不同葉片結(jié)構(gòu)烤煙化學(xué)成分的差異

季舜華，蘇明亮，張 燁，范堅(jiān)強(qiáng)，陳義強(qiáng)，崔振偉，方 璟，王超超，詹仁鋒，陳善義

福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，福建省廈門市集美區(qū)濱水路298號(hào) 361021

煙葉的外觀質(zhì)量與內(nèi)在品質(zhì)關(guān)系密切，根據(jù)外觀性狀可判斷煙葉的內(nèi)在質(zhì)量，這是現(xiàn)行《烤煙》國(guó)標(biāo)制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的理論依據(jù)［1］。葉片結(jié)構(gòu)指煙葉細(xì)胞排列的疏密程度，與煙葉的成熟度密切相關(guān)，是反映和衡量煙葉外觀質(zhì)量的重要因素，在煙葉分級(jí)因素重要性排名中位列第二［2］。有關(guān)煙葉葉片結(jié)構(gòu)的研究，宏觀方面目前主要集中在葉片結(jié)構(gòu)與常規(guī)化學(xué)成分［3-8］、感官質(zhì)量［3，5-8］、物理特性［9］和力學(xué)特性［10］的關(guān)系，以及烤煙品種間葉片結(jié)構(gòu)差異［9］等方面；微觀方面則主要集中在不同光照強(qiáng)度［11］和肥料配比［12］對(duì)葉片組織結(jié)構(gòu)的影響，以及基于表面微觀結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的烤煙外觀品質(zhì)預(yù)測(cè)模型的建立［13］等方面。煙葉化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及比例直接影響著煙葉的感官質(zhì)量，是決定煙葉風(fēng)格特征和品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)［14］。煙葉中的化學(xué)成分種類眾多，但對(duì)于煙葉質(zhì)量的評(píng)價(jià)，主要關(guān)注的是常規(guī)化學(xué)成分、多酚、有機(jī)酸及氨基酸。常規(guī)化學(xué)成分對(duì)煙葉內(nèi)在質(zhì)量有重要影響，其中，糖組分與感官評(píng)吸質(zhì)量正相關(guān)，而含氮組分、堿性組分則與感官評(píng)吸質(zhì)量負(fù)相關(guān)，二級(jí)指標(biāo)糖堿比、氮堿比是衡量吸味協(xié)調(diào)性的指標(biāo)，氯和鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與煙葉的燃燒性直接相關(guān)［15-16］。多酚類物質(zhì)影響著煙葉的外觀質(zhì)量、煙氣質(zhì)量和生理強(qiáng)度［17］。烤煙的多酚類物質(zhì)包括單寧類（綠原酸及其異構(gòu)體）、香豆素類（莨菪亭、莨菪靈、七葉亭）及黃酮類（蕓香苷）等。有機(jī)酸可直接影響煙氣的酸堿性質(zhì)，在煙草燃燒時(shí)使吸味醇和，一些有機(jī)酸可作為煙草加工過程中的添加劑［18］。氨基酸是煙草中的一類重要化合物，是形成煙葉香氣物質(zhì)的前體，其對(duì)煙葉品質(zhì)的影響存在兩面性：一方面經(jīng)燃燒可產(chǎn)生氨等具有刺激性的化合物，影響煙氣品質(zhì)；另一方面產(chǎn)生的非酶促棕色化反應(yīng)產(chǎn)物（吡咯、吡嗪和呋喃類化合物）可賦予煙葉特有的香氣［19］。

有關(guān)烤煙葉片結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的簡(jiǎn)單相關(guān)或典型相關(guān)分析已有報(bào)道［20-22］，但對(duì)于葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松的變化過程中，其化學(xué)成分的具體變化規(guī)律，以及不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異研究較少，尤其是有機(jī)酸和氨基酸。僅有馬彩娟等［23］分析了上部煙葉片結(jié)構(gòu)對(duì)化學(xué)成分的影響，以及曹建敏等［24］研究了不同等級(jí)烤煙多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異。為此，本研究中以云煙85烤煙為材料，分析不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉的常規(guī)化學(xué)成分、多酚物質(zhì)、有機(jī)酸和氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及感官質(zhì)量的差異，旨在為豐富和完善烤煙質(zhì)量評(píng)價(jià)體系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

