烤前添加外源物質(zhì)對煙葉質(zhì)量的影響

劉 勇，李立新，吳金富，趙樹德，何寬信*

(1.江西省煙草科學(xué)研究所，江西 南昌 330025；2.撫州市煙草公司宜黃分公司，江西 宜黃 344000)

【研究意義】本試驗(yàn)通過在煙葉烘烤前提供其本身含有的蔗糖、檸檬酸和蘋果酸物質(zhì)及可調(diào)節(jié)酸堿平衡度的EDTA，研究其對煙葉烘烤質(zhì)量的影響，旨在探索改善江西煙葉質(zhì)量的烘烤技術(shù)措施。【前人研究進(jìn)展】利用外源植物生長物質(zhì)可以協(xié)調(diào)煙株內(nèi)的源庫和代謝，為解決煙葉生產(chǎn)中生長發(fā)育和衰老提供有效途徑[1]。化學(xué)物質(zhì)在煙葉大田生長過程中的應(yīng)用研究較多[2-5]，在煙葉烘烤前噴灑添加不同化學(xué)物質(zhì)也有部分報(bào)道[6-10]，其中研究顯示烤前噴灑EDTA溶液2 g/竿煙、檸檬酸溶液5 g/竿煙、蘋果酸溶液10 g/竿煙、蔗糖溶液20 g/竿煙對煙葉質(zhì)量有不同程度改善作用，但在江西生態(tài)環(huán)境下烤前噴施多種煙葉中本身含有的化學(xué)物質(zhì)的研究尚未見報(bào)道。施用或烤前噴灑化學(xué)物質(zhì)已被證明對改善煙葉品質(zhì)有一定積極作用[8-9，11]。【本研究切入點(diǎn)】煙葉香氣質(zhì)稍差和香氣量較少等是制約煙葉工業(yè)可用性的重要因素。美拉德反應(yīng)是煙草特征香味形成的主要來源之一，其產(chǎn)生的香味物質(zhì)對煙草香氣的貢獻(xiàn)率較大，該反應(yīng)與參與反應(yīng)的糖(包括單糖、寡糖和多糖)、氨基酸、蛋白質(zhì)等有很大關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究顯示，江西烤煙中性致香物質(zhì)酯類物質(zhì)、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物相比主要濃香型煙葉產(chǎn)區(qū)較高，近年來江西烤煙出現(xiàn)顏色暗、油分少、成熟度不夠等問題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在江西省撫州市宜黃縣煙草實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。參試品種‘云煙87’，供試面積1.2 hm2。選擇該煙農(nóng)1塊煙田(面積0.15 hm2)作為本試驗(yàn)所有試驗(yàn)標(biāo)記樣品的來源。供試煙田管理規(guī)范，烘烤前長勢均衡一致、無病、成熟落黃正常。供試氣流下降式密集烤房1座，配套8/4型變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)、6號(hào)軸流風(fēng)機(jī)、煙葉烘烤溫濕度自控儀(撫州金葉農(nóng)資有限責(zé)任公司)，主傳感器安裝在中溫層中間位置。噴施添加化學(xué)試劑均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司分析純試劑，清水為地下飲用井水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照烘烤前噴灑化學(xué)試劑的不同，中部(10～12葉位)和上部(14～16葉位)煙葉分別設(shè)置5個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，每次重復(fù)3竿煙，共計(jì)45竿煙葉。

對照處理(CK)：每竿煙噴灑清水2 L；EDTA處理：每竿煙噴灑1 g/L EDTA溶液2 L，噴灑量為2 g/竿煙；檸檬酸處理：每竿煙噴灑2.5 g/L檸檬酸溶液2 L，噴灑量為5 g/竿煙；蘋果酸處理：每竿煙噴灑5 g/L蘋果酸溶液2 L，噴灑量為10 g/竿煙；蔗糖處理：每竿煙噴灑10 g/L蔗糖溶液2 L，噴灑量為20 g/竿煙。

