙葉品質(zhì)形成的影響，為發(fā)酵過程中煙葉品質(zhì)的提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試煙葉為2018年四川省煙草公司提供的傳統(tǒng)茄芯品種什煙1號(hào)調(diào)制后質(zhì)量均勻一致的上一等級(jí)煙葉（Q/DYYCT002-2018）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工發(fā)酵試驗(yàn)，共設(shè)置發(fā)酵溫度和發(fā)酵濕度2個(gè)因素（通過恒溫恒濕箱控制），發(fā)酵溫度設(shè)置39℃、42℃、45℃和48℃4個(gè)水平，發(fā)酵濕度設(shè)置70%、80%和90% 3個(gè)水平，相應(yīng)的發(fā)酵初始的煙葉含水 率 分 別 為18.81%±1.13%、23.54%±1.52%和30.32%±2.16%，共12個(gè)處理，各處理樣品量500 g，每個(gè)處理重復(fù)3次。

取樣：發(fā)酵前將煙葉去梗，葉片充分混勻后取發(fā)酵前樣品，之后將煙葉等分成36份并按照各處理的溫濕度要求發(fā)酵28 d，結(jié)束后取發(fā)酵后樣。測(cè)定各樣品的常規(guī)化學(xué)成分和中性香氣成分含量，并對(duì)樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1.3 樣品測(cè)定方法

煙葉含水率測(cè)定方法按照YC/T 31—1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

常規(guī)化學(xué)成分采用連續(xù)流動(dòng)分析法按照YC/T 159—2002（總糖、還原糖）、YC/T160—2002（煙堿）、YC/T 161—2002（總氮）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

中性香氣成分測(cè)定采用內(nèi)標(biāo)法[17]。

感官質(zhì)量由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院評(píng)吸專家按河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司晾曬煙單料煙評(píng)吸方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010、SPSS 22.0以及Origin7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫濕度條件對(duì)發(fā)酵后煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

發(fā)酵后，煙葉中的還原糖、總糖、煙堿、總氮含量較發(fā)酵前均顯著降低。對(duì)各處理發(fā)酵后煙葉中的四種化學(xué)成分進(jìn)行響應(yīng)面分析（圖1）和貢獻(xiàn)率分析（表1），結(jié)果表明，同一濕度條件下，各處理間還原糖（圖1A）和總糖（圖1B）含量均隨著溫度升高而下降，且差異達(dá)到極顯著水平。溫度相同時(shí)，隨發(fā)酵濕度增加，發(fā)酵后煙葉中的還原糖、總糖含量先降低后升高。在39℃-RH70%條件下發(fā)酵的煙葉還原糖、總糖含量最高，分別為1.57%和2.08%，是48℃-RH80%條件下的1.85和1.89倍。溫度對(duì)還原糖和總糖含量變化的貢獻(xiàn)率分別為81.91%和91.66%，其影響顯著大于濕度及二者的交互作用。發(fā)酵后煙葉中的煙堿（圖1C）和總氮（圖1D）含量均隨發(fā)酵溫度的升高和濕度的降低顯著下降，溫度仍然是引起二者含量變化的主要因素，貢獻(xiàn)率分別為77.99%和91.28%。濕度及溫濕度交互作用對(duì)煙堿和總氮含量變化的貢獻(xiàn)較小。

表1 溫度、濕度與交互作用對(duì)常規(guī)化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率分析Tab. 1 Analysis of contribution rate of temperature, humidity and their interaction to conventional chemical components %

圖1 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉化學(xué)成分含量變化Fig. 1 Content change of chemical compositions in cigar filler tobacco leaves after fermentation process under different temperature and humidity

2.2 不同溫濕度條件發(fā)酵對(duì)煙葉中性香氣成分的影響

發(fā)酵前后各處理煙葉的中性香氣成分含量及溫濕度對(duì)其的影響如表2所示。由表可知，發(fā)酵后煙葉中的各類香氣物質(zhì)含量較發(fā)酵前均有所增加，香氣成分總量顯著升高，各成分受溫濕度影響的變化趨勢(shì)較為一致，漲幅隨發(fā)酵溫度升高先增大后減小，隨濕度增加持續(xù)增大。中性香氣成分總量在45℃-RH90%條件下發(fā)酵的含量最高，為676.75 μg/g，在39℃-RH70%條件下最低，為525.13 μg/g，整體漲幅12.79%～45.36%。煙葉中含量最豐富的中性香氣成分是葉綠素降解產(chǎn)物新植二烯，約占香氣成分總量的50%。發(fā)酵后新植二烯增加的幅度變動(dòng)很大，在42℃-RH90%條件下發(fā)酵可增加63.72%，而在39℃-RH70%條件下發(fā)酵僅增加了15.75%。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的種類最多，一共檢測(cè)出16種香氣成分，其中含量較高的為巨豆三烯酮4、巨豆三烯酮2和法尼基丙酮。茄酮和芳香族氨基酸降解產(chǎn)物在發(fā)酵過程中漲幅較小，約增加5 μg/g～15 μg/g。棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量較少，在45℃條件下發(fā)酵后含量相對(duì)較高。

