雪茄煙葉發酵過程中顏色變化與主要含氮化合物及評吸質量的關系

劉路路　郭文龍　胡?！《∷伤∠驓g　葉小辛　黃明月　柴志順　時向東

摘要：【目的】分析雪茄煙葉發酵過程中顏色變化與主要含氮化合物（總氮、煙堿、蛋白質、氨基酸、硝酸鹽、亞硝酸鹽、葉綠素a和葉綠素b）及評吸質量的關系，為提升雪茄煙葉發酵品質提供參考依據。【方法】以德雪1號上部葉為試驗材料，采用人工堆積法進行發酵，測定發酵過程中雪茄煙葉顏色、主要含氮化合物及評吸質量的變化，探究煙葉顏色變化與主要含氮化合物、評吸質量的關系并建立動態變化預測方程。【結果】雪茄煙葉發酵過程中總氮、煙堿、蛋白質、氨基酸、葉綠素a、葉綠素b含量與顏色參數L*、a*、b*、C值均呈緩慢降低的變化趨勢，發酵0～10 d雪茄煙葉含氮化合物降解速率較快，發酵25～30 d差異不顯著（P>0.05），發酵30 d時，總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b含量分別降解18.8%、23.5%、42.5%、31.8%、42.2%和41.4%，L^*、a^*、b^*和C值分別為30.245、8.305、14.350和16.580。硝酸鹽、亞硝酸鹽含量和H0值呈先升高后降低的變化趨勢，△E值呈緩慢上升的變化趨勢，發酵30 d時，硝酸鹽含量、亞硝酸鹽含量、H0和△E值分別為5.78 mg/g、21.11 μg/g、30.060和62.303。發酵25 d時煙葉評吸質量較好，雪茄煙風格彰顯，煙葉香氣透發，煙氣醇和感、飽滿度和干凈度明顯提升，雜氣和刺激性明顯降低，余味舒適，煙氣平衡感較好，各評吸指標均優于未發酵煙葉。相關分析結果表明，發酵過程中雪茄煙葉顏色參數與主要含氮化合物、評吸質量的相關性達顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）水平?；貧w分析結果表明，總氮、蛋白質、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b對發酵過程中雪茄煙葉顏色變化有直接影響，評吸質量與顏色參數關系密切。【結論】發酵過程中顏色參數與主要含氮化合物及評吸質量關系密切，通過建立發酵過程中評吸質量變化模型來提高雪茄煙葉發酵過程中的可控性，獲得評吸質量較好的雪茄煙葉。

關鍵詞： 雪茄煙葉;顏色參數;含氮化合物;評吸質量

中圖分類號： S572? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2022）02-0497-08

The relationship between the color change of cigar tobacco leaf and the main nitrogen compounds and smoking quality

during fermentation

LIU Lu-lu GUO Wen-long HU Xi DING Song-shuang XIANG Huan YE Xiao-xin HUANG Ming-yue CHAI Zhi-shun SHI Xiang-dong

（1Sichuan China Tobacco Industry Co.， Ltd. Great Wall Cigar Factory， Deyang， Sichuan? 618400， China; 2Tobacco College， Henan Agricultural University， Zhengzhou? 450002， China; 3Sichuan Tobacco Company