各處理參試煙葉挑選部位、成熟度、葉型大小一致煙葉進(jìn)行編竿烘烤，每竿編煙140片，選取均勻一致的代表性煙竿做好標(biāo)記。各試劑充分溶解混勻后分別均勻噴灑對應(yīng)煙竿葉面上，以葉面濕露不滴水為準(zhǔn)。在陰涼處掛置0.5 h后隨機(jī)裝入同一座氣流下降式密集烤房上、中、下3層中間位置，每層3竿，每個(gè)處理間采用一竿普通煙竿進(jìn)行隔離。按照當(dāng)?shù)厝问矫芗婵竟に嚰夹g(shù)進(jìn)行烘烤。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

各部位各處理烘烤結(jié)束后，分別在上、中、下3層隨機(jī)選取烤后混合煙葉1.0 kg作為各處理試驗(yàn)樣品，以備化學(xué)成分分析，常規(guī)化學(xué)成分采用荷蘭SKALAR San++按連續(xù)流動(dòng)分析儀按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YCT 159-2002，YCT 161-2002，YCT 173-2003，YCT 216-2013，YCT 468-2013)進(jìn)行。對樣品按烤煙國標(biāo)(GB 2635-92)進(jìn)行分級(jí)，按2018年二價(jià)區(qū)烤煙收購價(jià)統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益，對樣品外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)按照王彥亭等[12]進(jìn)行，其中顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分和色度的權(quán)重分別為30 %、25 %、15 %、12 %、10 %和8 %。煙葉樣品感官評(píng)吸參照(YC/T 415-2011等)由江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心進(jìn)行，其中香氣質(zhì)、香氣量、濃度、雜氣、刺激性、余味、勁頭、燃燒性和灰色的權(quán)重分別為20 %、20 %、10 %、10 %、10 %、15 %、5 %、5 %和5 %。

美拉德反應(yīng)產(chǎn)物提取及定性定量分析：樣品前處理采用同時(shí)蒸餾萃取法萃取，萃取溶液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1 mL并轉(zhuǎn)移至色譜進(jìn)樣瓶中待進(jìn)樣分析。采用氣相色譜儀Agilent 7890A進(jìn)行分析。GC /MS分析條件為：進(jìn)樣口溫度250 ℃；進(jìn)樣量為2 μl；分流比為10∶1；載氣為氦氣；柱流速為恒流0.8 mL/min；色譜柱: DB-5ms 30 m×0.25 mm×0.25 μm；程序升溫：初始溫度30 ℃，保持2 min，升溫20～60 ℃/min，升溫2～180 ℃/min，保持2 min，升溫10～280 ℃/min，保持20 min；檢測器溫度280 ℃；溶劑延遲6 min；掃描離子范圍50～650 amu。將提取液由GC/MS鑒定結(jié)果和KIST庫檢索定性，MS譜庫NIST02：采用內(nèi)標(biāo)法定量[13]。煙葉樣品感官評(píng)吸由江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心按照國家標(biāo)準(zhǔn)組織實(shí)施。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同外源物質(zhì)添加對煙葉外觀質(zhì)量的影響

由表1可知，CK處理顏色、色度中等偏下，但油分和結(jié)構(gòu)相對較低，下層煙葉最差，中層最好，油分、結(jié)構(gòu)最好，上層次之。EDTA雜色煙最多，油分最少，色度表現(xiàn)不佳，中層和上層相當(dāng)，下層最差。蔗糖處理顏色、色度和油分最好，上層比中層稍好，中層居中，下層稍差，但差異不明顯。蘋果酸顏色相比最淡，但油分和結(jié)構(gòu)相對較好，該處理下層顏色最淡，上層最好。檸檬酸顏色、色度較好，油分結(jié)構(gòu)居中偏上，上層最好，中層次之。EDTA烤后煙葉檸檬黃比例最大，且煙葉油性反應(yīng)稍差。總體上蔗糖、檸檬酸、蘋果酸對改善云煙87中部煙葉顏色、色度和油分等有一定作用。

