不同貯存庫(kù)對(duì)巴西片煙醇化質(zhì)量的影響

劉遠(yuǎn)上，梁永偉，許春平，龔梅秋，吳 攀，劉亞龍，李立鵬，張碰元

（1.河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，石家莊 050000；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)煙草科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450000）

為了提高生產(chǎn)前的煙葉質(zhì)量并滿足生產(chǎn)要求，需要將復(fù)烤后的煙葉進(jìn)行醇化處理，使其香氣散發(fā)出來(lái)，吃味更加醇和，減少雜質(zhì)的刺激、改善余味，提高切絲后煙絲的填充力和彈性，提高卷煙的燃燒性，從而實(shí)現(xiàn)片煙原料的有效利用，該過(guò)程實(shí)質(zhì)上是在某些環(huán)境條件下通過(guò)一系列化學(xué)和生物反應(yīng)將不利于煙葉質(zhì)量的成分轉(zhuǎn)換為有助于改善煙葉質(zhì)量的成分的過(guò)程［1-5］。然而，自然醇化的周期對(duì)于煙草來(lái)說(shuō)時(shí)間較長(zhǎng)，并且煙草的自然醇化對(duì)存放的環(huán)境條件具有很高的要求，而北方自然環(huán)境溫差大，不適合煙葉的醇化。人工醇化是采用適當(dāng)?shù)钠瑹煷蓟瘲l件和材料來(lái)加速片煙的醇化過(guò)程，包括恒溫恒濕庫(kù)和機(jī)械調(diào)控庫(kù)。

煙葉的醇化效果依賴于煙葉的貯存環(huán)境，自然醇化在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中存在很多問(wèn)題，提高煙葉醇化后的質(zhì)量成為煙草行業(yè)研究的重點(diǎn)。賴成連等［6］的研究表明，15 ℃的低溫貯存方法是有效的。管恩森等［7］發(fā)現(xiàn)，與自然醇化相比，人工醇化方式對(duì)提高煙葉品質(zhì)的效果更好。陳頤［8］的研究發(fā)現(xiàn)，在不同的醇化庫(kù)條件下，不同香型片煙的還原糖、總糖含量都會(huì)減少?？偵飰A在醇化過(guò)程中，受到不同醇化庫(kù)的影響很小，糖堿比呈下降趨勢(shì)。楊欣玲等［9］將煙葉進(jìn)行氣調(diào)貯存和自然醇化兩種方式處理，對(duì)比兩種處理方式下片煙的外觀質(zhì)量和常規(guī)化學(xué)成分，結(jié)果表明氣調(diào)貯存片煙的化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。

現(xiàn)有工作主要集中在醇化條件對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分或香味物質(zhì)的研究，對(duì)醇化過(guò)程中貯存庫(kù)的選擇以及常規(guī)化學(xué)成分和重要揮發(fā)性香味物質(zhì)的研究較少，為此本研究選取巴西L10AT 片煙，分別使用不同貯存庫(kù)（自然醇化庫(kù)、恒溫恒濕庫(kù)、機(jī)械調(diào)控庫(kù)）醇化煙葉，研究對(duì)比煙葉的常規(guī)化學(xué)成分和重要揮發(fā)性香味物質(zhì)的變化，確定巴西L10AT 片煙合適的醇化方式。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

供選煙葉：2020 年巴西L10AT 復(fù)烤片煙（河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供）。

主要試劑：鹽酸、對(duì)羥基苯甲酸肼、檸檬酸、氯化鈣、硝酸、硫氰酸汞、九水硝酸鐵、檸檬酸鈉、磺胺硫氰酸鉀、二氯異氰尿酸鈉（上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），聚乙氧基月桂醚（阿拉丁試劑（上海）有限公司），甲醇（天津市四有精細(xì)化學(xué)品有限公司），磷酸氫二鈉（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司），冰乙酸（鄭州派尼化學(xué)試劑廠），氫氧化鈉（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司），葡萄糖、氯化鈉、無(wú)水硫酸鈉（天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司），煙堿（梯希愛(ài)（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司），二氯甲烷（天津市富宇精細(xì)化工有限公司），標(biāo)樣乙酸苯乙酯（北京百靈威科技有限公司）。

