過熟煙葉和極度過熟煙葉在2種干濕球烘烤溫度下揮發性成分差異分析

劉桔 劉曉輝 欒新博 汪軍 李文才 黎平 俞雯雯 顏健 熊飛 陳澤鵬

摘要 為了解過熟煙葉和極度過熟煙葉揮發性成分差異，對其充分利用提供一定依據。本研究以干球溫度40 ℃、濕球溫度36 ℃及干球溫度43 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的過熟煙葉和極度過熟煙葉為對象，采用氣相-質譜聯用儀（GC-MS）分析煙葉揮發性成分。結果表明，不同干濕球溫度下的過熟和極度過熟煙葉揮發性物質組成具有差異。通過主成分分析可將4種煙葉明顯分為4簇，發現在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下，過熟煙葉的煙堿、二十碳五烯酸甲酯、西伯三烯二醇等物質顯著高于在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃的條件下的過熟煙葉；在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下，極度過熟煙葉的呋喃酮和4-酮庚二酸含量顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下的極度過熟煙葉。另外發現同干濕球溫度下，過熟煙葉的1，4-苯二酚、丁二酸、5-羥甲基糠醛和十五烷酸等物質含量顯著高于極度過熟煙葉，且干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下的含量顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃的條件下的含量；西伯三烯二醇和麥斯明與其有相反趨勢。

關鍵詞 過熟煙葉；極度過熟煙葉；干濕球溫度；揮發性成分

中圖分類號 S572 ? 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）11-0117-06

煙葉作為卷煙工業的基礎原料，其質量優劣直接影響甚至決定著卷煙產品的品質和風味，在影響煙葉品質的諸多因素中，煙葉成熟度被認為是首要因素[1]。因此，以過熟煙葉與極度過熟煙葉為對象，進行揮性成分分析，對其充分利用具有重要意義。諸多學者對煙葉成熟度進行了研究：葉科媛等[2]研究結果表明，雪茄煙葉隨著成熟度增加，葉質重、厚度、平衡含水量、總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯、新植二烯等減少，拉力、淀粉、類胡蘿卜素類降解產物、西柏烷類降解產物、苯丙氨酸類降解產物、美拉德反應產物等增加；李崢等[3]研究結果表明，隨成熟度提升，鮮煙葉組織結構疏松度顯著提升，SPAD值和色素含量顯著降低，類胡蘿卜素含量占比呈增長趨勢，含水量呈降低趨勢，葉片水分游離狀態增強，總糖、還原糖、煙堿、總氮、蛋白質含量先增長后降低，淀粉含量顯著降低，易烤性變好，耐烤性變差。過熟煙葉烤后化學成分協調性較好，評吸得分和均價最高；彭隆基等[4]研究結果表明隨著采收成熟度提高，各品種烤后煙葉等級質量均呈先變好后逐漸變差的趨勢。但是缺乏對過熟和極度過熟煙葉揮發性致香成分的研究。基于此，本試驗對過熟煙葉和極度過熟煙葉進行揮發性物質差異分析，為其充分利用奠定基礎。

烘烤工藝直接影響煙葉香氣的含量與組成，最終影響香氣質量和風格的彰顯，而通過完善烘烤工藝來提高煙葉香氣質量，已成為煙葉生產中亟待解決的問題。烘烤過程中的溫、濕度在很大程度上決定了煙葉內部各種生理生化變化和生物大分子的轉化[5]，其影響甚至決定著烤后煙葉的質量。詹軍等[6]研究結果表明：在干筋前期干球溫度54～60 ℃、濕球溫度38 ℃，干筋后期干球溫度60～68 ℃、濕球溫度41 ℃條件下進行烘烤能極顯著提高煙葉致香物質的含量，煙葉的香韻較好，香氣量充足，香氣質純凈，煙氣濃度和勁頭適中，刺激性較小，雜氣較少，口感較好，感官評吸質量得分最高；張維軍等[7]研究表明，在變黃期干球溫度為38 ℃、干濕球溫度差為1.5 ℃時可以增強煙葉化學成分協調性和致香物質含量，明顯改善外觀質量和感官評吸質量，促進烤后煙葉各項經濟性狀上升，從而有利于提高上部煙葉的產質量。因此，進一步優化烘烤工藝，合理、嚴格控制各烘烤階段的干濕球溫度，成為煙葉品質提升的重要因素。本試驗以過熟煙葉和極度過熟煙葉為對象，分析了煙葉分別在干球溫度40 ℃、濕球溫度36 ℃和干球溫度43 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的揮發性成分，以期為煙葉的烘烤提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

