秦煙96 在烘烤過程中的化學成分與香氣物質變化及其相關性研究

劉曉迪，鐘 莉

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司 紅河卷煙廠，云南 彌勒 652399）

0 前言

香氣物質是衡量煙葉品質和可用性的重要因素，也是評價烤煙品質的重要指標［1］?？緹熤械南銡馕镔|種類多、含量低，但對卷煙的香氣和吃味具有重要貢獻［2］。20世紀30年代，國外學者已經開始對烤煙的香氣物質進行研究，并逐步剖析香氣物質的組成。目前，烤煙香氣物質成分可根據香氣前體物的不同進行分類，主要分為五大類：類胡蘿卜素類降解產物、芳香族氨基酸類降解產物、美拉德反應產物、類西柏烷類降解產物和新植二烯［3-5］。不同種類的香氣物質具有不同的香味特征，直接影響到烤煙的香氣質和香氣量。研究顯示，葉綠素降解產物新植二烯占烤煙中性揮發性香氣物質總量的85%以上，是決定不同基因型烤煙之間揮發性香氣物質總量高低的關鍵致香成分［6-8］，因而葉綠素在烘烤過程中應盡量完全降解，以便增加香氣物質的總量；類胡蘿卜素降解物含量占烤煙中性揮發性香氣物質總量的8%~12%，是影響烤煙香氣質量重要的潛香型萜烯類化合物，其降解和熱裂解產物可生成近百種香氣化合物，是形成烤煙細膩、高雅和清新香氣的主要成分［9-10］。

對烤煙中的香氣物質的研究已經成為學者們廣泛關注的話題。葉協峰等［11］研究顯示，烤煙中的巨豆三烯酮含量與中性香氣成分含量呈極顯著相關關系；李恒等［12］研究表明，煙葉中各類致香物質之間具有很強的正相關關系；薛超群等［13］研究表明，烤煙的香氣質、香氣量與其總揮發酸含量具有極顯著正相關。根據前一階段的研究表明，香氣物質的研究主要集中在不同品種［1,14-15］、生態環境［16-17］、栽培技術［18-21］和烘烤技術［22-23］等方面。在烘烤過程中，對中性香氣物質動態變化以及中性香氣成分與煙葉重要化學物質在烘烤過程中的相關分析等研究較少。烘烤過程是煙葉內含化學物質轉化與降解的關鍵時期［24-25］，是煙葉形成香氣物質的重要時期。本文通過對烘烤過程中化學成分和中性香氣成分含量的動態變化進行研究，旨在探究香氣物質在烘烤過程中的形成機理，為實現煙葉提質增香提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗田設置在洛陽伊川，供試品種為秦煙96。該地區土壤有機質含量為12.30 g/kg，堿解氮含量為46.86 mg/kg，速效磷含量為12.29 mg/kg，速效鉀含量為187.53 mg/kg，pH值為8.04。洛陽煙葉于2019年6月5日移栽，種植行距120 cm，株距50 cm。施純氮45.00 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O＝1∶2∶3。田間管理按優質烤煙栽培生產技術規范進行。以中部葉（第11~12葉位）為試驗材料，煙葉成熟時，嚴格按照葉位單葉采收。

1.2 試驗設計

采用河南農業大學設計制造的電熱式溫濕自控密集烤煙箱進行烘烤，裝煙密度為70 kg/m3，烘烤過程按照三段式烘烤工藝技術進行。分別于烤前（下文圖表中表示30 ℃）及開烤后干球溫度達到38 ℃（干球溫度38 ℃結束時，煙葉八成黃）、42 ℃（干球溫度42 ℃結束時，葉片全黃）、48 ℃（干球溫度 48 ℃結束時，煙筋全黃）、54 ℃（干球溫度54 ℃結束時，葉片全干）和烤后（下文圖表中表示68 ℃）取樣。每次分別于烤箱內不同位置隨機取24片，3次重復，剔除主脈和支脈，取葉中部用于各成分含量的測定。樣品在100 ℃殺青5 min，之后60 ℃烘干、粉碎，過孔徑 0.25 mm 篩，密封保存。

1.3 試驗方法

1.3.1 化學成分測定 總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、蛋白質和氯含量采用連續流動法測定，依據標準分別為YC/T 159—2002、YC/T 216—2007、YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 173—2003、YC/T 249—2008和 YC/T 162—2002；采用高效液相色譜法（YC/T 382—2010）測定煙草中的質體色素含量；采用高效液相色譜法（YC/T 202—2006）測定煙草中的總酚含量。

