不同采收成熟度烤后煙葉香氣質量評價

王春凱，王英俊，矯海楠，許家來，任　杰，翟明泉，趙海剛，李昌浩，徐秀紅*

（1.中國農業科學院煙草研究所，農業部煙草生物學與加工重點實驗室，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京100081；3.山東淄博煙草有限公司，山東 淄博 255000；4.上海煙草集團北京卷煙廠，北京 101100；5.山東煙草研究院，濟南 250098；6.山東淄博煙草有限公司淄川分公司，山東 淄川 255100）

不同采收成熟度烤后煙葉香氣質量評價

王春凱1,2，王英俊3，矯海楠4，許家來5，任杰1，翟明泉3，趙海剛3，李昌浩6，徐秀紅1*

（1.中國農業科學院煙草研究所，農業部煙草生物學與加工重點實驗室，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京100081；3.山東淄博煙草有限公司，山東 淄博 255000；4.上海煙草集團北京卷煙廠，北京 101100；5.山東煙草研究院，濟南 250098；6.山東淄博煙草有限公司淄川分公司，山東 淄川 255100）

以不同采收成熟度初烤煙葉為試驗材料，采用感官評吸、電子鼻無損檢測和氣質聯用法3種方式對烤后煙葉香氣質量進行評價，分析不同處理煙葉的香氣質量特征及主要致香成分的貢獻，探索電子鼻評價煙葉香氣質量的新方法。結果表明：7-8成黃采收的烤后煙葉評吸質量顯著優于8-9成黃采收的烤后煙葉，但與6-7成黃采收處理無明顯差異。氣質聯用法檢測出的新植二烯含量與感官評吸結果吻合度較好，新植二烯可能對整體香氣質量起主導作用。類胡蘿卜素降解產物中的5，6-環氧紫羅蘭酮、2-甲基-2-庚烯-6-酮和異佛爾酮，苯丙氨酸類降解產物中的苯甲醛、苯甲醇和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚，美拉德反應產物中的5-甲基糠醛、吡嗪、3-甲基-2-環戊烯-1-酮，其他類致香物質中的γ-丁內酯等致香物質可能是影響不同成熟度烤后煙葉香氣質量的關鍵成分。電子鼻可以初步判定不同處理烤煙的整體香氣質量，對不同樣品鑒別度較高。電子鼻檢測可以作為一種有效評價煙葉整體香氣質量的方式輔助煙葉感官評吸，提高香氣質量評價的可靠性。

致香物質；感官評吸；電子鼻；香氣質量

烤煙田間成熟度對烤后煙葉致香成分含量和香氣質量有重要影響[1-6]。有研究表明[6-8]，隨著成熟度的提高，中、上部葉中大多數致香成分含量隨之增加，最大值出現在中部葉成熟和上部葉完熟等級的煙葉。已有的研究大多是簡單比較不同成熟度煙葉香氣量的多少或煙葉評吸質量的高低[5-7,10-15]，對于各類致香成分的含量及其和煙葉香氣質量的關系研究較少[10,16-19]。當前的香氣成分檢測主要還是基于GC-MS，但這種方法無法確定各化合物對整體香氣貢獻的大小，也無法分辨哪些化合物是致香物質或關鍵致香物質。對香氣質量的判定主要是感官評吸，但感官分析易受主觀性如個體差異、好惡、健康、專業程度等的影響，結果不能定量，難以標準化。電子鼻是仿照生物嗅覺系統，利用氣體傳感器陣列的響應曲線來識別氣味的一種電子系統。可以對樣品中揮發成分的整體信息進行綜合分析，從而避免人為的主觀影響，簡單、省時。但電子鼻與普通的化學分析儀器，如色譜儀、光譜儀等的最大區別是其得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性或定量結果，而是樣品中揮發成分的整體信息，同樣不能判定致香物質的具體成分[20]。

本研究對不同成熟度烤后煙葉進行了感官評吸，利用電子鼻對不同成熟度烤后煙葉整體香氣質量進行了評價，利用GC-MS檢測了不同成熟度烤后煙葉致香成分含量。系統分析了電子鼻檢測結果、GC-MS檢測結果與感官評吸結果的吻合度，探尋影響不同成熟度烤后煙葉香氣質量的主要致香成分，以期探索電子鼻在香氣質量評價中的可行性。

