茄衣晾制過程中煙堿和主要化學成分動態變化及相互關系

楊月先，李宗平，饒雄飛，付慶靈，吳哲寬，李 浩

（1. 華中農業大學資源與環境學院，湖北 武漢 430070；2. 湖北省煙草科學研究院，湖北 武漢 430030）

雪茄是一種特殊的煙草制品，由茄衣、茄套、茄芯組成[1]，具有香氣馥郁、吸味豐滿、勁頭大、有害成分含量低等特點[2]。工業上一般采用優質曬煙或白肋煙作為雪茄外包皮煙，但因其色澤暗淡、葉片厚而成為限制雪茄品質的主要因素[3]。

煙堿作為雪茄煙葉化學成分的重要組成物質[4]，直接影響煙草制品的生理強度、煙氣特征和安全性[5]。適量的煙堿能為吸食者帶來良好的體驗感。總煙堿含量低會使煙氣平淡、味不足；而總煙堿含量過高會出現雜氣，使刺激性增強，而且會危害雪茄吸食者的健康[6]。

煙葉的內在化學成分在晾制過程中會發生變化，影響煙葉品質。其中，以淀粉、糖為主要代表的碳代謝是最基本的生理代謝，對煙葉化學成分組成、含量和比例也有較大影響[7]。Weeks[8]的研究表明，調制后煙葉殘留淀粉會對煙葉色、香、味產生不利影響。

礦物元素也是烤煙生長必需的營養元素，對維持煙株的正常生理代謝和酶活性至關重要[9-10]。目前，前人關于烤煙、白肋煙的化學成分及吸食品質的研究較多，而關于雪茄茄衣葉片煙堿及其他主要化學成分動態變化及相互關系的研究較少。

筆者以晾制天數作為固定因子，側重分析了雪茄茄衣葉片內煙堿含量的變化，并研究了其在自然晾制狀態下與煙葉內部其他化學成分的相互影響，可根據恩施地區晾煙次生代謝產物含量的變化，為優質煙葉晾制提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年8月在恩施七里坪智能茄衣晾房內進行，供試品種為CX-07，以中部葉為供試材料。試驗田土壤pH 值6.43，土壤堿解氮含量159.23 mg/kg，有效磷含量58.18 mg/kg，速效鉀含量268.41 mg/kg，小區面積約200 m2，土壤類型為黃棕壤。按照當地常規優質雪茄煙葉生產技術規范進行統一管理，挑選生長正常、無任何破損的完好煙葉，品種、部位、批次等保持一致。

主要儀器有API 微量連續流動式自動化學分析儀（美國Astoria-Pacific International 公司）、原子吸收分光光度計（KCHG-GGX900）、火焰光度計（Sherwood410）。

1.2 樣品晾制及采集設計

1.2.1 晾制工藝 （1）凋萎期：時間3～5 d，葉片完全變軟凋萎、葉尖葉緣變黃，保持相對濕度80%～85%，溫度26～28℃，避免陽光直射、高溫灼傷。（2）變黃期：時間5～8 d，葉色綠色完全減退、變黃，保持相對濕度75%～80%，通過開關門窗調節濕度，必要時調整煙桿距離來輔助調節。（3）變褐期：時間10～15 d，煙葉由變黃完全變褐，葉尖葉緣開始干燥，控制相對濕度為70%～80%，調控方法同變黃期。（4）干筋期：煙葉顏色進一步加深，主脈完全干燥，晾房內相對濕度應保持在40%～50%，時間約15 d。

1.2.2 采樣設計 對萎凋后在晾房晾制的煙葉，每2 d 取樣1 次，每次取樣5 片，直至下架。去主脈后立即105℃烘干，制成粉末樣品，進行化學成分檢測。

1.3 測定項目與方法

分別采用煙草行業標準方法測定煙葉煙堿[11]、淀粉[12]、總糖和還原糖[13]、鉀[14]、鈣[15]、鎂[16]、氯[17]的含量（以質量分數計）。各處理樣品重復測定3 次，取平均值作為最終測定結果。

