打葉復(fù)烤強(qiáng)度及陳化時(shí)間對煙葉揮發(fā)性有機(jī)酸的影響

胡志剛，王建民，羅海濤

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

打葉復(fù)烤、陳化是煙葉初加工的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，承擔(dān)著卷煙生產(chǎn)中重要的原料準(zhǔn)備任務(wù)。由于打葉復(fù)烤過程中劇烈的熱、濕處理及陳化期間環(huán)境條件的自然變化，煙葉的化學(xué)成分均會發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而影響煙葉的感官品質(zhì)。因此，打葉復(fù)烤、陳化期間煙葉化學(xué)成分變化規(guī)律研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道。其中，研究較多的化學(xué)成分包括各種常規(guī)化學(xué)成分[1-5]、香味及其前體物質(zhì)[6-8]。揮發(fā)性有機(jī)酸是對煙葉品質(zhì)影響較大的一類化學(xué)成分[9]，然而，針對打葉復(fù)烤、陳化期間揮發(fā)性有機(jī)酸含量變化規(guī)律進(jìn)行的研究較少[10-11]。另外，已有研究均是將打葉復(fù)烤、陳化作為兩個(gè)獨(dú)立的過程進(jìn)行的，既無兩個(gè)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(fù)烤、陳化到制絲、卷接包系統(tǒng)性地研究不同加工過程中煙葉質(zhì)量特性的變化已然成為一種趨勢。例如，從卷煙機(jī)對煙絲結(jié)構(gòu)的要求出發(fā)，研究制絲過程中煙片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)系[12-13]，倒推出打葉復(fù)烤過程對煙片結(jié)構(gòu)的要求。為此，本文以煙葉中揮發(fā)性有機(jī)酸為對象，從含量和組成方面對比研究了打葉復(fù)烤強(qiáng)度、陳化時(shí)間對煙葉化學(xué)特性的影響程度，并研究了打葉復(fù)烤強(qiáng)度對煙葉陳化程度的影響，希望能為科學(xué)設(shè)計(jì)煙草各加工階段的目標(biāo)、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(fù)烤生產(chǎn)線(江西省煙草公司贛州分公司石城煙葉復(fù)烤廠)；7890B/5977A 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，(美國 Agilent 公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 打葉復(fù)烤強(qiáng)度設(shè)計(jì)

以常規(guī)打葉復(fù)烤參數(shù)為對照，在保證成品煙片結(jié)構(gòu)、含水率基本不變的前提下通過適當(dāng)調(diào)整一、二潤出口含水率和溫度，以及干燥1～4區(qū)溫度，設(shè)置2套打葉復(fù)烤強(qiáng)度依次升高的參數(shù)，分別記為試驗(yàn)1、試驗(yàn)2。參數(shù)設(shè)計(jì)見表1。

表1 打葉復(fù)烤工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

1.2.2 取樣及檢測

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

檢測項(xiàng)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(fā)性有機(jī)酸。

1.2.3 揮發(fā)性有機(jī)酸的檢測方法

將樣品用旋風(fēng)粉碎機(jī)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(nèi)標(biāo)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(jìn)行GC/MS分析。采用質(zhì)譜定性、雙內(nèi)標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(zhì)量掃描范圍35～350 amu。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

主要數(shù)據(jù)處理方法包括方差分析、秩和檢驗(yàn)、距離相關(guān)分析等，在SPSS11.5中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 打葉復(fù)烤強(qiáng)度及陳化時(shí)間對揮發(fā)性有機(jī)酸含量的影響

2.1.1 揮發(fā)性有機(jī)酸含量檢測結(jié)果的描述統(tǒng)計(jì)

經(jīng)不同強(qiáng)度打葉復(fù)烤、不同陳化時(shí)間陳化后煙葉的8種揮發(fā)性有機(jī)酸含量檢測，結(jié)果見表2。由陳化前煙葉樣品的檢測結(jié)果看出，隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度升高揮發(fā)性有機(jī)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(fā)性有機(jī)酸含量則無明顯變化。由陳化前、后的檢測結(jié)果看出，陳化后揮發(fā)性有機(jī)酸總量明顯升高，三個(gè)打葉復(fù)烤強(qiáng)度下的變化率分別為42.13%、45.35%、42.34%，各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的變化趨勢與總量一致，但變化率則因有機(jī)酸種類而異，三個(gè)打葉復(fù)烤強(qiáng)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(fù)烤強(qiáng)度對揮發(fā)性有機(jī)酸含量的影響小于陳化，表現(xiàn)為影響到的揮發(fā)性有機(jī)酸種類少，變化率也較低。

表2 揮發(fā)性有機(jī)酸檢測結(jié)果 w/μg·g-1

表2(續(xù))

2.1.2 揮發(fā)性有機(jī)酸含量檢測結(jié)果的方差分析

以揮發(fā)性有機(jī)酸含量為變量，分別以打葉復(fù)烤強(qiáng)度、揮發(fā)性有機(jī)酸種類和陳化時(shí)間為影響因子，采用一般線性模型[15]進(jìn)行多因素方差分析，結(jié)果見表3。打葉復(fù)烤強(qiáng)度的影響顯著、揮發(fā)性有機(jī)酸種類和陳化時(shí)間的影響極顯著。由表3中均方差的大小可知，3個(gè)因素影響的主次順序?yàn)椋簱]發(fā)性有機(jī)酸種類>陳化時(shí)間>打葉復(fù)烤強(qiáng)度。針對每種揮發(fā)性有機(jī)酸進(jìn)行打葉復(fù)烤強(qiáng)度、陳化時(shí)間的雙因素方差分析，結(jié)果見表4。陳化時(shí)間對所有揮發(fā)性有機(jī)酸含量均有極顯著影響，打葉復(fù)烤強(qiáng)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(fā)性有機(jī)酸含量的影響均不顯著。