1　材料與方法

1.1試驗材料

本研究于2013—2014年進行。供試烤煙品種為云煙97，選取生產管理規范、煙葉長勢一致和葉位統一的6-7成黃（CM1）、7-8成黃（CM2）和9-10成黃（CM3）中部煙葉，重復3次，按照8點式精準密集烘烤工藝進行烘烤，烤后煙葉選取各處理有代表性的C3F等級樣品進行感官質量評價、電子鼻無損檢測和致香成分含量檢測。

1.2評價方式

1.2.1感官質量評價由農業部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心按照標準YC/T138—1998進行。

1.2.2電子鼻無損檢測參照馮莉[21]的方法，采用直接頂空吸氣法（室溫20℃，濕度60%），直接將進樣針頭插入密封的三角瓶中。電子鼻測定條件：傳感器自清洗時間為100 s，傳感器歸零時間10 s，樣品準備時間5 s，進樣流量300 mL/min，分析采樣時間60 s。檢測儀器采用德國 Airsense公司生產的PEN 3型便攜式電子鼻。傳感器參數見表1。

表1　PEN 3傳感器陣列及其性能Table 1　Sensor array and its performance

1.2.3致香物質定量檢測由農業部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心用氣質聯用法對主要致香成分進行定量（半定量）分析。檢測的致香物質按照降解途徑分為葉綠素降解產物類（含量最高的成分是新植二烯）、類胡蘿卜素降解產物類、類西柏烷類、美拉德反應產物類、苯丙氨酸類降解產物類和其他類致香物質。

1.3數據處理

利用SPSS 19.0對主要致香成分含量及評吸結果進行數據分析。

電子鼻檢測利用自帶WinMuster軟件對數據進行采集、測量和分析。

2　結果

2.1不同成熟度烤后煙葉感官質量

根據感官質量評價結果（表2），CM2處理香氣質、香氣量、雜氣指標得分顯著高于CM3處理，綜合質量檔次也顯著高于CM3處理。CM2處理香氣質指標得分顯著高于CM1處理，但在香氣量指標方面則無顯著差異，在綜合質量檔次方面也無顯著差異。3個處理的余味和刺激性兩項指標得分無顯著性差異。

表2　不同成熟度處理烤后煙葉感官質量評價Table 2　Smoking quality of cured tobacco leaves with different maturity

2.2不同成熟度煙葉烤后主要致香成分含量

2.2.1不同成熟度煙葉烤后新植二烯含量新植二烯作為煙葉中已知含量最高的一種致香物質，在葉綠素降解產物中占絕對比例。由圖1可知，3個處理中CM2和CM1的新植二烯含量明顯高于CM3，而CM1和CM2處理含量差異不明顯，與感官評吸結果吻合度較高。

圖1　不同成熟度處理烤后煙葉新植二烯含量Fig.1　Contents of neophytadiene of flue-cured tobacco with different maturity

2.2.2類胡蘿卜素降解產物類致香物質含量由表3可見，類胡蘿卜素降解產物類致香物質總量隨成熟度提高而逐漸降低，3個處理間存在顯著性差異。在各致香成分中，巨豆三烯酮類、β-紫羅蘭酮含量以CM1顯著高于CM2和CM3處理。CM1二氫獼猴桃內酯含量顯著高于CM3處理，但與CM2處理無顯著差異。CM1和CM2處理5，6-環氧紫羅蘭酮含量無顯著差異，均顯著高于CM3處理。2-甲基-2-庚烯-6-酮和異佛爾酮含量以CM2顯著高于CM1和CM3處理。此外，CM2處理香葉醇、氧化沉香醇類、芳樟醇含量顯著高于CM1，但與CM3無顯著差異。CM3處理除芳樟醇、氧化沉香醇和香葉醇含量相對較高外，其他類胡蘿卜素類降解產物致香成分含量相對較低或最低。

類胡蘿卜素降解產物類致香成分總量與感官評吸吻合度不高，CM1處理總量顯著高于CM2和CM3處理。但CM2處理的5，6-環氧紫羅蘭酮含量顯著高于CM3，與CM1無顯著差異，與感官評吸結果吻合度較高。而2-甲基-2-庚烯-6-酮和異佛爾酮含量則顯著高于CM1和CM3處理，說明這兩個致香成分可能對提高CM2感官質量貢獻較大。

表3　不同成熟度處理烤后煙葉類胡蘿卜素降解產物類致香物質含量　mg/kgTable 3　Contents of carotenoid degradation products of flue-cured tobacco with different maturity

