硃砂煙醇化過程中生物堿與致香成分變化規律研究

張 濤，蔣 弢，趙正雄，王保興，李世琛，李鑫磊，和智君*

（1.云南農業大學，云南 昆明 650201；2.云南中煙工業有限責任公司 技術中心, 云南 昆明 650231）

0 引言

硃砂煙是由于烤煙中的煙堿向降煙堿大量轉化而形成的，因此硃砂煙與普通烤煙相比具有“低煙堿、高降煙堿”的特征［1-3］，國外也將硃砂煙稱之為“櫻桃紅”［4］，因其獨特的“糯米香”風味而受到煙草工業的關注。但僅僅經過打葉復烤的煙葉不能直接進行工業生產，其煙氣存在一定缺陷，需要通過醇化來消除煙氣青雜氣、減輕刺激性及改善余味等。醇化指的是在一定的溫濕度條件下，通過放置來使得煙葉理化性質改變，最終引起煙葉香氣和吸味品質得到改善的過程。微生物、酶以及化學物質貫穿于煙葉醇化過程中，對煙葉品質的改善起重要影響作用。煙氣雜氣消除、香氣顯露的內在原因是煙葉內的酶促作用，其中包括煙葉自身所含的各種活性酶以及由微生物分泌而來的多種酶類［5］。同時，煙葉醇化也是一個物理與化學共同起作用的復雜生理生化過程。在煙葉醇化過程中，煙葉干物質重量不斷下降、大量二氧化碳氣體產生，且在氧氣與酶的作用下，煙葉內大分子有機物質與化學成分被持續分解轉化以及消耗，小分子有機物得以積累，最終引起煙葉香氣質量的變化。硃砂煙與非硃砂煙的生物堿含量及香氣質量存在較大差異，因此，本文重點研究了不同醇化時間下，硃砂煙生物堿及致香成分的變化情況，旨在更好地掌握硃砂煙的醇化特性，為提高硃砂煙的工業可用性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗煙株采自云南省玉溪市試驗煙田，其經烘烤后顯現出硃砂煙特征，取其上部一類煙葉(B1F)及中部一類煙葉(C1F)為供試材料。

1.2 試驗時間及地點

供試材料在云南中煙玉溪卷煙廠煙葉倉庫內進行醇化，醇化倉庫內年平均氣溫為11.0～21.5 ℃，年平均相對濕度為76%～87%。起始醇化時間為2019年12月，醇化時間為18個月。

1.3 取樣及測定方法

將烘烤的硃砂煙放置于試驗倉庫中，放入倉庫前取一次樣，之后以放入時間為起點，每隔6個月取一次樣，每次取樣1 kg左右，共計取樣4次。煙草特有生物堿按《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法》(YC/T 160—2002)測定；致香物質按照《煙草及煙草制品 致香成分的測定》(TCJCZY-014—2012) 中的同時蒸餾萃取—氣相色譜質譜聯用法測定。

2 結果與分析

2.1 不同醇化時間硃砂煙煙草特有生物堿變化情況

通過對不同醇化時間硃砂煙中部及上部煙葉中煙草特有生物堿含量及煙堿轉化率情況跟蹤分析檢測，分別于醇化0、6、12、18個月時進行取樣，統計煙葉中煙堿、降煙堿、麥斯明、假木賊堿、新煙堿的含量，其含量變化情況見圖1。

圖1 硃砂煙上部及中部煙葉不同醇化時間生物堿含量的變化情況

由圖1a可知，硃砂煙在醇化過程中不同部位煙葉的生物堿含量存在一定差異，硃砂煙上部煙葉在醇化過程中降煙堿含量呈現先上升后下降的變化趨勢；煙堿含量呈現持續下降的趨勢，這與前人的研究結果相同［6］；麥斯明及新煙草堿含量無明顯變化，含量基本保持平穩；假木賊堿在醇化過程中則呈現先上升后下降的變化趨勢(圖1a)。由圖1b可知，在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉的降煙堿含量呈現出先下降后上升的變化趨勢；煙堿含量僅在醇化6～12個月時呈現出下降趨勢，其余時間煙堿含量變幅較小；麥斯明和假木賊堿含量則無明顯變化；新煙草堿含量在醇化0～6個月期間變化不明顯，但在醇化12～18個月時其含量下降較為明顯(圖1b)。

