人工陳化過程中烤煙煙絲理化性質(zhì)的變化

關鍵詞：烤煙；陳化；顏色值；化學成分；吸光度；pH

陳化是改善煙葉品質(zhì)、提高煙葉使用價值的必要環(huán)節(jié)[1-2]。準確判斷煙葉陳化程度、評價煙葉陳化質(zhì)量，對于合理高效使用煙葉、提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量和品牌穩(wěn)定性具有重要意義[3]。目前煙葉陳化程度的判斷，主要依靠感官評吸，工作量大、時效性差，并且評價結(jié)果有一定的主觀性。煙葉的外觀顏色、內(nèi)在化學成分、吸光度、pH等指標和陳化程度關系密切[4-7]，近年來，有許多研究人員致力于通過這些指標建立煙葉陳化程度量化評價方法。宗釗輝等[8]用色差、色度等指標構(gòu)建了陳化片煙顏色變化模型，用于判斷片煙陳化程度；劉曙光等[9]選擇吸光度值、pH、綠原酸、蕓香苷、總植物堿、總糖等6個化學成分指標構(gòu)建了陳化片煙感官質(zhì)量預測模型；周顯升等[10]、王光耀等[11]研究了基于氨基酸含量或比值判斷煙葉陳化程度和適宜使用時間的方法；黃樂平等[12]報道了一種用碘值判斷煙葉陳化程度的方法。目前該類研究大多是取自然陳化狀態(tài)下的片煙樣品進行檢測，以陳化時間為自變量分析各類指標變化規(guī)律。一方面，片煙樣品本身不易混合均勻，難以消除樣品原始差異；另一方面，自然陳化時溫濕度條件基本不受控，陳化時間和程度并不完全等同，例如，煙葉在夏季和冬季陳化相同的時間，其陳化程度必然存在差異[13]，由此分析出的各類指標在煙葉陳化過程中的變化規(guī)律可能存在一定誤差。為盡可能消除原始樣品的差異，本研究將煙葉切成煙絲，使樣品在恒溫、恒濕條件下進行陳化，系統(tǒng)考察了與煙葉陳化程度關系較密切的外觀顏色值、常規(guī)化學成分、pH、吸光度值、揮發(fā)酸值、多酚和類胡蘿卜素含量等指標的變化，旨在為煙葉陳化程度量化評價方法的開發(fā)提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗材料為上海煙草集團2020年采購加工的5種復烤片煙：福建C2F、貴州B2F、貴州C2F、貴州X2F、河南C2F。供試煙葉于2021年4月取樣并切成煙絲，存放于–4℃冷庫中待用。

1.2試驗設計

試驗于2021年10月至2022年12月在上海煙草集團有限責任公司實驗室進行。根據(jù)GB/T23220.2—2023《煙葉儲存保管方法第2部分：片煙》要求及相關經(jīng)驗，選擇30℃、60%濕度作為陳化條件。取5產(chǎn)地煙絲各5kg，置于30℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中，每隔1～2個月取1次樣，樣品存放于–4℃冷庫中，待全部取樣完成后統(tǒng)一進行檢測。試驗取樣11次，共55個樣品。

1.3檢測方法

1.3.1顏色值 將約300g煙絲樣品均勻平鋪到托盤上，置于圖像采集裝置中采集煙絲樣品圖像。圖像采集裝置主體由箱體、照明系統(tǒng)、相機等組成，相機拍攝角度與工作臺面垂直。對圖像進行處理（剔除背景、陰影等無關區(qū)域）后[14]，利用MATLAB軟件提取圖像中各像素點顏色值（h、s、v、R、G、B、L、a、b），計算整張圖像各顏色值均值。

1.3.2常規(guī)化學成分 參照YC/T159—2019《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續(xù)流動法》、YC/T161—2002《煙草及煙草制品總氮的測定連續(xù)流動法》、YC/T468—2013《煙草及煙草制品總植物堿的測定連續(xù)流動法》等標準進行檢測。