2.2.3類西柏烷類致香物質含量如表4所示，類西柏烷類致香物質主要包括茄酮、降茄二酮和3-羥基-2-丁酮等。處理間茄酮、降茄二酮和3-羥基-2-丁酮含量均無顯著性差異，說明這3種致香物質受成熟度影響較小。對于類西柏烷類致香物質總量，處理CM2顯著高于CM1，CM3與其他兩處理間無顯著性差異，與感官香氣質量吻合度不高。

表4　不同成熟度處理烤后煙葉類西柏烷類致香物質含量 mg/kgTable 4　Contents of cembranoid of flue-cured tobacco with different maturity

2.2.4美拉德反應產物類致香物質含量如表5所示，3個處理烤后煙葉美拉德反應產物類致香物質總量無顯著差異，但處理CM1的2-甲基四氫呋喃-3-酮、吡咯、2-乙酰基吡咯和吲哚含量顯著高于處理CM2和CM3；CM2處理的5-甲基糠醛顯著高于CM1和CM3處理，吡嗪、3-甲基-2-環戊烯-1-酮含量顯著高于CM3處理，但與CM1處理無顯著差異，吡啶、3-乙酰吡啶、2-乙酰基呋喃含量顯著高于CM1處理，但與CM3處理無顯著差異。

表5　不同成熟度處理烤后煙葉美拉德反應產物類致香物質含量　mg/kgTable 5　Contents of Maillard reaction products of flue-cured tobacco with different maturity

3個處理間總量無顯著性差異，與感官評吸結果吻合度不高。但CM2處理的5-甲基糠醛顯著高于CM1和CM3處理，吡嗪、3-甲基-2-環戊烯-1-酮含量顯著高于CM3處理，但與CM1處理無顯著差異，這3種致香物質與感官香氣質量吻合度較高，可能是影響不同成熟度烤后煙葉香氣質量的關鍵成分。

2.2.5苯丙氨酸類降解產物致香物質含量如表6所示，苯丙氨酸類降解產物致香物質總量及苯乙醛、苯乙酮含量均隨成熟度提高而逐漸下降，且3個處理間總量呈顯著差異。其中CM2處理的的苯甲醛、苯甲醇和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量均顯著高于CM3處理，但與CM1處理無顯著差異。除鄰苯二甲酸二丁酯含量相對較高外，CM3處理其他苯丙氨酸類降解產物致香成分含量均最低。

苯丙氨酸類降解產物致香成分總量以CM1處理總量顯著高于CM2和CM3處理，與感官評吸結果吻合度不高。但CM2處理的的苯甲醛、苯甲醇和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量均顯著高于CM3處理，但與CM1處理無顯著差異，與感官評吸結果吻合度較高，說明這3個致香成分可能對不同成熟度烤后煙葉香氣質量影響較大。

表6　不同成熟度處理烤后煙葉苯丙氨酸類降解產物致香物質含量　mg/kgTable 6　Contents of phenylalanine degradation products of flue-cured tobacco with different maturity

2.2.6其他類致香物質如表7所示，CM2和CM3處理總量無顯著差異，但均顯著低于CM1處理。其中，CM2處理γ-丁內酯含量顯著高于CM3處理，但與CM1處理無顯著差異。CM1處理異戊醇含量顯著高于CM2和CM3，CM2和CM3間也存在顯著性差異。CM2和CM3處理青葉醛含量無顯著差異，但均顯著高于CM1處理。CM3處理γ-壬內酯含量顯著高于CM1處理，但與CM2處理差異不顯著；CM2和CM3處理α-松油醇含量均顯著高于CM1處理，但二者之間差異不顯著。不同處理其他類致香物質總量與感官評吸結果吻合度不高，但γ-丁內酯含量與與感官香氣質量吻合度較高，說明其可能對不同成熟度烤后煙葉香氣質量影響較大。

表7　不同成熟度處理烤后煙葉其他類致香物質含量　mg/kgTable7　Contents of other aroma components of flue-cured tobacco with different maturity

