潤葉參數對煙葉香味物質的影響

李京鑫 何 力 孫 覓 鄒恩凱 李春光 占小林 陳 棟 羅海濤 景延秋 任周營

(1. 河南農業大學，河南 鄭州 450046；2. 江西中煙責任有限公司，江西 南昌 330096；3. 河南中煙責任有限公司，河南 鄭州 450000)

為了使煙葉充分吸水，打葉復烤中的潤葉工序一般采取高溫高濕的加工方法[1]，該加工環境會導致煙草中的香味物質散失[2]，而煙草的香味物質種類及含量是評價煙草質量的一個重要因素[3]。近年來關于復烤潤葉相關研究報道不少，但是大多都是關于潤葉設備或潤葉方式的研究，有關通過調整潤葉參數來探究復烤潤葉對香味物質的影響研究較少。李曼[4]采用分布式計算機控制技術，解決了由手動操作和開關控制導致煙草水分不穩定的問題。龍明海等[5]研究發現潤葉工序對煙葉常規化學成分影響不大，汽水混合潤葉比蒸汽潤葉更有利于煙葉致香物質的保留。王發勇等[6]研究發現潤葉條件的改變對煙葉的感官質量有一定的影響。連長偉等[7]通過研究不同潤葉強度與煙葉色差、感官、煙葉含水率、梗葉分離情況以及能源消耗的關系，對潤葉參數進行了優化，且江西贛州煙葉焦甜香突出[8]，而6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮和茄酮與焦甜香味極顯著正相關；糠醇和新植二烯與焦甜香味顯著正相關[9]；苯甲醛和苯乙醛與焦甜香味極顯著負相關；5-甲基糠醛與焦甜香味顯著負相關[10]。研究擬以6-甲基-5-庚烯-2酮[11]、β-大馬酮[12]、茄酮[13]、苯甲醛[14]、苯乙醛[15]、糠醇、5-甲基糠醛[16]和新植二烯[17]為指標，結合潤葉的熱風溫度、滾筒轉速、加水量、蒸汽閥門開度等關鍵工藝參數進行正交試驗，旨在探索打葉復烤過程中潤葉工序的較佳工藝參數，為其工業加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

供試煙葉：贛州煙區上部煙葉組成的BO1模塊；

滾筒式熱風潤葉機：WF3217型，秦皇島煙草機械有限責任公司；

氣相色譜/質譜聯用儀：6890N/5975N型，美國Agilent公司。

1.2 試驗設計

根據正交試驗設計原理，采用L9(34)正交試驗對打葉復烤的潤葉工藝進行試驗設計[18]。一次潤葉以熱風溫度、滾筒轉速和加水量為自變量，二次潤葉以熱風溫度、滾筒轉速和蒸汽閥門開度為自變量。

1.3 取樣方法

樣品采集時，需在參數調節后等待10 min以確保設備穩定運行，取樣點設定為潤葉機出口，采用定點取樣，且每隔2 min取樣一次，重復取樣3次。

1.4 中性香味物質檢測

1.4.1 樣品處理 煙葉除去主葉脈后于45 ℃下干燥，粉碎過0.250 mm孔徑篩。采用同時蒸餾萃取法提取煙葉中的致香成分，其中1 000 mL容量瓶中加入600 mL水和20 g煙葉樣品，采用電加熱套加熱至沸騰；250 mL容量瓶中加入二氯甲烷萃取液40 mL和1 mL內標(乙酸苯乙酯)，60 ℃水浴，待兩相分離開始計時，同時蒸餾萃取2.5 h；將提取液用適量無水硫酸鈉干燥，采用常壓旋轉蒸發儀濃縮至1 mL，供GC-MS分析。

1.4.2 GC-MS分析條件 毛細管柱DB-5 ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為He；流速恒流0.8 mL/min；進樣口溫度250 ℃；進樣量2 μL；分流比10∶1；檢測器溫度230 ℃；溶劑延遲6 min；掃描離子范圍50～650 amu；初始溫度60 ℃，保持2 min，2 ℃/min升溫至180 ℃，保持2 min，10 ℃/min升溫至280 ℃，保持20 min。

1.5 感官評吸

將待評吸煙葉于(22±1) ℃、相對濕度為(60±2)%下平衡48 h，切絲，將煙絲用卷煙器裝填至煙筒中，每支煙重量控制在0.8～0.9 g；將卷制好的煙支于(22±1) ℃、相對濕度為(60±2)%環境中平衡48 h，采用暗評和綜合排序法組織5位評吸員參照表1進行感官質量評價。

