打葉復烤強度及陳化時間對煙葉揮發性有機酸的影響

胡志剛，王建民，羅海濤

(1.鄭州輕工業大學 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002；2.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南 昆明 650106；3.江西中煙工業有限責任公司，江西 南昌 330096)

打葉復烤、陳化是煙葉初加工的兩個重要環節，承擔著卷煙生產中重要的原料準備任務。由于打葉復烤過程中劇烈的熱、濕處理及陳化期間環境條件的自然變化，煙葉的化學成分均會發生相應的變化，進而影響煙葉的感官品質。因此，打葉復烤、陳化期間煙葉化學成分變化規律研究一直是人們關注的熱點問題，已有大量的文獻報道。其中，研究較多的化學成分包括各種常規化學成分[1-5]、香味及其前體物質[6-8]。揮發性有機酸是對煙葉品質影響較大的一類化學成分[9]，然而，針對打葉復烤、陳化期間揮發性有機酸含量變化規律進行的研究較少[10-11]。另外，已有研究均是將打葉復烤、陳化作為兩個獨立的過程進行的，既無兩個過程間的對比研究，也缺乏前一過程對后一過程的影響方面的研究。

隨著卷煙“大工藝”理念的提出，從打葉復烤、陳化到制絲、卷接包系統性地研究不同加工過程中煙葉質量特性的變化已然成為一種趨勢。例如，從卷煙機對煙絲結構的要求出發，研究制絲過程中煙片結構與煙絲結構的關系[12-13]，倒推出打葉復烤過程對煙片結構的要求。為此，本文以煙葉中揮發性有機酸為對象，從含量和組成方面對比研究了打葉復烤強度、陳化時間對煙葉化學特性的影響程度，并研究了打葉復烤強度對煙葉陳化程度的影響，希望能為科學設計煙草各加工階段的目標、要求提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

江西石城B1F和B2F混打煙葉(配方比例 51∶49)。

四打十一分打葉復烤生產線(江西省煙草公司贛州分公司石城煙葉復烤廠)；7890B/5977A 氣相色譜-質譜聯用儀，(美國 Agilent 公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 打葉復烤強度設計

以常規打葉復烤參數為對照，在保證成品煙片結構、含水率基本不變的前提下通過適當調整一、二潤出口含水率和溫度，以及干燥1～4區溫度，設置2套打葉復烤強度依次升高的參數，分別記為試驗1、試驗2。參數設計見表1。

表1 打葉復烤工藝參數設計

1.2.2 取樣及檢測

在保持其它參數不變的情況下按表1改變打葉復烤強度進行生產，并抽取對應成品片煙 5 kg。將不同打葉復烤強度下生產的成品片煙樣品置于倉庫中進行自然陳化，在陳化時間分別為0、2、4、6、8、10、12、14、16、18月時抽樣檢測揮發性有機酸含量，每次每種樣品取樣 100 g 作為待檢樣品。

檢測項目包括已戊酸、2-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、己酸、苯甲酸、辛酸、苯乙酸等8種揮發性有機酸。

1.2.3 揮發性有機酸的檢測方法

將樣品用旋風粉碎機粉碎，過60目篩，所得煙末在平衡箱中于 22 ℃、相對濕度為60%的條件下平衡 24 h。稱取 0.50 g 煙末樣品放入錐形瓶中，加 1.0 mL 混合內標溶液、5.0 mL 酯化溶液，于 55 ℃ 下酯化 1 h，冷至室溫，加 20 mL 正己烷，振蕩萃取 15 min，靜置分層后，取上層正己烷清液 1 mL，進行GC/MS分析。采用質譜定性、雙內標法定量測定方法[14]。采用的分析條件為：色譜柱，DB-5MS(30 mm×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度 260 ℃；載氣He，1.0 mL/min；程序升溫，50 ℃ 下保 1 min，以 5 ℃/min 的速率升至 275 ℃，保持 3 min；進樣量1.0 μL，分流比10∶1，恒流模式；接口溫度 280 ℃；離子源溫度 230 ℃；電離能70 eV，質量掃描范圍35～350 amu。

