可變頻熱泵密集烤房對煙葉主要化學成分的影響

韋建玉，張紀利，孫成林，黃崇峻，徐韻清，賈海江，戴林建*

(1 廣西中煙工業有限責任公司，廣西 南寧 530000； 2 湖南農業大學農學院，湖南 長沙 410128)

烘烤設備是決定初烤煙葉品質的重要因素，先進的煙葉烘烤設備可以生產出質量更好的煙葉，增產增收[1-3]。我國煙葉原料香氣量不足、香氣質較差等問題突出，制約著我國高檔卷煙制品品質提升[4-6]。目前，關于不同類型烤房對初烤煙葉品質的影響研究已較為全面。研究[7-8]表明，采用生物質燃料密集烤房、熱泵密集烤房等新型密集烤房進行烘烤的煙葉外觀質量、內在化學成分、香氣質量等方面均優于傳統燃煤密集烤房。同時，相關研究[9-10]認為，在密集烤房加裝變頻風機，設置適宜轉速，對于改善上、中、下三部位烤后煙葉品質均有積極影響。李俊鵬等[11]發現，變頻風機的應用使初烤煙葉感官評吸質量和工業使用價值明顯提高。李晗等[12]認為，更換大功率風機或主機可增強熱泵烤房的通風能力和供熱能力，從而提高烤煙質量。但關于可變頻風機對熱泵密集烤房初烤煙葉化學成分的影響鮮有報道。本研究對可變頻熱泵密集烤房、熱泵密集烤房、可變頻燃煤密集烤房與普通燃煤密集烤房4種處理方式下烤后煙葉的石油醚提取物含量、中性致香物質含量、多酚類物質含量等進行比較，以分析可變頻熱泵密集烤房對煙葉化學成分的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2021年在湖南省郴州市桂陽縣歐陽海鎮集群密集烤房進行。供試烤煙品種為云煙87，所用煙葉均為成熟采收且鮮煙素質一致的中部葉。煙葉烘烤工藝均按當地現用三段式烘烤工藝設定。選用4座磚混結構密集烤房進行改造，設置可變頻熱泵密集烤房(T1)、普通熱泵密集烤房(T2)、可變頻燃煤密集烤房(T3) 、普通燃煤密集烤房(CK)4個處理，每處理設3次重復。按照變黃期960 r/min、定色期1 450 r/min、干筋期720 r/min的風機轉速設定對應的變頻器頻率。各處理烤后煙葉嚴格按照GB 2635—1992方法分級選取C2F等級煙葉2 kg用于進行各項指標的測定。

1.2 測定項目及方法

采用GC-MS法測定烤后煙葉中性致香物質含量；采用YCT 176—2003 方法測定烤后煙葉石油醚提取物含量；按照YC/T 159—2002、YC/T 160—2002、YC/T 1592—2002、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2002等標準測定初烤煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯等含量；按照YC/T202—2006測定煙葉樣品多酚類物質含量。由廣西中煙公司組織不同專家對烤后煙葉的感官質量和評吸質量進行評價并打分。參考文獻[13]的賦值方法，利用隸屬函數指數和法計算化學成分綜合得分。

1.3 數據分析

采用Excel 2015軟件進行試驗數據處理，采用SPSS 25.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同烤房對煙葉主要化學成分的影響

表1為不同處理烤后煙葉的主要化學成分含量。T1處理的總糖、煙堿含量顯著高于其他處理，且含量適宜；而氯含量顯著低于其他處理。T2處理的還原糖含量顯著高于其他處理；鉀含量顯著高于T3和CK，但與T1差異不顯著。T3處理各指標優于CK處理。SC值表現為T1>T2>T3>CK，其值越高，則化學成分綜合表現更優。結果顯示，熱泵烤房的兩個處理(T1、T2)烤后煙葉的化學成分相對較好，主要表現為煙葉糖、煙堿含量相對較高，糖堿比與氮堿比較為適宜。