表1 感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria

1.6 數據處理

試驗數據經Excel 2019軟件處理后，用SPSS 25軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 潤葉對煙葉香味物質影響的直觀分析

采用L9(34)正交試驗對打葉復烤的潤葉工藝進行試驗設計。一次潤葉以熱風溫度、滾筒轉速和加水量為自變量，其正交試驗設計及水平見表2；二次潤葉以熱風溫度、滾筒轉速和蒸汽閥門開度為自變量，其正交試驗設計及水平見表3。

表2 一次潤葉試驗正交表Table 2 Orthogonal table of primary leaf wetting test

表3 二次潤葉正交試驗表Table 3 Quadratic moistening orthogonal test table

一次、二次潤葉后香味物質含量結果分別見表4、表5，其直觀分析結果分別見表6、表7。

表4 一次潤葉后香味物質含量的正交試驗結果Table 4 Orthogonal results of aroma substances after once moistening leaves μg/g

表5 二次潤葉后香味物質含量的正交試驗結果Table 5 Orthogonal results of flavor substances after secondary bleaching μg/g

由表6可知，經一次潤葉后煙葉各指標的R值分別為熱風溫度>加水量>滾筒轉速、熱風溫度>加水量>滾筒轉速、熱風溫度>滾筒轉速>加水量、熱風溫度>滾筒轉速>加水量、熱風溫度>加水量>滾筒轉速、熱風溫度>滾筒轉速>加水量、熱風溫度>滾筒轉速>加水量、熱風溫度>加水量>滾筒轉速，表明熱風溫度對煙葉中香味物質含量影響最大。隨著熱風溫度、滾筒轉速及加水量的增加，6-甲基-5-庚烯-2-酮含量呈先升后降趨勢，且CV值均大于5%，說明在一次潤葉時6-甲基-5-庚烯-2-酮含量易受加工條件的影響。隨著熱風溫度和加水量的增加，β-大馬酮含量呈先升后降趨勢，而隨著滾筒轉速的增加則表現為降低趨勢，其CV值為9.03%，說明滾筒轉速對β-大馬酮含量影響較大。隨著熱風溫度和滾筒轉速的增加，茄酮含量呈先升后降趨勢，而隨著加水量的增加則表現為下降趨勢，其CV值均小于5%，說明在一次潤葉時滾筒轉速和加水量對茄酮含量影響較小。隨著熱風溫度和加水量的增加，苯甲醛含量呈先升后降的趨勢，而隨著滾筒轉速的增加呈降低趨勢，其CV值為19.16%，表明在一次潤葉時滾筒轉速對苯甲醛含量影響較大。隨著熱風溫度的增加，苯乙醛和5-甲基糠醛含量呈下降趨勢，而新植二烯和糠醛含量則呈先升后降趨勢；隨著滾筒轉速的增加，糠醇、5-甲基糠醛和新植二烯含量均呈先升后降的趨勢，而苯乙醛含量呈下降趨勢；隨著加水量的增加，苯乙醛、新植二烯、5-甲基糠醛含量呈先升后降的趨勢，而糠醇含量呈上升趨勢。

表6 一次潤葉香味物質試驗結果直觀分析Table 6 Intuitive analysis of test results of perfume substances in primary run leaves