Deyang City Branch， Deyang， Sichuan? 618400， China）

Abstract：【Objective】To analyze the relationship between the color change and the main nitrogen compounds（total nitrogen，nicotine，protein，amino acid，nitrate，nitrite，chlorophyll a，chlorophyll b） and the quality of smoking during the fermentation process of cigar tobacco leaves，so as to provide a reference for the improvement of the fermentation quality of cigar tobacco leaves. 【Method】Using the upper leaves of Dexue No.1 as the test material，the artificial stacking me-thod was used for fermentation，and the changes in the color，main nitrogen compounds and the quality of smoking cigar tobacco leaves during the fermentation process were measured，and the relationship between these parameters was investi-gated to establish a dynamic predictive equation. 【Result】The contents of total nitrogen，nicotine，protein，amino acid，chlorophyll a，chlorophyll b and color parameters L*，a*，b*，and C values all showed a slow decreasing trend during the fermentation of cigar tobacco leaves. The degradation rate of nitrogen compounds was rapid and there was no significant difference between 25th and 30th days of fermentation（P>0.05）. After 30 days of fermentation，the contents of total nitrogen，protein，nicotine，amino acid，chlorophyll a and chlorophyll b were degraded by 18.8%，23.5%，42.5%，31.8%，42.2% and 41.4%，with L*，a*，b* and C values of 30.245，8.305，14.350 and 16.580，respectively. The contents of nitrate，nitrite and H0 showed a trend of first increasing and then decreasing，while the △E value showed a slow increasing trend. At 30th d of fermentation，the nitrate content，nitrite content，H0 and △E values were 5.78 mg/g，21.11 μg/g，30.060 and 62.303，respectively. All evaluation indicators of fermented tobacco were better relative to unfermented tobacco leaves. However，when fermented for 25 days，the quality of the tobacco leaves was better than at 30 days; the cigar style was prominent，the aroma of the tobacco leaves was clear，the mellowness，fullness and cleanliness of the smoke were significantly improved，the miscellaneous gas and irritation were significantly reduced，the aftertaste was comfortable and the smoke balance was better. The results of correlation analysis showed that the correlations between the color parameters of cigar tobacco leaves and the main nitrogen compounds and the quality of smoking during the fermentation process were significant（P<0.05） or extremely significant（P<0.01）. The results of regression analysis showed that the contents of total nitrogen，protein，amino acid，chlorophyll a and chlorophyll b had a direct impact on the color changes of cigar tobacco leaves during the fermentation process and the evaluation of smoking quality was closely related to the color parameters. 【Conclusion】The co-lor parameters in the fermentation process are closely related to the main nitrogen compounds and the quality of smoking. By establishing a model of the quality of smoking during the fermentation process，the controllability of the fermentation process of cigar tobacco leaves is improved and cigar leaves with better quality of smoking are obtained.

Key words： cigar leave; color parameter; nitrogen compound; smoking quality

Foundation items： National Natural Science Foundation of China（31700270）; Sichuan China Tobacco Industry Co.，Ltd. Major Project（ctx201902）

0 引言

【研究意義】煙葉顏色是煙草內在品質的外在表現（鄧小華等，2011），也是煙草質量評價的重要指標之一，煙草栽培技術（時向東等，2005）、調制技術（鄧弋戈等，2021）和發酵技術（張倩穎等，2020）對煙葉顏色有很大影響。當前依靠感官評吸對煙葉發酵程度判斷已無法滿足企業生產需求，因此，實現雪茄煙葉發酵品質快速、準確地判斷，將推動雪茄產業快速發展?！厩叭搜芯窟M展】煙草中不同的含氮化合物對煙葉感官質量評價指標有著不同程度的影響。煙葉中含氮化合物含量對感官質量有明顯影響（沈晗等，2017），煙葉蛋白質可增加煙氣的勁頭和苦味，蛋白質含量過高會產生燒焦羽毛味，影響抽吸品質（王瑞新，2003）。煙堿對抽吸時的生理強度影響較大，煙堿含量過高會增加煙氣的刺激性（任夢娟，2020）。氨基酸是煙葉香氣的重要前體物質，在一定范圍內適當提高氨基酸含量有助于增加香氣，同時氨基酸也是非酶棕色化反映的前體物質（史宏志，2011）。硝酸鹽和亞硝酸鹽對煙葉香味也有一定的影響，對煙葉安全和人類健康有不利影響（馮雨晴等，2019）。色度學的不斷發展，促進了我國煙草行業對煙葉色度方面的研究，張長云等（2007）研究表明，烤煙的總氮、煙堿和蛋白質等化學成分指標與顏色參數相關性較強，說明顏色參數與煙葉內在化學成分密切相關。宋朝鵬（2010）探究烤煙煙葉成熟和烘烤過程中顏色變化與色素的關系，發現成熟煙葉葉綠素a、葉綠素b與顏色參數相關性明顯?；糸_玲等（2011）研究表明，烘烤過程中煙葉顏色參數值的變化與質體色素含量存在明顯的相關性，可通過顏色參數的變化快速判斷煙葉成熟度。王濤等（2012）研究密集烘烤過程中烤煙顏色參數、形態特征變化與其主要化學成分的關系，發現烤煙顏色參數與其形態和化學成分各指標的回歸方程擬合度較好，烘烤過程中煙葉顏色參數的變化可定量預測形態和主要化學成分的變化。李生棟等（2017）研究發現，煙葉外觀顏色參數與含氮化合物存在相關性，且不同種類含氮化合物對煙葉顏色變化的影響程度不同，可根據煙葉顏色參數變化精準預測煙葉內在含氮化合物含量的變化。【本研究切入點】目前，已有研究人員對雪茄煙葉調制過程中顏色參數的變化及機理進行了研究（盧紹浩等，2019;范寧波等，2020;趙松超等，2020），而雪茄煙葉發酵過程中顏色參數變化與煙葉發酵質量的關系研究較少?！緮M解決的關鍵問題】探究雪茄煙葉發酵過程中顏色參數與主要含氮化合物及評吸質量的關系，旨在為快速判斷煙葉發酵程度提供監測依據，也為今后雪茄煙葉定向發酵提供科學參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗環境及試驗材料