表2 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉香氣成分含量Tab. 2 Contents of aroma components in cigar filler tobacco after fermentation under different temperature and humidity μg/g

貢獻(xiàn)率分析（表3）結(jié)果表明，溫濕度以及二者的交互作用對(duì)各處理煙葉中性香氣成分含量變化的貢獻(xiàn)率差異很大。溫度主要影響了類胡蘿卜素降解產(chǎn)物和芳香族氨基酸降解產(chǎn)物的含量，特別是類胡蘿卜素降解產(chǎn)物，貢獻(xiàn)率高達(dá)85.23%。濕度對(duì)中性香氣成分總量、茄酮、新植二烯和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量變化的貢獻(xiàn)較大，分別為63.68%、53.46%、52.34%和46.33%。二者的交互作用對(duì)各類中性香氣成分及其總量變化的貢獻(xiàn)均較小，只有2.16%～19.09%。

表3 溫度、濕度與交互作用對(duì)中性香氣成分的貢獻(xiàn)率分析Tab. 3 Analysis of contribution rate of temperature, humidity and their interaction to neutral aroma components %

2.3 不同溫濕度條件對(duì)發(fā)酵后煙葉感官質(zhì)量的影響

由表4可以看出，除燃燒性和灰色外，發(fā)酵后煙葉的各項(xiàng)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)得分均有所增加，煙葉的評(píng)吸質(zhì)量在各溫濕度條件下得到不同程度的改善。整體來看，隨發(fā)酵溫度和濕度升高，煙葉勁頭減小，香氣質(zhì)、香氣量等指標(biāo)得分增大，但當(dāng)溫度增至45℃后，各指標(biāo)得分相對(duì)保持穩(wěn)定，此時(shí)主要影響煙葉評(píng)吸質(zhì)量的是發(fā)酵濕度。45℃-RH90%和48℃-RH90%兩個(gè)處理的感官質(zhì)量提升最大。煙葉雜氣和刺激性得分增長(zhǎng)幅度隨發(fā)酵溫度和濕度的升高逐漸增大；煙氣濃度隨環(huán)境溫濕度的變化差異不大，規(guī)律不明顯；燃燒性和灰色無(wú)明顯變化。進(jìn)一步貢獻(xiàn)率分析（表5）結(jié)果顯示濕度是影響煙葉感官質(zhì)量的主要因素，除勁頭外，濕度對(duì)其他指標(biāo)的影響均超過60%，最高可達(dá)87.16%。溫度主要影響了煙氣的勁頭，二者的交互作用對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)影響較小。

表4 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉的感官質(zhì)量Tab. 4 Change of sensory quality of cigar filler tobacco after fermentation under different temperature and humidity

表5 溫度、濕度與交互作用對(duì)感官質(zhì)量的貢獻(xiàn)率分析Tab. 5 Analysis of the contribution rate of temperature, humidity and their interaction to sensory quality %

