晾制密度對雪茄煙主要含氮化合物變化規律的影響

鄧弋戈, 丁松爽, 朱家明, 田煜利, 喬保明, 時向東*

(1.河南農業大學煙草學院， 煙草行業煙草栽培重點實驗室， 鄭州 450002； 2.湖北省煙草公司恩施州公司， 湖北 恩施 445000； 3.湖北省恩施州煙草公司來鳳煙葉分公司， 湖北 來鳳 445700)

雪茄是一種特殊煙草制品，具有勁頭大、香氣濃厚豐滿、吃味香苦透甜及焦油和煙堿含量少的特點[1]。湖北省恩施州來鳳縣的生態條件能夠滿足雪茄煙生長發育和晾制發酵的基本要求，是國內較早開始雪茄煙種植的產區，但由于晾制技術不足導致雪茄煙晾制后外觀質量較差、內在化學成分不協調，難以滿足工業需求。

有研究表明[2]，雪茄煙相對于烤煙需氮量更多，增加氮肥施用量可使葉片變薄、營養期延長，同時能夠增強葉片的光澤[3]。雪茄煙中含氮化合物含量的多少不僅與施氮量和種植密度有關，而且與晾制措施密切相關。孫雙等[4]研究發現，劃筋處理的煙葉在調制過程中總氮含量呈先下降后上升的趨勢，可溶性蛋白主要在調制前期和中期發生降解，游離氨基酸呈先增加后降低的“單峰曲線”，硝酸鹽最終含量低于開始調制時的含量。此外，晾制密度通過影響晾房內空氣流動及溫濕度變化，間接影響氮代謝相關酶活性，從而影響各類含氮化合物的變化[5]。目前對烤煙烘烤及曬煙調制過程中含氮化合物的研究較多[6-7]，雪茄煙氮代謝的研究則僅限于大田生育期[8]，而針對晾制過程中雪茄煙含氮化合物的研究較少。本研究以雪茄煙品種‘Gu-5’為材料，研究晾制密度對雪茄煙含氮化合物變化規律的影響，尋求最佳晾制密度，為改進雪茄煙晾制技術和提高煙葉可用性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為雪茄煙品種‘Gu-5’，試驗于2019年在湖北省恩施市來鳳縣綠水鎮進行，地理坐標為E 109°27′、N 29°06′。試驗地為黃壤土，堿解氮111.5 mg·kg-1，速效鉀69.0 mg·kg-1，速效磷17.5 mg·kg-1，試驗地面積為0.2 hm2，種植密度為20 833 株·hm-2，行株距為1.2 m×0.4 m，施氮量為210 kg·hm-2。打頂方式為初花打頂，田間栽培管理措施按照優質雪茄煙生產技術規范進行。

1.2 試驗設計

選取田間長勢一致的中部葉適熟采收，采用掛煙晾制法，將煙葉均勻排布在煙桿上，煙桿長度為2 m，桿距為0.3 m。晾房選用溫濕度自控晾曬房，規格為30.0 m×10.0 m×8.0 m(長×寬×高)。因當地常規采用的簡易晾房密度過大出現煙葉死青等問題，結合當地實際情況及存在的問題，修建了溫濕度自控晾房。根據新晾房內煙桿長度，試驗設置3個處理，分別為40 片·桿-1(葉間距5.0 cm，T1)、60 片·桿-1(葉間距3.3 cm，T2)和80 片·桿-1(葉間距2.5 cm，T3)，3次重復。分別于晾制過程中的第0、5、10、15、20、25 d各取20片煙葉樣品，于105 ℃殺青15 min后，60 ℃烘干，過60目篩后保存，用于化學指標的測定，并計算煙葉含水率。

1.3 測定項目及方法

按閻克玉等[9]測量雪茄煙葉調制過程的含水率；按照煙草及煙草制品 總氮的測定連續流動分析法[10]測定總氮含量；采用考馬斯亮蘭法[11]測定可溶性蛋白含量；采用HP-5890 氣相色譜儀(北京京科瑞達科技公司)[12]測定生物堿含量；采用茚三酮比色法[11]測定總氨基酸(total amino acid)含量；采用分光光度法[13]測定硝酸鹽含量。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理和繪圖，用DPS 6.0和SPSS 20.0進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 晾制密度對雪茄煙葉含水率及晾房溫度和濕度的影響