（1）由廣東省煙葉南雄科學研究所專家按照《中華人民共和國國家標準：烤煙（GB 2635—1992）》規定要求將煙葉劃分為過熟煙葉及極度過熟煙葉：干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃過熟煙葉（G40-39），干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃極度過熟煙葉（J40-39），干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃過熟煙葉（G43-36），干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃極度過熟煙葉（J43-36）；在華南農業農業大學測試中心進行監測分析，于2022年6月至2022年7月份進行。

（2）色譜純有機試劑甲醇、二氯甲烷、乙腈、甲酸、購買自美國Thermo Fisher 公司；標準正構烷烴C8-C40、環己酮、無水硫酸鈉、超純水；7890A/5975B-MSD氣-質聯用儀（美國安捷倫科技有限公司）；GT-S超聲清潔儀（寧波雙嘉儀器有限公司）。

（3）GC-MS前處理：將烤煙磨成粉末，稱取50 mg放入離心管中，加入甲醇和二氯甲烷混合溶液（3∶2），提取終濃度為50 mg/mL，50 ℃下超聲10 min，經0.25 ?m過濾后進行GC-MS測定。

（4）GCMS分析：氣相色譜儀使用Agilent HP-5氣相色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 ?m）色譜柱，進樣口溫度250 ℃，檢測器280 ℃，起始溫度80 ℃保持2 min，然后以2 ℃/min升至100 ℃，再以5 ℃/min升至180 ℃，保持1 min后，再以2 ℃/min升至200 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃，保持15 min。進樣體積為0.5 ?L，不分流。MS條件：EI離子源，電離能源70 eV，掃描范圍m/z 30～500 amu，離子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃。

1.2 數據處理和分析

GC-MS下機原始數據由MSDIAL 4.60軟件[8]進行峰對齊、矯正、去噪、解卷積等處理，獲導出的數據及譜圖，其中GC-MS圖譜數據由NIST 2014數據庫進行檢索匹配鑒定。采用MetaAnalysist 5.0、SIMCA 14.0、SPSS 14.0進行多元統計分析。

2. 試驗結果

2.1 過熟和極度過熟煙葉在不同干濕球溫度下揮發性成分總體狀況

為探究過熟和極度過熟煙葉分別在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃和干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃下化學成分差異，首先對各處理煙葉發性成分進行含量占比分析。由表1可知，不同處理煙葉揮發性化學成分含量范圍如下：醇類化合物0.87%～1.15%，含氮化合物71.87%～84.69%，酸類化合物2.80%～4.46%，醛酚酮類化合物6.60%～14.09%，烷烴類化合物3.65%～5.13%，脂類化合物1.17%～3.29%。含氮化合物占比最高。

4種煙葉除醇類和烷烴類化合物沒有顯著差異，其余類化合物均具有顯著差異。醇類化合物含量占比以43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉最高，極差為0.28%；含氮化合物含量占比以40 ℃干球溫度、39 ℃濕球溫度下的極度過熟煙葉最高，極差為12.82%；酸類化合物含量占比以43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉最高，極差為1.66%；醛酚酮類化合物含量占比以43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉最高，極差為7.49%；烷烴類化合物含量占比以43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉最高，極差為1.48%；脂類化合物含量占比同樣是以43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉最高，極差為2.21%。

含氮化合物極差最大，為12.82%；醇類化合物含量極差最小，僅為0.28%。43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉的醇類化合物、酸類化合物、醛酚酮類化合物、烷烴類化合物和酯類化合物的含量占比最高，除烷烴類化合物沒有顯著差異，酸類化合物、醛酚酮類化合物和脂類化合物均顯著高于其余3組煙葉，但是其含氮化合物顯著低于其余3組。極度過熟煙葉的含氮化合物含量占比高于過熟煙葉，干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃下的煙葉含氮化合物含量占比高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃。醛酚酮類化合物、烷烴類化合物和脂類化合物有相同趨勢，皆是過熟煙葉含量占比高于極度過熟煙葉，干球溫度43 ℃、濕球溫36 ℃下的煙葉含量占比高于干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃。而醇類化合物與酸類化合物有相同趨勢。