儀器與設(shè)備：SANPLUS 8505 型連續(xù)流動(dòng)儀（荷蘭SKALAR 公司）；SKALAR HZQ-211C 型落地振蕩器（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；DHG-9143B5-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；6890GC/5973MS 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司）；YB-150 型高速多功能粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；分析天平（重慶銀河試驗(yàn)儀器有限公司）；98-1-B 型調(diào)溫電熱套（北京中興偉業(yè)儀器有限責(zé)任公司）；HH-2 型電熱恒溫水浴鍋（北京市科偉永興儀器有限公司）；SW-CJ-2FD 型潔凈工作臺(tái)（蘇凈集團(tuán)蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 片煙醇化 取供試煙葉，每件凈重200 kg，醇化地點(diǎn)選擇在河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的機(jī)械調(diào)控庫(kù)（機(jī)械庫(kù)）、自然醇化庫(kù)（自然庫(kù)）、恒溫恒濕庫(kù)（保濕庫(kù)）進(jìn)行。在機(jī)械庫(kù)中，庫(kù)內(nèi)溫度使用暖氣設(shè)備控制，煙垛使用塑料膜包封，塑料膜內(nèi)使用空氣循環(huán)設(shè)備調(diào)整煙垛內(nèi)部小環(huán)境，并通入高濕度空氣，溫度控制在17.8～29.2 ℃，濕度控制在54.5%～61.0%，在4—6 月通氮?dú)庥糜跓煻鈿⑾x(chóng)。自然庫(kù)的溫濕度條件大致與河北全年的溫濕度變化保持一致，煙垛使用磷化鋁殺蟲(chóng)，溫度在2.7～31.4 ℃，濕度在36.5%～59.5%。保濕庫(kù)安裝加濕裝置和暖氣設(shè)備，溫度控制在20.0～30.4 ℃，濕度控制在52.0%～61.2%，煙垛使用磷化鋁殺蟲(chóng)。不同貯存庫(kù)的溫濕度變化如圖1 所示。

圖1 三種貯存庫(kù)溫濕度變化情況

1.2.2 試驗(yàn)前處理 取500 g 樣品煙葉撕成小形狀的煙片，在45 ℃烘箱中干燥，干燥后用粉碎機(jī)打粉，將粉末裝入潔凈干燥的密封袋中密閉保存，備用。

1.2.3 常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定 參照煙草行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［10-12］對(duì)煙草中的煙堿、還原糖、總糖、氯含量用連續(xù)流動(dòng)法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 水分的測(cè)定 參照煙草行業(yè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［13］用烘箱法對(duì)煙末水分進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣重復(fù)做3 次。

1.2.5 重要致香成分的測(cè)定 在天平上準(zhǔn)確稱取25 g（精確至0.001 g）的待測(cè)樣品，倒入500 mL 圓底燒瓶中，加200 mL 水；量取60 mL 的二氯甲烷倒入另一個(gè)小圓底燒瓶中，并加入2 粒沸石，使用同時(shí)蒸餾萃取裝置提取煙葉中的香味物質(zhì)，并使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。樣品使用GC-MS 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析。色譜條件：載氣：高純氦氣；流速：3 mL/min；分流比5∶1；進(jìn)樣口溫度280 ℃；色譜柱HP-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：開(kāi)始溫度50 ℃持續(xù)2 min，以4 ℃/min 升至280 ℃保持10 min；質(zhì)譜條件：四級(jí)桿溫度150 ℃，接口溫度270 ℃，離子化方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，質(zhì)量掃描范圍35～550m/z。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 軟件對(duì)煙葉中的常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行方差分析并進(jìn)行LSD多重比較，使用GCMS 氣質(zhì)工作站和譜庫(kù)NIST20 對(duì)照檢索，采用面積歸一化法對(duì)煙葉中的香氣成分進(jìn)行定量；使用SPSS、ORIGIN 軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉常規(guī)化學(xué)成分比較