由表1可知，晾制過程中T1處理的煙葉含水率在前5 d逐漸降低，5～10 d呈升高趨勢，10 d后繼續降低；T2和T3處理煙葉的含水率變化趨勢與T1相似，但在晾制5～10 d時呈下降趨勢，整個下降過程的變化幅度均呈“快-慢-快”的趨勢。晾制的前20 d，T3處理的含水率始終高于T1和T2處理，其中第10和20 d含水率差異不顯著(P>0.05)，第5 和15 d時T3處理的含水率與T1和T2間存在顯著性差異(P<0.05)；20～25 d時，三個處理間差異不顯著(P>0.05)。晾制結束時，三個處理的煙葉含水率均降至最低。雪茄煙在晾制過程的晾房溫濕度檢測結果(表1)顯示，同一時間段內，晾房內溫度和濕度均隨著晾制密度的增加逐漸增加；隨著晾制的進行，同一個處理的晾房內溫度不斷升高，而相對濕度呈先升高后降低的變化趨勢，15 d后溫度和濕度均趨于穩定。晾制5～10 d，T3處理的晾房的溫度和濕度較高，而T2處理的溫度和濕度處于中間水平，T1處理最低。

表1 不同晾制密度的晾房溫度和濕度及煙葉含水率

2.2 晾制密度對雪茄煙總氮含量的影響

由圖1可知，三個處理在晾制過程的總氮含量變化趨勢不同，T2和T3處理呈“降低-升高-降低”的變化趨勢，而T1處理表現為“雙峰曲線”的變化規律。說明T1處理總氮降解分兩個階段進行，且發生在不同晾制時期，其中第1個波峰出現在晾制第5 d，總氮含量為3.13%，第2個波峰出現在晾制第20 d，總氮含量為2.91%。分析整個晾制過程的雪茄煙總氮含量發現，T1處理晾制0～20 d的總氮含量始終高于T2和T3處理，晾制20 d后的變化趨勢則相反。T1處理的總氮含量在第5 d達到最大值，略高于采收時含量；T2和T3處理晾制過程中總氮含量均小于采收時。晾制結束時的總氮含量表現為T3>T2>T1。

圖1 不同晾制密度的雪茄煙總氮含量

2.3 晾制密度對雪茄煙可溶性蛋白質含量的影響

雪茄煙葉中的蛋白質分為可溶性蛋白質和不可溶性蛋白質，其中前者分為組分Ⅰ蛋白質(FI蛋白)和組分Ⅱ蛋白質(FII蛋白)，晾制過程中發生降解的主要是FI蛋白，且發生在萎焉期和變黃期。由圖2可知，在晾制過程中，3個處理的可溶性蛋白質含量均呈下降趨勢。前10 d降解速度較快，而10～25 d降解速度較慢，第25 d時，T1、T2、T3三個處理的可溶性蛋白質含量達到最小值，分別為6.11%、6.24%和6.38%。相同晾制天數不同處理間，僅晾制第5 和25 d的可溶性蛋白質含量差異達顯著水平(P<0.05)。

圖2 不同晾制密度的雪茄煙可溶性蛋白質含量

2.4 晾制密度對雪茄煙總氨基酸含量的影響

由圖3可知，不同處理在晾制過程中總氨基酸含量的變化趨勢相似，均呈先增加后降低的“單峰曲線”。晾制期間總氨基酸含量出現兩次不同幅度的升高，分別為晾制前5 d和晾制15～20 d，晾制前5 d的升高幅度小于晾制15～20 d，兩次升高分別對應蛋白質降解的兩個最快時期，而晾制的20～25 d總氨基酸含量緩慢降低。在整個晾制過程中，不同處理間總氨基酸含量均差異顯著(P<0.05)，T1、T2、T3三個處理均在第20天達到最大值，分別為7.79、7.38和6.35 mg·g-1DW，晾制結束時則表現為T1>T2>T3。相同處理不同晾制天數，除晾制5～15 d總氨基酸含量無顯著性差異(P>0.05)，其余晾制期間均存在顯著性差異(P<0.05)。