2.2 不同醇化時間硃砂煙不同部位煙葉煙堿轉化率比較

由圖2可知，在醇化過程中，硃砂煙不同部位煙葉的煙堿轉化率存在明顯差別，具體表現在中部煙葉的煙堿轉化率始終要高于上部煙葉的，這可能是由于上部煙葉的煙堿含量要高于中部煙葉的，而在煙堿的轉化過程中，當底物分子煙堿含量高時，對酶的競爭性更強，導致一部分煙堿在有限期內無法及時轉化成降煙堿；相反，當煙堿含量較低時，煙堿對酶的競爭性小，因而煙堿可以達到充分轉化［7］。

圖2 硃砂煙上部及中部煙葉不同醇化時間煙堿轉化率的變化情況

降煙堿在煙葉中的占比決定著煙葉是否為硃砂煙，一般認為降煙堿占比在5%以上的煙葉就是硃砂煙，且其占比越高，硃砂煙特征越明顯。因此，在本次研究中還需關注不同醇化時間對煙堿轉化率的影響。結合圖1、圖2可知，中部煙葉煙堿轉化率整體上要高于上部煙葉的，且各部位煙堿轉化率與降煙堿含量變化趨勢大致相符，總體上降煙堿含量變化幅度更大。上部煙葉在醇化12～18月時煙堿轉化率及降煙堿含量均下降，這可能是由于醇化過程中在酶、微生物、氧氣的共同作用下，煙堿被降解后含量下降，從而導致煙堿向降煙堿轉化的量減少。除此之外，有研究指出煙堿轉化是一個雙向反應的過程，降煙堿也可能會向煙堿轉化，從而引起降煙堿含量降低、煙堿含量升高，同時煙堿在醇化過程中又會被降解，最終導致煙堿轉化率變化不明顯。有研究顯示，麥斯明含量與降煙堿含量間呈現顯著的正相關關系［8］，而在本研究中麥斯明含量在醇化過程中呈現穩定的狀態，這可能是由于麥斯明含量依然受到酶、微生物、氧氣的共同作用而達到了一定的平衡。

2.3 不同醇化時間硃砂煙致香成分變化情況

煙草燃燒后產生的香氣是煙草制品受歡迎的重要原因之一。煙草不同香氣特征的產生來源于多種致香物質的綜合作用，不同致香成分對于煙草燃燒時香氣的貢獻不同。煙葉中的致香物質多由香氣前體物質降解轉化而成，按香氣前體物質將煙葉中的致香成分分為質體色素降解產物、苯丙氨酸降解產物、美拉德反應產物、類西柏烷類降解產物和其他五大類［9-10］。

2.3.1 醇化過程中質體色素降解產物含量變化情況 煙草質體色素指的是葉綠素和類胡蘿卜素，其本身不具備香氣特征，但其降解產物與煙葉的香氣量和香氣質密切相關。有研究表明，質體色素會直接或間接影響煙葉的外觀質量及內在品質［11］。質體色素降解產物中的新植二烯是烤煙中性香氣中含量最高的成分［12］，對煙葉品質具有較大的影響，且新植二烯可進一步降解為呋喃，其可增加烤煙煙氣中的清香型特征，使煙氣更為醇和［13］。本研究共檢測出16種質體色素降解產物，硃砂煙上部及中部煙葉在醇化0、6、12、18個月時煙葉內質體色素降解產物累積情況見表1。

表1 不同醇化時間硃砂煙葉質體色素降解產物含量 μg/g

由表1可知，質體色素降解產物中巨豆三烯酮等主要香氣物質含量的提升可能是“糯米香”風味形成的重要原因［14］，其是硃砂煙關鍵的致香成分。除此之外，巨豆三烯酮類物質、香葉醇、二氫獼猴桃內酯、新植二烯對刺激性指標有顯著的促進作用。β-環檸檬醛、β-二氫大馬酮、香葉基丙酮對煙葉感官質量有著顯著的不利影響［15］。

隨著醇化時間的延長，硃砂煙上部煙葉質體色素降解物中巨豆三烯酮A、巨豆三烯酮B、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D、β-二氫大馬酮、二氫獼猴桃內酯含量均呈現先上升后下降再上升的變化趨勢，且均在醇化18個月時含量達到最高；反式-β-大馬酮、β-環檸檬醛、α-紫羅蘭醇含量呈現出先下降后持續上升的變化趨勢，均在醇化0個月時含量最高；β-紫羅蘭酮、芳樟醇、4-環戊烯-1,3-二酮含量呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化0個月時含量最高；香葉基丙酮、香葉基芳樟醇含量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，香葉基丙酮含量在醇化0個月時最高，香葉基芳樟醇在醇化18個月時含量最高；新植二烯、香葉醇含量呈現持續下降趨勢，在醇化0個月時含量最高。致香物質的總量隨著醇化的進行呈現出逐漸降低的趨勢，其中新植二烯所占比重較大，對致香物質的累積造成較大的影響。本文還研究了除新植二烯外其他質體色素降解產物的累積規律，發現其含量呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高。因此，硃砂煙上部煙葉最適宜的醇化時間為18個月。

