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      雪茄芯葉人工發(fā)酵溫濕度控制對(duì)化學(xué)成分和香味品質(zhì)的影響

      2021-06-05 07:47:00榮仕賓李晶晶趙園園秦艷青王俊楊興有張瑞娜譚舒李傳勝袁玉龍史宏志
      中國(guó)煙草學(xué)報(bào) 2021年2期
      關(guān)鍵詞:煙堿貢獻(xiàn)率溫濕度

      榮仕賓,李晶晶,趙園園,秦艷青,王俊,楊興有,張瑞娜,譚舒,李傳勝,4,袁玉龍,史宏志

      1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/煙草農(nóng)業(yè)減害研究中心,

      鄭州市金水區(qū)文化路95號(hào) 450002;

      2 四川省煙草公司,成都市高新區(qū)世紀(jì)城路936號(hào) 600041;

      3 四川省煙草公司德陽(yáng)市公司,四川德陽(yáng) 618400;

      4 新鄉(xiāng)市政務(wù)服務(wù)和大數(shù)據(jù)管理局,新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)新二街360號(hào) 453000

      雪茄煙是一種以晾曬煙為原料、純手工卷制的特殊煙草制品,具有香氣馥郁、吸味豐滿、勁頭大、有害成分含量低等特點(diǎn)[1]。發(fā)酵是雪茄煙葉生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié),對(duì)煙葉品質(zhì)有重要的提升作用,當(dāng)年收獲的新煙往往存在煙氣粗糙,香氣質(zhì)量差,雜氣重,刺激性大等缺陷[2-3],發(fā)酵則可以導(dǎo)致煙葉中的糖類、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)進(jìn)一步降解產(chǎn)生有機(jī)酸、揮發(fā)性羰基化合物等香氣前體物質(zhì),進(jìn)而改善煙葉的香氣成分和評(píng)吸質(zhì)量[4],煙葉的工業(yè)可用性大大提高。卷煙企業(yè)還會(huì)根據(jù)用途對(duì)煙葉進(jìn)行二次發(fā)酵,卷制的成品也要繼續(xù)進(jìn)行煙支養(yǎng)護(hù),可以說發(fā)酵是影響雪茄煙成品質(zhì)量的主要因素[5-6]。

      不同用途的雪茄煙葉適宜的發(fā)酵方式也不同[7],一般來說,傳統(tǒng)的堆積發(fā)酵法最適合茄芯煙葉的發(fā)酵,而茄衣煙葉的發(fā)酵通常采用裝箱發(fā)酵法[8]。對(duì)質(zhì)量有特殊要求的煙葉,還可以根據(jù)需求選擇其他特異性發(fā)酵方式,如生產(chǎn)Maduro茄衣煙葉時(shí)采用壓力發(fā)酵法。此外,還可以采取措施調(diào)節(jié)發(fā)酵工藝,添加物料等[9]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)控制煙葉發(fā)酵和貯藏過程中的溫濕度可有效抑制煙草特有亞硝胺的合成,提高煙葉的安全性[10-11]。李寧等[12]從煙葉表面分離出蠟樣芽孢桿菌并將其接種到煙葉表面,發(fā)酵后煙葉內(nèi)部的含氮化合物含量顯著下降。覃明娟等在煙葉發(fā)酵過程中添加了植物乳桿菌及外源碳氮物質(zhì),結(jié)果顯示發(fā)酵后煙葉中的淀粉含量顯著下降,香味物質(zhì)種類增加,煙葉感官評(píng)價(jià)顯著提升[13]。全銘沁等研究發(fā)現(xiàn),將黑曲霉發(fā)酵液與復(fù)合酶配制的改良劑噴施于烤煙上部葉,發(fā)酵后煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)降解率顯著提升,煙葉的燃吸品質(zhì)明顯改善[14]。

      目前對(duì)于雪茄煙發(fā)酵的研究主要集中在發(fā)酵方法及添加物料對(duì)煙葉品質(zhì)的影響上,對(duì)于不同溫濕度發(fā)酵條件的作用機(jī)理報(bào)道較少[15-16]。本研究通過嚴(yán)格控制不同發(fā)酵溫度與濕度進(jìn)行互作試驗(yàn),分別在發(fā)酵前后取樣,探究煙葉主要化學(xué)成分及香味品質(zhì)的變化,以明確不同溫濕度條件對(duì)雪茄芯葉發(fā)酵過程中煙葉品質(zhì)形成的影響,為發(fā)酵過程中煙葉品質(zhì)的提升提供理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 供試材料