于2020年在云南省保山市隆陽區(qū)辛街鄉(xiāng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)地海拔1 818 m，地勢(shì)平坦，排灌方便，面積為667 m2，前茬作物為油菜。

1.2 試驗(yàn)田生產(chǎn)技術(shù)

烤煙品種為云煙85，播種時(shí)間為2月3日，采用漂浮育苗法育苗，于5月10日進(jìn)行移栽，行距120 cm，株距50 cm，種植密度為1 100株/667 m2。N∶P2O5∶K2O為8∶16∶26（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比，下同）的烤煙專用復(fù)合肥的施用量為52 kg/667 m2、N∶K2O為16∶30的氮鉀肥為18 kg/667 m2、精制商品有機(jī)肥為80 kg/667 m2，其他田間栽培措施按當(dāng)?shù)刈顑?yōu)措施進(jìn)行。

煙株打頂留葉后，有效葉數(shù)為18～22片。下部葉采收標(biāo)準(zhǔn)：葉色由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G黃色6～6.5成，主脈變白，支脈淡綠，葉尖稍下垂，茸毛部分脫落；中部葉采收標(biāo)準(zhǔn)：葉面淺黃，落黃7.5～8成，茸毛基本脫落，主脈變白發(fā)亮，支脈綠白，莖葉角度增大；上部葉采收標(biāo)準(zhǔn)：葉面起皺，呈現(xiàn)8.5～9成黃的淡黃色，黃白色成熟斑明顯，主脈全白發(fā)亮，支脈全部淺白，茸毛大部脫落，莖葉角度較大。要求不采青、不過熟，確保所采煙葉成熟度基本整齊一致。下二棚葉采收10 d左右后再采第二爐，上部葉4～6片充分成熟集中一次采收。煙葉的烘烤采用“三段式”烘烤工藝［25］，按當(dāng)?shù)刈顑?yōu)技術(shù)措施進(jìn)行。

1.3 樣品制作

由福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司通過國(guó)家煙草專賣局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心鑒定的3名煙葉評(píng)級(jí)高級(jí)技師、6名煙葉評(píng)級(jí)技師組成9人的評(píng)價(jià)小組，依照GB 2635—1992［26］的標(biāo)準(zhǔn)將樣品分成緊密、稍密、尚疏松、疏松4個(gè)檔次，每個(gè)質(zhì)量檔次的樣品2 kg。

1.4 常規(guī)化學(xué)成分、多酚、有機(jī)酸及氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

數(shù)據(jù)采集方法：取適量煙末放入樣品杯，用銅質(zhì)壓樣器壓實(shí)樣品。對(duì)樣品進(jìn)行近紅外（Near infrared，NIR）光譜采集，分辨率為8 cm-1，波長(zhǎng)采集范圍為4 000～10 000 cm-1，掃描次數(shù)為68次。掃描樣品2次，取平均值作為光譜數(shù)據(jù)。接入行業(yè)“煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺(tái)”［27-28］，樣品子機(jī)的近紅外光譜，先經(jīng)過SST算法變換為主機(jī)光譜，再調(diào)用該平臺(tái)中煙草化學(xué)成分的PLS定量模型，預(yù)測(cè)得到樣品常規(guī)化學(xué)成分、多酚、有機(jī)酸和氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.5 感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

