可變頻熱泵密集烤房對(duì)煙葉主要化學(xué)成分的影響

韋建玉，張紀(jì)利，孫成林，黃崇峻，徐韻清，賈海江，戴林建*

(1 廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000； 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

烘烤設(shè)備是決定初烤煙葉品質(zhì)的重要因素，先進(jìn)的煙葉烘烤設(shè)備可以生產(chǎn)出質(zhì)量更好的煙葉，增產(chǎn)增收[1-3]。我國(guó)煙葉原料香氣量不足、香氣質(zhì)較差等問(wèn)題突出，制約著我國(guó)高檔卷煙制品品質(zhì)提升[4-6]。目前，關(guān)于不同類型烤房對(duì)初烤煙葉品質(zhì)的影響研究已較為全面。研究[7-8]表明，采用生物質(zhì)燃料密集烤房、熱泵密集烤房等新型密集烤房進(jìn)行烘烤的煙葉外觀質(zhì)量、內(nèi)在化學(xué)成分、香氣質(zhì)量等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)燃煤密集烤房。同時(shí)，相關(guān)研究[9-10]認(rèn)為，在密集烤房加裝變頻風(fēng)機(jī)，設(shè)置適宜轉(zhuǎn)速，對(duì)于改善上、中、下三部位烤后煙葉品質(zhì)均有積極影響。李俊鵬等[11]發(fā)現(xiàn)，變頻風(fēng)機(jī)的應(yīng)用使初烤煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量和工業(yè)使用價(jià)值明顯提高。李晗等[12]認(rèn)為，更換大功率風(fēng)機(jī)或主機(jī)可增強(qiáng)熱泵烤房的通風(fēng)能力和供熱能力，從而提高烤煙質(zhì)量。但關(guān)于可變頻風(fēng)機(jī)對(duì)熱泵密集烤房初烤煙葉化學(xué)成分的影響鮮有報(bào)道。本研究對(duì)可變頻熱泵密集烤房、熱泵密集烤房、可變頻燃煤密集烤房與普通燃煤密集烤房4種處理方式下烤后煙葉的石油醚提取物含量、中性致香物質(zhì)含量、多酚類物質(zhì)含量等進(jìn)行比較，以分析可變頻熱泵密集烤房對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年在湖南省郴州市桂陽(yáng)縣歐陽(yáng)海鎮(zhèn)集群密集烤房進(jìn)行。供試烤煙品種為云煙87，所用煙葉均為成熟采收且鮮煙素質(zhì)一致的中部葉。煙葉烘烤工藝均按當(dāng)?shù)噩F(xiàn)用三段式烘烤工藝設(shè)定。選用4座磚混結(jié)構(gòu)密集烤房進(jìn)行改造，設(shè)置可變頻熱泵密集烤房(T1)、普通熱泵密集烤房(T2)、可變頻燃煤密集烤房(T3) 、普通燃煤密集烤房(CK)4個(gè)處理，每處理設(shè)3次重復(fù)。按照變黃期960 r/min、定色期1 450 r/min、干筋期720 r/min的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定對(duì)應(yīng)的變頻器頻率。各處理烤后煙葉嚴(yán)格按照GB 2635—1992方法分級(jí)選取C2F等級(jí)煙葉2 kg用于進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

采用GC-MS法測(cè)定烤后煙葉中性致香物質(zhì)含量；采用YCT 176—2003 方法測(cè)定烤后煙葉石油醚提取物含量；按照YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、YC/T 1592—2002、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2002等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定初烤煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯等含量；按照YC/T202—2006測(cè)定煙葉樣品多酚類物質(zhì)含量。由廣西中煙公司組織不同專家對(duì)烤后煙葉的感官質(zhì)量和評(píng)吸質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)并打分。參考文獻(xiàn)[13]的賦值方法，利用隸屬函數(shù)指數(shù)和法計(jì)算化學(xué)成分綜合得分。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2015軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤房對(duì)煙葉主要化學(xué)成分的影響

表1為不同處理烤后煙葉的主要化學(xué)成分含量。T1處理的總糖、煙堿含量顯著高于其他處理，且含量適宜；而氯含量顯著低于其他處理。T2處理的還原糖含量顯著高于其他處理；鉀含量顯著高于T3和CK，但與T1差異不顯著。T3處理各指標(biāo)優(yōu)于CK處理。SC值表現(xiàn)為T1>T2>T3>CK，其值越高，則化學(xué)成分綜合表現(xiàn)更優(yōu)。結(jié)果顯示，熱泵烤房的兩個(gè)處理(T1、T2)烤后煙葉的化學(xué)成分相對(duì)較好，主要表現(xiàn)為煙葉糖、煙堿含量相對(duì)較高，糖堿比與氮堿比較為適宜。