      供試煙葉為2018年四川省煙草公司提供的傳統(tǒng)茄芯品種什煙1號(hào)調(diào)制后質(zhì)量均勻一致的上一等級(jí)煙葉(Q/DYYCT002-2018)。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工發(fā)酵試驗(yàn),共設(shè)置發(fā)酵溫度和發(fā)酵濕度2個(gè)因素(通過恒溫恒濕箱控制),發(fā)酵溫度設(shè)置39℃、42℃、45℃和48℃4個(gè)水平,發(fā)酵濕度設(shè)置70%、80%和90% 3個(gè)水平,相應(yīng)的發(fā)酵初始的煙葉含水 率 分 別 為18.81%±1.13%、23.54%±1.52%和30.32%±2.16%,共12個(gè)處理,各處理樣品量500 g,每個(gè)處理重復(fù)3次。

      取樣:發(fā)酵前將煙葉去梗,葉片充分混勻后取發(fā)酵前樣品,之后將煙葉等分成36份并按照各處理的溫濕度要求發(fā)酵28 d,結(jié)束后取發(fā)酵后樣。測(cè)定各樣品的常規(guī)化學(xué)成分和中性香氣成分含量,并對(duì)樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。

      1.3 樣品測(cè)定方法

      煙葉含水率測(cè)定方法按照YC/T 31—1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

      常規(guī)化學(xué)成分采用連續(xù)流動(dòng)分析法按照YC/T 159—2002(總糖、還原糖)、YC/T160—2002(煙堿)、YC/T 161—2002(總氮)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

      中性香氣成分測(cè)定采用內(nèi)標(biāo)法[17]。

      感官質(zhì)量由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院評(píng)吸專家按河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司晾曬煙單料煙評(píng)吸方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

      1.4 數(shù)據(jù)分析

      使用Excel 2010、SPSS 22.0以及Origin7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同溫濕度條件對(duì)發(fā)酵后煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

      發(fā)酵后,煙葉中的還原糖、總糖、煙堿、總氮含量較發(fā)酵前均顯著降低。對(duì)各處理發(fā)酵后煙葉中的四種化學(xué)成分進(jìn)行響應(yīng)面分析(圖1)和貢獻(xiàn)率分析(表1),結(jié)果表明,同一濕度條件下,各處理間還原糖(圖1A)和總糖(圖1B)含量均隨著溫度升高而下降,且差異達(dá)到極顯著水平。溫度相同時(shí),隨發(fā)酵濕度增加,發(fā)酵后煙葉中的還原糖、總糖含量先降低后升高。在39℃-RH70%條件下發(fā)酵的煙葉還原糖、總糖含量最高,分別為1.57%和2.08%,是48℃-RH80%條件下的1.85和1.89倍。溫度對(duì)還原糖和總糖含量變化的貢獻(xiàn)率分別為81.91%和91.66%,其影響顯著大于濕度及二者的交互作用。發(fā)酵后煙葉中的煙堿(圖1C)和總氮(圖1D)含量均隨發(fā)酵溫度的升高和濕度的降低顯著下降,溫度仍然是引起二者含量變化的主要因素,貢獻(xiàn)率分別為77.99%和91.28%。濕度及溫濕度交互作用對(duì)煙堿和總氮含量變化的貢獻(xiàn)較小。

      表1 溫度、濕度與交互作用對(duì)常規(guī)化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率分析Tab. 1 Analysis of contribution rate of temperature, humidity and their interaction to conventional chemical components %

      圖1 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉化學(xué)成分含量變化Fig. 1 Content change of chemical compositions in cigar filler tobacco leaves after fermentation process under different temperature and humidity

      2.2 不同溫濕度條件發(fā)酵對(duì)煙葉中性香氣成分的影響

      發(fā)酵前后各處理煙葉的中性香氣成分含量及溫濕度對(duì)其的影響如表2所示。由表可知,發(fā)酵后煙葉中的各類香氣物質(zhì)含量較發(fā)酵前均有所增加,香氣成分總量顯著升高,各成分受溫濕度影響的變化趨勢(shì)較為一致,漲幅隨發(fā)酵溫度升高先增大后減小,隨濕度增加持續(xù)增大。中性香氣成分總量在45℃-RH90%條件下發(fā)酵的含量最高,為676.75 μg/g,在39℃-RH70%條件下最低,為525.13 μg/g,整體漲幅12.79%~45.36%。煙葉中含量最豐富的中性香氣成分是葉綠素降解產(chǎn)物新植二烯,約占香氣成分總量的50%。發(fā)酵后新植二烯增加的幅度變動(dòng)很大,在42℃-RH90%條件下發(fā)酵可增加63.72%,而在39℃-RH70%條件下發(fā)酵僅增加了15.75%。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的種類最多,一共檢測(cè)出16種香氣成分,其中含量較高的為巨豆三烯酮4、巨豆三烯酮2和法尼基丙酮。茄酮和芳香族氨基酸降解產(chǎn)物在發(fā)酵過程中漲幅較小,約增加5 μg/g~15 μg/g。棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量較少,在45℃條件下發(fā)酵后含量相對(duì)較高。