2.2 過熟和極度過熟煙葉在不同干濕球下揮發性成分差異分析

表1-2可知不同過熟煙葉的揮發差異。由表1可以看出，不同處理煙葉大部分揮發性成分均存在顯著性差異，為了進一步明確不同成熟度及不同干濕球溫度下煙葉揮發性成分的差異，進行主成分分析（圖1a）。從PCA得分圖中可以看出不同干濕球溫度下的過熟和極度過熟煙葉明顯分為4簇，說明它們的揮發性成分不足。

首先利用火山圖（圖1b）對40 ℃干球溫度、39 ℃濕球溫度下的過熟煙葉與43 ℃干球溫度、36 ℃濕球溫度下的過熟煙葉進行差異比較。過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下，煙堿和二十碳五烯酸甲酯的含量（圖1c）顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下的過熟煙葉；在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下，其2，5-二甲酰基呋喃和24-Norursa-3，12-diene含量（圖1c）顯著高于干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的過熟煙葉。同樣對極度過熟煙葉也進行差異比較，發現極度過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下，其呋喃酮和4-酮庚二酸含量（圖1d）顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下的極度過熟煙葉；在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下，其對甲氧基乙基苯酚和丁二酸二丙酯含量（圖1d）顯著高于干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的極度過熟煙葉。

另外，過熟煙葉在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下，其1，4-苯二酚、丁二酸、5-羥甲基糠醛、十五烷酸和丁二酸二丙酯等物質含量顯著高于干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的過熟煙葉，而極度過熟煙葉也有相同趨勢；同時過熟煙葉在相同干濕球溫度條件下，其1，4-苯二酚、丁二酸、5-羥甲基糠醛和十五烷酸的含量顯著高于極度過熟煙葉。極度過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39℃條件下，其西伯三烯二醇和麥斯明的含量顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下的極度過熟煙葉，而過熟煙葉也有相同趨勢。

3 討論

西柏三烯二醇在煙草腺體分泌物中含量豐富，約占煙葉分泌物含量的60%[9]，在西柏三烯二醇降解產物中，茄酮、降茄二酮、茄尼呋喃等被認為是煙草香味的主要來源[10]，有研究顯示香煙中加入西柏三烯二醇可以顯著提升煙草香味和口感[11]。西柏三烯二醇經酶促反應或者加熱降解后的產物主要為C8～C18不同原子數的香味成分[12-17]。目前主要觀點認為[18]西柏三烯二醇生物降解產物主要成分為茄酮，茄酮經過進一步降解可以生成茄尼呋喃以及其他香味物質。此外，西柏三烯二醇在抗腫瘤、保護神經系統等方面也有廣闊的應用前景，可抑制肝癌細胞株增殖、降低細胞克隆形成并使細胞呈現凋亡形態[19-20]，也可用于帕金森病、阿爾茲海默病、抗腫瘤等藥物的開發[21-23]。韓延等[24]通過研究香料煙生長發育過程中香氣物質的變化規律發現，在香料煙生長發育過程中，香氣物質的總量隨煙株的形成逐漸上升，移栽后70～80 d是香氣物質積累的關鍵時期。其中西柏三烯二醇移栽后的含量在生長前期逐漸上升，80 d左右達到最大值，呈先上升后下降趨勢。與本實驗結果成相反趨勢，可能與其煙草品種有關。本實驗結果顯示，極度過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下，其西伯三烯二醇顯著高于其他三組處理煙葉，可提高西伯三烯二醇的提取利用率。

4 結論

本研究采用氣相-質譜聯用儀（GC-MS）分析了過熟煙葉和極度過熟煙葉分別在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃和干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃條件下的揮發性成分。結果表明，不同成熟度及干濕球溫度揮下的煙葉揮發性物質組成具有差異。通過主成分分析可將4種煙葉明顯分為4簇；過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下，其煙堿、二十碳五烯酸甲酯、西伯三烯二醇等物質含量顯著高于在干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃的條件下的過熟煙葉；極度過熟煙葉在干球溫度40 ℃、濕球溫度39 ℃的條件下，其呋喃酮和4-酮庚二酸含量顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃條件下的極度過熟煙葉；另外發現同干濕球溫度下，過熟煙葉的1，4-苯二酚、丁二酸、5-羥甲基糠醛和十五烷酸的含量顯著高于極度過熟煙葉，且干球溫度40 ℃，濕球溫度39 ℃的條件下的含量顯著高于干球溫度43 ℃、濕球溫度36 ℃的條件下的含量；西伯三烯二醇和麥斯明與其有相反趨勢。本研究對過熟煙葉和極度過熟煙葉致香物質積累提供了研究基礎。

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（責編：張 蓓）