表1 是以巴西L10AT 煙葉中的氯離子、煙堿、還原糖、總糖、糖堿比的值為響應(yīng)變量，醇化庫(kù)和醇化時(shí)間為影響因素進(jìn)行的方差分析。由表1 可知，不同醇化庫(kù)對(duì)巴西L10AT 煙葉中的還原糖、總糖含量和糖堿比有顯著影響，對(duì)氯離子和煙堿含量沒(méi)有顯著影響。不同醇化時(shí)間對(duì)巴西L10AT 煙葉中氯離子、煙堿、還原糖、總糖含量和糖堿比有顯著影響。

表1 煙葉常規(guī)化學(xué)成分多因素方差分析結(jié)果

表2 是巴西L10AT 煙葉中的氯離子、煙堿、還原糖、總糖、糖堿比在醇化3、9、12、15、18 個(gè)月后的變化情況以及LSD多重比較結(jié)果。在醇化18 個(gè)月之后，不同貯存庫(kù)對(duì)巴西L10AT 煙葉中的氯離子、煙堿含量沒(méi)有顯著影響，就還原糖、總糖含量和糖堿比而言，自然庫(kù)中醇化的煙葉與機(jī)械庫(kù)和保濕庫(kù)中醇化的煙葉均有顯著差異，機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉與保濕庫(kù)中醇化的煙葉無(wú)顯著差異。在醇化3～9 個(gè)月時(shí)，自然庫(kù)中醇化的煙葉煙堿的含量最高，機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉煙堿的含量最低，隨著醇化后期時(shí)間的增加，煙堿的含量先升高后略微下降，最后趨于平緩。隨著醇化時(shí)間的增加，巴西L10AT 煙葉中的還原糖和總糖降低，在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的還原糖和總糖含量最低，在保濕庫(kù)中醇化的煙葉的還原糖含量最高，在自然庫(kù)中醇化的煙葉的總糖含量最高。水溶性糖多的煙葉柔軟、彈性好、色澤鮮亮。在煙支燃吸時(shí)，還原糖的部分產(chǎn)物能有效中和部分堿性，使煙氣的酸堿變得平衡，產(chǎn)生令人們感到滿意的吃味。水溶性總糖與還原糖都對(duì)煙氣的香、吃味有良好的作用，并能有效降低煙氣的刺激性［14］。就糖堿比而言，一般認(rèn)為烤煙的糖堿比在6～10 的范圍較為合適，這個(gè)比例常常被用于評(píng)價(jià)煙質(zhì)的勁頭和舒適程度［15］，在醇化后期機(jī)械庫(kù)中的巴西L10AT 煙葉的糖堿比為6.94，大于在自然庫(kù)和保濕庫(kù)中醇化的煙葉。

表2 不同貯存庫(kù)醇化煙葉的常規(guī)化學(xué)成分變化

2.2 重要致香成分比較

表3、表4、表5 分別為巴西L10AT 煙葉在機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)、保濕庫(kù)醇化3、9、12、15、18 個(gè)月后的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)變化情況。巴西L10AT 煙葉在醇化3、9、12、15、18 個(gè)月后，揮發(fā)性香味物質(zhì)總量（除新植二烯）、新植二烯在不斷增加，在9 個(gè)月和15個(gè)月醇化時(shí)期的煙葉香味物質(zhì)變化較快。對(duì)比醇化18 個(gè)月之后不同貯存庫(kù)醇化的巴西L10AT 煙葉，揮發(fā)性香味物質(zhì)總量（除新植二烯）大小依次為機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)、保濕庫(kù)，新植二烯的含量大小依次為機(jī)械庫(kù)、保濕庫(kù)、自然庫(kù)。

表3 在機(jī)械庫(kù)中醇化的巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)變化情況

表4 在自然庫(kù)中醇化的巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)變化情況

表5 在保濕庫(kù)中醇化的巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)變化情況

在機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)、保濕庫(kù)中醇化的煙葉的重要揮發(fā)性香味成分分別有31、29、28 種。在機(jī)械庫(kù)中醇化后的煙葉出現(xiàn)了β-大馬酮和2-正戊基呋喃2種香味物質(zhì)，其含量分別為1.993、0.348 μg/g；β-大馬酮是β-胡蘿卜素的降解產(chǎn)物，具近似玫瑰的強(qiáng)烈芳香；2-正戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香韻。在保濕庫(kù)中醇化的煙葉的揮發(fā)性香味物質(zhì)種類最少，在自然庫(kù)中醇化的煙葉與在保濕庫(kù)中醇化的煙葉相比，在自然庫(kù)中醇化的煙葉出現(xiàn)了金合歡基丙酮和異佛爾酮，含量分別為6.755、0.191 μg/g，金合歡基丙酮具有甜、青、烤煙香，異佛爾酮具有泥土氣息可以增加豐滿度。

