不同調制方式對加熱卷煙煙葉原料質量及安全性的影響

李嘉亮，王德勛，彭夢潔，汪 旭，姜永雷，楊 菁，付麗美，陳 頤*

（1.云南省煙草農業科學研究院，云南 昆明 650021；2.云南省煙草公司 大理州公司，云南 大理 671000；3.云南省煙草公司 文山州公司，云南 文山 663099；4.上海新型煙草制品研究院有限公司，上海 200082；5.云南省煙草公司 臨滄市公司，云南 臨滄 677000）

0 引言

隨著全球控煙禁煙政策的實施，新型煙草制品結構正朝著多樣化和無煙化的發展方向加快調整。這些產品包括口含煙、電子煙和加熱不燃燒煙草制品（加熱卷煙）［1-2］，其中加熱卷煙被認為是危害較低的選擇，具有無須燃燒、基本無焦油、提供尼古丁三大特點［3］。因此，從煙葉原料類型、品種、生產、調制等方面進行定向改良，加熱卷煙原料煙葉品質和減害協同機制研究是目前研究的熱點方向［4-5］。煙葉調制是卷煙生產中的一個重要環節，影響卷煙的品質和特征，不同的調制技術也會影響化學成分和特有亞硝胺（TSNA）的積累［6］。趙璐等［7］對云南不同烤煙品種進行了加熱不燃燒卷煙感官評價，發現云煙99和云煙207適宜作為加熱不燃燒卷煙的原料。Chen等［8］使用加熱不燃燒卷煙對云南不同煙草類型進行了評價，認為天登煙是最佳選擇，但缺乏品質與減害協同方面的考慮。李宗平等［9］研究了不同調制方式對煙葉煙堿轉化和TSNA含量的影響，認為調制技術是降低煙葉TSNA含量和提高煙葉品質的關鍵。云南省是中國最重要的煙葉產區，具有豐富多樣的煙草品種和類型。此外，云南也擁有多種用于生產煙葉原料的調制方式，評估這些特色煙草品種在不同調制方式下生產加熱卷煙煙葉原料的工業適用性，是開拓中國新型煙草生產的關鍵之一。然而，目前國內外缺乏研究關于各種調制方式是否適合生產加熱卷煙煙葉原料的文獻。本研究以K326烤煙品種為試驗材料，擬明確不同調制方式煙葉的主要化學組分及安全性的差異，構建不同調制方式主要化學成分及安全性指標與感官評吸的關系，以期為豐富加熱卷煙煙葉原料類型提供參考依據。

1 材料與方式

1.1 供試材料

試驗于2021年5—9月在云南省大理州彌渡縣紅大科技園基地（100°24′5″E，25°23′15″ N，海拔1768 m）進行。供試品種為烤煙K326。試驗地土壤為水稻土，肥力中等，質地較疏松。試驗地面積為1 hm2，按當地優質煙葉生產技術規范進行田間管理，現蕾期打頂，留葉數20～22片。

1.2 試驗設計

選擇生長均勻一致的煙株，取成熟的中部葉（自下而上第 8～10 位葉）進行調制試驗。設置5個處理，分別為烘烤、晾制、曬制、明火熏蒸、冷凍干燥（圖1和表1），每個處理3次重復。煙葉采收：煙葉采摘、編桿、掛竿，確保煙葉部位均衡一致；煙葉取樣：調制過程中取5片各處理具有代表性的葉片，切去葉尖和葉基部，留葉中間部分，每次取樣必須是裝在同一層相同葉位的煙葉，干冰保存，并放入-80 ℃低溫冰箱待用。

圖1 不同調制方式煙葉效果圖及調制裝置

表1 不同調制加工工藝情況

1.3 測定方法

1.3.1 常規化學成分 總糖、還原糖、總氮、淀粉、蛋白質含量按煙草行業標準（連續流動法）采用SKALAR流動分析儀測定；總糖、還原糖含量按《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》（YC/T 159—2002）測定［10］；總氮含量按 《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法》（YC/T 161—2002）測定［11］；淀粉含量按《煙草及煙草制品 淀粉的測定 連續流動法》（YC/T 216—2013）測定［12］；蛋白質含量按《煙草及煙草制品 蛋白質的測定 連續流動法》（YC/T 249—2008）測定［13］。

1.3.2 香氣前體物 煙葉綠原酸、蕓香苷含量按《煙草及煙草制品 多酚類化合物 綠原酸、莨菪亭和蕓香苷的測定 高效液相色譜法》（YC/T 202—2006）測定［14］，葉黃素、β-胡蘿卜素含量按《煙草及煙草制品 質體色素的測定 高效液相色譜法》（YC/T 382—2010）測定［15］。

