不同葉片結構烤煙化學成分的差異

季舜華，蘇明亮，張 燁，范堅強，陳義強，崔振偉，方 璟，王超超，詹仁鋒，陳善義

福建中煙工業有限責任公司技術中心，福建省廈門市集美區濱水路298號 361021

煙葉的外觀質量與內在品質關系密切，根據外觀性狀可判斷煙葉的內在質量，這是現行《烤煙》國標制定分級標準的理論依據［1］。葉片結構指煙葉細胞排列的疏密程度，與煙葉的成熟度密切相關，是反映和衡量煙葉外觀質量的重要因素，在煙葉分級因素重要性排名中位列第二［2］。有關煙葉葉片結構的研究，宏觀方面目前主要集中在葉片結構與常規化學成分［3-8］、感官質量［3，5-8］、物理特性［9］和力學特性［10］的關系，以及烤煙品種間葉片結構差異［9］等方面；微觀方面則主要集中在不同光照強度［11］和肥料配比［12］對葉片組織結構的影響，以及基于表面微觀結構特征指標的烤煙外觀品質預測模型的建立［13］等方面。煙葉化學成分的質量分數及比例直接影響著煙葉的感官質量，是決定煙葉風格特征和品質的物質基礎［14］。煙葉中的化學成分種類眾多，但對于煙葉質量的評價，主要關注的是常規化學成分、多酚、有機酸及氨基酸。常規化學成分對煙葉內在質量有重要影響，其中，糖組分與感官評吸質量正相關，而含氮組分、堿性組分則與感官評吸質量負相關，二級指標糖堿比、氮堿比是衡量吸味協調性的指標，氯和鉀的質量分數與煙葉的燃燒性直接相關［15-16］。多酚類物質影響著煙葉的外觀質量、煙氣質量和生理強度［17］。烤煙的多酚類物質包括單寧類（綠原酸及其異構體）、香豆素類（莨菪亭、莨菪靈、七葉亭）及黃酮類（蕓香苷）等。有機酸可直接影響煙氣的酸堿性質，在煙草燃燒時使吸味醇和，一些有機酸可作為煙草加工過程中的添加劑［18］。氨基酸是煙草中的一類重要化合物，是形成煙葉香氣物質的前體，其對煙葉品質的影響存在兩面性：一方面經燃燒可產生氨等具有刺激性的化合物，影響煙氣品質；另一方面產生的非酶促棕色化反應產物（吡咯、吡嗪和呋喃類化合物）可賦予煙葉特有的香氣［19］。

有關烤煙葉片結構與化學成分的簡單相關或典型相關分析已有報道［20-22］，但對于葉片結構由緊密到疏松的變化過程中，其化學成分的具體變化規律，以及不同葉片結構煙葉化學成分的質量分數差異研究較少，尤其是有機酸和氨基酸。僅有馬彩娟等［23］分析了上部煙葉片結構對化學成分的影響，以及曹建敏等［24］研究了不同等級烤煙多酚的質量分數差異。為此，本研究中以云煙85烤煙為材料，分析不同葉片結構煙葉的常規化學成分、多酚物質、有機酸和氨基酸質量分數以及感官質量的差異，旨在為豐富和完善烤煙質量評價體系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

于2020年在云南省保山市隆陽區辛街鄉進行試驗，試驗地海拔1 818 m，地勢平坦，排灌方便，面積為667 m2，前茬作物為油菜。

1.2 試驗田生產技術

烤煙品種為云煙85，播種時間為2月3日，采用漂浮育苗法育苗，于5月10日進行移栽，行距120 cm，株距50 cm，種植密度為1 100株/667 m2。N∶P2O5∶K2O為8∶16∶26（質量分數比，下同）的烤煙專用復合肥的施用量為52 kg/667 m2、N∶K2O為16∶30的氮鉀肥為18 kg/667 m2、精制商品有機肥為80 kg/667 m2，其他田間栽培措施按當地最優措施進行。

煙株打頂留葉后，有效葉數為18～22片。下部葉采收標準：葉色由綠色轉變為綠黃色6～6.5成，主脈變白，支脈淡綠，葉尖稍下垂，茸毛部分脫落；中部葉采收標準：葉面淺黃，落黃7.5～8成，茸毛基本脫落，主脈變白發亮，支脈綠白，莖葉角度增大；上部葉采收標準：葉面起皺，呈現8.5～9成黃的淡黃色，黃白色成熟斑明顯，主脈全白發亮，支脈全部淺白，茸毛大部脫落，莖葉角度較大。要求不采青、不過熟，確保所采煙葉成熟度基本整齊一致。下二棚葉采收10 d左右后再采第二爐，上部葉4～6片充分成熟集中一次采收。煙葉的烘烤采用“三段式”烘烤工藝［25］，按當地最優技術措施進行。

1.3 樣品制作

由福建中煙工業有限責任公司通過國家煙草專賣局職業技能鑒定指導中心鑒定的3名煙葉評級高級技師、6名煙葉評級技師組成9人的評價小組，依照GB 2635—1992［26］的標準將樣品分成緊密、稍密、尚疏松、疏松4個檔次，每個質量檔次的樣品2 kg。