本研究把重要揮發(fā)性香味物質(zhì)分為7 類［16-18］，分別為醇、醛、酮、酯、酚、酸、其他類。就醇類和酚類物質(zhì)而言，香味物質(zhì)含量大小依次為保濕庫(kù)、機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)；醛類、酮類、酯類物質(zhì)的香味物質(zhì)含量大小依次為機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)、保濕庫(kù)；酸類、其他類香味物質(zhì)含量大小依次為保濕庫(kù)、自然庫(kù)、機(jī)械庫(kù)。

酮類物質(zhì)具有使煙氣豐滿、醇香和細(xì)膩的作用，同時(shí)賦予煙氣甜美的香氣以及成熟煙草的特征香氣［19］，而巨豆三烯酮帶有香豆素樣香氣，并有麝香樣氣息。在保濕庫(kù)中醇化的煙葉的巨豆三烯酮的含量最高，為76.076 μg/g，在自然庫(kù)中醇化的煙葉巨豆三烯酮的含量最低，為67.451 μg/g；茄酮含量最高的是在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉，含量最低的是在保濕庫(kù)中醇化的煙葉，茄酮有類似胡蘿卜的香味和甘草、茶樣芳香，其降解產(chǎn)物茄酸及其酯類具有酸甜氣息，加入卷煙中可以醇和煙香，增加香氣。

2.3 不同貯存方式煙葉重要揮發(fā)性香味物質(zhì)的主成分分析

表6 是不同貯存庫(kù)醇化的巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)主成分的特征值與貢獻(xiàn)率，主成分1、2 累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)100%，可以用主成分1、2 代表三種醇化方式的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)。表7 是煙葉的揮發(fā)性香味物質(zhì)的主成分載荷表，反映了各變量對(duì)主成分的貢獻(xiàn)大小和貢獻(xiàn)方向，其絕對(duì)值越大，表明該變量對(duì)主成分的貢獻(xiàn)越大［20，21］。以醇化18 個(gè)月之后三種不同貯存庫(kù)醇化的煙葉的揮發(fā)性香味物質(zhì)含量為指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。通過(guò)表7 因子載荷矩陣可知，主成分1 反映的指標(biāo)主要有異佛爾酮、愈創(chuàng)木酚、2，6，6-三甲基-2-環(huán)己烯-1，4-二酮、巨豆三烯酮、2-乙?；秽?、乙酸芐酯、苯甲醛、吲哚、beta-紫羅酮等，主成分2 反映的指標(biāo)主要有糠醇、芳樟醇、ALPHA-大馬酮、苯乙醇等。

表6 主成分的特征值與貢獻(xiàn)率

表7 因子載荷矩陣

根據(jù)醇化18 個(gè)月后3 種不同貯存庫(kù)醇化煙葉的重要揮發(fā)性香氣成分的含量，以及表7 中的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)的載荷值，計(jì)算3 種不同貯存庫(kù)醇化煙葉的第1、第2 主成分值，然后以第1 主成分值為X軸、第2 主成分值為Y 軸作散點(diǎn)圖［21］。由圖2 可知，3種醇化方式所代表的點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，說(shuō)明3 種醇化方式得到的煙葉的重要揮發(fā)性香味成分通過(guò)主成分分析表現(xiàn)出了明顯的差異。