1.3.2 中性香氣成分含量測定 準確稱取煙樣25 g置于1000 mL平底燒瓶中，加入 350 mL蒸餾水、90 g氯化鈉，將燒瓶放置于同時蒸餾萃取儀的左側，在250 mL平底燒瓶中加入45 mL二氯甲烷，置于同時蒸餾萃取儀的右側，待同時蒸餾萃取儀中出現分層，開始計時萃取2.5 h，結束后向試驗所得的二氯甲烷萃取液中加入10 g無水硫酸鈉，并干燥過夜。將干燥后的萃取液轉移至濃縮瓶中濃縮至 1 mL，再加入10 μL內標乙酸苯乙醋（酯），即GC/MS分析液［26-27］。

GC條件：色譜柱為HP-5MS(60 m×0.25 mm× 0.25 μm)，載氣為He，流速0.8 mL/min，進樣口溫度250 ℃；初始溫度50 ℃，保持2 min，以2 ℃/min的速率升至120 ℃，保持5 min，然后再以2 ℃/min的速率升至240 ℃，保持30 min；分流比為1∶15，進樣量為2 μL，質譜檢測。

GC/MS條件：GC條件同上；傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度177 ℃，電離能70 eV，載體為He，流速為0.8 mL/min，質量數范圍為35~500 u，MS譜庫為NIST 0.5aL。

1.4 數據處理

應用Microsoft Excel 2010軟件進行數據處理及作圖，應用SPSS 21.0軟件統計分析數據。

2 結果與分析

2.1 烘烤過程中煙葉主要化學成分的動態變化

由表1可知，烤煙中重要的化學成分在烘烤過程中的變化差異較大。在烘烤過程中，鉀、氯、煙堿含量沒有明顯的變化規律，在烤前與烤后煙葉中的含量沒有顯著差異。秦煙96煙葉中，還原糖和總糖含量隨著烘烤的進行而持續增加，38 ℃前迅速上升，38 ℃以后緩慢上升，以烤后煙葉中含量最高；蛋白質含量在38 ℃之前迅速下降，之后又緩慢上升，以38 ℃時含量最低，烤前煙葉中含量最高；總氮含量隨著烘烤的進行，變化起伏不定，但整體呈下降趨勢；總酚含量以烤前煙葉中最低，隨著烘烤的進行整體呈上升趨勢，烘烤過程中沒有明顯的變化規律，在烤后煙葉中含量達到最高，比烤前煙葉中增加1.294個百分點；葉黃素和β-胡蘿卜素含量在38 ℃前迅速下降，在38~42 ℃之間略有上升，之后呈現緩慢下降趨勢，降解率分別達67.13%和74.03%。

表1 烘烤過程中煙葉主要化學成分含量

2.2 烘烤過程中煙葉香氣物質含量變化

烤煙中的香氣物質種類較多，根據香氣前體物進行分類，將中性香氣成分分為類胡蘿卜素降解產物、芳香族氨基酸降解產物、美拉德反應產物和葉綠素降解產物（新植二烯），另外根據本試驗中的中性香氣成分測定方法，還檢測出幾種其他種類的中性香氣成分，暫歸為其他類。表2為試驗檢測的各種中性香氣物質成分含量。

表2 烘烤過程中煙葉中性香氣物質成分含量變化 μg/g

2.2.1 烘烤過程中煙葉各類降解產物含量變化 由圖1可以看出，類胡蘿卜素類降解產物在烘烤過程中整體呈上升趨勢。秦煙96烤前煙葉中類胡蘿卜素降解產物含量為35.19 μg/g，之后略有下降；38~42 ℃該類香氣物質含量迅速上升，42 ℃之后增加緩慢，在48 ℃時達到最高。根據數據顯示，烤后煙葉中類胡蘿卜素降解產物含量比烤前煙葉中增加了74.28%；在烘烤過程中形成的類胡蘿卜素降解產物含量約占烤后煙葉中該類香氣物質總量的42.62%；烤煙中該類香氣物質總量占中性香氣物質（除新植二烯）總量的57.80%。