由表7可知，二次潤葉各指標的R值分別為熱風溫度>滾筒轉速>蒸汽閥門開度、滾筒轉速>熱風溫度>蒸汽閥門開度、滾筒轉速>熱風溫度>蒸汽閥門開度、熱風溫度>滾筒轉速=蒸汽閥門開度、熱風溫度>滾筒轉速>蒸汽閥門開度、熱風溫度>蒸汽閥門開度>滾筒轉速、滾筒轉速>蒸汽閥門開度>熱風溫度、滾筒轉速>熱風溫度>蒸汽閥門開度；隨著熱風溫度、滾筒轉速的增加，6-甲基-5-庚烯-2-酮含量呈先降低后升高趨勢，而隨著蒸汽閥門開度的增加則表現為先升后降趨勢，各因素的CV值均大于5%，說明二次潤葉時6-甲基-5-庚烯-2-酮含量易受加工條件的影響。隨著熱風溫度和蒸汽閥門開度的增加，β-大馬酮含量呈先升后降趨勢，而隨著滾筒轉速的增加表現為降低趨勢，其CV值為8.49%，說明蒸汽閥門開度對β-大馬酮含量影響較大。隨著熱風溫度、滾筒轉速和蒸汽閥門開度的增加，茄酮含量呈先降低后升高趨勢，其CV值均大于5%，說明在二次潤葉時熱風溫度和滾筒轉速對茄酮含量影響較大。隨著熱風溫度和滾筒轉速的增加，苯甲醛含量呈先降低后增加趨勢，而隨著蒸汽閥門開度的增加則呈先升后降趨勢，其CV值為19.16%，說明在一次潤葉時滾筒轉速對茄酮含量影響較大。隨著滾筒轉速的增加，5-甲基糠醛和新植二烯含量呈先降低后升高趨勢，而苯乙醛含量呈增加趨勢，糠醇含量呈先升后降趨勢；隨著蒸汽閥門開度的增加，苯乙醛含量呈先降低后增加趨勢，而糠醛含量呈增加趨勢，5-甲基糠醛和新植二烯含量呈降低趨勢；隨著熱風溫度的升高，苯乙醛、糠醇和5-甲基糠醛含量呈上升趨勢，而新植二烯含量則呈下降趨勢。在二次潤葉中熱風溫度和滾筒轉速對香味物質含量影響較大，其CV值均在7.39%～17.23%，蒸汽閥門開度的CV值僅有茄酮和β-大馬酮的小于5%。

表7 二次潤葉香味物質試驗結果直觀分析Table 7 Secondary moisturizing aroma substances test results intuitive analysis

兩次潤葉時，6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-大馬酮含量隨熱風溫度的升高均呈先升后降趨勢，可能是高溫高濕的條件下促進了類胡蘿卜素的降解，但是隨著類胡蘿卜素的降解，其含量降低使降解速率變慢，導致生成速度低于逸散速度，從而呈現先升后降趨勢，與楊濤等[19]的結論一致。劉雨露等[20]研究表明，西柏烷三烯含量在40，60，80 ℃下的降解速率隨溫度的升高呈先升后降趨勢，與試驗中茄酮含量變化基本一致。苯丙氨酸通過苯丙氨酸解氨酶降解為苯甲醛和苯乙醛，苯丙氨酸解氨酶(PAL)的適宜溫度為35～55 ℃，最適反應溫度為45 ℃[21]，而潤葉過程中煙葉表面溫度隨熱風溫度的變化而變化，因此苯甲醛和苯乙醛含量呈先升高后降低趨勢，與高玉珍等[22]研究結果基本一致。糠醇和5-甲基糠醛均是美拉德反應產物[23]，根據白家鋒等[24]的研究結果，美拉德反應在50，60，70 ℃下，其香氣含量呈先升后降趨勢，與試驗結論相一致。葉綠素降解的主要產物是新植二烯，且在烘烤階段葉綠素大部分都已降解[25]，試驗發現在潤葉中新植二烯含量有較大幅度變化，可能是新植二烯除了由葉綠素降解外，還有部分來源于萜類代謝MVA途徑或MEP途徑[26]，因此在潤葉中新植二烯含量增加。

2.2 方差分析

由表8可知，熱風溫度、滾筒轉速和加水量對煙葉中6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、苯甲醛、苯乙醛、5-甲基糠醛和新植二烯含量影響不顯著，但熱風溫度對茄酮和糠醇含量影響顯著。熱風溫度、滾筒轉速和加水量對6-甲基-5-庚烯-2-酮含量的P值分別為0.057，0.358，0.206，表明一次潤葉處理過程中影響6-甲基-5-庚烯-2-酮含量的主次因素依次為熱風溫度、加水量、滾筒轉速。同理，影響β-大馬酮、苯乙醛含量的主次因素依次為熱風溫度、加水量、滾筒轉速，影響茄酮、糠醇、苯甲醛、5-甲基糠醛、新植二烯含量的主次因素依次為熱風溫度、滾筒轉速、加水量，與直觀分析結論基本一致。