試驗于2020年7—8月在四川德陽煙葉中心進行，試驗環境溫度控制在（30±3）℃，濕度（72±3）%，以德雪1號上部二級未發酵的雪茄煙葉為試驗材料。

1. 2 試驗設計

試驗采用堆積發酵法，發酵時煙葉回潮含水率為（29±1）%，煙堆長、寬、高分別為3.75、2.0和1.3 m。翻堆溫度為50 ℃，煙葉按照上層翻到下層、外層翻到內層的原則進行翻堆（郭文龍等，2021）。發酵持續30 d，進行4次翻堆，從堆垛開始每隔5 d取一次樣，每次取樣2 kg，直至發酵結束。煙葉樣品按照半葉法取樣，其中一半樣品在40 ℃干燥箱中烘干，粉碎后過60目篩，用于顏色參數和主要含氮化合物測定，另一半樣品用于卷制評吸。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 顏色參數測定 測定前對色差儀進行校對（Long et al.，2017），取15 g樣品煙末于壓樣器中壓平（高輝等，2020），對L*（亮度值）、a*（紅度值）和b*（黃度值）進行測定。測定完成后煙末打散重新壓制測定，每個樣品3次重復。按照公式計算C（飽和度）、H0（色相角）和△E（總色差值）（賀帆等，2014）。在一定程度上，△E值越大則所測樣品顏色越深。

1. 3. 2 含氮化合物測定 采用煙草行業標準YC/T 161—2002測定總氮含量，YC/T 246—2008測定煙堿含量，YC/T 166—2003測定蛋白質含量，YC/T 282—2009測定氨基酸含量，YC/T 296—2009測定硝酸鹽含量，葉綠素a和葉綠素b采用分光光度法測定（鄒琦，2010）。

1. 3. 3 評吸質量評價 將煙葉樣品卷制成4.33英寸長、35環徑的雪茄煙支，并將煙支置于18 ℃、相對濕度70%的Binder恒溫恒濕箱中養護。樣品由四川中煙工業有限責任公司長城雪茄煙廠評吸專家完成，對煙葉香氣特征、口感特性和燃燒特性等10個指標進行評價，評吸質量評價標準如表1所示。

1. 4 統計分析

利用SPSS 21.0和DPS 7.05對試驗數據進行統計分析，并以Excel 2016制圖。

2 結果與分析

2. 1 雪茄煙葉發酵過程中顏色參數的變化

雪茄煙葉發酵過程中顏色參數的變化趨勢如表2所示，發酵前后顏色參數差異性顯著（P<0.05，下同）。發酵過程中顏色參數H0值呈先上升后下降的變化趨勢，△E值呈持續上升趨勢，其余顏色參數值則呈持續降低趨勢。發酵前期（0～10 d）顏色參數變化幅度相對較大，此時煙葉顏色為淺褐色;發酵中期（10～20 d）顏色參數變化幅度逐漸降低，煙葉顏色以褐色為主;發酵后期（25～30 d）顏色參數變化幅度最小，此時煙葉為深褐色。表明在一定時期內隨發酵時間延長，雪茄煙葉顏色越來越深。

2. 2 雪茄煙葉發酵過程中含氮化合物的變化

2. 2. 1 總氮、煙堿、蛋白質和氨基酸含量的變化

由圖1可知，4種含氮化合物含量在發酵過程中均隨發酵時間推進呈逐漸下降的變化趨勢，發酵前期（0～10 d）下降幅度較大，發酵后期（25～30 d）下降幅度較小。發酵前，總氮、蛋白質、煙堿和氨基酸含量分別為4.95、11.25、1.79和11.63 mg/g，發酵第30 d時，4種化學成分含量分別為4.02、8.61、1.03和7.93 mg/g，分別顯著下降18.8%、23.5%、42.5%和31.8%。