表1 不同處理煙葉主要化學成分含量

2.2 不同處理對煙葉石油醚提取物、多酚類物質含量的影響

各處理初烤煙葉石油醚提取物及多酚類物質含量見表2。石油醚提取物含量表現為T1=T3>T2>CK，T1、T2、T3分別較CK提高9.70%、5.60%、9.70%，且T1和T3的石油醚提取物含量顯著高于對照處理。多酚類物質總量表現為T3>T1>CK>T2，其中T3處理的新綠原酸、隱綠原酸、綠原酸、蕓香苷4類產物含量均顯著高于其他3組處理，T1處理的莨菪亭含量顯著高于其他3組處理。

表2 不同處理煙葉石油醚提取物、多酚類物質含量

2.3 不同處理對煙葉中性致香物質含量的影響

根據煙葉中性致香物質的前體物來源，可將檢測出的中性致香物質成分分為6類。由表3可知，除苯丙氨酸類降解產物外，T1、T2、T3處理煙葉的中性致香物質含量均顯著高于對照(CK)，3個處理的中性致香物質總含量分別較CK高28.16%、33.38%、14.70%。T1處理的Maillard反應產物、苯丙氨酸降解產物含量及西柏烷類降解產物含量高于或顯著高于其他3組處理；類胡蘿卜素降解產物含量、葉綠素降解產物含量以T2處理最高；其他致香物質含量表現為T2>T3>T1>CK。

表3 不同處理煙葉中性致香物質含量

2.3.1 不同處理對煙葉類胡蘿卜素降解產物含量的影響

由表4可知，在檢出的19種類胡蘿卜素降解產物中，T1處理煙葉芳樟醇、3-羥基-β-大馬酮、大馬酮、二氫大馬酮、巨豆三烯酮-3、巨豆三烯酮-4、紫羅蘭酮、3，4-脫氫-β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內酯、香葉基丙酮、螺巖蘭草酮的含量顯著高于其他處理；T2處理煙葉的巨豆三烯酮-1、巨豆三烯酮-2、氧化異佛爾酮、金合歡基丙酮、異佛爾酮含量顯著高于其他處理。與CK處理相比較，T1、T2、T3處理胡蘿卜素降解產物總含量分別提高了29.49%、34.50%、4.03%。

2.3.2 不同處理對煙葉Maillard反應產物含量的影響

由表5可知，在檢出的16種Maillard反應產物中，糠醇和3-甲基-2(5H)-呋喃酮的含量以CK處理最高，5-甲基-2(5H)-呋喃酮含量以T2最高，二氫-2-甲基-3(2H)-呋喃酮、2-吡啶甲醛和2-乙基-3-羥基-4H-吡喃-4-酮的含量以T3處理最高，其余10種產物含量均為T1顯著高于另外3個處理。T1、T2、T3處理煙葉中Maillard反應產物總含量分別較CK高37.39%、17.61%、19.49%。

表4 不同處理煙葉類胡蘿卜素降解產物含量

表5 不同處理煙葉Maillard反應產物含量

2.3.3 不同處理對煙葉苯丙氨酸類降解產物含量的影響

由表6可知，在檢出的8種苯丙氨酸降解產物中，苯乙醇、苯乙醛、3，4-二甲基苯甲醛、4-乙烯基愈創木酚的含量均以T1處理最高，苯甲酸苯甲酯、苯甲醛兩種產物含量以T3含量最高。T1和CK處理煙葉中的苯丙氨酸類降解產物總含量顯著高于T2、T3，且T1較CK高1.41%，但兩者差異不顯著。

表6 不同處理煙葉苯丙氨酸類降解產物含量

2.3.4 不同處理對煙葉西柏烷類降解產物、葉綠素降解產物含量的影響

由表7可知，茄酮含量表現為T1>T2>T3>CK，丁內酯含量表現為T2>T3>CK>T1，T1、T2、T3處理煙葉中的西柏烷類降解產物總含量顯著高于CK，分別較CK高44.55%、42.12%、11.49%。新植二烯含量則表現為T2>T1>CK>T3。