1.3.3其他理化指標 參照文獻[15]，采用水蒸氣蒸餾-標準堿滴定法測定樣品揮發(fā)酸含量（以乙酸的量計）。參照文獻[16]，測定樣品吸光度值。pH、多酚、類胡蘿卜素分別按照YC/T222—2007《煙草及煙草制品pH的測定》、YC/T202—2006《煙草及煙草制品多酚類化合物綠原酸、莨菪葶和蕓香苷的測定》、YC/T382—2010《煙草及煙草制品質(zhì)體色素的測定高效液相色譜法》進行檢測。

1.4數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel2007軟件進行數(shù)據(jù)處理，SPSSStatistics25軟件進行統(tǒng)計分析，Origin2019軟件作圖。

2結(jié)果

2.1各指標隨陳化時間變化情況

為更直觀考察各指標變化，將各指標數(shù)值進行歸一化處理（陳化時間x天的樣品實測值÷陳化時間0天的樣品實測值）。在統(tǒng)計過程中發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地、部位的樣品，其各項指標歸一化值隨陳化時間變化情況基本相同，不存在顯著差異，因此后續(xù)不再分析不同產(chǎn)地、部位樣品的區(qū)別，以各樣品相同陳化時間下的指標平均值作為對象進行分析和討論。各指標在不同陳化時間下的歸一化值列于表1。

由表1可見，煙葉顏色值方面，s和a隨陳化時間延長呈上升趨勢，但變化幅度較小。其余顏色值均隨陳化時間的延長而逐漸下降，其中L和G變化幅度最大，在30℃、60%濕度下陳化385d后，L和G與初始值相比，分別下降25%、29%。

煙葉常規(guī)化學成分方面，隨著陳化時間的延長，總糖、還原糖、煙堿逐漸下降，總氮、兩糖比和氮堿比逐漸上升。常規(guī)化學成分和衍生指標中，變化幅度最大的是總糖，陳化385d后，下降了14%。其余指標變化幅度均不超過±10%。

其他化學成分方面，隨著陳化時間的延長，揮發(fā)酸、吸光度值呈上升趨勢，pH、多酚、類胡蘿卜素呈下降趨勢；陳化385d后，揮發(fā)酸、吸光度值、pH、多酚、類胡蘿卜素變化幅度分別為+43%、+28%、?7%、?19%和?54%。

隨著陳化時間的延長，變化幅度排名前5的指標是類胡蘿卜素、揮發(fā)酸、吸光度、顏色值G和顏色值L。這5項指標在30℃、60%濕度下陳化385d后，變化幅度均不低于±25%。

2.2線性回歸分析

以陳化時間為自變量（x），各指標實測值為因變量（y），進行線性回歸分析，線性回歸方程如表2所示。顏色值a與陳化時間的線性回歸方程呈顯著水平（plt;0.05），其余指標與陳化時間的線性回歸方程均達到極顯著水平（plt;0.01）。

選擇變化幅度排名前5的指標（類胡蘿卜素、揮發(fā)酸、吸光度、顏色值G和顏色值L）作散點圖（圖1），可以看出，這5項指標與陳化時間均存在較好的線性關系，除揮發(fā)酸外，其他4項指標線性回歸方程R2均達到0.90以上，其中顏色值G和顏色值L回歸方程R2超過0.98。

3討論

本研究采用煙絲作為試驗材料，在恒溫恒濕的條件下陳化，盡可能消除了樣品原始差異和不同陳化條件對煙葉陳化進程的影響，更加真實地揭示了煙葉陳化過程中顏色值、常規(guī)化學成分、揮發(fā)酸、多酚、色素、吸光度值、pH等指標的變化，其結(jié)果對于利用這些指標開發(fā)煙葉陳化程度量化評價方法具有指導意義。