1.3 數據處理方法

主要數據處理方法包括方差分析、秩和檢驗、距離相關分析等，在SPSS11.5中進行。

2 結果與分析

2.1 打葉復烤強度及陳化時間對揮發性有機酸含量的影響

2.1.1 揮發性有機酸含量檢測結果的描述統計

經不同強度打葉復烤、不同陳化時間陳化后煙葉的8種揮發性有機酸含量檢測，結果見表2。由陳化前煙葉樣品的檢測結果看出，隨著打葉復烤強度升高揮發性有機酸總量減少，最大變化率為13.12%，與總量變化趨勢相同的是已戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基戊酸，最大變化率分別為20.52%、23.24%、17.65%，其它五種揮發性有機酸含量則無明顯變化。由陳化前、后的檢測結果看出，陳化后揮發性有機酸總量明顯升高，三個打葉復烤強度下的變化率分別為42.13%、45.35%、42.34%，各種揮發性有機酸含量的變化趨勢與總量一致，但變化率則因有機酸種類而異，三個打葉復烤強度下變化率均較高的是戊酸和2-甲基丁酸，變化率分別介于75.68%～91.57%和60.31%～69.21%之間，變化率均較低的是3-甲基戊酸和已戊酸，變化率分別介于0～9.68%和22.93%～29.65%之間。相比之下，打葉復烤強度對揮發性有機酸含量的影響小于陳化，表現為影響到的揮發性有機酸種類少，變化率也較低。

表2 揮發性有機酸檢測結果 w/μg·g-1

表2(續)

2.1.2 揮發性有機酸含量檢測結果的方差分析

以揮發性有機酸含量為變量，分別以打葉復烤強度、揮發性有機酸種類和陳化時間為影響因子，采用一般線性模型[15]進行多因素方差分析，結果見表3。打葉復烤強度的影響顯著、揮發性有機酸種類和陳化時間的影響極顯著。由表3中均方差的大小可知，3個因素影響的主次順序為：揮發性有機酸種類>陳化時間>打葉復烤強度。針對每種揮發性有機酸進行打葉復烤強度、陳化時間的雙因素方差分析，結果見表4。陳化時間對所有揮發性有機酸含量均有極顯著影響，打葉復烤強度則僅對已戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基戊酸有極顯著影響，對其它5種揮發性有機酸含量的影響均不顯著。

方差分析結果進一步證明，打葉復烤強度會對揮發性有機酸含量產生一定影響，但影響程度弱于陳化。

表3 揮發性有機酸含量的多因素方差分析表

表4 各種揮發性有機酸含量的雙因素方差分析結果(p值)匯總表

2.2 打葉復烤強度及陳化時間對揮發性有機酸組成的影響

為了消除量綱差異對分析結果的影響，將各種揮發性有機酸含量的檢測結果轉換為T得分，然后做雷達圖，直觀分析打葉復烤強度及陳化時間對揮發性有機酸組成的影響，結果如圖1所示。由于打葉復烤強度會顯著影響部分揮發性有機酸含量，陳化前、后各種揮發性有機酸含量的變化幅度也不同，經不同強度打葉復烤后煙葉中各種揮發性有機酸的相對含量發生了變化(圖1a)，相同強度打葉復烤后的煙葉經陳化后各種揮發性有機酸的相對含量也發生了變化、且變化更明顯(圖1b、c、d)，說明打葉強度及陳化不僅會影響揮發性有機酸的含量，也會影響其組成。

(a) (b) (c) (d)