硃砂煙中部煙葉中巨豆三烯酮 A、巨豆三烯酮B、β-紫羅蘭酮含量在醇化過程中呈現出先上升后下降的變化趨勢，在醇化6個月時含量最高；巨豆三烯酮 C、巨豆三烯酮 D、反式-β-大馬酮、二氫獼猴桃內酯、4-環戊烯-1,3-二酮含量在醇化期間呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高。此外，醇化期間硃砂煙中部煙葉致香物質累積總量呈現先上升后下降的變化趨勢，而且在醇化6個月之后含量急劇下降，但除新植二烯外的質體色素降解產物含量在醇化期間呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高。綜上所述，硃砂煙中部煙葉最適宜的醇化時間為18個月。

2.3.2 醇化過程中苯丙氨酸類降解產物含量變化

情況 苯丙氨酸類降解物的主要來源是氨基酸類物質的降解，主要包括苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇等含有苯環的香味物質。其中苯甲醛和苯乙醇是煙氣中的主體香氣，也是煙氣中堅果香、甜香、爆米花香及玫瑰花香的重要來源，如苯甲醛、苯乙醛等主要香氣物質含量的提升為“糯米香”風味形成的重要原因［16］。本文共檢測出不同醇化時間下硃砂煙葉中苯丙氨酸類降解產物9種（表2）。

表2 不同醇化時間硃砂煙葉苯丙氨酸降解產物含量 μg/g

由表2可知，在醇化過程中，硃砂煙上部煙葉苯甲醛含量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，在醇化12個月時含量最高；苯乙醇含量呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化0個月時含量最高；苯乙醛含量呈現先下降后上升的變化趨勢。總體上看，醇化0個月最有利于硃砂煙上部煙葉苯丙氨酸降解產物的累積。從總量上看，在醇化6個月時硃砂煙上部煙葉苯丙氨酸降解物含量最低，醇化0個月及18個月時的含量最高，且醇化0個月時苯丙氨酸降解產物含量高于醇化18個月時的，因此，醇化時間過長不利于硃砂煙上部煙葉苯丙氨酸降解產物的積累。

在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉苯甲醇含量呈現先上升后下降的趨勢，在醇化6個月時含量最高；苯乙醛含量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，在醇化12個月時含量最高；苯甲醛、苯乙醇含量整體呈現上升趨勢，分別在醇化18、12個月時含量最高。總體上看，醇化12個月有利于硃砂煙中部煙葉苯丙氨酸類降解產物累積。

2.3.3 醇化過程中美拉德反應產物含量變化情況美拉德反應產物指的是氨基酸與碳水化合物之間的非酶棕色化反應，是由氨基酸的游離氨基與還原糖的羰基縮合形成的氨基糖重排得到的中間產物。美拉德反應產物可以增加卷煙煙氣中的清甜、花香及烤煙本體香［17-19］。本研究中共檢測出不同醇化時間下硃砂煙葉中美拉德反應產物12種（表3）。

表3 不同醇化時間硃砂煙葉美拉德反應產物含量 μg/g

由表3可知，在醇化過程中，硃砂煙上部煙葉中糠醛、吲哚、吡啶、2,3,4,5-四甲基呋喃、3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮、2,6-二甲基-3-羥基吡啶含量呈現先下降后上升的變化趨勢，其中糠醛、吲哚、2,3,4,5-四甲基呋喃、2,6-二甲基-3-羥基吡啶均在醇化18個月時含量最高，3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮在醇化0個月時含量最高；2-甲基二氫-3（2H）-呋喃酮含量呈現先上升后下降的趨勢，在醇化6個月時含量最高；其余美拉德反應產物含量，如3-（4,8,12-三甲基十三烷基）呋喃等含量均呈現出持續下降的趨勢。在各種物質綜合作用下，硃砂煙上部煙葉美拉德反應產物總量呈現先下降后上升的變化趨勢，但仍以醇化0個月時的總量最高，因此長時間醇化對硃砂煙上部煙葉美拉德反應產物的積累不利。