      表2 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉香氣成分含量Tab. 2 Contents of aroma components in cigar filler tobacco after fermentation under different temperature and humidity μg/g

      貢獻(xiàn)率分析(表3)結(jié)果表明,溫濕度以及二者的交互作用對(duì)各處理煙葉中性香氣成分含量變化的貢獻(xiàn)率差異很大。溫度主要影響了類胡蘿卜素降解產(chǎn)物和芳香族氨基酸降解產(chǎn)物的含量,特別是類胡蘿卜素降解產(chǎn)物,貢獻(xiàn)率高達(dá)85.23%。濕度對(duì)中性香氣成分總量、茄酮、新植二烯和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總量變化的貢獻(xiàn)較大,分別為63.68%、53.46%、52.34%和46.33%。二者的交互作用對(duì)各類中性香氣成分及其總量變化的貢獻(xiàn)均較小,只有2.16%~19.09%。

      表3 溫度、濕度與交互作用對(duì)中性香氣成分的貢獻(xiàn)率分析Tab. 3 Analysis of contribution rate of temperature, humidity and their interaction to neutral aroma components %

      2.3 不同溫濕度條件對(duì)發(fā)酵后煙葉感官質(zhì)量的影響

      由表4可以看出,除燃燒性和灰色外,發(fā)酵后煙葉的各項(xiàng)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)得分均有所增加,煙葉的評(píng)吸質(zhì)量在各溫濕度條件下得到不同程度的改善。整體來看,隨發(fā)酵溫度和濕度升高,煙葉勁頭減小,香氣質(zhì)、香氣量等指標(biāo)得分增大,但當(dāng)溫度增至45℃后,各指標(biāo)得分相對(duì)保持穩(wěn)定,此時(shí)主要影響煙葉評(píng)吸質(zhì)量的是發(fā)酵濕度。45℃-RH90%和48℃-RH90%兩個(gè)處理的感官質(zhì)量提升最大。煙葉雜氣和刺激性得分增長(zhǎng)幅度隨發(fā)酵溫度和濕度的升高逐漸增大;煙氣濃度隨環(huán)境溫濕度的變化差異不大,規(guī)律不明顯;燃燒性和灰色無(wú)明顯變化。進(jìn)一步貢獻(xiàn)率分析(表5)結(jié)果顯示濕度是影響煙葉感官質(zhì)量的主要因素,除勁頭外,濕度對(duì)其他指標(biāo)的影響均超過60%,最高可達(dá)87.16%。溫度主要影響了煙氣的勁頭,二者的交互作用對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)影響較小。

      表4 不同溫濕度條件發(fā)酵后煙葉的感官質(zhì)量Tab. 4 Change of sensory quality of cigar filler tobacco after fermentation under different temperature and humidity

      表5 溫度、濕度與交互作用對(duì)感官質(zhì)量的貢獻(xiàn)率分析Tab. 5 Analysis of the contribution rate of temperature, humidity and their interaction to sensory quality %

