雪茄煙發(fā)酵的研究進(jìn)展

牛浩, 周中宇, 白金瑩, 張明剛, 孫占偉, 陳二龍

雪茄煙發(fā)酵的研究進(jìn)展

牛浩1, 周中宇2, 白金瑩2, 張明剛2, 孫占偉2, 陳二龍2

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院, 河南 鄭州, 450002; 2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 河南 鄭州. 450016)

雪茄煙是一種香氣濃厚, 風(fēng)味獨(dú)特的煙草制品。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 越來(lái)越多的人開(kāi)始接觸并享受雪茄。然而由于種種原因, 國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄原料的匱乏成為阻礙我國(guó)雪茄煙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。發(fā)酵能夠改善煙葉品質(zhì), 提升煙葉可用性, 是解決國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄原料短缺的重要途徑。本文通過(guò)闡述雪茄煙發(fā)酵的機(jī)理, 發(fā)酵對(duì)內(nèi)在品質(zhì)的影響, 影響雪茄煙發(fā)酵的因素以及現(xiàn)有的發(fā)酵技術(shù), 對(duì)雪茄煙之后發(fā)酵研究的方向和前景進(jìn)行了探討和總結(jié)。

雪茄煙; 發(fā)酵機(jī)理; 內(nèi)在品質(zhì); 發(fā)酵技術(shù)

雪茄煙是卷煙產(chǎn)品的一種類型, 其傳統(tǒng)概念是指整個(gè)煙卷全部用煙葉卷成的卷煙產(chǎn)品。其煙質(zhì)特點(diǎn)是具有典型的雪茄香型, 不僅吃味濃, 勁頭足, 且具有濃郁的雪茄香氣特征。雪茄煙的起源最早追溯到1492年, 哥倫布前往美洲新大陸時(shí)發(fā)現(xiàn)的當(dāng)?shù)赝林槲囊环N煙制品。隨后雪茄被帶回歐洲, 開(kāi)始在世界范圍內(nèi)流行起來(lái)。雪茄煙傳入我國(guó)最早可追溯到光緒16年; 新中國(guó)成立之后, 雪茄煙生產(chǎn)集中在上海、四川、山東、浙江等地, 廣東、貴州等省也有零星生產(chǎn)[1]。進(jìn)入二十一世紀(jì)之后, 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 越來(lái)越多的人開(kāi)始接觸和消費(fèi)雪茄煙。有報(bào)道指出, 2017年國(guó)產(chǎn)雪茄煙銷量達(dá)到了15.13億支, 較2013年增長(zhǎng)了三倍多[2]。市場(chǎng)上也有長(zhǎng)城、王冠、黃鶴樓等一系列優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)雪茄煙品牌。雪茄市場(chǎng)價(jià)值潛力巨大, 發(fā)展前景廣闊。

優(yōu)質(zhì)的雪茄煙葉是制作高品質(zhì)雪茄的基礎(chǔ), 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)雪茄煙葉的產(chǎn)區(qū)主要集中在四川什邡、犍為、萬(wàn)源及浙江桐鄉(xiāng)等地, 但因?yàn)榉N種原因, 國(guó)產(chǎn)煙葉的質(zhì)量整體偏低, 與國(guó)外進(jìn)口原料存在著一定差異[3]。缺乏可用性高國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉已經(jīng)成為嚴(yán)重影響中國(guó)雪茄行業(yè)的健康發(fā)展的重要原因。發(fā)酵能夠改善煙葉品質(zhì), 從而提升煙葉可用性, 是解決當(dāng)前行業(yè)發(fā)展面臨優(yōu)質(zhì)原材料短缺的重要途徑。基于此, 本文回顧了近年來(lái)對(duì)于雪茄煙發(fā)酵的相關(guān)研究進(jìn)展, 探討了雪茄煙發(fā)酵研究的方向和前景, 以期為促進(jìn)我國(guó)雪茄產(chǎn)業(yè)健康蓬勃發(fā)展提供理論依據(jù)和參考。