以不同打葉復烤強度及陳化前、后煙葉為對象，以各種煙葉的8種揮發性有機酸含量為變量計算不同煙葉間的歐氏距離和pearson相關系數，如表5所示。陳化前的參照樣與試驗1、試驗2間的歐式距離分別為1.260、2.092，陳化后的參照樣與試驗1、試驗2間的歐式距離分別為1.252、3.147，均呈現隨著打葉復烤強度增加歐式距離增大的趨勢，且陳化前、后的變化幅度基本一致；3種不同打葉復烤強度下陳化前、后煙葉間的歐式距離分別為6.496、6.588、5.148，均明顯大于不同打葉復烤強度煙葉間的歐式距離。上述結果表明，隨著打葉復烤強度增加揮發性有機酸組成的不相似性增大，陳化對揮發性有機酸組成相似性的影響程度大于打葉復烤強度。如表6所示，陳化前的參照樣與試驗1、試驗2間的pearson相關系數分別為0.892、0.327，陳化后的參照樣與試驗1、試驗2間的歐式距離分別為0.479、0.576，隨著打葉復烤強度增加相關系數減小，但相關的方向未改變；3種不同打葉復烤強度下陳化前、后煙葉間的pearson相關系數分別為-0.254、-0.495、-0.297，相關系數的絕對值減小、相關的方向也發生了變化。上述結果表明，隨著打葉復烤強度增加揮發性有機酸組成的相似性降低，陳化對揮發性有機酸組成相似性的影響程度大于打葉復烤強度。

表5 不同煙葉樣品間的歐氏距離

表6 不同煙葉樣品間的pearson相關系數

綜合雷達圖及歐式距離、pearson相關系數分析結果可知，打葉復烤強度和陳化對揮發性有機酸的組成均會產生一定的影響、且陳化的影響更大。由于不同種類的揮發性有機酸對煙葉感官品質的影響不完全相同[16-17]，這種現象應當引起關注。

2.3 打葉復烤強度對煙葉陳化程度的影響

如圖2及表5、表6所示，陳化前的參照煙葉與陳化后、實驗1陳化后、實驗2陳化后間的歐氏距離分別為6.496、6.649、5.205，pearson相關系數分別為-0.254、-0.688、-0.772。隨著打葉復烤強度增強歐式距離呈減小趨勢，說明低強度打葉復烤時，煙葉經相同時間陳化后各種揮發性有機酸含量的增幅最大，高強度打葉時，煙葉經相同時間陳化后各種揮發性有機酸含量的增幅最小，即煙葉陳化的程度會隨打葉復烤強度增強而減弱；隨著打葉復烤強度增強負相關程度呈增加趨勢，說明低強度打葉復烤時，煙葉經相同時間陳化后揮發性有機酸組成的變化最小，這可能是由于陳化程度較高、各種揮發性有機酸含量均明顯升高所致，高強度打葉時，煙葉經相同時間陳化后揮發性有機酸組成的變化最大，這可能是由于隨著陳化程度降低、各種揮發性有機酸含量增加的幅度出現了明顯的分化。

圖2 打葉復烤強度對煙葉陳化程度的影響

如表7所示，陳化前后8種揮發性有機酸含量的增加幅度隨打葉復烤強度變化而變化，平均增幅隨打葉復烤強度增大呈降低趨勢，配對t檢驗結果表明參照與實驗1之間的差異不顯著(p=0.706)，參照與實驗2(p=0.033)、實驗1與實驗2(p=0.045)之間則存在顯著差異。可見，打葉復烤強度對煙葉陳化成度的影響具有統計學意義。

3 結論

1)打葉復烤強度、煙葉陳化時間均會顯著影響煙葉中有機性揮發酸的含量，相比之下，打葉復烤強度的影響程度較小，表現為影響到的揮發性有機酸種類少、變化率也較低。

2)打葉復烤強度及陳化時間不僅影響揮發性有機酸的總量，還會影響其組成，即各種揮發性有機酸的相對含量會隨著打葉復烤強度的變化、及陳化過程的進行出現明顯變化。

3)打葉復烤強度會顯著影響煙葉陳化的程度，隨著打葉復烤強度增強，煙葉經相同時間陳化后各種揮發性有機酸含量的平均增幅降低，但不同揮發性有機酸含量增幅的差異加劇，導致揮發性有機酸的組成變化更大。

綜上所述，打葉復烤強度不僅會直接影響煙葉中有機酸的含量及其組成，且其影響會傳到至陳化過程。因此，合理控制打葉復烤強度對于提升陳化后煙葉的品質和可用性均有重要意義。