表1 不同處理煙葉主要化學(xué)成分含量

2.2 不同處理對(duì)煙葉石油醚提取物、多酚類物質(zhì)含量的影響

各處理初烤煙葉石油醚提取物及多酚類物質(zhì)含量見(jiàn)表2。石油醚提取物含量表現(xiàn)為T1=T3>T2>CK，T1、T2、T3分別較CK提高9.70%、5.60%、9.70%，且T1和T3的石油醚提取物含量顯著高于對(duì)照處理。多酚類物質(zhì)總量表現(xiàn)為T3>T1>CK>T2，其中T3處理的新綠原酸、隱綠原酸、綠原酸、蕓香苷4類產(chǎn)物含量均顯著高于其他3組處理，T1處理的莨菪亭含量顯著高于其他3組處理。

表2 不同處理煙葉石油醚提取物、多酚類物質(zhì)含量

2.3 不同處理對(duì)煙葉中性致香物質(zhì)含量的影響

根據(jù)煙葉中性致香物質(zhì)的前體物來(lái)源，可將檢測(cè)出的中性致香物質(zhì)成分分為6類。由表3可知，除苯丙氨酸類降解產(chǎn)物外，T1、T2、T3處理煙葉的中性致香物質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照(CK)，3個(gè)處理的中性致香物質(zhì)總含量分別較CK高28.16%、33.38%、14.70%。T1處理的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物含量及西柏烷類降解產(chǎn)物含量高于或顯著高于其他3組處理；類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量、葉綠素降解產(chǎn)物含量以T2處理最高；其他致香物質(zhì)含量表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK。

表3 不同處理煙葉中性致香物質(zhì)含量

2.3.1 不同處理對(duì)煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量的影響

由表4可知，在檢出的19種類胡蘿卜素降解產(chǎn)物中，T1處理煙葉芳樟醇、3-羥基-β-大馬酮、大馬酮、二氫大馬酮、巨豆三烯酮-3、巨豆三烯酮-4、紫羅蘭酮、3，4-脫氫-β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉基丙酮、螺巖蘭草酮的含量顯著高于其他處理；T2處理煙葉的巨豆三烯酮-1、巨豆三烯酮-2、氧化異佛爾酮、金合歡基丙酮、異佛爾酮含量顯著高于其他處理。與CK處理相比較，T1、T2、T3處理胡蘿卜素降解產(chǎn)物總含量分別提高了29.49%、34.50%、4.03%。

2.3.2 不同處理對(duì)煙葉Maillard反應(yīng)產(chǎn)物含量的影響

由表5可知，在檢出的16種Maillard反應(yīng)產(chǎn)物中，糠醇和3-甲基-2(5H)-呋喃酮的含量以CK處理最高，5-甲基-2(5H)-呋喃酮含量以T2最高，二氫-2-甲基-3(2H)-呋喃酮、2-吡啶甲醛和2-乙基-3-羥基-4H-吡喃-4-酮的含量以T3處理最高，其余10種產(chǎn)物含量均為T1顯著高于另外3個(gè)處理。T1、T2、T3處理煙葉中Maillard反應(yīng)產(chǎn)物總含量分別較CK高37.39%、17.61%、19.49%。

表4 不同處理煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量

表5 不同處理煙葉Maillard反應(yīng)產(chǎn)物含量

2.3.3 不同處理對(duì)煙葉苯丙氨酸類降解產(chǎn)物含量的影響

由表6可知，在檢出的8種苯丙氨酸降解產(chǎn)物中，苯乙醇、苯乙醛、3，4-二甲基苯甲醛、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚的含量均以T1處理最高，苯甲酸苯甲酯、苯甲醛兩種產(chǎn)物含量以T3含量最高。T1和CK處理煙葉中的苯丙氨酸類降解產(chǎn)物總含量顯著高于T2、T3，且T1較CK高1.41%，但兩者差異不顯著。

表6 不同處理煙葉苯丙氨酸類降解產(chǎn)物含量

2.3.4 不同處理對(duì)煙葉西柏烷類降解產(chǎn)物、葉綠素降解產(chǎn)物含量的影響

由表7可知，茄酮含量表現(xiàn)為T1>T2>T3>CK，丁內(nèi)酯含量表現(xiàn)為T2>T3>CK>T1，T1、T2、T3處理煙葉中的西柏烷類降解產(chǎn)物總含量顯著高于CK，分別較CK高44.55%、42.12%、11.49%。新植二烯含量則表現(xiàn)為T2>T1>CK>T3。

表7 不同處理煙葉西柏烷類、葉綠素降解產(chǎn)物含量

2.4 不同處理對(duì)煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響

對(duì)各處理C2F烤后煙葉的評(píng)吸質(zhì)量進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表8。高溫?zé)岜每痉績(jī)蓚€(gè)處理(T1、T2)評(píng)吸質(zhì)量均處于較好水平。T1處理的各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分均高于其他處理，其綜合得分為63.33，分別較T2、T3和CK高6.03%、11.89%、9.00%，烤后煙葉具有氣味細(xì)膩、醇厚、香氣豐富、雜氣較少、刺激性小等特點(diǎn)。T2處理各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分均高于T3和CK；而T3處理的綜合得分最低，但與CK差異不顯著。