1 雪茄煙發(fā)酵機(jī)理的研究進(jìn)展

煙葉發(fā)酵的概念是指, 煙葉通過(guò)烘烤(或晾制)和復(fù)烤后, 在人工強(qiáng)化條件或自然條件下陳化的一個(gè)過(guò)程。這一過(guò)程使煙葉內(nèi)含物發(fā)生一系列化學(xué)和生物化學(xué)變化, 減少原煙某些品質(zhì)缺陷, 使煙草香氣更加顯露, 吸食品質(zhì)明顯增強(qiáng)[4]。而對(duì)于煙葉發(fā)酵機(jī)理的研究, 有利于我們理解雪茄煙發(fā)酵的本質(zhì)和核心。近年來(lái)有關(guān)煙葉發(fā)酵的機(jī)理研究相對(duì)罕見(jiàn), 對(duì)于煙葉發(fā)酵機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然停留在上世紀(jì)提出的微生物作用、酶作用和氧化作用上。酶(enzyme)是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、對(duì)其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或核酸。在煙葉發(fā)酵領(lǐng)域, Frankenburg和Andersen等[5–7]提出了酶催化煙葉發(fā)酵的學(xué)說(shuō), 指出在煙葉發(fā)酵各階段煙葉中含有的一半蛋白質(zhì)被煙葉中的酶水解產(chǎn)生了相當(dāng)數(shù)量的氨基酸。在雪茄煙發(fā)酵過(guò)程中, 這些酶類也將繼續(xù)發(fā)揮重要作用, 催化原煙中的物質(zhì)發(fā)生一系列生物化學(xué)變化。19世紀(jì)80年代, 小什列晉格提出了微生物作用假說(shuō)[8], 認(rèn)為在發(fā)酵過(guò)程中微生物首先發(fā)揮作用。Reid等[9]率先發(fā)現(xiàn), 在雪茄煙葉表面存在大量細(xì)菌和霉菌。近年來(lái), 對(duì)于發(fā)酵過(guò)程微生物作用的研究較多。張鴿[10]等研究了來(lái)自美國(guó)、巴西、多米尼加以及中國(guó)4個(gè)國(guó)家的煙葉表面細(xì)菌, 結(jié)果表明盡管屬水平上不同地區(qū)雪茄外包皮煙葉表面細(xì)菌多樣性及數(shù)量存在差異, 但基本以芽孢桿菌和葡萄球菌為主, 尤其芽孢桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌屬; 一些細(xì)菌具有分泌纖維素酶、果膠酶和蛋白酶的功能, 這可能發(fā)酵過(guò)程中是微生物改善煙葉品質(zhì)的原因所在。杜佳[11]等研究了雪茄煙人工發(fā)酵過(guò)程中葉面微生物區(qū)系的變化, 結(jié)果表明發(fā)酵過(guò)程中的細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群, 霉菌所占比例較少, 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)酵母菌和放線菌; 巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌為雪茄茄衣人工發(fā)酵中的優(yōu)勢(shì)菌種; 茄衣表面各菌種數(shù)量在發(fā)酵過(guò)程前24 d內(nèi)呈急劇下降趨勢(shì), 隨后趨勢(shì)趨于穩(wěn)定。值得注意的是, 時(shí)向東[12]等的研究指出, 雪茄煙的香氣物質(zhì)在發(fā)酵15～25 d左右達(dá)到最大值, 隨后開(kāi)始出現(xiàn)下降, 這一結(jié)果與微生物數(shù)量的變化相一致。

2 雪茄煙發(fā)酵對(duì)內(nèi)在品質(zhì)的影響

2.1 化學(xué)成分與品質(zhì)指數(shù)

煙葉的內(nèi)在品質(zhì)與其化學(xué)成分密切相關(guān)。雪茄煙葉在發(fā)酵過(guò)程中發(fā)生了一系列的物質(zhì)轉(zhuǎn)化, 糖類能和和醇、酚、多酚類化合物形成能釋放香味物質(zhì)的糖苷, 還原糖與游離氨基酸能發(fā)生Maillard反應(yīng)賦予煙草陳香氣息, 同時(shí)含氮化合物揮發(fā)堿逐漸轉(zhuǎn)化分解, 形成有機(jī)酸和氨氣也能起到改善煙質(zhì)的作用。相關(guān)研究指出, 雪茄煙在發(fā)酵過(guò)程常規(guī)化學(xué)成分有著較大的改變。除煙堿外, 總糖、還原糖、總氮、都出現(xiàn)了下降的趨勢(shì), 但其發(fā)生變化時(shí)段并不一致(表1)?？偟淖兓l(fā)生在發(fā)酵的24～30 d, 而總糖和還原糖的變化發(fā)生在發(fā)酵前期(0～12 d)。從品質(zhì)指數(shù)變化的結(jié)果來(lái)看, 發(fā)酵引起鉀氯比、糖堿比、糖氮比和氮堿比的降低。只有氯鉀比的變化發(fā)生在發(fā)酵前期(0～12 d), 而總氮和氯鉀比的變化集中在發(fā)酵的24～30 d階段。

表1 發(fā)酵對(duì)雪茄煙化學(xué)成分和品質(zhì)指數(shù)的影響[13–14]