2. 2. 2 硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的變化 由圖2可看出，雪茄煙葉發酵過程中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量變化差異顯著，均呈先升高后降低的變化趨勢。發酵0～15 d硝酸鹽和亞硝酸鹽含量呈逐漸上升趨勢，2種化學成分發酵至第15 d含量達最大值，分別為9.49 mg/g和27.74 μg/g;發酵15～30 d硝酸鹽和亞硝酸鹽含量呈逐漸下降趨勢，其中發酵15～20 d下降最快，發酵30 d時硝酸鹽和亞硝酸鹽含量分別為5.78 mg/g和21.11 μg/g，顯著低于未發酵的雪茄煙葉。

2. 2. 3 葉綠素a和葉綠素b含量的變化 由圖3可知，雪茄煙葉發酵過程中葉綠素a和葉綠素b含量均呈逐漸降低趨勢，其中在發酵0～10 d下降較快，發酵25～30 d變化較緩慢且差異不顯著。發酵第30 d時，葉綠素a和葉綠素b含量均顯著低于未發酵的雪茄煙葉，整個發酵過程中葉綠素a含量降低42.2%，葉綠素b含量降低41.4%。

2. 3 雪茄煙葉發酵過程中評吸質量的變化

由表3可知，未發酵的雪茄煙葉評吸時香氣不透發，煙氣不醇厚，香氣質稍差，香氣量不足，煙氣勁頭、濃度適中，有殘留余味不舒適，雜氣和刺激性稍大，吃味稍差。發酵過程中煙葉香氣的醇香感、煙氣的醇和感和余味的醇凈感均有不同幅度提升。發酵25 d左右，雪茄煙風格彰顯，煙葉香氣透發，煙氣醇厚，雜氣和刺激性較小，余味舒適，煙氣平衡感較好。

2. 4 雪茄煙葉發酵過程中顏色變化與含氮化合物的關系

由表4可知，發酵過程中雪茄煙葉含氮化合物與顏色的關系較密切。顏色參數L^*、a^*、b^*和C值分別與總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b之間呈極顯著正相關（P<0.01，下同），H⁰和△E值與總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b之間呈極顯著負相關。

在相關分析的基礎上，選用顏色參數L^*、a^*、b^*和△E值為因變量，總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b為自變量進行回歸分析，并篩選出相對應的回歸方程：Y_L*=19.889-2.489X_總氮-0.164X_蛋白質+ 1.957X_氨基酸-0.074X_葉綠素a+0.108X_葉綠素b（R²=0.968）;Y_a*=8.917-0.437X_總氮-1.144X_蛋白質+0.429X_氨基酸-0.033X_葉綠素a+0.084X_葉綠素b（R²=0.970）;Y_b*=7.997-2.064X_總氮-1.733X_蛋白質+2.800X_氨基酸-0.030X_葉綠素a+0.080X_葉綠素b（R²=0.992）;Y_△E=68.590+1.407X_總氮+0.106X_蛋白質-1.037X_氨基酸+0.085X_葉綠素a-0.106X_葉綠素b（R²=0.973）。

由上述分析可知，總氮、蛋白質和葉綠素a對L*、a*和b*值有較強的直接負向影響，氨基酸和葉綠素b對L*、a*和b*值有直接正向影響;總氮、蛋白質和葉綠素a對△E值有直接正向影響，氨基酸和葉綠素b對△E值有負向影響。方差分析結果表明，總氮、蛋白質、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b對雪茄煙葉顏色影響較大。

2. 5 雪茄煙葉發酵過程中顏色參數與評吸質量的關系

雪茄煙葉發酵過程中顏色參數與評吸質量的關系如表5所示，H⁰、△E值與10個評吸指標間呈顯著或極顯著正相關，而其余顏色參數與10個評吸指標均呈極顯著負相關。根據蔡憲杰等（2020）研究中的賦值法，德陽雪茄煙葉發酵過程中顏色參數a*、b*和C值在一定范圍內越小，△E值越大，表明煙葉的香氣特性、口感特性、煙氣特性及燃燒特性越好，雪茄煙葉品質得到有效提升。