3 討論

溫度和水分是影響發(fā)酵過程中煙葉內(nèi)部各類生化反應(yīng)的關(guān)鍵因素，因此保證發(fā)酵時(shí)適宜的環(huán)境溫度和濕度對(duì)提高煙葉質(zhì)量意義重大[18-19]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在人工發(fā)酵過程中溫度條件對(duì)雪茄芯葉常規(guī)化學(xué)成分含量變化貢獻(xiàn)率整體可達(dá)到75%以上，發(fā)酵過程中還原糖、總糖含量在發(fā)酵初期下降迅速，后期變化緩慢，這與尹永強(qiáng)等研究結(jié)果基本一致[20]，這可能是由于前期煙葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足，煙葉中殘留的淀粉等大分子化合物繼續(xù)降解，糖類物質(zhì)的含量發(fā)生變化。同一濕度條件下，隨溫度的升高，總糖、還原糖含量的下降幅度增大，兩糖含量顯著減少，這和劉強(qiáng)等[21]的研究結(jié)果一致，造成這種結(jié)果的原因可能是發(fā)酵過程中一部分糖類物質(zhì)與氨基酸發(fā)生非酶促棕色化反應(yīng)形成糖-氨基酸縮合物。溫度升高導(dǎo)致煙葉內(nèi)酶活性升高，棕色化反應(yīng)速度加快，反應(yīng)程度加深，糖-氨基酸縮合物可更為徹底的轉(zhuǎn)化成醛酮類香氣物質(zhì)。煙堿含量在發(fā)酵過程中持續(xù)下降，且隨溫度的增加和濕度的降低降幅持續(xù)增大，這與徐世杰[17]的研究結(jié)果有所不同，可能是由于樣品間差異所致。在發(fā)酵過程中煙堿可發(fā)生降解和轉(zhuǎn)化[22-23]，如煙堿通過代謝氧化為氧化煙堿和可鐵寧，也可以發(fā)生亞硝化反應(yīng)形成煙草特有亞硝胺NNK，還可能被以煙堿為底物的微生物分解利用，這些都可能是造成煙堿含量下降的原因。隨溫度升高，發(fā)酵后煙葉的總氮含量顯著降低，而濕度的增加減小了降低幅度，這可能是因?yàn)楦邷丶铀倭藫]發(fā)性植物堿或揮發(fā)氨等成分向空氣中的散失，而濕度的增加減緩了升溫導(dǎo)致的逸散加速[6,24]。煙葉中的各類香氣物質(zhì)含量及中性香氣物質(zhì)總量在發(fā)酵后均顯著提高，這與發(fā)酵過程中微生物活動(dòng)促進(jìn)大分子香氣前體物降解形成揮發(fā)性香氣成分有關(guān)，需要進(jìn)一步研究。香氣物質(zhì)漲幅隨發(fā)酵溫度升高先增大后減小，隨濕度增加持續(xù)增大，說明在適當(dāng)提高發(fā)酵溫度的同時(shí)增加發(fā)酵濕度可促進(jìn)煙葉香氣成分的積累，進(jìn)而提高煙葉的評(píng)吸質(zhì)量。本試驗(yàn)在嚴(yán)格控制溫濕度條件下進(jìn)行人工發(fā)酵，有利于保證處理間樣品的一致性和發(fā)酵條件的可控性，可明確溫濕度條件對(duì)煙葉化學(xué)成分和香氣物質(zhì)含量變化的影響規(guī)律，揭示雪茄發(fā)酵增質(zhì)增香機(jī)理，并為生產(chǎn)上利用發(fā)酵室進(jìn)行雪茄芯煙人工發(fā)酵的溫度和濕度控制提供參數(shù)。由于該試驗(yàn)采用小包裝進(jìn)行發(fā)酵，與生產(chǎn)中大批量煙葉發(fā)酵相比，在堆內(nèi)堆外和不同垛層之間溫度、濕度及空氣流通等的均勻性方面可能存在差異，這需要在堆垛體積、形狀、方式及翻堆頻次等方面進(jìn)行控制，以充分保證煙葉溫濕度等環(huán)境條件的均勻性。實(shí)際生產(chǎn)中煙葉發(fā)酵的溫濕度控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。在雪茄煙煙葉自然發(fā)酵過程中，由于堆垛內(nèi)溫度的上升主要是微生物活動(dòng)的結(jié)果，其與發(fā)酵前雪茄煙葉的含水量和煙葉物理特性密切相關(guān)，因此在發(fā)酵前根據(jù)煙葉素質(zhì)進(jìn)行分類，嚴(yán)格控制好發(fā)酵前煙葉的含水量至關(guān)重要。關(guān)于發(fā)酵過程中化學(xué)成分變化的機(jī)理尚需進(jìn)一步研究探討。

4 結(jié)論

發(fā)酵溫濕度對(duì)發(fā)酵后煙葉的化學(xué)成分和香味品質(zhì)影響很大，適當(dāng)升高發(fā)酵溫度、增加環(huán)境相對(duì)濕度可有效促進(jìn)煙葉糖類、堿類物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化，促進(jìn)煙葉香氣成分形成和積累，改善香氣質(zhì)量，柔和煙氣，提升煙葉感官品質(zhì)。溫度對(duì)常規(guī)化學(xué)成分中總糖和總氮含量變化的貢獻(xiàn)率大于濕度，濕度則對(duì)香氣成分中棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、茄酮、新植二烯含量的貢獻(xiàn)較大，二者的交互作用主要影響了芳香族氨基酸降解產(chǎn)物含量。發(fā)酵溫度和濕度共同作用對(duì)煙葉感官質(zhì)量產(chǎn)生綜合影響。根據(jù)本研究結(jié)果，將調(diào)制后雪茄芯葉在45℃～48℃、RH90%、煙葉含水率30.32%±2.16%條件下初次發(fā)酵4周更有利于促進(jìn)化學(xué)成分協(xié)調(diào)，提高煙葉香味品質(zhì)。