2.2 香氣成分

香氣是構(gòu)成煙葉吃味的主要內(nèi)容, 一些香氣物質(zhì)的含量變化對(duì)于整個(gè)煙草吃味有著巨大的影響。隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行, 香氣物質(zhì)隨之發(fā)生著改變(表2)。時(shí)向東[15–16]等測(cè)定了雪茄煙外包皮發(fā)酵過(guò)程中香氣成分含量的變化, 定性定量的測(cè)定出31種香氣物質(zhì), 包括苯丙氨酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)物4種, 西柏烷類降解產(chǎn)物2種, 棕色化反應(yīng)產(chǎn)物3種, 類胡蘿卜素降解產(chǎn)物11種, 其他類10種。含量最高的香氣成分為新植二烯, 其次是植醇和茄酮。在發(fā)酵過(guò)程中, 香氣物質(zhì)含量表現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì), 多數(shù)香氣物質(zhì)含量在發(fā)酵第15～25 d達(dá)到最高峰。造成這種變化趨勢(shì)的原因可能是發(fā)酵前期各種香氣前體物質(zhì)分解; 而到了發(fā)酵的中后期, 一方面香氣的前體物質(zhì)含量變低, 另一方面香氣物質(zhì)本身在發(fā)酵過(guò)程會(huì)揮發(fā)和分解, 導(dǎo)致了后期香氣成分的下降?，F(xiàn)將具體的香氣物質(zhì)變化情況總結(jié)在下表中。

表2 發(fā)酵對(duì)雪茄煙香氣成分的影響[15–17]

3 影響雪茄煙發(fā)酵的因素

在雪茄煙的發(fā)酵過(guò)程中, 無(wú)論內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化機(jī)理如何, 都需要一定的外在環(huán)境提供保障。溫度、濕度和發(fā)酵時(shí)間在雪茄發(fā)酵過(guò)程中起到了決定性的作用。喬保明等[18]的研究結(jié)果指出, 隨著溫度的升高, 發(fā)酵的劇烈程度增加, 煙葉的顏色也變的更深, 整體質(zhì)量也向好的方向變化, 但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)度從而降低煙葉的品質(zhì)。另外, 有文獻(xiàn)報(bào)道隨著發(fā)酵溫度的提高, 雪茄煙的煙草特有亞硝胺(TSNAs)的含量也隨之升高[19]。王潔[20]研究了發(fā)酵濕度對(duì)雪茄煙品質(zhì)的影響, 結(jié)果表明高濕模式下不僅總氮和總糖在發(fā)酵結(jié)束時(shí)降幅度更大, 且高濕模式能減少葉厚和葉質(zhì)重, 增加煙葉的含梗率。在發(fā)酵時(shí)間方面, 化學(xué)成分的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在0～12 d, 而香氣成分則在發(fā)酵的15 d左右達(dá)到高峰。宋世旭等[21]的研究指出, 雪茄煙入庫(kù)后長(zhǎng)時(shí)間(21～27個(gè)月)的發(fā)酵醇化能夠進(jìn)一步的改善煙葉品質(zhì)和物理特性, 但更長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)醇化對(duì)煙葉綜合品質(zhì)提升效果不明顯。

4 雪茄煙發(fā)酵技術(shù)

4.1 傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

雪茄煙傳統(tǒng)的發(fā)酵方式較為粗放, 在產(chǎn)區(qū)最常使用的發(fā)酵方法是堆積發(fā)酵法, 也是一種基本的發(fā)酵方法。這種方法占地大, 而且在發(fā)酵過(guò)程中需要進(jìn)行反復(fù)的翻堆處理, 耗時(shí)耗力。其具體做法是首先將晾制后雪茄煙扎把, 隨后以把頭朝外, 外而內(nèi)的一排一排逐漸碼放, 內(nèi)層的煙把壓放在外層煙把間的空隙處, 在碼放好第一層后以此逐漸向上一層一層碼放形成煙堆。每個(gè)煙堆的長(zhǎng)寬高可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整, 一般是4 m×2 m×1.5 m。煙堆堆好后, 需向其內(nèi)部插入溫度計(jì)以觀察溫度情況; 外部還需要用草簾、竹席等遮蓋起來(lái)以防止表面煙葉過(guò)干需要。注意的是, 煙堆需要堆放在離地面約20 cm的煙架上。隨后煙堆便會(huì)自熱, 煙堆內(nèi)的溫度會(huì)逐漸升高。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的溫度時(shí), 把煙堆拆開(kāi)通風(fēng), 待煙葉冷卻后按照位置對(duì)調(diào)(內(nèi)外對(duì)調(diào)、上下對(duì)調(diào))的原則重新碼堆, 使得各個(gè)位置的煙葉都能均勻發(fā)酵。一次發(fā)酵一般需要經(jīng)歷4～5次翻堆便可完成[22–23]。此外, 傳統(tǒng)發(fā)酵方法還有糊米發(fā)酵法、紅米發(fā)酵法[24]均為堆垛發(fā)酵的衍生方法, 這里不再詳細(xì)敘述。