圖3 不同晾制密度的雪茄煙總氨基酸含量

2.5 晾制密度對雪茄煙生物堿含量的影響

雪茄煙在晾制過程的生物堿含量結果(表2)可知，生物堿各組分含量由大到小分別為煙堿、新煙草堿、降煙堿、假木賊堿，煙堿占生物堿總含量的85%以上。晾制過程中，4種生物堿的含量均發生變化，其中煙堿、降煙堿和新煙草堿均呈持續降低的變化趨勢，其中煙堿含量的變化最劇烈。進一步分析可知，煙堿和總生物堿的含量與調制天數存在顯著負相關，且T1處理總生物堿的含量在第15、20和25 d時均存在顯著性差異(P<0.05)。隨著晾制天數的延長，不同處理的生物堿含量從5.7%緩慢下降至3.8%～4.6%，且在晾制15～25 d下降幅度更大，其降解速度表現為T1>T2>T3。在晾制結束時，三個處理間生物堿含量表現為T3>T2>T1，說明密度是雪茄煙晾制期間影響生物堿含量的重要因素。

表2 不同晾制密度的雪茄煙生物堿含量

2.6 晾制密度對雪茄煙硝酸鹽含量的影響

硝酸鹽是一類重要含氮化合物，其含量的多少直接影響雪茄煙的吃味和安全性。由圖4可知，不同密度晾制過程中雪茄煙的硝酸鹽變化規律相似，晾制前10 d，三個處理的硝酸鹽含量稍有降低；晾制第10天，T1、T2、T3處理的硝酸鹽含量均達到最小值，分別為6.34%、6.84%和7.54%；晾制第10～25 d，硝酸鹽含量又緩慢上升。晾制天數為5、10 和25 d時，3個處理間的硝酸鹽含量均存在顯著性差異(P<0.05)，硝酸鹽含量始終表現為T3>T2>T1。晾制結束時，3個處理的硝酸鹽含量均低于開始晾制時。

圖4 不同晾制密度的雪茄煙硝酸鹽含量

3 討論

3.1 晾制密度影響雪茄煙葉的含水率及晾房的溫度和濕度

通過人工干預調節晾制密度間接調控晾房溫濕度，可以改變雪茄煙中的主要含氮化合物含量[14]，同時使晾制后的煙葉顏色均勻，各化學成分比例協調。因此，選擇適宜的晾制密度改善晾房的局部小氣候及溫濕度，可以提高雪茄煙的品質。煙葉葉間距過小，晾房內局部空氣流速較小，溫濕度升高，煙葉中含氮化合物降解速度減慢，隨著葉間距的增加，晾房內局部空氣流速較大，溫濕度迅速降低，煙葉內含物降解較快[5]。趙銘欽等[5]研究發現，在雪茄煙低晾制密度下，因空氣流速較大而導致環境溫度較小，反之高晾制密度下空氣流速較小而導致環境溫度較大。本研究表明，T1處理的煙葉晾制密度小，因空氣流速較大導致晾房的溫濕度較小，煙葉含水率迅速下降；T2處理的溫濕度處于中間水平，煙葉含水率平穩下降；T3處理在晾制前期空氣流速小而溫濕度較大，導致雪茄煙含水率下降緩慢。隨著晾制的進行，晾房中的溫度逐漸升高，各處理煙葉含水率均下降；晾制第20 d，進入萎焉期，煙葉已經充分失水，各處理葉間距均增大，隨著空氣流速的增大，煙葉含水率和溫濕度差異減小；晾制結束時的煙葉含水率，較晾制前變化較大。這與趙松濤等[5]、楊樹勛等[15]及徐世杰等[16]的研究結果一致。