1.3.3 煙草特有N-亞硝胺 煙草特有N-亞硝胺的測定參考《煙草及煙草制品 煙草特有N-亞硝胺的測定》（YC/T 184—2004）［16］。TSNA測定：取0.20 g樣品粉碎過篩后放入100 mL錐形瓶中，加入0.2 mL 4種TSNA的氘代化合物作為內標和100 mmol/L醋酸銨溶液19.8 mL，振蕩提取1 h后用0.22 mm濾膜過濾，所得濾液用Agilent 6460A三重四級桿液質聯用儀測定NNN（N-亞硝基降煙堿）、NAT（N-亞硝基新煙堿）、NAB（N-亞硝基假木賊堿）和NNK［4-（N-甲基亞硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮］等含量。

1.3.4 加熱卷煙樣品制備與感官評價 按照湖北新業煙草薄片公司現有某規格加熱卷煙煙彈產品技術要求方式，由具有評吸資質的評價小組進行評價，每次參與評價的組員不少于7人。湖北新業煙草薄片公司生產的中心加熱卷煙煙具在250～350 ℃范圍內加熱煙彈。采用9分制評價方式進行評價，評價指標包括9項：香氣特性（香氣質、香氣量、雜氣）、勁頭、刺激性、口腔表現（干燥感、苦澀感、殘留）、穩定性。每項指標打分區間均為0～9分，最小分度值為0.5分。香氣質、香氣量、勁頭、穩定性越高/大/好，雜氣、刺激性、干燥感、苦澀感、殘留越少/小，得分越高。各指標權重相等，以指標評分加和為感官質量評分。

1.4 數據統計

數據采用Excel 2016、SPSS 26.0等分析軟件進行方差分析、計算和統計。采用Python 3.9.7 軟件進行相關性分析，采用TBtools 1.0軟件進行聚類熱圖分析及可視化，研究分析煙葉的化學成分、質體色素、多酚類物質和加熱卷煙煙葉感官評吸質量的相關性，其中聚類算法采用Average算法，聚類簇之間距離采用歐式距離Euclidean進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同調制方式對加熱卷煙煙葉感官評吸質量的影響

由表2可知，在不同調制方式的煙葉加熱卷煙制品中，采用烘烤和明火熏蒸方式的煙葉感官評吸總分顯著高于晾制、曬制和冷凍干燥，其中明火熏蒸煙葉的感官評吸總分最高。香氣特性中明火熏蒸和烘烤煙葉的香氣質、香氣量和雜氣評分均顯著高于晾制、曬制和冷凍干燥，其中明火熏蒸煙葉的香氣質和香氣量的評分最高；明火熏蒸煙葉的香氣量評分均顯著高于烘烤、晾制、曬制和冷凍干燥。口感特征中明火熏蒸和烘烤煙葉的干燥感、苦澀感和殘留均顯著高于晾制、曬制和冷凍干燥，其中烘烤煙葉的這3個指標評分均最高。明火熏蒸和烘烤煙葉的穩定性和刺激性評分顯著高于晾制、曬制和冷凍干燥，其中明火熏蒸煙葉的刺激性和穩定性的評分最高。不同調制方式的煙葉勁頭指標差異不顯著。

表2 不同調制方式煙葉的感官質量評價結果 分

2.2 不同調制方式加熱卷煙煙葉的常規化學成分含量比較及其與感官評吸質量的相關性

由表3可知，不同調制方式對加熱卷煙煙葉常規化學成分影響很大。烘烤煙葉的總糖含量顯著高于其他調制方式，明火熏蒸煙葉的還原糖含量顯著高于其他調制方式，烘烤煙葉的淀粉含量顯著低于其他調制方式，明火熏蒸煙葉的總氮和煙堿含量顯著高于其他調制方式，其蛋白質含量顯著低于其他調制方式；不同調制方式煙葉的鉀離子和氯離子含量差異不顯著。

表3 不同調制方式煙葉的常規化學成分含量比較結果 %

由圖2可知，淀粉和蛋白質聚成一類，分別與干燥感、雜氣、刺激性、苦澀感、殘留、香氣量、香氣質、勁頭和評吸總分均呈極顯著負相關(P＜0.01)；煙堿、總氮和鉀離子聚成一類，與干燥感、雜氣、刺激性、苦澀感、殘留、香氣量、香氣質、穩定性和評吸總分均呈顯著正相關(P＜0.05)；總糖和還原糖聚成一類，與干燥感、雜氣、刺激性、苦澀感、殘留、香氣量、香氣質、勁頭和評吸總分均呈顯著正相關；而氯離子與各項感官質量評價指標均無顯著相關性。