4.2 基于酶制劑的發(fā)酵技術(shù)

有關(guān)酶制劑的應(yīng)用于雪茄煙發(fā)酵的研究較多, 已見(jiàn)纖維素酶[25]、氧化酶[26]、淀粉酶[27]、風(fēng)味蛋白酶[28]和復(fù)配酶制劑[29]作為外源添加酶類參與到雪茄煙的發(fā)酵過(guò)程中的報(bào)道。外源酶制劑處理過(guò)程相似, 一般的, 首先是配置一定濃度的酶制劑溶液, 溶劑一般是水, 也可以是其他的緩沖溶液(如檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液)以保護(hù)酶的活性; 接著將煙葉的葉柄放置于酶溶液中浸泡一段時(shí)間, 然后將酶溶液噴霧噴灑在煙葉上, 這樣做的目的是使酶溶液充分滲透到煙葉之中; 最后平衡煙葉水分, 置于一定的溫濕度條件下進(jìn)行發(fā)酵。酶制劑在外源添加酶制劑發(fā)酵后, 雪茄煙葉的總體品質(zhì)均得到了提高, 如香氣質(zhì)、香氣量、余位、甜度明顯提高, 雜氣和刺激性減少。但不同酶制劑處理下的雪茄煙葉具有其獨(dú)特的品質(zhì)特征, 纖維素酶、氧化酶處理能改善雪茄煙的苦味, 提升香氣豐富度; 淀粉酶處理能夠分解雪茄煙中的淀粉, 增加煙葉燃吸時(shí)的香甜口感; 風(fēng)味蛋白酶處理能夠降低蛋白質(zhì)含量, 增大糖氮比值。

4.3 基于微生物的發(fā)酵技術(shù)

有關(guān)外源接種微生物應(yīng)用于雪茄煙發(fā)酵的研究相對(duì)較少。李寧[30]等從雪茄煙表面分理出的菌株, 經(jīng)鑒定后為蠟樣芽胞桿菌, 在堆積發(fā)酵中添加后能明顯降低含氮化合物含量, 煙氣勁頭和刺激性改善明顯; 汪長(zhǎng)國(guó)等[31]發(fā)明的一種枯草芽孢桿菌可濕性粉制劑能降低12.82%～25.31%的蛋白質(zhì)含量, 縮短5-7 d的發(fā)酵期; 胡希等[32]將從煙葉表面中分離篩選的兩株細(xì)菌, 在人工發(fā)酵過(guò)程中添加細(xì)菌培養(yǎng)物明顯降低總植物堿和揮發(fā)堿, 煙堿含量也有明顯降低。

5 雪茄煙發(fā)酵的展望

關(guān)于雪茄煙發(fā)酵的研究目前已經(jīng)取得的一定的結(jié)果, 但仍然存在一定不足之處。目前缺乏對(duì)于發(fā)酵過(guò)程中的代謝機(jī)制方面的認(rèn)識(shí), 就發(fā)酵工藝而言也缺乏合理的指標(biāo)來(lái)衡量發(fā)酵的效果。在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于發(fā)酵過(guò)程的控制, 發(fā)酵程度的判定等方面依然是較以經(jīng)驗(yàn)為主的較為粗放的管理方式, 沒(méi)有對(duì)于發(fā)酵因素精確控制的概念。因而, 研究雪茄煙發(fā)酵的代謝機(jī)制, 明確發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程, 以及定量的衡量影響發(fā)酵的因素將是今后的研究工作亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

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Research progress of cigar fermentation

Niu Hao1, Zhou Zhongyu2, Bai Jinying2, Zhang Minggang2, Sun Zhanwei2, Chen Erlong2

(1. College of Tobacco, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Henan Tobacco Industry Co Ltd, Zhengzhou 450016, China)

Cigar is a kind of tobacco product with strong aroma and unique flavor. With the continuous development of China's economy and the continuous improvement of people's living standards, more and more people have begun to contact and enjoy cigars. However, due to various reasons, the shortage of domestic high-quality cigar raw materials has become a key factor hindering the healthy development of China's cigar industry. Fermentation can improve the quality of tobacco leaves and the availability of tobacco leaves. It is an important way to solve the shortage of domestic high-quality cigar raw materials. This article describes the mechanism of cigar fermentation, the influence of fermentation on intrinsic quality, the factors affecting cigar fermentation, and the existing fermentation technology. Finally, the research direction and prospect of cigar fermentation are discussed.

cigar; fermentation mechanism; intrinsic quality; fermentation technology

S 572

A

1672–6146(2020)04–0060–04

10.3969/j.issn.1672–6146.2020.04.012

牛浩, 813399300@qq.com。

2020–03–18

(責(zé)任編校: 郭冬生)