表8 一次潤葉試驗方差結果Table 8 Variance results of a leaf wetting test

由表9可知，熱風溫度、滾筒轉速和加水量對煙葉中6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、茄酮、苯甲醛、苯乙醛、糠醇、5-甲基糠醛和新植二烯含量影響均不顯著。熱風溫度、滾筒轉速和加水量對6-甲基-5-庚烯-2-酮含量的P值分別為0.405，0.957，0.439，表明二次潤葉處理過程中影響6-甲基-5-庚烯-2-酮含量的主次因素依次為熱風溫度、蒸汽閥門開度、滾筒轉速。同理，影響苯甲醛含量的主次因素依次為熱風溫度、蒸汽閥門開度、滾筒轉速，影響茄酮、糠醇、苯乙醛、新植二烯含量的主次因素依次為熱風溫度、滾筒轉速、蒸汽閥門開度，影響β-大馬酮含量的主次因素依次為滾筒轉速、熱風溫度、蒸汽閥門開度，影響5-甲基糠醛含量的主次因素依次為滾筒轉速、蒸汽閥門開度、熱風溫度，與直觀分析結論基本一致。

表9 二次潤葉試驗方差結果Table 9 Variance results of secondary leaf wetting test

潤葉工序中，一次潤葉中熱風溫度對茄酮和糠醇含量影響較為顯著，二次潤葉中熱風溫度對苯乙醛含量影響較為顯著。研究發現相對濕度較大的條件下西柏烷類化合物降解和棕色化反應更徹底，產生的香氣物質多[27]，但苯乙醛在相對濕度較低的條件下隨溫度變化更明顯[28]，由于一次潤葉用50 ℃的溫水增濕，二次潤葉用100 ℃的水蒸氣增濕，因此導致了此現象。在潤葉過程中影響香味物質含量的主次因素并不相同，可能是由各種致香物質前體物不同導致的，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-大馬酮均為類胡蘿卜素降解產物[29]、苯甲醛和苯乙醛為苯丙氨酸降解產物[30]、糠醇和5-甲基糠醛為美拉德反應產物[31]、新植二烯其主要是由葉綠素降解產生[32]，茄酮為類西柏烷類降解產物[33]。部分前體物質相同但影響其變化的主次因素也不同，可能是類胡蘿卜素性質不穩定，易發生光分解和酶催化降解[34]。類胡蘿卜素在單線態氧分子攻擊下被分解，經過進一步的分子重排后生成6-甲基-5-庚烯-2-酮等物質，而β-大馬酮則是類胡蘿卜素在不同的位置發生鍵的斷裂時生成[35-36]。苯甲醛為苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶(PLA)反應生成[37]，而苯乙醛則是通過苯丙氨酸在一定條件下脫羧再脫氨生成[38]。美拉德反應產物與反應時間、溫度、pH值等有重要關系，也與參與反應的糖、氨基酸及蛋白質等有很大關系[39]。酸性條件下，美拉德產物主要發生1,2-烯醇化從而形成5-甲基糠醛等[40]，還原糖會脫羥基并環化生成糠醇等[41]。

2.3 關鍵工藝參數優化

以贛州煙葉焦甜香型為基礎，根據各物質與香型的相關性，正相關取最大值，負相關取最小值，并結合綜合平衡法[42]，將各評價指標的最優條件綜合平衡，找出兼顧各評價指標的因素水平為最佳工藝條件[43]。

由表6可知，熱風溫度是一次潤葉中造成6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、茄酮、苯甲醛、苯乙醛、5-甲基糠醛和新植二烯含量變化的主要因素，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、糠醇、茄酮和新植二烯含量均以A2最優，其他物質含量均以A3水平最優，因此，按照多數傾向原則最終選取A2。滾筒轉速是苯甲醛、糠醇、5-甲基糠醛和茄酮含量的較主要影響因素，分別以B2、B2、B3、B2為最優水平，同時滾筒轉速是影響6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、苯乙醛和新植二烯含量的次要因素，說明滾筒轉速的變化對其影響有限，結合其對香味風格的影響，因此最終確定為B2。加水量是影響6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、苯乙醛和新植二烯含量較主要因素，其最優水平均為C2、C2、C1、C2，對于苯甲醛、糠醇、5-甲基糠醛和茄酮含量來說是次要因素，說明加水量對其影響有限，綜合考慮對香味風格的影響，最終選取C2。