3.2 晾制密度影響雪茄煙的總氮含量

晾制密度直接影響環境的溫濕度，晾制密度越大環境溫濕度越高。王潔[17]研究了不同溫度環境下晾制的雪茄煙總氮含量變化，發現調制前期的下降幅度大于調制后期，高溫模式下煙葉總氮含量下降最快，但中溫和低溫模式下會因煙葉死青等問題不利于總氮的降解。本研究中，不同晾制密度雪茄煙的總氮含量變化呈現出相似的規律，整體呈雙峰曲線變化。在晾制前期呈下降趨勢，降解主要發生在萎焉期，相比晾制密度較小的T1和T2處理，T3處理的環境溫濕度更高，總氮降解更快；晾制中后期，三個處理的總氮含量均有不同程度的升高，可能是因為，雪茄煙的含氮化合物較多，晾制后期大分子含氮化合物降解生成小分子含氮化合物[8]，導致總氮含量升高。這與徐世杰等[16]研究的不同溫濕度條件下雪茄煙調制過程中的總氮含量始終呈現出下降趨勢表現不同。吳麗君等[18]研究了曬黃煙調制過程中的化學成分變化，發現總氮含量在晾制過程中幾乎沒有變化。分析以上差異原因，可能是不同的晾房溫濕度條件及煙葉類型會導致煙葉內氮代謝活動變化，同時地域及生態環境也是導致存在差異的原因。因此,調制過程中不同的晾房溫濕度條件及煙葉類型的總氮含量的變化規律有待進一步研究。

3.3 晾制密度影響雪茄煙的蛋白質及氨基酸含量

目前，晾制密度對雪茄煙的蛋白質及氨基酸變化規律影響方面，幾乎沒有報道，但環境溫濕度對煙葉蛋白質及氨基酸含量影響的研究較多。李常軍等[19]發現，在烤煙烘烤過程中，溫度對蛋白質及氨基酸含量的影響很大，蛋白質降解主要發生在變黃期和定色期，定色結束后變化小，且高溫使蛋白質降解速度減慢，而低溫有助于蛋白質的降解。高林等[20]研究發現，不同濕度晾制期間，白肋煙的蛋白質含量變化主要發生在晾制前期，中濕處理下煙葉的蛋白質含量下降趨勢明顯，在變黃期仍然下降。晾制密度直接影響環境溫濕度。本研究表明，蛋白質降解主要發生在晾制前期，且整個晾制過程始終呈下降趨勢，下降速度表現為“快-慢-快”的變化規律，與氨基酸的積累同時發生。不同處理間的蛋白質含量和氨基酸含量差異顯著，T2和T3處理的溫濕度較高，蛋白質降解更慢，氨基酸積累更少。因此，低晾制密度條件下，溫濕度越低有利于蛋白質的降解和氨基酸的積累。

3.4 晾制密度影響雪茄煙的生物堿含量

煙堿是生物堿的主要成分，占生物堿的95%以上[21]。因此對煙葉生物堿含量的研究，主要針對煙堿的含量及比例進行。李宗平等[22]研究發現，改善晾制條件和改進晾制工藝是降低煙葉煙堿含量、提高煙葉安全性的關鍵措施。因煙堿的自然氧化和生物降解，本研究中三個處理的煙葉煙堿含量均降低。T1處理的煙堿降解速度最快且調制結束時含量最低，而T2和T3處理的煙堿降低速度緩慢。分析原因可能是，T1處理的晾制密度更小，晾房內環境溫濕度較低，更有利于煙堿的降解。晾制結束時，三個處理間差異達到顯著水平。雪茄煙主要含氮化合物的變化主要發生在晾制的前中期，對于夏季多雨少光照的來鳳煙區，采用低晾制密度更有利于水分的散失和空氣的流通，進而可以有效地降低煙葉中的生物堿含量，提高煙葉安全性。

3.5 晾制密度影響雪茄煙硝酸鹽含量

Andersen等[23]研究發現，在溫度為32 ℃、濕度為83%的晾制條件下，煙葉中硝酸鹽和亞硝胺類呈幾十倍甚至上百倍的增加，顯著積累時間為調制過程中的第2～3周。楊煥文等[24]研究表明，白肋煙的硝酸鹽含量在調制過程中整體變化不大。本研究晾制前期，硝酸鹽緩慢降解，變褐期和干筋期緩慢積累，調制結束時硝酸鹽略低于采收時。從整體來看,低密度處理對煙葉硝酸鹽含量的降低有顯著促進作用，可以有效提高煙葉安全性。