表8 不同處理評(píng)吸結(jié)果

3 討論

香氣是決定煙葉經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)，中性致香物質(zhì)、多酚類物質(zhì)、石油醚提取物、主要化學(xué)成分等相互作用影響煙葉的香氣質(zhì)量[14]。因此，可變頻熱泵烤房對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響是決定其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的重要因素。

主要化學(xué)成分和中性致香物質(zhì)的比例對(duì)煙葉香氣質(zhì)量起重要影響，如煙堿、總氮與香氣量、勁頭相關(guān)，新植二烯可提高烤后煙葉的吃味和香氣，類胡蘿卜素?zé)崃呀猱a(chǎn)物可形成良好香氣。相關(guān)研究[15-16]表明，與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房烘烤的煙葉，其主要化學(xué)成分比例更為協(xié)調(diào)。宋朝鵬等[17]認(rèn)為，烘烤前期穩(wěn)定的溫濕度條件有利于增加烤后煙葉致香物質(zhì)含量。本研究與前人研究結(jié)果類似。燃煤密集烤房受煤炭燃燒條件制約，溫濕度不穩(wěn)定，可變頻熱泵密集烤房溫濕度更加協(xié)調(diào)，有利于大分子物質(zhì)降解，促進(jìn)烤后煙葉的主要化學(xué)成分及中性致香物質(zhì)的積累，提高香氣質(zhì)量。而煙葉主要化學(xué)成分含量與中性致香物質(zhì)含量存在一定聯(lián)系。趙銘欽等[18]研究發(fā)現(xiàn)，煙堿、總糖和鉀含量對(duì)類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、棕色化產(chǎn)物類和茄酮有較大的影響，協(xié)調(diào)好化學(xué)成分間的比例，可以提高香氣物質(zhì)含量。這與本試驗(yàn)中各處理煙葉化學(xué)成分的變化趨勢(shì)基本一致。采用可變頻熱泵密集烤房烘烤的煙葉，其主要化學(xué)成分比例更加協(xié)調(diào)，一方面直接影響煙葉香氣質(zhì)量，另一方面間接影響中性致香物質(zhì)的生成，從而影響煙葉香氣質(zhì)量，而適宜的溫濕度條件可進(jìn)一步促進(jìn)中性致香物質(zhì)的積累。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與普通熱泵密集烤房相比，可變頻熱泵密集烤房?jī)?nèi)部溫、濕度差異較小，有利于淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的降解，從而提高石油醚提取物含量，這與前人研究結(jié)果[19-20]基本相同。石油醚提取物對(duì)卷煙勁頭表現(xiàn)出正面的積極作用[21]，這與評(píng)吸結(jié)果總體趨勢(shì)相契合。而試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱泵密集烤房初烤煙葉的多酚類物質(zhì)積累能力表現(xiàn)較差。張希等[22]認(rèn)為，多酚含量較高煙葉香氣質(zhì)量較好。而本試驗(yàn)中T1處理煙葉中的多酚類物質(zhì)含量較低，但評(píng)吸結(jié)果較好。究其原因，一方面，可變頻熱泵密集烤房烘烤前期穩(wěn)溫控濕性能較好，有利于多酚糖苷和酯類等在水解酶作用下生成大量的多酚，從而提高熱泵密集烤房多酚類物質(zhì)的積累，使得T1處理在評(píng)吸質(zhì)量上優(yōu)于T2；另一方面，中性致香物質(zhì)及其他香氣前體物質(zhì)含量的增加提升了熱泵密集烤房烤后煙葉的評(píng)吸質(zhì)量。同時(shí)，也可能是由于鮮煙葉采收時(shí)成熟度不完全一致，鮮煙葉多酚類物質(zhì)及石油醚提取物含量存在差異。由此可見(jiàn)，可變頻熱泵密集烤房有利于烤后煙葉中石油醚提取物的積累，變頻風(fēng)機(jī)可促進(jìn)熱泵密集烤房烘烤煙葉中的多酚類物質(zhì)積累，對(duì)提高煙葉香氣質(zhì)量起到積極作用。

4 結(jié)論

綜合分析可變頻熱泵烤房對(duì)煙葉主要化學(xué)成分變化的影響及其對(duì)煙葉香氣質(zhì)量的作用，結(jié)合評(píng)吸質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)分結(jié)果，本試驗(yàn)條件下，可變頻熱泵密集烤房在協(xié)調(diào)煙葉內(nèi)在化學(xué)成分含量上具有積極作用，能夠有效促進(jìn)各化學(xué)成分的有效積累，從而提高初烤煙葉的香氣質(zhì)量。