1.4 常規化學成分、多酚、有機酸及氨基酸的質量分數測定

數據采集方法：取適量煙末放入樣品杯，用銅質壓樣器壓實樣品。對樣品進行近紅外（Near infrared，NIR）光譜采集，分辨率為8 cm-1，波長采集范圍為4 000～10 000 cm-1，掃描次數為68次。掃描樣品2次，取平均值作為光譜數據。接入行業“煙草近紅外分析系統平臺”［27-28］，樣品子機的近紅外光譜，先經過SST算法變換為主機光譜，再調用該平臺中煙草化學成分的PLS定量模型，預測得到樣品常規化學成分、多酚、有機酸和氨基酸的質量分數。

1.5 感官質量評價

感官評吸指標包括香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性和灰色。由7名具有省級以上感官評吸資質的人員組成評吸小組，依據YC/T 138—1998［29］中的方法進行感官評吸。

1.6 數據處理

采用SPSS18.0統計軟件單因素方差分析模塊的新復極差法進行組間均值的多重比較，差異顯著水平設置為P＜0.05。

2 結果與討論

2.1 不同葉片結構烤煙常規化學成分的質量分數

由表1可知，隨葉片結構檔次由緊密到疏松，總植物堿、總氮的質量分數總體上呈降低趨勢，其中，在尚疏松到疏松的變化過程中顯著降低；還原糖、總糖的質量分數及總糖/總植物堿比值總體上呈升高的趨勢，其中，在尚疏松到疏松的變化過程中顯著升高；總氮/總植物堿比值總體上呈現升高的趨勢，其中，結構疏松的煙葉與結構緊密的煙葉差異達到顯著水平；鉀、氯的質量分數及還原糖/總糖比值的差異不大。優質煙葉的常規化學成分一般要求為煙堿質量分數2.5%左右、總氮質量分數1.5%～2.5%、還原糖質量分數18%～24%、總糖/總植物堿比值10～15、總氮/總植物堿比值1左右［30-32］。由表1可知，結構疏松的煙葉總植物堿、總氮的質量分數以及總糖/總植物堿比值、總氮/總植物堿比值相較于結構緊密、稍密、尚疏松的煙葉，更接近優質煙葉的要求。可見，隨葉片結構由緊密到疏松，煙葉主要化學成分的質量分數趨于更適宜，協調性得到提高；但另一方面，總氮質量分數的降低及總氮/總植物堿比值的升高，可能會導致煙葉吃味變得平淡，而還原糖質量分數的升高可能會產生酸的吃味［30］。上述化學成分的變化規律與馬彩娟等［23］的研究結果基本一致。

表1 不同葉片結構煙葉常規化學成分的質量分數①Tab.1 Mass fractions of conventional chemical compositions in tobacco leaves of different leaf structures

2.2 葉片結構對多酚物質質量分數的影響

由表2可知，隨葉片結構由緊密到疏松，綠原酸的質量分數在緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；蕓香苷的質量分數、多酚總量呈先升高后降低的變化趨勢，其差異在結構緊密、稍密、疏松三者中的任二者之間達到顯著水平；新綠原酸、隱綠原酸和莨菪亭的質量分數則無顯著變化。

姜慧娟等［22］對河南烤煙多酚類物質的質量分數與外觀質量進行了相關分析，發現葉片結構越緊密，其綠原酸和蕓香苷的質量分數越高；曹建敏等［24］在對山東烤煙的研究中，發現在葉片結構由緊密到疏松的變化過程中，綠原酸、蕓香苷的質量分數及多酚總量總體上呈下降的趨勢。本研究的結果與上述研究不同，可能是煙葉樣品來自不同產區的緣故。

表2 不同葉片結構煙葉多酚物質的質量分數Tab.2 Mass fractions of polyphenols in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.3 葉片結構對有機酸質量分數的影響

由表3可知，隨葉片結構由緊密到疏松，丙二酸、十四酸、亞油酸、二十酸的質量分數在結構緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；乙酰丙酸的質量分數在結構緊密、稍密、尚疏松的煙葉中差異不顯著，但在尚疏松至疏松的變化過程中顯著升高；丁二酸的質量分數總體上呈現上升的趨勢；十六酸的質量分數方面，結構稍密和尚疏松的煙葉顯著高于結構緊密的煙葉，但與結構疏松的煙葉差異不顯著；蘋果酸、檸檬酸、油酸+亞麻酸、十八酸的質量分數及有機酸總量無顯著變化。

姚健等［20］對煙葉質量性狀間的相關性研究發現，葉片結構與有機酸總量間極顯著正相關，但該研究并未明確具體的各類有機酸質量分數與葉片結構的相關關系。本研究中發現不同葉片結構的煙葉之間有機酸總量差異不顯著，這與姚健等［20］的研究結果不同，可能的原因是煙葉樣品來自不同的產區。