由表7可知，熱風溫度是二次潤葉中造成6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛、苯乙醛和糠醇含量變化的主要因素，分別以L1、L2、L1、L3最優，其對β-大馬酮、新植二烯和茄酮含量而言是較主要因素，其最優水平皆為L3，對5-甲基糠醛含量而言是次要因素且以L1最優，按照多數傾向原則最終選取L3。滾筒轉速是β-大馬酮、5-甲基糠醛、新植二烯和茄酮含量的主要因素，分別以M3、M2、M1、M1為最優水平，同時滾筒轉速是影響6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛和苯乙醛含量的較主要因素，對糠醇含量而言是次要因素，分別以M1、M2、M3、M2為最優水平，綜合考慮其對香味風格影響，最終選取M1。蒸汽閥門開度是影響糠醇和5-甲基糠醛含量的較主要因素，皆以N3為最優水平，是6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬酮、苯甲醛、苯乙醛、新植二烯和茄酮含量的次要因素，說明蒸汽閥門開度變化對其影響有限，結合其對香味風格的影響，最終選取N3。

綜上，一次潤葉時的較佳工藝參數為A2B2C2，即熱風溫度135 ℃、滾筒轉速10 r/min、加水量3.5 kg/100 kg；二次潤葉時的較佳工藝參數為L3M1N3，即熱風溫度145 ℃、滾筒轉速9 r/min、蒸汽閥門開度50%；對照試驗中一次潤葉參數設定為熱風溫度125 ℃、滾筒轉速10 r/min、加水量3.5 kg/100 kg；二次潤葉參數設定為熱風溫度135 ℃、滾筒轉速10 r/min、蒸汽閥門開度40%，以此進行潤葉的驗證實驗，其結果分別見表10和表11。

表11 工藝優化驗證樣品感官評價結果Table 11 Process optimization verified the sensory evaluation results of the samples

由表10可知，經潤葉后5-甲基糠醛、5-甲基-5-庚烯-2-酮、苯乙醛、茄酮含量的變化較小，新植二烯、β-大馬酮、苯甲醛和糠醇含量變化較大，且均顯著高于未經過潤葉的試驗1，試驗5的新植二烯、β-大馬酮和糠醇含量顯著高于試驗4。與對照試驗相比，優化試驗的6-甲基-5-庚烯-2-酮、茄酮、苯甲醛、苯乙醛、糠醇、β-大馬酮、5-甲基糠醛和新植二烯含量均在一潤后增加，二潤后除苯乙醛外，其他香味物質含量均略有降低，但總的看來與對照相比其含量略有增加。

表10 工藝優化驗證?Table 10 Process optimization verification μg/g

由表11可知，采用優化后的工藝進行一次潤葉較對照香氣透發性更好、煙氣更加柔和、木質氣減弱、且有焦甜香韻；二次潤葉較對照焦甜香韻更加凸顯且木質氣更弱，說明參數優化后，促進了美拉德反應，有利于香味物質的生成，平衡煙葉常規成分的協調性，從而增加香氣的透發性和焦甜香韻，提升潤葉后煙葉品質。參數優化后，潤葉溫度提高，而美拉德反應的反應溫度越高，反應越劇烈，反應產物含量越高[44]，且其最終階段在溫度較高的條件下有利于一些低分子量的雜環化合物的形成[45]，從而使香味物質含量增加，感官品質提升；由于潤葉工序較高的溫度和水分，淀粉等大分子碳水化合物被降解，從而使總糖含量升高[45]；蛋白質含量在加工過程中幾乎不變，但是由于其他干物質總量減少，致使其在干物質總量中所占比例相對增加[46]，且總糖和還原糖含量的增加或總植物堿和總氮含量的減少，可顯著提高透發性評吸評分[47]，因此增加了煙葉內在品質的協調性和香氣的透發性。參數優化后6-甲基-5-庚烯-2-酮、糠醇、5-甲基糠醛和新植二烯含量均增加，雖然苯甲醛、苯乙醛等負相關的物質含量也有增加，但相較于正相關物質含量增加較少，所以優化后焦甜香韻更加凸顯。

3 結論

試驗表明，煙葉在經過一次潤葉時香味物質含量增加，在二次潤葉時含量開始降低，但最終經過潤葉后煙葉香味物質含量略高于原煙。熱風溫度是影響潤葉香味物質含量的顯著因素，而滾筒轉速對香味物質含量影響不顯著。BO1模塊煙葉在一次潤葉熱風溫度為135 ℃、滾筒轉速為10 r/min、加水量為3.5 kg/100 kg，二次潤葉熱風溫度為145 ℃、滾筒轉速為9 r/min、蒸汽閥門開度50%時，更能凸顯贛州煙葉的香味風格。由于復烤模塊組配各不相同，對于其他品牌或模塊的潤葉較優的工藝參數還有待進一步研究和驗證。