圖2 煙葉常規化學成分含量與感官評吸指標間的相關性分析結果

由表4可知，明火熏蒸煙葉的總糖和還原糖與香氣量和香氣質均呈極顯著正相關；總氮與刺激性呈極顯著負相關；煙堿與雜氣和評吸總分均呈極顯著正相關；淀粉、蛋白質、鉀離子和氯離子與各項感官質量評價指標均無顯著相關性。

表4 明火熏蒸煙葉常規化學成分含量與感官評吸質量指標間相關性分析結果

2.3 不同調制方式加熱卷煙煙葉的香氣前體物質含量比較及其與感官評吸質量的相關性

由表5可知，不同調制方式對加熱卷煙煙葉多酚類含量影響較大，其中烘烤煙葉新綠原酸、綠原酸、莨菪亭和蕓香苷的含量均顯著高于其他調制方式煙葉，分別高出6.10%～97.73%、18.71%～156.19%、40.00%～600.00%和25.00%～66.67%。

表5 不同調制方式煙葉的香氣前體物—多酚類含量比較結果 mg/g

由表6可知，明火熏蒸煙葉的葉黃素含量顯著低于晾制、冷凍干燥、烘烤的煙葉，明火熏蒸煙葉的葉綠素a、葉綠素b和β-胡蘿卜素含量明顯低于除曬制外的其他3種調制方式，且與冷凍干燥的煙葉達到顯著差異，5種調制方式的4種質體色素含量由大到小依次排序為冷凍干燥＞晾制＞烘烤＞明火熏蒸＞曬制。

表6 不同調制方式煙葉質體色素含量比較結果 μg/g

由圖3可知，明火熏蒸煙葉的蕓香苷、新綠原酸、綠原酸和莨菪亭聚成一類，均與干燥感、刺激性、雜氣、評吸總分、苦澀感、殘留呈極顯著正相關；蕓香苷、新綠原酸均與香氣量達到顯著正相關。葉綠素b、葉綠素a、咖啡酸、β-胡蘿卜素和葉黃素聚成一類，均與干燥感、刺激性、雜氣、評吸總分、苦澀感、勁頭達到極顯著負相關；葉綠素b、葉綠素a、咖啡酸均與香氣質達到極顯著負相關。

圖3 煙葉香氣前體物（多酚和質體色素）含量與感官指標的相關性分析結果

由表7可知，蕓香苷與香氣質和評吸總分呈極顯著正相關；綠原酸與香氣量和評吸總分呈極顯著正相關；葉黃素與香氣量和穩定性呈顯著負相關；葉綠素b與刺激性呈顯著負相關，其他煙葉香氣前體物指標與感官質量評價指標無顯著相關性。

2.4 不同調制方式加熱卷煙煙葉的TSNA含量比較及其與感官評吸質量的相關性

由表8可知，除冷凍干燥外的其他4種調制方式的煙葉N′-亞硝基降煙堿（NNN）、N-亞硝基新煙堿（NAT）和煙草特有亞硝胺（TSNA）含量由大到小排序依次均為晾制＞曬制＞烘烤＞明火熏蒸，晾制顯著高于其他調制方式；4-（N-甲基亞硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）和 N-亞硝基假木賊堿（NAB）含量由大到小排序依次均為晾制＞烘烤＞曬制＞明火熏蒸，晾制顯著高于其他3種調制方式，明火熏蒸明顯低于晾制、曬制和烘烤。除冷凍干燥處理外，明火熏蒸處理煙葉的NNN、NNK、NAT、NAB 和TSNA 總量在4種調制方式中最低，較其他3種調制方式分別降低了4.82%～44.08%、3.73%～16.40%、3.37%～27.07%、11.13%～22.85%、5.08%～36.55%。

表8 不同調制方式煙葉的TSNA含量比較 ng/g

由圖4可知，NAB和NNK聚成一類，NAB與評吸總分、殘留、苦澀感、香氣量、香氣質呈極顯著負相關，與雜氣、穩定性呈顯著負相關，NNK與穩定性呈顯著負相關。TSNA總量、NAT和NNN聚成一類，TSNA總量與干燥感、刺激性、勁頭呈極顯著正相關，與評吸總分、殘留、雜氣呈顯著正相關；NAT與干燥感、刺激性、勁頭、評吸總分以及雜氣呈極顯著正相關，與殘留、苦澀感呈顯著正相關；NNN與刺激性、勁頭呈極顯著正相關，與干燥感呈顯著正相關。