在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉丁內酯、吡啶、2-甲基二氫-3(2H)-呋喃酮等含量呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高；糠醛含量呈現先上升再下降再上升的變化趨勢，在醇化6個月時含量最高；2,3,4,5-四甲基呋喃含量呈現持續上升的趨勢，在醇化18個月時含量最高；但中部煙葉美拉德反應產物總量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，且以醇化0個月時含量最高，這是由于3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮含量在美拉德反應產物中的占比較高，且在醇化0～6個月期間大幅下降所導致。因此，醇化時間過長同樣會對硃砂煙中部煙葉美拉德反應產物的積累不利。

糠醛可能是硃砂煙特征形成的重要原因，在煙葉醇化過程中，硃砂煙上部煙葉糠醛含量呈現先下降后持續上升的趨勢，在醇化18個月時含量最高；中部煙葉糠醛含量呈現先上升后下降再上升的變化趨勢，在醇化6個月時含量最高，說明醇化時間有利于糠醛的積累，且醇化時間長對美拉德反應產物總量無明顯影響，因此，硃砂煙適宜的醇化時間為18個月。

2.3.4 醇化過程中類西柏烷類降解產物含量變化情況 類西柏烷類的來源是煙葉腺毛分泌物，可降解為茄酮、西柏三烯二醇等香味物質。茄酮可使煙氣更加豐滿醇和，具有新鮮胡蘿卜的香味；西柏三烯二醇本身沒有濃重的香氣，但其作為香氣前體物質對煙葉香氣的影響很大［20-22］。本研究共檢測出不同醇化時間下硃砂煙葉中類西柏烷類降解物2種（表4）。

表4 不同醇化時間硃砂煙葉類西柏烷類降解產物含量 μg/g

由表4可知，在醇化過程中，硃砂煙上部煙葉茄酮含量呈現先上升后下降的變化趨勢，在醇化6個月時含量最高；西柏三烯二醇含量及類西柏烷類降解產物總量呈現持續下降的趨勢，在醇化0個月時含量最高。綜上所述，雖然茄酮在醇化6個月時含量最高，但與醇化0個月時的相差不大，而西柏三烯二醇在醇化0～6個月時的含量降幅較大，對煙葉香氣質量產生了較大影響，因此，長時間醇化對硃砂煙上部煙葉類西柏烷類降解產物累積不利。

在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉中茄酮含量呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高；西柏三烯二醇含量和類西柏烷類降解產物總量呈現先上升后下降的變化趨勢，在醇化6個月時含量最高，但此時的茄酮含量過低，對煙氣香味產生了不利影響，為均衡好茄酮及西柏三烯二醇兩者對煙氣香味的影響，硃砂中部煙葉最適宜的醇化時間應為12個月。

2.3.5 醇化過程中其他致香物質含量變化情況

其他致香物質指的是由其他類物質代謝而來的香味物質，本研究中共檢測出不同醇化時間下硃砂煙葉中其他類香味物質37種（表5）。

表5 不同醇化時間硃砂煙葉其他致香物質含量 μg/g

由表5可知，在醇化過程中，硃砂煙上部煙葉中其他致香物質總量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，在醇化0個月時含量最高，其次是醇化12個月時的。因此，醇化不利于硃砂煙上部煙葉其他類致香物質的積累。硃砂煙中部煙葉中其他類致香物質總量在醇化過程中呈現先降低后上升再降低的變化趨勢，在醇化12個月時含量最高，因此醇化12個月最有利于硃砂煙中部煙葉其他類致香物質的累積。

3 討論

與普通烤煙相比，硃砂煙具有煙堿含量低、降煙堿含量高、香氣突出的特點。因此本文聚焦于煙草特有生物堿及致香成分，研究了不同醇化時間下的變化情況。

研究表明，在醇化過程中，硃砂煙中部及上部煙葉中煙堿含量基本上呈持續下降趨勢，這與前人的研究結果一致［23-25］。但硃砂煙上部煙葉與中部煙葉中降煙堿的積累情況卻不一致，上部煙葉的降煙堿累積趨勢為先上升后下降，在醇化12個月時含量最高，中部煙的累積趨勢為先下降后上升，在醇化18個月時含量最高。硃砂煙上部煙葉在醇化0～12個月時降煙堿含量上升、煙堿含量在下降，說明硃砂煙葉片中的煙堿在醇化過程中，不只是在氧化、微生物及酶催化作用下被分解［25-27］，而且還存在煙堿正在向降煙堿轉化的過程［28-29］。而在醇化12～18個月時，降煙堿、煙堿含量同時在下降，這可能是由于降煙堿向煙堿轉化的逆向過程在這個階段所起到的作用遠遠大于煙堿向降煙堿的轉化作用，引起了降煙堿含量的下降，而被轉化過來的煙堿又在醇化過程中被分解，導致其含量也在下降。