表1 不同外源物質(zhì)添加初烤煙葉外觀質(zhì)量對比

對比分析烤前噴灑不同化學(xué)物質(zhì)對云煙87上部煙葉外觀質(zhì)量的影響，整體上CK顏色、色度最淡，偏檸檬黃，其次是EDTA，蔗糖顏色橘黃比例和程度最高，其次是蘋果酸，檸檬酸居中。蘋果酸結(jié)構(gòu)，油分最好，各處理成熟度、身份相當(dāng)。總體上蔗糖、檸檬酸、蘋果酸對改善云煙87上部煙葉顏色、色度和油分等有一定作用。

2.2 不同外源物質(zhì)添加對煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

如表2所示，烤前噴灑4種化學(xué)物質(zhì)的中部煙葉煙堿含量低于對照，其中蘋果酸處理的煙堿含量降低最多，但差異未達(dá)到顯著水平；噴灑蔗糖和檸檬酸對中部煙葉總氮稍有提高，但EDTA和蘋果酸稍有降低。噴灑蔗糖、檸檬酸和蘋果酸均能在一定程度上提高總糖含量，其中以蘋果酸最明顯，另外蔗糖和蘋果酸也可提高還原糖含量。除蘋果酸外，噴灑化學(xué)物質(zhì)均能減低初烤煙葉淀粉含量。噴灑外源化學(xué)物質(zhì)總體上能提高中部煙葉氮堿比(蘋果酸除外)和糖堿比。噴灑酸性化學(xué)物質(zhì)(蘋果酸、檸檬酸)會(huì)造成兩糖差增大，且與對照、EDTA和蔗糖達(dá)顯著性水平。

表2 不同外源物質(zhì)添加初烤煙葉常規(guī)化學(xué)成分對比

從表2可知，烤前噴灑4種化學(xué)物質(zhì)的上部煙葉煙堿含量均稍高于對照處理，但總氮含量均低于對照，其中蔗糖處理的煙堿含量降低最多，但未達(dá)到顯著性水平；噴灑蔗糖和蘋果酸可以提高總糖含量，噴灑4種化學(xué)物質(zhì)均能提高還原糖含量，但未達(dá)到顯著水平。噴灑4種化學(xué)物質(zhì)之后，上部煙葉淀粉含量均比對照處理稍高，但未達(dá)顯著水平，說明噴灑4種化學(xué)物質(zhì)可以一定程度減少煙葉中碳水化合物的消耗。噴灑4種化學(xué)物質(zhì)會(huì)造成上部煙葉氮堿比縮小，兩糖差減小，這點(diǎn)與中部煙葉相反。另外噴灑蔗糖和蘋果酸可以提高上部煙葉糖堿比。

總體上烤前噴灑4種化學(xué)物質(zhì)對云87中部和上部煙葉化學(xué)無顯著性的影響，但噴灑蔗糖、蘋果酸對煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性有一定的改善作用。

2.3 不同外源物質(zhì)對煙葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量的影響

美拉德反應(yīng)產(chǎn)生大量的吡嗪類、吡啶類、呋喃類和吡咯類等氮雜環(huán)類化合物，這些氮雜環(huán)類化合物具有烤香、烘焙香和堅(jiān)果香等香味特征。在煙葉烘烤過程中，棕色化反應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，其代謝產(chǎn)物如糠醛、糠醇、2-環(huán)戊烯-1，4-二酮、5-甲基糠醛等成分對煙草香吃味質(zhì)量的形成具有十分重要的影響[14]。由表3可知，中部煙葉研究結(jié)果顯示，除噴灑EDTA和檸檬酸吡啶稍有所增加，其余處理均稍有下降。另外，中部煙葉烤前噴灑4種不同外源物質(zhì)，初烤煙葉中包括糠醛、糠醇、2-環(huán)戊烯-1，4-二酮、5-甲基糠醛等成分在內(nèi)的12種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物和總量相比對照處理均不同程度有所下降，其中總量以EDTA處理下降最大，檸檬酸處理次之。上部煙葉研究結(jié)果顯示，4個(gè)處理相比對照吡啶含量稍有所上高，另外，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮差異不明顯。其他11種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物以及總量相比對照有不同程度的下降，其中總量下降以EDTA處理下降最大，檸檬酸處理次之，結(jié)果表現(xiàn)與中部煙葉相似。本研究中，在云煙87中部和上部煙葉烘烤前噴灑EDTA、檸檬酸、蘋果酸和蔗糖4種外源物質(zhì)，初烤煙葉除吡啶和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮外，其他11種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物以及產(chǎn)物總量均有不同程度的下降，且中部和上部煙葉美拉德產(chǎn)物總量下降幅度均表現(xiàn)出的EDTA>檸檬酸>蔗糖>蘋果酸。