圖4 煙葉TSNA含量與感官指標的相關性分析結果

由表9可知，明火熏蒸煙葉的NNN與香氣量和干燥感呈顯著正相關，TSNA總量與刺激性和評吸總分呈顯著正相關，其他指標與感官質量評吸指標無顯著相關性。

表9 明火熏蒸煙葉TSNA成分含量與感官評吸質量指標間相關性分析結果

3 討論

調制工藝是影響煙葉品質的關鍵過程，溫濕度的不同會導致煙葉的失水速率、變黃特性、物質降解與轉化等產生差異，因此，通過優化上述工藝參數，從而使煙葉品質最大化［17-20］，不同調制方式形成了不同品質和用途的煙草類型［21］。近年來，加熱卷煙煙葉調制手段的開發應用已成為煙草領域研究的熱點。明火熏蒸和烘烤加熱處理的卷煙煙葉感官評吸質量較好，可能是因為兩者存在相似的高溫調制條件，具有滿足低溫體系釋放的香氣物質，這與Chen等［22］的研究結果相似。因此，明火熏蒸調制方式在加熱卷煙煙葉原料應用領域有很大的研究價值和開發潛力。

不同的煙葉處理方式會直接影響煙葉及其制品的煙氣和品質特性［23］。晾制、曬制、烘烤、明火熏蒸和冷凍干燥等調制方式會改變煙葉中的化學成分含量，并影響煙葉在調制過程中的物質分解和轉化［24］。晾、曬、烤和熏等處理方式可以調控糖類和氮類物質的降解和轉化，而冷凍調制方式基本不改變大分子物質，高溫高濕處理可以適當提高酶活性以加速物質轉化。總糖和還原糖含量與卷煙的香氣、口感、勁頭等達到正相關，而淀粉和蛋白質則表現出相反的規律，這與前人的研究結果相符［8,25］。

煙葉調制對香氣前體物質的積累、轉化和分解起著重要作用，類似于常規化學成分［26］。調制后的煙葉色素會大量分解轉化為致香成分，而冷凍干燥后的煙葉色素基本不會發生變化。烤煙品種K326在明火熏蒸和烘烤過程中產生的多酚類物質含量比晾制和曬制過程多，因此，明火熏蒸更有利于多酚類物質的轉化和積累。多酚的相關指標與加熱卷煙的感官評吸總分、雜氣、干燥感、刺激性、苦澀感、殘留、穩定性等均呈極顯著正相關，質體色素的相關指標與感官評吸總分、雜氣、干燥感、刺激性、苦澀感、穩定性等均呈極顯著負相關，這與前人的研究結果相同［4,8,23,27-29］。因此，采用常規評吸方式、加熱卷煙評吸方式以及單獨將明火熏蒸煙葉做香氣前體物建立關系模型，研究結果均表現出相同的規律。

TSNA是由生物堿和亞硝酸鹽在微生物作用下生成的［30］。晾制煙葉TSNA含量最高，這與周炎等［31-32］的研究結果一致。其他調制方式中的TSNA含量均顯著低于晾制，可能是因為在曬制煙葉時由于太陽暴曬導致其亞硝酸還原酶活性受到影響，從而在一定程度上抑制了微生物的作用；烘烤和明火熏蒸煙葉的調制時間較短且溫濕度變化劇烈，明火熏蒸煙葉又因為煙葉直接接觸煙氣而影響微生物活動，因此，明火熏蒸煙葉的TSNA含量低于烘烤煙葉。明火熏蒸煙葉的TSNA總量與加熱卷煙的感官評吸總分、刺激性均呈顯著正相關，表明調制過程中有害物質積累越少，加熱卷煙煙葉感官評吸總分越高。綜上，明火熏蒸技術是降低TSNA含量、提高煙葉安全性和綜合品質的關鍵。

4 結論

采用5種不同調制方式對烤煙品種K326煙葉的加熱卷煙感官質量、常規化學成分、多酚類物質、質體色素和TSNA含量進行了對比研究。結果表明：明火熏蒸煙葉與烘烤煙葉的感官質量相當，其常規化學成分含量較適宜，多酚類物質含量較高，質體色素含量較低；明火熏蒸煙葉的TSNA含量低于晾制、曬制和烘烤煙葉，具有較高的安全性。因此，明火熏蒸煙葉可作為加熱卷煙煙葉原料的擴展類型。