以雪茄煙葉發酵過程中6個顏色參數值為自變量，10個評吸指標為因變量進行回歸分析，篩選出以下方程：

Y_香氣質=2.524+0.086X_L*-0.470X_a*+0.105X_H0+0.029X_△E（R²=0.903）

Y_濃度=47.658-0.465X_L*+0.095X_a*+0.154X_H0-?0.525X_△E（R²=0.977）

Y_刺激性=-60.839-0.033X_L*+0.997X_a*-0.110X_H0+1.001X_△E（R²=0.956）

Y_吃味=-65.073+0.341X_L*+0.170X_a*+0.948X_△E（R2=0.951）

上述分析表明，顏色參數L*、a*和△E值對香氣質、濃度、刺激性和吃味影響較大，H0值對香氣質、濃度和刺激性影響較大。根據L*、a*、H0和△E賦值方法，可知L*值對香氣質和吃味有正向影響，對濃度和刺激性有負向影響;a*值對香氣質有負向影響，對濃度、刺激性和吃味有正向影響;H0值對香氣質和濃度有正向影響，對刺激性有負向影響;△E值對煙氣濃度具有負向影響，對煙葉的香氣質、刺激性和吃味有正向的積極影響。

3 討論

煙葉化學成分的降解和轉化是顏色變化的主要原因，說明發酵過程中煙葉顏色參數變化與內在化學成分的變化息息相關（王瑞新，2003）。本研究結果表明，總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b含量隨發酵時間的延長而降低，且均在發酵前期下降幅度較大，可能是發酵前期溫度較高，煙葉內含物質劇烈反應，且翻堆過程中增加了煙葉與氧分子的接觸，促進含氮化合物的降低和轉化。硝酸鹽和亞硝酸鹽含量在發酵過程中先升后降，可能是由于一部分揮發性的含氮化合物分解產生氨氣，氨氣散失到空氣中從而使硝酸鹽和亞硝酸鹽含量相對增加，后期的下降可能是由于硝酸鹽和亞硝酸鹽產生的NOx與生物堿發生亞硝化反應（王瑞云等，2014）。

本研究中，發酵過程中顏色參數L*、a*、b*、C值與總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a、葉綠素b含量的變化趨勢相似。相關分析結果表明，L*、a*、b*、C值與總氮、蛋白質、煙堿、氨基酸、葉綠素a和葉綠素b含量含量呈極顯著正相關，說明發酵過程中煙葉顏色的變化與主要含氮類化合物蛋白質、氨基酸、葉綠素a、葉綠素b含量密切相關，與賀帆等（2014）研究在烘烤過程中煙葉顏色變化與主要化學成分關系的結果一致。發酵前期顏色參數變化幅度相對較大，一部分原因是發酵前期葉綠素a和葉綠素b含量相對較高，質體色素降解和轉化使煙葉顏色參數變化較大，另一部分原因是氨基酸與糖類發生美拉德反應（王榮浩等，2019），生成類黑素，使煙葉顏色參數變化幅度較大。

雪茄煙葉發酵過程中除H0和△E值外，其余顏色參數與10個評吸指標均呈極顯著負相關，回歸分析結果表明雪茄煙葉顏色參數指標與評質量關系密切。發酵25 d左右雪茄煙葉顏色為深褐色，煙葉評吸質量最好，此時顏色參數L*、a*、b*和C值分別為30.566、8.469、14.530和16.818，H0值為30.235、△E值為62.053。盡管發酵是影響雪茄煙葉的重要因素，但影響雪茄煙葉質量的因素較多，可通過合理控制栽培密度、單株留葉數和施肥量提高煙葉采收成熟度，在雪茄煙葉發酵或醇化過程中添加一些酶和微生物，能有效調控煙葉醇化和發酵時間，提高煙葉質量和安全性（李秀妮等，2019）。

4 結論

發酵過程中顏色參數與主要含氮化合物及評吸質量關系密切，通過建立發酵過程中評吸質量變化模型來提高雪茄煙葉發酵過程中的可控性，獲得評吸質量較好的雪茄煙葉。以發酵25 d左右雪茄煙葉評吸質量最好，煙葉香氣透發，煙氣醇厚，可燃吸指標平衡感較好，此時雪茄煙葉顏色為深褐色。

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（責任編輯 羅 麗）