2.4 不同外源物質(zhì)添加對煙葉感官質(zhì)量的影響

由表4可知，與CK處理相比，烤前噴灑外源物質(zhì)均能不同程度改善云煙87中部和上部煙葉評(píng)吸質(zhì)量，主要對煙葉香氣質(zhì)、香氣量、濃度、雜氣和余味評(píng)吸質(zhì)量有一定改善，其中噴灑EDTA溶液可分別提高中部和上部煙葉評(píng)吸總分3.30和3.60分，噴灑檸檬酸溶液可分別提高中部和上部煙葉評(píng)吸總分0.90和1.30分，噴灑蘋果酸溶液可分別提高中部和上部煙葉評(píng)吸總分0.50和1.00分，噴灑蔗糖溶液可分別提高中部和上部煙葉評(píng)吸總分2.10和2.60分。由此可見，烤前噴灑EDTA溶液2 g/竿煙的評(píng)吸質(zhì)量效果最佳，其次是噴灑蔗糖20 g/竿煙的處理。

2.5 不同外源物質(zhì)添加對煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

對比分析烤前噴灑不同化學(xué)物質(zhì)對云煙87中部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響，由表5可知，不同處理上等煙葉比例、上中等煙葉比例和均價(jià)均表現(xiàn)為蔗糖>蘋果酸>CK>EDTA>檸檬酸，單葉重表現(xiàn)為CK>EDTA>蔗糖>蘋果酸>檸檬酸。蔗糖處理上等煙葉、上中等煙葉比例和均價(jià)最高，其次是蘋果酸處理，以檸檬酸處理最差。烤后煙葉單葉重對比可知，烤前噴灑外源物質(zhì)處理單葉重均比CK處理更低，說明外源物質(zhì)噴灑會(huì)促進(jìn)中部煙葉烘烤過程中干物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和消耗。

表3 不同外源物質(zhì)添加初烤煙葉主要美拉德產(chǎn)物含量比較

表4 不同外源物添加初烤煙葉感官質(zhì)量對比

表5 不同外源物質(zhì)添加初烤煙葉經(jīng)濟(jì)性狀對比

對比分析烤前噴灑不同化學(xué)物質(zhì)對云煙87上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響，由表5可知，不同處理上等煙葉比例表現(xiàn)為蘋果酸>檸檬酸>蔗糖> EDTA>CK，上中等煙葉比例和均價(jià)均表現(xiàn)為檸檬酸>蘋果酸>蔗糖> EDTA>CK，單葉重表現(xiàn)為EDTA>蘋果酸>蔗糖≥CK>檸檬酸。說明外源物質(zhì)噴灑均能提高上部煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀，其中以檸檬酸、蘋果酸和蔗糖效果更佳明顯。

綜合外源物質(zhì)添加對中部煙葉和上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響，總體上烤前噴灑蔗糖或蘋果酸均能提高云煙87經(jīng)濟(jì)性狀，檸檬酸在上部煙葉中表現(xiàn)較好，但中部煙葉表現(xiàn)一般。噴灑蔗糖可提高中部和上部煙葉均價(jià)2.26和1.39元/kg；噴灑蘋果酸可提高中部和上部煙葉均價(jià)1.23和1.61元/kg；噴灑檸檬酸可提高上部煙葉均價(jià)1.94元/kg。