表7 不同處理煙葉西柏烷類、葉綠素降解產物含量

2.4 不同處理對煙葉評吸質量的影響

對各處理C2F烤后煙葉的評吸質量進行比較，結果見表8。高溫熱泵烤房兩個處理(T1、T2)評吸質量均處于較好水平。T1處理的各項指標評分均高于其他處理，其綜合得分為63.33，分別較T2、T3和CK高6.03%、11.89%、9.00%，烤后煙葉具有氣味細膩、醇厚、香氣豐富、雜氣較少、刺激性小等特點。T2處理各項指標評分均高于T3和CK；而T3處理的綜合得分最低，但與CK差異不顯著。

表8 不同處理評吸結果

3 討論

香氣是決定煙葉經濟價值的重要指標，中性致香物質、多酚類物質、石油醚提取物、主要化學成分等相互作用影響煙葉的香氣質量[14]。因此，可變頻熱泵烤房對煙葉化學成分的影響是決定其實際應用價值的重要因素。

主要化學成分和中性致香物質的比例對煙葉香氣質量起重要影響，如煙堿、總氮與香氣量、勁頭相關，新植二烯可提高烤后煙葉的吃味和香氣，類胡蘿卜素熱裂解產物可形成良好香氣。相關研究[15-16]表明，與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房烘烤的煙葉，其主要化學成分比例更為協調。宋朝鵬等[17]認為，烘烤前期穩定的溫濕度條件有利于增加烤后煙葉致香物質含量。本研究與前人研究結果類似。燃煤密集烤房受煤炭燃燒條件制約，溫濕度不穩定，可變頻熱泵密集烤房溫濕度更加協調，有利于大分子物質降解，促進烤后煙葉的主要化學成分及中性致香物質的積累，提高香氣質量。而煙葉主要化學成分含量與中性致香物質含量存在一定聯系。趙銘欽等[18]研究發現，煙堿、總糖和鉀含量對類胡蘿卜素降解產物、棕色化產物類和茄酮有較大的影響，協調好化學成分間的比例，可以提高香氣物質含量。這與本試驗中各處理煙葉化學成分的變化趨勢基本一致。采用可變頻熱泵密集烤房烘烤的煙葉，其主要化學成分比例更加協調，一方面直接影響煙葉香氣質量，另一方面間接影響中性致香物質的生成，從而影響煙葉香氣質量，而適宜的溫濕度條件可進一步促進中性致香物質的積累。

本試驗發現，與普通熱泵密集烤房相比，可變頻熱泵密集烤房內部溫、濕度差異較小，有利于淀粉、蛋白質等大分子物質的降解，從而提高石油醚提取物含量，這與前人研究結果[19-20]基本相同。石油醚提取物對卷煙勁頭表現出正面的積極作用[21]，這與評吸結果總體趨勢相契合。而試驗結果發現，熱泵密集烤房初烤煙葉的多酚類物質積累能力表現較差。張希等[22]認為，多酚含量較高煙葉香氣質量較好。而本試驗中T1處理煙葉中的多酚類物質含量較低，但評吸結果較好。究其原因，一方面，可變頻熱泵密集烤房烘烤前期穩溫控濕性能較好，有利于多酚糖苷和酯類等在水解酶作用下生成大量的多酚，從而提高熱泵密集烤房多酚類物質的積累，使得T1處理在評吸質量上優于T2；另一方面，中性致香物質及其他香氣前體物質含量的增加提升了熱泵密集烤房烤后煙葉的評吸質量。同時，也可能是由于鮮煙葉采收時成熟度不完全一致，鮮煙葉多酚類物質及石油醚提取物含量存在差異。由此可見，可變頻熱泵密集烤房有利于烤后煙葉中石油醚提取物的積累，變頻風機可促進熱泵密集烤房烘烤煙葉中的多酚類物質積累，對提高煙葉香氣質量起到積極作用。

4 結論

綜合分析可變頻熱泵烤房對煙葉主要化學成分變化的影響及其對煙葉香氣質量的作用，結合評吸質量指標的評分結果，本試驗條件下，可變頻熱泵密集烤房在協調煙葉內在化學成分含量上具有積極作用，能夠有效促進各化學成分的有效積累，從而提高初烤煙葉的香氣質量。