1.4 數據分析

采用SPSS 21.0 和Excel 2019 軟件對數據進行處理和統計分析，利用origin 2018 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 煙葉晾制過程中煙堿含量變化

如圖1 所示，雪茄茄衣煙葉在整個晾制過程中煙堿含量在1.8%～4.0%之間波動，均值為2.4%，這與劉國順[4]的研究結果成熟的雪茄煙葉煙堿含量可達2%～4%大體一致。煙堿含量隨著晾制天數的變化呈現先升高后降低的趨勢，在晾制0～4 d 內變化幅度不明顯，晾制第6 天，煙堿含量急劇上升，晾制第8 天達到最大，為4.0%，之后其含量逐漸降低并趨于穩定。王小東等[18]研究了烤煙葉片不同區位化學成分含量，結果表明，烤煙內、中、外緣的煙堿含量均在2.5%左右。孫雨琦等[19]分析了4 個不同產區和類型雪茄煙的生物堿含量，發現茄衣煙堿含量為0.66%～2.36%。鄧小華[20]的研究表明，當烤煙煙葉中煙堿含量為2.5%～3.5%時，香味和吃味較佳，煙堿含量為3.0%時，評吸質量最佳。胡建軍等[21]對4 個省份烤煙煙葉主要化學成分及其吸食品質進行了灰色關聯分析，結果表明，煙堿含量與香氣質、香氣量、余味、燃燒性和評吸總分呈負相關，尤其對勁頭的影響最為顯著。

圖1 雪茄茄衣晾制過程中煙堿含量變化

2.2 雪茄茄衣晾制過程中糖分含量變化

如表1 所示，淀粉、總糖和還原糖的含量在整個晾制過程中變化趨勢大體上較為一致，均呈現先上升后下降之后趨于穩定的趨勢，含量分別集中在0.4%～1.1%、0.6%～1.1%、0.3%～0.6%，均值分別為0.6%、0.7%、0.4%。在晾制前2 d，還原糖含量基本保持不變，而總糖和淀粉的變化呈相反趨勢，總糖含量逐漸上升，而淀粉含量有所下降。這可能是因為晾制初期煙葉失水而導致機體系統不能正常運作，為了維持原來的代謝狀態，植物體內儲存能量的物質如淀粉開始分解轉化為多糖來提供能量。因此，在短時間內出現淀粉含量下降，而總糖含量上升的情況。晾制第8 天，3 種糖分含量均急劇上升，且均在晾制第10天達到最大值；而晾制第12 天3 種糖分含量均迅速回落至急劇上升前水平，隨后逐漸趨于穩定。

糖是煙草中碳水化合物的主要代表物質，淀粉是煙葉最主要的能量存儲形式。董維杰[22]認為，煙葉中淀粉的含量與葉片成熟度、油分以及總糖含量呈正相關，且淀粉含量高于3.8%時會對煙葉內外品質產生較大影響。閆克玉等[23]對河南省各等級烤煙樣品吸食品質與主要理化指標的逐步回歸分析結果表明，總糖和還原糖主要影響香氣量和濃度。李海林等[24]研究表明，總糖與煙葉透發性顯著負相關；而還原糖與焦甜香顯著正相關，但其對刺激性有顯著負影響。

常愛霞等[25]認為，兩糖比與煙葉的感官質量密切相關，可以作為評價煙葉質量的指標。可見糖類也是決定煙氣醇和度的重要因素，糖含量與煙葉香氣、吃味密切相關。范幸龍等[26]的研究也表明，降低糖堿比、提高氮堿比值可顯著改善滇東生態區煙氣的綜合品質。從表1 中可以看出，還原糖與總糖比例在整個晾制過程中維持在0.47～0.57 之間，晾制前和晾制第10 天均達最大值。糖堿比在整個晾制過程中大體呈現先降低后升高的趨勢；晾制0～6 d 內，糖堿比相對于晾制前有所升高，增加了0.03，可能是由于晾制初期，淀粉短時間內分解成為多糖，糖含量提高，而煙堿含量在晾制0～6 d 有所下降，致使糖堿比在晾制前期有所升高；晾制8～18 d 時，糖堿比、淀粉、總糖、還原糖均下降。這是因為晾制期間煙葉沒有外源能量物質的供給，茄衣葉片開始大量消耗自身糖分來提供能量，而煙堿的降解速率低于總糖，所以糖堿比會呈現下降趨勢。之后，糖堿比逐漸上升并趨于穩定，維持在0.37 左右。