感官評(píng)吸指標(biāo)包括香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性和灰色。由7名具有省級(jí)以上感官評(píng)吸資質(zhì)的人員組成評(píng)吸小組，依據(jù)YC/T 138—1998［29］中的方法進(jìn)行感官評(píng)吸。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件單因素方差分析模塊的新復(fù)極差法進(jìn)行組間均值的多重比較，差異顯著水平設(shè)置為P＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同葉片結(jié)構(gòu)烤煙常規(guī)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由表1可知，隨葉片結(jié)構(gòu)檔次由緊密到疏松，總植物堿、總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈降低趨勢(shì)，其中，在尚疏松到疏松的變化過程中顯著降低；還原糖、總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及總糖/總植物堿比值總體上呈升高的趨勢(shì)，其中，在尚疏松到疏松的變化過程中顯著升高；總氮/總植物堿比值總體上呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，其中，結(jié)構(gòu)疏松的煙葉與結(jié)構(gòu)緊密的煙葉差異達(dá)到顯著水平；鉀、氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及還原糖/總糖比值的差異不大。優(yōu)質(zhì)煙葉的常規(guī)化學(xué)成分一般要求為煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%左右、總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%～2.5%、還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%～24%、總糖/總植物堿比值10～15、總氮/總植物堿比值1左右［30-32］。由表1可知，結(jié)構(gòu)疏松的煙葉總植物堿、總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及總糖/總植物堿比值、總氮/總植物堿比值相較于結(jié)構(gòu)緊密、稍密、尚疏松的煙葉，更接近優(yōu)質(zhì)煙葉的要求?？梢姡S葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松，煙葉主要化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)趨于更適宜，協(xié)調(diào)性得到提高；但另一方面，總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低及總氮/總植物堿比值的升高，可能會(huì)導(dǎo)致煙葉吃味變得平淡，而還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高可能會(huì)產(chǎn)生酸的吃味［30］。上述化學(xué)成分的變化規(guī)律與馬彩娟等［23］的研究結(jié)果基本一致。

表1 不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)①Tab.1 Mass fractions of conventional chemical compositions in tobacco leaves of different leaf structures

2.2 葉片結(jié)構(gòu)對(duì)多酚物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表2可知，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松，綠原酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、多酚總量呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，其差異在結(jié)構(gòu)緊密、稍密、疏松三者中的任二者之間達(dá)到顯著水平；新綠原酸、隱綠原酸和莨菪亭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則無顯著變化。

姜慧娟等［22］對(duì)河南烤煙多酚類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與外觀質(zhì)量進(jìn)行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)葉片結(jié)構(gòu)越緊密，其綠原酸和蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高；曹建敏等［24］在對(duì)山東烤煙的研究中，發(fā)現(xiàn)在葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松的變化過程中，綠原酸、蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及多酚總量總體上呈下降的趨勢(shì)。本研究的結(jié)果與上述研究不同，可能是煙葉樣品來自不同產(chǎn)區(qū)的緣故。

表2 不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉多酚物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.2 Mass fractions of polyphenols in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.3 葉片結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表3可知，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松，丙二酸、十四酸、亞油酸、二十酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在結(jié)構(gòu)緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；乙酰丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在結(jié)構(gòu)緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著升高；丁二酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；十六酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方面，結(jié)構(gòu)稍密和尚疏松的煙葉顯著高于結(jié)構(gòu)緊密的煙葉，但與結(jié)構(gòu)疏松的煙葉差異不顯著；蘋果酸、檸檬酸、油酸+亞麻酸、十八酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及有機(jī)酸總量無顯著變化。

姚健等［20］對(duì)煙葉質(zhì)量性狀間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，葉片結(jié)構(gòu)與有機(jī)酸總量間極顯著正相關(guān)，但該研究并未明確具體的各類有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉片結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系。本研究中發(fā)現(xiàn)不同葉片結(jié)構(gòu)的煙葉之間有機(jī)酸總量差異不顯著，這與姚健等［20］的研究結(jié)果不同，可能的原因是煙葉樣品來自不同的產(chǎn)區(qū)。

煙葉中丙二酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與卷煙的香韻得分負(fù)相關(guān)［33］；十四酸（即肉豆蔻酸）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與煙氣特征負(fù)相關(guān)［34］；亞油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大會(huì)增加煙葉刺激性并產(chǎn)生澀味［35］；二十酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與煙氣香氣質(zhì)、余味、雜氣、干燥感和細(xì)膩度負(fù)相關(guān)［36］；乙酰丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與煙氣口腔殘留和干燥感正相關(guān)［34］；丁二酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與煙氣香氣量正相關(guān)［33］；十六酸能使煙葉甜醇、柔和、舒適［35］?？梢?，結(jié)構(gòu)疏松的煙葉中，一些與感官品質(zhì)負(fù)相關(guān)的有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，而與感官品質(zhì)正相關(guān)的有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則較高。這也驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)疏松煙葉的內(nèi)在質(zhì)量較高的結(jié)論。