圖1 烘烤過程中煙葉各類香氣物質的變化

根據圖1所示，美拉德反應產物、芳香族氨基酸降解產物和新植二烯的含量變化趨勢相同，在烘烤過程中均呈上升趨勢，并在54 ℃時含量達到最高，且以烤前煙葉中含量最低。秦煙96煙葉中美拉德反應產物含量在烘烤過程中持續增加，其中以38~42 ℃間增速最快，在54 ℃前均表現為上升趨勢，但在54 ℃之后略有下降?？竞鬅熑~中美拉德反應產物含量比烤前煙葉中增加了374.13%，烤煙中該類香氣物質總量占中性香氣物質（除新植二烯）總量的15.29%。烘烤過程是美拉德反應進行的關鍵時期，通過烘烤過程形成的美拉德反應產物含量占烤后該類香氣物質總量的78.91%?？竞鬅熑~中芳香族氨基酸降解產物含量比烤前煙葉中增加了104.32%，在烘烤過程中形成的芳香族氨基酸降解產物約占烤后煙葉中該類香氣物質總量的51.06%，烤煙中該類香氣物質總量占中性香氣物質（除新植二烯）總量的4.39%。在烘烤過程中形成的新植二烯含量約占烤后新植二烯總量的29.69%，烤后煙葉中該類香氣物質含量比烤前煙葉中增加了42.22%，占中性香氣物質（除新植二烯）總量的88.59%。

2.2.2 烘烤過程中其他香氣物質動態變化 根據表3可知，在54 ℃之前，秦煙96煙葉中的面包酮含量緩慢上升，且在54 ℃時達到最高，之后迅速降低。秦煙96煙葉中愈創木酚含量整體呈上升趨勢，但在烘烤過程中沒有明顯的變化規律。2,6-壬二烯醛含量在烘烤過程中沒有明顯的變化規律，以烤后煙葉中含量最高?？竞鬅熑~中藏花醛含量較烤前煙葉增加明顯，但烘烤過程中變化起伏較大，在秦煙96煙葉中以54 ℃時含量最高。統計面包酮、愈創木酚、2,6-壬二烯醛及藏花醛4種香氣物質總量在烘烤過程中的增加量占烤后煙葉中該類香氣物質總量的30.57%；在烤后煙葉中4種香氣物質總量比鮮煙葉中增加了43.92%，占中性香氣物質（除新植二烯）的1.70%。

2.3 不同產區不同品種的烤煙香氣物質與主要化學成分的相關性

由表4可知，煙葉中的香氣物質與化學成分在烘烤過程中，表現出密切的相關性。在烘烤過程中，秦煙96煙葉中的還原糖、總酚、葉黃素和β-胡蘿卜素含量與美拉德反應產物和其他類香氣物質具有顯著的相關關系；鉀、氯含量與各類香氣物質均呈現顯著的相關關系，鉀與其呈正相關，氯呈負相關；總糖、類胡蘿卜素含量與美拉德反應產物、芳香族氨基酸降解產物、其他類香氣物質、新植二烯及香氣總量均具有顯著的相關性；煙堿與其他類香氣物質具有顯著的正相關關系；蛋白質與香氣物質沒有明顯的相關關系。

表3 烘烤過程中煙葉其他類香氣物質的變化 μg/g

表4 烘烤過程中煙葉香氣物質與主要化學成分含量的相關性

3 結論和討論

隨著秦煙96煙葉的烘烤，鉀、氯和煙堿含量沒有明顯的變化規律；總糖、還原糖含量在38 ℃之前快速增加，之后增加緩慢；蛋白質和總氮含量在烘烤過程中呈現緩慢下降的趨勢；葉黃素、β-胡蘿卜素含量從開始烘烤到38 ℃之前迅速降低，烘烤后期下降速率緩慢。

在烘烤過程中，中性香氣物質整體呈上升趨勢；芳香族氨基酸降解產物和新植二烯含量在48 ℃前增加較快，之后較為穩定；烘烤過程中形成的各類香氣物質含量平均占烤后煙葉中各類香氣物質總量的52.58%，其中美拉德反應產物增量最高，占烤后美拉德反應產物總量的78.91%。

烘烤過程中總糖含量變化與香氣物質含量的變化具有顯著的正相關性，類胡蘿卜素含量變化與香氣物質含量的變化具有顯著的負相關性，這反映了烘烤過程中淀粉水解、類胡蘿卜素降解的過程。

綜上，烘烤過程對于秦煙96品種的香氣物質成分有一定影響，烘烤的關鍵溫度點以及穩溫時間對該品種的提質增香具有促進作用。