對于硃砂煙中部煙葉，則在醇化0～6個月時，降煙堿含量下降，而煙堿含量基本保持不變，這可能是因為在醇化過程中，降煙堿向煙堿轉化的速率大于煙堿向降煙堿轉化及煙堿被降解的速率。而在醇化6～18個月時，硃砂煙中部煙葉中降煙堿的含量持續升高，而煙堿含量開始下降，這可能是由于煙堿去甲基酶的活性提高，使得煙堿向降煙堿轉化的同時其自身被降解所導致。

硃砂煙上部煙葉質體色素降解產物總量隨著醇化的進行呈現出逐漸降低的趨勢，且除新植二烯外其余質體色素降解產物的累積規律呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高。上部煙葉苯丙氨酸降解物在醇化6～12個月時含量最低，醇化0個月及醇化18個月時含量最高，因此，醇化18個月最有利于對硃砂煙上部煙葉苯丙氨酸降解產物累積。在醇化過程中，在各種致香物質的綜合作用下，上部煙葉美拉德反應產物總量呈現先下降后上升的變化趨勢，雖然醇化0個月時美拉德反應產物的總量要高于醇化18個月時的，但糠醛作為硃砂煙風格形成的重要原因，其含量在醇化過程中呈現持續上升的趨勢，因此，醇化18個月最有利于硃砂煙上部煙葉美拉德反應產物的累積。類西柏烷類降解物中茄酮在醇化6個月時含量最高，但與醇化0個月時的相差不大，而西柏三烯二醇在醇化0～6個月時含量出現大幅度下降，對煙葉香氣質量產生了不利影響，因此，長時間醇化對硃砂煙上部煙葉類西柏烷類降解產物的累積不利。其他致香物質總量在醇化過程中呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，在醇化0個月時含量最高，其次是醇化12個月時的含量。

在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉質體色素降解產物累積總量呈現先上升后下降再上升的變化趨勢。除新植二烯外的質體色素降解產物在醇化期間呈現先下降后上升的變化趨勢，在醇化18個月時含量最高。因此，醇化時間為18個月最有利于硃砂煙中部煙葉質體色素降解產物的累積。在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉苯丙氨酸降解產物總量呈現先下降后上升再下降的變化趨勢，在醇化12個月時含量最高。因此，醇化12個月最有利于中部煙葉苯丙氨酸降解物的累積。中部煙葉美拉德反應產物總量呈現先下降后上升再下降的趨勢，且以醇化0個月時含量最高，這是因為3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮含量占比高，但其在醇化0～6個月期間大幅下降所導致。硃砂煙中部煙葉類西柏烷類降解產物總量的累積呈現先上升后下降的趨勢，在醇化6個月時含量最高。雖然在醇化6個月時西柏三烯二醇及總量含量最高，但茄酮含量過低會對煙氣香味產生不利影響，為均衡好茄酮及西柏三烯二醇兩者對煙氣香味的影響，最有利于硃砂煙中部煙葉類西柏烷類降解產物累積的醇化時間為12個月。在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉其他類致香物質總量呈現先降低后上升再降低的變化趨勢，在醇化12個月時累積量最高，因此醇化12個月最有利于中部煙葉其他類致香物質的累積。綜上所述，硃砂煙上部煙葉最適宜的醇化時間是18個月，中部煙葉最適宜的醇化時間是12～18個月。

4 結論

通過研究硃砂煙上部煙葉及中部煙葉在自然醇化過程中生物堿及致香成分含量的變化情況，探討了硃砂煙的醇化規律，并分析了硃砂煙最適宜的醇化時間，為提高硃砂煙工業可用性提供理論依據。研究發現：在醇化過程中，硃砂煙中部煙葉及上部煙葉煙堿含量均呈現下降趨勢，降煙堿含量變化規律存在差異，麥斯明含量穩定，且在醇化過程中中部葉煙堿轉化率始終高于上部煙葉。中部煙葉及上部煙葉致香成分在醇化過程中變化情況有所不同，通過對不同香氣前體物質降解產物進行分析后可知，玉溪地區硃砂煙上部煙葉最適宜的醇化時間是18個月，硃砂煙中部煙葉最適宜的醇化時間是12～18個月。