      3 討論

      溫度和水分是影響發(fā)酵過程中煙葉內(nèi)部各類生化反應(yīng)的關(guān)鍵因素,因此保證發(fā)酵時(shí)適宜的環(huán)境溫度和濕度對(duì)提高煙葉質(zhì)量意義重大[18-19]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在人工發(fā)酵過程中溫度條件對(duì)雪茄芯葉常規(guī)化學(xué)成分含量變化貢獻(xiàn)率整體可達(dá)到75%以上,發(fā)酵過程中還原糖、總糖含量在發(fā)酵初期下降迅速,后期變化緩慢,這與尹永強(qiáng)等研究結(jié)果基本一致[20],這可能是由于前期煙葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足,煙葉中殘留的淀粉等大分子化合物繼續(xù)降解,糖類物質(zhì)的含量發(fā)生變化。同一濕度條件下,隨溫度的升高,總糖、還原糖含量的下降幅度增大,兩糖含量顯著減少,這和劉強(qiáng)等[21]的研究結(jié)果一致,造成這種結(jié)果的原因可能是發(fā)酵過程中一部分糖類物質(zhì)與氨基酸發(fā)生非酶促棕色化反應(yīng)形成糖-氨基酸縮合物。溫度升高導(dǎo)致煙葉內(nèi)酶活性升高,棕色化反應(yīng)速度加快,反應(yīng)程度加深,糖-氨基酸縮合物可更為徹底的轉(zhuǎn)化成醛酮類香氣物質(zhì)。煙堿含量在發(fā)酵過程中持續(xù)下降,且隨溫度的增加和濕度的降低降幅持續(xù)增大,這與徐世杰[17]的研究結(jié)果有所不同,可能是由于樣品間差異所致。在發(fā)酵過程中煙堿可發(fā)生降解和轉(zhuǎn)化[22-23],如煙堿通過代謝氧化為氧化煙堿和可鐵寧,也可以發(fā)生亞硝化反應(yīng)形成煙草特有亞硝胺NNK,還可能被以煙堿為底物的微生物分解利用,這些都可能是造成煙堿含量下降的原因。隨溫度升高,發(fā)酵后煙葉的總氮含量顯著降低,而濕度的增加減小了降低幅度,這可能是因?yàn)楦邷丶铀倭藫]發(fā)性植物堿或揮發(fā)氨等成分向空氣中的散失,而濕度的增加減緩了升溫導(dǎo)致的逸散加速[6,24]。煙葉中的各類香氣物質(zhì)含量及中性香氣物質(zhì)總量在發(fā)酵后均顯著提高,這與發(fā)酵過程中微生物活動(dòng)促進(jìn)大分子香氣前體物降解形成揮發(fā)性香氣成分有關(guān),需要進(jìn)一步研究。香氣物質(zhì)漲幅隨發(fā)酵溫度升高先增大后減小,隨濕度增加持續(xù)增大,說明在適當(dāng)提高發(fā)酵溫度的同時(shí)增加發(fā)酵濕度可促進(jìn)煙葉香氣成分的積累,進(jìn)而提高煙葉的評(píng)吸質(zhì)量。本試驗(yàn)在嚴(yán)格控制溫濕度條件下進(jìn)行人工發(fā)酵,有利于保證處理間樣品的一致性和發(fā)酵條件的可控性,可明確溫濕度條件對(duì)煙葉化學(xué)成分和香氣物質(zhì)含量變化的影響規(guī)律,揭示雪茄發(fā)酵增質(zhì)增香機(jī)理,并為生產(chǎn)上利用發(fā)酵室進(jìn)行雪茄芯煙人工發(fā)酵的溫度和濕度控制提供參數(shù)。由于該試驗(yàn)采用小包裝進(jìn)行發(fā)酵,與生產(chǎn)中大批量煙葉發(fā)酵相比,在堆內(nèi)堆外和不同垛層之間溫度、濕度及空氣流通等的均勻性方面可能存在差異,這需要在堆垛體積、形狀、方式及翻堆頻次等方面進(jìn)行控制,以充分保證煙葉溫濕度等環(huán)境條件的均勻性。實(shí)際生產(chǎn)中煙葉發(fā)酵的溫濕度控制需要進(jìn)一步驗(yàn)證。在雪茄煙煙葉自然發(fā)酵過程中,由于堆垛內(nèi)溫度的上升主要是微生物活動(dòng)的結(jié)果,其與發(fā)酵前雪茄煙葉的含水量和煙葉物理特性密切相關(guān),因此在發(fā)酵前根據(jù)煙葉素質(zhì)進(jìn)行分類,嚴(yán)格控制好發(fā)酵前煙葉的含水量至關(guān)重要。關(guān)于發(fā)酵過程中化學(xué)成分變化的機(jī)理尚需進(jìn)一步研究探討。

      4 結(jié)論

      發(fā)酵溫濕度對(duì)發(fā)酵后煙葉的化學(xué)成分和香味品質(zhì)影響很大,適當(dāng)升高發(fā)酵溫度、增加環(huán)境相對(duì)濕度可有效促進(jìn)煙葉糖類、堿類物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化,促進(jìn)煙葉香氣成分形成和積累,改善香氣質(zhì)量,柔和煙氣,提升煙葉感官品質(zhì)。溫度對(duì)常規(guī)化學(xué)成分中總糖和總氮含量變化的貢獻(xiàn)率大于濕度,濕度則對(duì)香氣成分中棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、茄酮、新植二烯含量的貢獻(xiàn)較大,二者的交互作用主要影響了芳香族氨基酸降解產(chǎn)物含量。發(fā)酵溫度和濕度共同作用對(duì)煙葉感官質(zhì)量產(chǎn)生綜合影響。根據(jù)本研究結(jié)果,將調(diào)制后雪茄芯葉在45℃~48℃、RH90%、煙葉含水率30.32%±2.16%條件下初次發(fā)酵4周更有利于促進(jìn)化學(xué)成分協(xié)調(diào),提高煙葉香味品質(zhì)。

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