3 結(jié) 論

在云煙87中部和上部煙葉烘烤前噴灑蔗糖、蘋果酸、檸檬酸溶液可以改善烤后煙葉顏色、色度和油分，外觀質(zhì)量有所提高。烤前噴灑4種化學(xué)物質(zhì)對云煙87中部和上部煙葉化學(xué)無顯著影響，但噴灑蔗糖、蘋果酸可改善煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性。烤前噴灑4種外源物質(zhì)對初烤煙葉中除吡啶和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮外，其余11種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物以及產(chǎn)物總量均有不同程度下降，且中部和上部煙葉美拉德產(chǎn)物總量下降幅度均表現(xiàn)為EDTA>檸檬酸>蔗糖>蘋果酸。烤前外源物質(zhì)均能不同程度改善煙葉香氣質(zhì)、香氣量、濃度、雜氣和余味，以噴灑EDTA溶液2 g/竿煙評(píng)吸質(zhì)量最佳，其次是噴灑蔗糖20 g/竿煙處理。烤前噴灑蔗糖或蘋果酸均能提高云煙87的經(jīng)濟(jì)性狀，檸檬酸僅在上部煙葉中表現(xiàn)較好。噴灑蔗糖可提高中部和上部煙葉均價(jià)2.26和1.39元/kg；噴灑蘋果酸可提高中部和上部煙葉均價(jià)1.23和1.61元/kg；噴灑檸檬酸可提高上部煙葉均價(jià)1.94元/kg。烤前噴灑4種外源物質(zhì)在初烤煙葉不同指標(biāo)上表現(xiàn)各異，總體以噴灑蔗糖溶液20 g/竿煙表現(xiàn)最好。

4 討 論

美拉德反應(yīng)最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑素[15]。噴灑蔗糖、蘋果酸和檸檬酸可改善煙葉外觀質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性狀，或與其減少了類黑素類物質(zhì)的生成有關(guān)。噴灑蔗糖和蘋果酸可改善化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，或因水溶性糖類能生成酸性物質(zhì)，而蘋果酸、檸檬酸本身是酸類物質(zhì)，烤前噴灑這兩種物質(zhì)促進(jìn)煙葉的酸堿度平衡，進(jìn)而提高了煙葉外觀質(zhì)量。本研究中噴灑蔗糖和蘋果酸與對照間差異雖未達(dá)顯著水平，但不同部位煙葉總氮、煙堿含量均有相似變化，而總糖、還原糖、糖堿比均有所增加，說明其內(nèi)在酸堿平衡比對照處理更協(xié)調(diào)，且噴灑蔗糖和蘋果酸能改善煙葉外觀質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性狀。

本研究中，噴灑檸檬酸、蘋果酸和蔗糖處理對中部和上部煙葉外觀質(zhì)量均有所改善，但化學(xué)成分的影響不顯著，試驗(yàn)結(jié)果與程玉淵等人[8]的研究結(jié)果相同，但烤前噴灑4種外源物質(zhì)均不同程度降低了美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的總量，該結(jié)果與景延秋等人[7]在秦?zé)?6中部煙葉烤前噴灑10 g·L-1的蔗糖溶液能促進(jìn)美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而增加香氣物質(zhì)含量的研究結(jié)果存在差異，或與試驗(yàn)品種不同有關(guān)。另外，美拉德反應(yīng)與溫度、時(shí)間、pH值、水分等因素有關(guān)，也與參與反應(yīng)的糖、氨基酸、蛋白質(zhì)等有很大關(guān)系。本研究中烤前噴灑不同外源物質(zhì)對初烤煙葉其他香氣成分的影響尚不清楚，對改善煙葉質(zhì)量效果較好的蔗糖、蘋果酸、檸檬酸的適宜使用濃度尚有待進(jìn)一步研究。