2.3電子鼻整體評價

選取電子鼻10個傳感器響應穩定的數值進行線性判別分析。結果如圖2所示，線性判別函數LD1 和LD2的貢獻率分別為83.17%和8.86%，總的貢獻率92.03%，代表了傳感器原始響應信號的主要信息。烤后煙的揮發成分按照不同成熟度處理有效聚類，CM3與CM1、CM2均有明顯差異，其中與CM2的差異最為顯著（中心點距離最遠），說明CM3處理整體香氣質量與CM1、CM2處理有較大差異，其與CM2處理更大。沿LD1從左到右依次是CM3、CM1和CM2。感官質量評價的結果所示CM3最差，CM1居中，CM2最佳，烤后煙感官質量沿第一線性判別函數的方向呈規律性變好。CM1和CM2兩個處理其變化主要體現在第2判別函數上，而LD2貢獻率較小，可以忽略，說明CM1處理和CM2處理整體香氣質量差異較小。因此利用電子鼻可以有效地區分不同成熟度處理的烤后煙。

圖2　不同成熟度處理烤后煙葉的LDA分析Fig.2　LDA analysis of flue-cured tobacco with different maturity

3　討論

3.1致香物質含量與感官香氣質量

煙葉的香氣成分十分復雜，由多種化合物組成，這些化合物的含量不等，吡嗪的含量極低，每千克煙葉中為納克數量級，而新植二烯等含量較高，每千克煙葉中為毫克甚至克數量級，他們通過相互作用最終達到平衡，從而組成了不同煙葉的獨特香氣。有些以納克計的香氣成分，雖然含量極低，卻對香氣有重要貢獻，另一些雖然含量很高，但所起的作用卻很小[22-23]，因此，致香物質的絕對含量高低并不是評價煙葉香氣質量的標準，但從本研究結果來看，致香物質總量較低的煙葉其評吸質量一般較差。

新植二烯是葉綠素降解產物，本身具有清香香氣[24]，是煙葉中含量最高的香氣成分，煙草燃燒時可直接進入煙氣，減輕刺激性、醇和煙氣，還可進一步降解為具有清香氣息的植物呋喃，對烤煙清香型風格有重要作用[25]。本研究結果說明，新植二烯占所有致香物質的比重最大，且其含量與感官評吸結果吻合度較高，其可能作為香氣成分的基礎物質，對提高香氣質量有重要作用。但也有研究認為新植二烯雖與與煙葉評吸質量密切相關但卻表現出極顯著的負相關性，對煙葉香氣質量具有不利影響[16]。類胡蘿卜素的降解和熱裂解產物生成的近百種香氣化合物是形成烤煙細膩、高雅、清新香氣的主要成分[26]，香氣閾值較低，對烤煙的香氣貢獻大[26]。有研究通過GC-MS/O分析表明，類胡蘿卜素降解產物巨豆三烯酮是煙葉中的關鍵致香物質[27]，但本研究結果表明評吸最好的CM2處理巨豆三烯酮含量與CM3處理無顯著差異，且低于CM1處理，這一研究結果與趙銘欽等[28]研究結果一致。這說明巨豆三烯酮可能與其他致香成分一起共同促進了煙葉的香氣質量，其單獨含量的偏高或偏低并不能顯著影響煙葉的香氣質量。而類胡蘿卜素降解產物異佛爾酮含量差異與感官評吸結果表現較一致，說明此成分影響了不同成熟度烤后煙葉香氣質量，這與曹建敏等[16]研究結果一致。苯丙氨酸類降解產物、美拉德反應產物和其他類致香物質方面，在各類致香物質總量上不同成熟度的差異與感官評吸結果吻合度不高，但是其中個別成分的含量差異與感官評吸結果表現較一致，如5-甲基糠醛是美拉德反應的重要產物之一，賦予煙葉氣甜的特征，與煙葉焦甜感程度存在極顯著回歸關系，是影響煙葉焦甜感程度的主要指標之一[29]。本研究結果表明，5-甲基糠醛可能是影響不同成熟度烤后煙葉質量的關鍵香氣成分。此外，苯丙氨酸類降解產物苯甲醛可能也是影響不同成熟度烤后煙葉的關鍵香氣成分，但也有研究認為5-甲基糠醛、苯甲醛對評吸質量影響不大[16]。苯丙氨酸類降解產物苯甲醇、其他類致香成分γ-丁內酯含量與感官評吸結果吻合度較高，可能為影響不同成熟度烤后煙葉香氣質量的關鍵成分，與曹建敏等[16]研究結果一致。至于類西柏烷類致香物質，3個成熟度處理間的各成分含量都無明顯差異，總含量變化規律也與感官香氣質量吻合度不高，說明這類致香物質對煙葉香氣質量的影響可能較小。