表1 雪茄茄衣晾制過程中糖分含量的變化

2.3 雪茄茄衣晾制過程中礦質營養元素含量變化

如表2 所示，茄衣葉片內各礦質元素含量除氮外，其余成分隨晾制天數的變化，變幅波動均較為平緩，其中鉀和鈣含量的變化趨勢呈波浪形，鎂和氯含量在晾制過程中基本保持不變。雪茄茄衣葉片內鉀的含量主要集中在4.86%～6.11%范圍內，晾制第10 天和第28 天分別達到最低和最高。氮含量在晾制18～20 d 時急劇上升，第20 天達到最大值。鎂含量主要集中在0.37%～0.48%范圍內，均值為0.4%，這與王寶林等[27]對烤煙中鎂含量的分布研究結果較一致。

表2 雪茄茄衣晾制過程中礦質營養元素含量的變化

鉀是煙草中含量較高的礦質元素之一，不但能顯著改善煙葉的燃燒性和煙葉香吃味，提高煙葉油分與彈性，還能降低煙葉焦油產生量[28]。總氮是煙葉中各種含氮化合物的總稱，對香氣量的影響較為明顯，主要影響煙葉的濃度和余味，煙葉中總氮含量為1.6%～2.2%時，香味和吃味均較佳，總氮含量為3.0%時，評吸質量最優[20]。而此試驗中，茄衣煙葉鉀含量在4.86%～6.11%、氮含量在0.13%～5.56%之間變化，在晾制的各個時期，氮含量始終低于鉀含量，這可能是鉀含量的提高增加了煙草的生物學產量，對氮形成一個稀釋效應，從而降低氮的含量；也可能是受烤煙品種、生態環境、施肥量和土壤質地多方面的影響。

鉀和氯的含量關系對煙葉的燃燒性和吸濕性有著重要的影響。有研究表明，維持煙葉燃燒性的關鍵因素是有機鉀（是指與有機酸結合的鉀）含量。有機鉀含量較低時，即使總鉀含量在較高水平下，煙葉的燃燒性也比較差；而氯和鉀的結合會降低鉀和有機酸的結合比例，從而使有機鉀的含量降低[29]。張嘉雯等[30]認為鉀氯比在4 以上時煙葉才具有較好的燃燒性，韓富根[31]也贊同此觀點。試驗測定了雪茄茄衣葉片的鉀和氯含量，發現鉀氯比在晾制過程中呈現出先下降后上升再下降的趨勢，主要在17.30～42.70 之間波動，晾制第8 天時達到最低。晾制結束相較于晾制開始時鉀氯比有所降低，減少了約0.5，雪茄茄衣整個晾制過程中鉀氯比均高于4。而氮堿比在晾制過程中呈現出先下降后上升的趨勢，主要集中在1.10～2.77范圍內，晾制第10 天時降到最低，接近于1，到后期氮堿比有所上升，相比于晾制起始增加了0.70，可能與后期葉片內氮含量急劇上升有關。這說明此試驗所選品種有著平衡的礦質營養，在燃燒和吃香味性質上具有優良的品質，可以作為一個較好的原料品種。

2.4 雪茄茄衣晾制過程中化學成分指標間的相關性

以雪茄茄衣葉片晾制天數、煙堿、3 個糖分指標（總糖、還原糖、淀粉）、5 個礦質元素指標（總氮、鈣、鎂、鉀、氯）和4 個化學成分指標（兩糖比、糖堿比、鉀氯比、氮堿比）這14 項指標為變量，對供試茄衣品種進行了內部化學成分的相關性分析，結果如表3所示。