煙葉中丙二酸的質量分數與卷煙的香韻得分負相關［33］；十四酸（即肉豆蔻酸）的質量分數與煙氣特征負相關［34］；亞油酸的質量分數增大會增加煙葉刺激性并產生澀味［35］；二十酸的質量分數與煙氣香氣質、余味、雜氣、干燥感和細膩度負相關［36］；乙酰丙酸的質量分數與煙氣口腔殘留和干燥感正相關［34］；丁二酸的質量分數與煙氣香氣量正相關［33］；十六酸能使煙葉甜醇、柔和、舒適［35］。可見，結構疏松的煙葉中，一些與感官品質負相關的有機酸的質量分數較低，而與感官品質正相關的有機酸的質量分數則較高。這也驗證了結構疏松煙葉的內在質量較高的結論。

表3 不同葉片結構煙葉有機酸的質量分數Tab.3 Mass fractions of organic acids in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.4 葉片結構對氨基酸質量分數的影響

由表4可知，隨葉片結構由緊密到疏松，脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丙氨酸、絲氨酸、谷氨酸、4-氨基丁酸、色氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、賴氨酸、甘氨酸和亮氨酸的質量分數以及氨基酸總量逐漸下降；天冬氨酸的質量分數在結構為尚疏松的煙葉中最低；纈氨酸、異亮氨酸和蛋氨酸的質量分數則無顯著變化。

表4 不同葉片結構煙葉氨基酸的質量分數Tab.4 Mass fractions of amino acids in tobacco leaves of different leaf structures （μg·g-1）

表4 （續）

董洪旭［21］在對游離氨基酸與煙葉外觀品質關系的研究中發現，福建煙葉各類氨基酸的質量分數、氨基酸總量與葉片結構的評價得分皆呈負相關關系，且除脯氨酸、含硫氨基酸（胱氨酸）之外，酸性氨基酸、堿性氨基酸、芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸的質量分數、氨基酸總量與葉片結構評價得分的負相關關系達到顯著水平。徐磊等［37］對烤煙游離氨基酸組分與外觀品質的相關分析表明，游離氨基酸總量、游離氨基酸組分的絕大多數指標與葉片結構的評價得分顯著負相關。本研究中發現，絕大多數氨基酸（17/21）的質量分數及氨基酸總量隨葉片結構由緊密至疏松呈逐漸下降的趨勢，與董洪旭［21］及徐磊等［37］的研究結果基本一致。

2.5 葉片結構對感官質量的影響

由表5可知，隨葉片結構由緊密至疏松，感官質量指標中的香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性和灰色得分及總得分呈逐漸升高的趨勢。其中，香氣質、余味得分在結構緊密與其他結構的煙葉中差異顯著；香氣量、雜氣得分在結構緊密和疏松的煙葉中差異顯著；刺激性得分在葉片結構為緊密、稍密、疏松三者中任二者之間差異顯著；燃燒性得分在結構緊密、稍密與尚疏松、疏松的煙葉間差異顯著；灰色得分在葉片結構為緊密、尚疏松、疏松的檔次中任二者之間差異顯著；感官質量總得分則為結構尚疏松和疏松的煙葉顯著高于結構緊密的煙葉。總體而言，隨葉片結構由緊密至疏松，感官質量趨于變好。

馬彩娟等［23］在上部煙葉片結構對煙葉品質和可用性影響的研究中發現，隨葉片結構由緊密至疏松，評吸質量總體評價由中偏下至較好，工業可用性逐步提高。張小利等［1］在對河南煙葉的外觀性狀和內在品質的關系研究中發現，葉片結構與香氣質、香氣量、雜氣、余味、刺激性及定性綜合評價得分的相關關系顯著，且葉片結構越疏松，上述感官質量指標得分越高，這與本研究的結果相符。

表5 不同葉片結構煙葉感官評吸指標得分①Tab.5 Sensory evaluation scores for tobacco leaves of different leaf structures

3 結論

隨葉片結構由緊密至疏松：①總植物堿、總氮的質量分數總體上呈現降低的趨勢，還原糖、總糖的質量分數及總糖/總植物堿比值、總氮/總植物堿比值總體上呈現升高的趨勢；②綠原酸的質量分數在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；蕓香苷的質量分數、多酚總量呈現先升高后降低的趨勢；③丙二酸、十四酸、亞油酸、二十酸的質量分數在尚疏松至疏松的變化過程中顯著降低；乙酰丙酸的質量分數在尚疏松至疏松的變化過程中顯著升高；丁二酸的質量分數總體上呈現上升的趨勢；十六酸的質量分數在緊密至稍密的變化過程中顯著升高；④21種氨基酸中，絕大多數氨基酸（17種）的質量分數及氨基酸總量呈逐漸降低趨勢；⑤煙氣香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性和灰色指標的得分及總得分呈逐漸升高的趨勢。可見，葉片結構對烤煙常規化學成分、多酚、有機酸及氨基酸的質量分數有重要影響，這些化學成分質量分數的變化，最終表現為煙葉總體感官品質趨于變好。