煙葉陳化受溫度影響較大，溫度越高，陳化速度越快[16]。從積溫的角度考慮，以15℃作為煙葉陳化有效積溫臨界值[17]。2021年起對上海某煙葉倉庫溫濕度進行了持續(xù)監(jiān)測，結(jié)果表明該倉庫一年超過15℃的有效積溫約1800～2000℃；吳有祥等[17]研究表明，貴陽某煙葉倉庫一年超過15℃的有效積溫約1300～1400℃。本研究在30℃、60%濕度的條件下陳化385d，有效積溫約5775℃，相當于在上海自然陳化約3年，在貴陽自然陳化約4年。本研究表明，煙絲顏色值、總糖、還原糖、總氮、煙堿、揮發(fā)酸、多酚、類胡蘿卜素、吸光度、pH等指標均與陳化程度呈線性關系，并且不受煙葉產(chǎn)地、部位的影響，該結(jié)論與胡亞杰等[18]、張允政[19]、陳頤等[20]研究中的部分數(shù)據(jù)一致。有研究認為，煙葉自然陳化過程中，不同產(chǎn)地、部位的樣品隨陳化時間變化程度存在差異，并且煙葉總糖、還原糖等常規(guī)化學成分[21-23]及類胡蘿卜素等致香前體物[7，24]在陳化前、中、后期變化速率不同，這與本文的研究結(jié)果不一致。出現(xiàn)差異的主要原因可能是煙葉在陳化過程中溫濕度對酶和微生物的活性有重要影響。自然陳化條件下溫濕度變化范圍相對較大，而本研究采用恒溫恒濕的陳化環(huán)境，特定的溫濕度下部分微生物類群活性被抑制，弱化了微生物對煙葉陳化的影響，導致出現(xiàn)和自然陳化不一樣的結(jié)果。此外，自然陳化條件下，環(huán)境溫濕度波動導致煙葉陳化速率不同[7]，在相同陳化時間內(nèi)煙葉陳化程度存在差異，僅以陳化時間為自變量進行分析可能會造成一定誤差[10]。該方面仍然需要進一步試驗來驗證。

本研究表明，與陳化程度線性相關性好且變化幅度較大的指標是類胡蘿卜素、揮發(fā)酸、吸光度、顏色值G和顏色值L，這5項指標適合作為煙葉陳化程度特征指標。其余部分指標，例如總糖、pH、多酚等，雖然和陳化程度存在較好的線性關系，但變化幅度相對較小。從5項指標中進一步優(yōu)化，更推薦顏色值G和顏色值L作為煙葉陳化程度判別指標，原因是：1）雖然陳化前后揮發(fā)酸相對變化幅度較大，但由于其含量少，絕對值變化較小，檢測誤差可能會對結(jié)果造成較大的影響；2）從檢測的便捷性考慮，類胡蘿卜素和吸光度檢測相對比較復雜，顏色值的檢測更簡單快捷。

4結(jié)論

（1）隨著陳化時間延長，煙葉顏色值方面，除s和a外，其余顏色值均隨陳化時間的延長而逐漸下降；煙葉常規(guī)化學成分方面，總糖、還原糖、煙堿逐漸下降，總氮、兩糖比和氮堿比逐漸上升；其他指標方面，揮發(fā)酸、吸光度值呈上升趨勢，pH、多酚、類胡蘿卜素呈下降趨勢。

（2）各指標中，顏色值a與陳化時間的線性回歸方程呈顯著水平（plt;0.05），其余指標與陳化時間的線性回歸方程均達到極顯著水平（plt;0.01）。各指標與煙葉陳化程度呈較好的線性關系。

（3）類胡蘿卜素、揮發(fā)酸、吸光度、顏色值G和顏色值L變化幅度較大，并且均與陳化程度呈較好的線性關系，適合作為表征煙葉陳化程度的特征指標。結(jié)合檢測精度、檢測便捷程度等，更推薦煙葉顏色值G和顏色值L作為煙葉陳化程度判別指標。