圖2 不同貯存庫(kù)醇化巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)載荷分析

結(jié)合圖2 和表7 分析可知，在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的香氣主成分主要集中在主成分1 的正半軸，對(duì)其揮發(fā)性香味物質(zhì)影響較大的包括苯甲醛、beta-紫羅酮、2，6，6-三甲基-2-環(huán)己烯-1，4-二酮、苯甲醇、5-甲基呋喃醛、糠醛、法尼基丙酮、螺巖蘭草酮；在自然庫(kù)中醇化的煙葉的香氣主成分主要集中在主成分1 的負(fù)半軸，主成分2 的正半軸，影響其香味特征較大的有苯乙醇、芳樟醇、巨豆三烯酮、肉豆蔻酸、2-乙酰基呋喃、苯乙醛；在保濕庫(kù)中醇化的煙葉的香氣主成分主要集中在主成分1 的負(fù)半軸，主成分2 的負(fù)半軸，對(duì)其揮發(fā)性香味物質(zhì)影響較大的有ALPHA-大馬酮、二氫香芹醇、金合歡基丙酮、香葉基丙酮。

3 小結(jié)與討論

將巴西L10AT 煙葉分別在三種不同貯存庫(kù)（機(jī)械庫(kù)、自然庫(kù)、保濕庫(kù)）中醇化，研究煙葉在醇化過(guò)程中常規(guī)化學(xué)成分和重要揮發(fā)性香味物質(zhì)的變化。結(jié)果表明：①在醇化過(guò)程中，不同貯存庫(kù)對(duì)巴西L10AT煙葉中的氯離子、煙堿含量沒(méi)有顯著影響，對(duì)煙葉中的還原糖、總糖含量以及糖堿比有顯著影響；醇化時(shí)間對(duì)巴西L10AT 煙葉中的氯離子、煙堿、還原糖、總糖含量和糖堿比有顯著影響。②在醇化過(guò)程中，不同貯存庫(kù)的巴西L10AT 煙葉中的煙堿、還原糖和總糖含量均呈下降趨勢(shì)。在機(jī)械庫(kù)中煙葉的煙堿含量最低，在自然庫(kù)中煙葉的煙堿含量最高，在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的糖堿比更接近于10，說(shuō)明在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性更好。煙堿含量下降可能是煙葉內(nèi)的游離煙堿在醇化過(guò)程中逐漸從結(jié)合煙堿中產(chǎn)生并逐步降解為中性成分煙酸和其他類似物，可以消除強(qiáng)烈刺激性和不良?xì)埩粲辔?。而機(jī)械庫(kù)中的溫度和濕度更利于這個(gè)過(guò)程的進(jìn)行。Maillard 反應(yīng)是還原糖與氨基酸產(chǎn)生糠醛、酮、呋喃衍生物等香味物質(zhì)的過(guò)程，其中在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉還原糖和總糖的含量下降幅度更大，說(shuō)明Maillard 反應(yīng)更加充分。③在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的重要致香物質(zhì)總量和新植二烯含量最高，符合常規(guī)化學(xué)成分測(cè)定時(shí)，在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的還原糖含量最低，說(shuō)明機(jī)械庫(kù)中的條件使巴西L10AT 煙葉產(chǎn)生了更多的香味物質(zhì)。④對(duì)分別在三種貯存庫(kù)中醇化的巴西L10AT 煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，三種醇化方式代表的點(diǎn)距離甚遠(yuǎn)，說(shuō)明三種不同貯存庫(kù)醇化的煙葉的重要揮發(fā)性香味物質(zhì)具有明顯的差異。⑤根據(jù)圖1 中的溫濕度跟蹤記錄可知，自然庫(kù)中的溫濕度在全年的范圍內(nèi)變化最大，保濕庫(kù)和機(jī)械庫(kù)中的溫濕度變化較小，機(jī)械庫(kù)中的溫濕度變化波動(dòng)最小。有研究表明，使用塑料膜包封煙垛建立相對(duì)可控的小環(huán)境，煙葉的醇化效果更好［3，22］。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同貯存庫(kù)醇化的巴西L10AT煙葉的氯離子、煙堿、還原糖、總糖和糖堿比以及重要揮發(fā)性香味物質(zhì)進(jìn)行分析，不同貯存庫(kù)醇化煙葉的效果不同，最后得出在機(jī)械庫(kù)中醇化的煙葉的質(zhì)量更好，為巴西L10AT 片煙的醇化提供了一種合適的醇化思路。