表3 茄衣晾制過程中內部化學成分相關分析

雪茄茄衣晾制過程中，葉片內煙堿與淀粉、總糖、還原糖、鈣和氯呈極顯著正相關關系，與總氮、鉀含量呈極顯著負相關關系；3 種糖分含量均與鈣、氯呈極顯著正相關，與總氮、鉀呈極顯著負相關關系，與鎂呈顯著負相關關系。而Mothes[32]的研究表明，白肋煙烤煙中氮與煙堿含量在高氮條件下呈極顯著正相關關系。這與此研究結果相反，可能與Mothes 的試驗所用白肋煙烤煙材料有較高的氮水平，并且煙草內部化學成分含量在生育過程中受品種、生態以及栽培調控措施的影響比較大有關。而該研究發現，雖然氮與煙堿含量極顯著負相關，但是在晾制過程中，氮的含量與煙堿的累積表現并不同步，在晾制前期和中期，氮的含量基本無較大波動，而煙堿的累積變幅波動很明顯，這表明煙堿含量的變化不僅受到氮的影響，還與其他因素有關。

煙葉內部各化學成分的比例，兩糖比（還原糖/總糖）、糖堿比（總糖/煙堿）、鉀氯比（總鉀/氯）、氮堿比（總氮/煙堿）之間兩兩相關，相關性均達到了極顯著水平；其中，兩糖比與糖堿比、鉀氯比、氮堿比均呈極顯著負相關關系；糖堿比與鉀氯比呈極顯著負相關，與氮堿比呈極顯著正相關；鉀氯比與氮堿比呈極顯著正相關關系。煙堿、淀粉、還原糖三者均與兩糖比呈極顯著正相關，與鉀氯比、氮堿比呈極顯著負相關；鉀氯比與鎂之間相關性不顯著，與其他各原生指標均達到極顯著相關，可能是由于該地區降雨量比較大，土壤中的氯元素主要以游離態存在，導致氯的利用率比較低所致。

根據表3 的相關性分析結果，選取了茄衣煙堿、還原糖、總糖、淀粉、氮、鈣、鎂、鉀、氯等化學成分指標進行了主成分分析，結果如圖2 所示，展示了第一，第二主成分的投影值聚類的結果。從圖2 中可以看出，各成分投影緊密接觸，說明各成分之間相關性比較好；煙堿、淀粉、還原糖、總糖、氯、鈣均在第一四象限內，說明兩兩呈正相關，相關性的密切程度依次排列；鉀、總氮、鎂在第二象限內，說明三者均與煙堿、淀粉、還原糖、總糖、氯、鈣呈負相關。綜上所述，雪茄茄衣在晾制過程中，各化學成分之間關系比較密切，其中煙堿與其他化學成分相關性最顯著，其次是淀粉。

圖2 茄衣晾制過程中內部化學因素主成分分析

3 結 論

以恩施市崔壩鎮馬炮山CX-07 品種中部葉為原料進行雪茄茄衣晾制，探究晾制過程中煙葉煙堿、還原糖、總糖、淀粉等物質和鉀、氯、鈣、鎂、總氮等礦質元素的含量變化，并分析各化學成分指標之間的相關性。結果表明：在雪茄茄衣晾制過程中，煙堿含量先上升后下降，主要集中在1.8%～4.2%，均值為2.4%，晾制第8 天時達到最大值；淀粉、總糖、還原糖含量分別集中在0.4%～1.1%、0.6%～1.1%、0.3%～0.6%，均晾制第10 天達到最大值，三者變化趨勢與煙堿大體一致；礦質元素鉀含量相對較高，在4.86%～6.11%之間波動；雪茄茄衣在晾制過程中各化學成分之間關系比較密切，其中煙堿與其他化學成分相關性最好；煙堿含量與淀粉、總糖、還原糖、鈣和氯含量均呈極顯著正相關關系，與總氮、鉀含量呈極顯著負相關關系；煙堿、淀粉、還原糖三者均與兩糖比呈極顯著正相關，與鉀氯比、氮堿比呈極顯著負相關。