表3 不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.3 Mass fractions of organic acids in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.4 葉片結(jié)構(gòu)對(duì)氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表4可知，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密到疏松，脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丙氨酸、絲氨酸、谷氨酸、4-氨基丁酸、色氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、賴氨酸、甘氨酸和亮氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及氨基酸總量逐漸下降；天冬氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在結(jié)構(gòu)為尚疏松的煙葉中最低；纈氨酸、異亮氨酸和蛋氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則無顯著變化。

表4 不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.4 Mass fractions of amino acids in tobacco leaves of different leaf structures （μg·g-1）

表4 （續(xù)）

董洪旭［21］在對(duì)游離氨基酸與煙葉外觀品質(zhì)關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，福建煙葉各類氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氨基酸總量與葉片結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)得分皆呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且除脯氨酸、含硫氨基酸（胱氨酸）之外，酸性氨基酸、堿性氨基酸、芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氨基酸總量與葉片結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)得分的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平。徐磊等［37］對(duì)烤煙游離氨基酸組分與外觀品質(zhì)的相關(guān)分析表明，游離氨基酸總量、游離氨基酸組分的絕大多數(shù)指標(biāo)與葉片結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)得分顯著負(fù)相關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)氨基酸（17/21）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及氨基酸總量隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密至疏松呈逐漸下降的趨勢(shì)，與董洪旭［21］及徐磊等［37］的研究結(jié)果基本一致。

2.5 葉片結(jié)構(gòu)對(duì)感官質(zhì)量的影響

由表5可知，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密至疏松，感官質(zhì)量指標(biāo)中的香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性和灰色得分及總得分呈逐漸升高的趨勢(shì)。其中，香氣質(zhì)、余味得分在結(jié)構(gòu)緊密與其他結(jié)構(gòu)的煙葉中差異顯著；香氣量、雜氣得分在結(jié)構(gòu)緊密和疏松的煙葉中差異顯著；刺激性得分在葉片結(jié)構(gòu)為緊密、稍密、疏松三者中任二者之間差異顯著；燃燒性得分在結(jié)構(gòu)緊密、稍密與尚疏松、疏松的煙葉間差異顯著；灰色得分在葉片結(jié)構(gòu)為緊密、尚疏松、疏松的檔次中任二者之間差異顯著；感官質(zhì)量總得分則為結(jié)構(gòu)尚疏松和疏松的煙葉顯著高于結(jié)構(gòu)緊密的煙葉?？傮w而言，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密至疏松，感官質(zhì)量趨于變好。

馬彩娟等［23］在上部煙葉片結(jié)構(gòu)對(duì)煙葉品質(zhì)和可用性影響的研究中發(fā)現(xiàn)，隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密至疏松，評(píng)吸質(zhì)量總體評(píng)價(jià)由中偏下至較好，工業(yè)可用性逐步提高。張小利等［1］在對(duì)河南煙葉的外觀性狀和內(nèi)在品質(zhì)的關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，葉片結(jié)構(gòu)與香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、余味、刺激性及定性綜合評(píng)價(jià)得分的相關(guān)關(guān)系顯著，且葉片結(jié)構(gòu)越疏松，上述感官質(zhì)量指標(biāo)得分越高，這與本研究的結(jié)果相符。

表5 不同葉片結(jié)構(gòu)煙葉感官評(píng)吸指標(biāo)得分①Tab.5 Sensory evaluation scores for tobacco leaves of different leaf structures

3 結(jié)論

隨葉片結(jié)構(gòu)由緊密至疏松：①總植物堿、總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，還原糖、總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及總糖/總植物堿比值、總氮/總植物堿比值總體上呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)；②綠原酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、多酚總量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；③丙二酸、十四酸、亞油酸、二十酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；乙酰丙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在尚疏松至疏松的變化過程中顯著升高；丁二酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；十六酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在緊密至稍密的變化過程中顯著升高；④21種氨基酸中，絕大多數(shù)氨基酸（17種）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及氨基酸總量呈逐漸降低趨勢(shì)；⑤煙氣香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性和灰色指標(biāo)的得分及總得分呈逐漸升高的趨勢(shì)?？梢姡~片結(jié)構(gòu)對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分、多酚、有機(jī)酸及氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有重要影響，這些化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，最終表現(xiàn)為煙葉總體感官品質(zhì)趨于變好。