3.2電子鼻評價結果與感官香氣質量

通過電子鼻線性判別分析可以看出，第一線性判別函數可以有效地區分3個不同成熟度的烤后煙葉香氣質量。CM2處理與CM3處理差異較大，但與CM1處理差異較小。但電子鼻只能夠在整體水平上對不同成熟度烤后煙葉香氣質量差異進行區分，不能判定哪一處理香氣質量更優。但結合感官質量評價結果，可以初步認為電子鼻整體評價中，在貢獻率較大的線性判別函數上，中心點距離原點越遠的處理整體香氣質量可能越好。本試驗結果也與本課題組之前的研究結果[30]相符，進一步說明利用電子鼻的測定指標構建一個函數模型區分煙葉的感官質量是可能的，這為煙葉香氣質量評價新方法提供了一條新的思路，但仍需要進一步擴大樣本數量來驗證。

4　結論

不同成熟度烤后煙葉中新植二烯含量與感官評吸結果吻合度較好，可能對整體香氣質量起基礎主導作用。類胡蘿卜素降解產物5，6-環氧紫羅蘭酮、2-甲基-2-庚烯-6-酮和異佛爾酮，苯丙氨酸類降解產物苯甲醛、苯甲醇和4-乙烯基-2-甲氧基苯酚，美拉德反應產物5-甲基糠醛、吡嗪、3-甲基-2-環戊烯-1-酮，其他類致香物質γ-丁內酯等致香成分雖然含量較低，但可能是影響不同成熟度烤后煙葉香氣質量的關鍵成分。

利用電子鼻10個傳感器的響應數據，結合線性判別分析能夠有效地區分不同成熟度的烤后煙葉，可以對樣品進行定性分析。

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Evaluation of Aroma Quality of Flue-cured Tobacco with Different Harvesting Maturity

WANG Chunkai1,2,WANG Yingjun3,JIAO Hainan4,XU Jialai5,REN Jie1,ZHAI Mingquan3, ZHAO Haigang3,LI Changhao6,XU Xiuhong1*
(1.Tobacco Research Institute of ChineseAcademy ofAgricultural Sciences,Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry ofAgriculture,Qingdao 266101,China;2.Graduate School of ChineseAcademy ofAgricultural Sciences,Beijing 100081, China;3.Zibo Tobacco Co.,Ltd.,of Shandong Province,Zibo,Shandong 255000,China;4.Shanghai Tobacco Group Beijing Cigarette Factory,Beijing 101100,China;5.Shandong Tobacco Academy,Ji’nan 250098,China;6.Zichuan Branch,Zibo Tobacco Co.,Ltd.,Zichuan,Shandong 255100,China)

Aroma quality characteristics and contribution of main aroma components were analyzed using 3 methods inclusing sensory evaluation,electronic nose test and GC-MS to evaluate the aroma quality of flue-cured tobacco with different maturities.The results showed that flue-cured tobacco leaves with 70%-80%yellowing showed better smoking quality than that of 80%-90% yellowingbut had no difference from leaves with 60%-70%yellowing.Neophytadiene content was determined by GC-MS and was in coincidence with the results of smoking evaluation.Neophytadiene probably plays an important role in promotion of the whole aromaquality.Thecarotenoiddegradationproducts5,6-epoxyionone,2-methyl-2-heptene-6-ketoneandisophorone,the phenylalanine degradation products benz aldehyde,benzyl alcohol and 4-ethenyl-2-methoxy phenol,and the Maillard reaction products 5-methyl furfural and pyrazine,3-methyl-2-cyclopentene-1-ketone,as well as other aroma components including γ-butyrolactone,were probably the key aroma components that contributed to the whole aroma quality.Electronic nose,which can preliminarily identify the whole aroma quality of different samples at high level,suggesting that electronic nose test can be used as an effective and assistant way in evaluating whole aroma quality of flue-cure tobacco,which could improve the reliability of aroma-evaluating.

aroma components;sensory evaluation;electronic nose;aroma quality

S572.01

1007-5119（2016）03-0022-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.03.004

中國煙草總公司山東省公司科技項目“淄博煙區密集烘烤新技術集成與應用”{魯煙科[2013]13號}；中國煙草總公司山東省公司科技重點項目“山東煙葉增香提質烘烤工藝研究、集成與推廣”（201505）；中國農業科學院科技創新工程（ASTIP-TRIC03）

王春凱，男，碩士研究生，研究方向為煙草調制加工。 E-mail:652621856@qq.com。*通信作者，E-mail：xuxiuhong@caas.cn

2015-08-31

2016-04-06