方差分析結(jié)果進(jìn)一步證明，打葉復(fù)烤強(qiáng)度會對揮發(fā)性有機(jī)酸含量產(chǎn)生一定影響，但影響程度弱于陳化。

表3 揮發(fā)性有機(jī)酸含量的多因素方差分析表

表4 各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的雙因素方差分析結(jié)果(p值)匯總表

2.2 打葉復(fù)烤強(qiáng)度及陳化時(shí)間對揮發(fā)性有機(jī)酸組成的影響

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

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

以不同打葉復(fù)烤強(qiáng)度及陳化前、后煙葉為對象，以各種煙葉的8種揮發(fā)性有機(jī)酸含量為變量計(jì)算不同煙葉間的歐氏距離和pearson相關(guān)系數(shù)，如表5所示。陳化前的參照樣與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2間的歐式距離分別為1.260、2.092，陳化后的參照樣與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2間的歐式距離分別為1.252、3.147，均呈現(xiàn)隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)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(fù)烤強(qiáng)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(fù)烤強(qiáng)度煙葉間的歐式距離。上述結(jié)果表明，隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增加揮發(fā)性有機(jī)酸組成的不相似性增大，陳化對揮發(fā)性有機(jī)酸組成相似性的影響程度大于打葉復(fù)烤強(qiáng)度。如表6所示，陳化前的參照樣與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2間的pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.892、0.327，陳化后的參照樣與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2間的歐式距離分別為0.479、0.576，隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增加相關(guān)系數(shù)減小，但相關(guān)的方向未改變；3種不同打葉復(fù)烤強(qiáng)度下陳化前、后煙葉間的pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.254、-0.495、-0.297，相關(guān)系數(shù)的絕對值減小、相關(guān)的方向也發(fā)生了變化。上述結(jié)果表明，隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增加揮發(fā)性有機(jī)酸組成的相似性降低，陳化對揮發(fā)性有機(jī)酸組成相似性的影響程度大于打葉復(fù)烤強(qiáng)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(guān)系數(shù)

綜合雷達(dá)圖及歐式距離、pearson相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果可知，打葉復(fù)烤強(qiáng)度和陳化對揮發(fā)性有機(jī)酸的組成均會產(chǎn)生一定的影響、且陳化的影響更大。由于不同種類的揮發(fā)性有機(jī)酸對煙葉感官品質(zhì)的影響不完全相同[16-17]，這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起關(guān)注。

2.3 打葉復(fù)烤強(qiáng)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(shí)驗(yàn)1陳化后、實(shí)驗(yàn)2陳化后間的歐氏距離分別為6.496、6.649、5.205，pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.254、-0.688、-0.772。隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增強(qiáng)歐式距離呈減小趨勢，說明低強(qiáng)度打葉復(fù)烤時(shí)，煙葉經(jīng)相同時(shí)間陳化后各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的增幅最大，高強(qiáng)度打葉時(shí)，煙葉經(jīng)相同時(shí)間陳化后各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的增幅最小，即煙葉陳化的程度會隨打葉復(fù)烤強(qiáng)度增強(qiáng)而減弱；隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增強(qiáng)負(fù)相關(guān)程度呈增加趨勢，說明低強(qiáng)度打葉復(fù)烤時(shí)，煙葉經(jīng)相同時(shí)間陳化后揮發(fā)性有機(jī)酸組成的變化最小，這可能是由于陳化程度較高、各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量均明顯升高所致，高強(qiáng)度打葉時(shí)，煙葉經(jīng)相同時(shí)間陳化后揮發(fā)性有機(jī)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(fā)性有機(jī)酸含量增加的幅度出現(xiàn)了明顯的分化。

圖2 打葉復(fù)烤強(qiáng)度對煙葉陳化程度的影響

如表7所示，陳化前后8種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的增加幅度隨打葉復(fù)烤強(qiáng)度變化而變化，平均增幅隨打葉復(fù)烤強(qiáng)度增大呈降低趨勢，配對t檢驗(yàn)結(jié)果表明參照與實(shí)驗(yàn)1之間的差異不顯著(p=0.706)，參照與實(shí)驗(yàn)2(p=0.033)、實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2(p=0.045)之間則存在顯著差異。可見，打葉復(fù)烤強(qiáng)度對煙葉陳化成度的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)論

1)打葉復(fù)烤強(qiáng)度、煙葉陳化時(shí)間均會顯著影響煙葉中有機(jī)性揮發(fā)酸的含量，相比之下，打葉復(fù)烤強(qiáng)度的影響程度較小，表現(xiàn)為影響到的揮發(fā)性有機(jī)酸種類少、變化率也較低。

2)打葉復(fù)烤強(qiáng)度及陳化時(shí)間不僅影響揮發(fā)性有機(jī)酸的總量，還會影響其組成，即各種揮發(fā)性有機(jī)酸的相對含量會隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度的變化、及陳化過程的進(jìn)行出現(xiàn)明顯變化。

3)打葉復(fù)烤強(qiáng)度會顯著影響煙葉陳化的程度，隨著打葉復(fù)烤強(qiáng)度增強(qiáng)，煙葉經(jīng)相同時(shí)間陳化后各種揮發(fā)性有機(jī)酸含量的平均增幅降低，但不同揮發(fā)性有機(jī)酸含量增幅的差異加劇，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)酸的組成變化更大。

綜上所述，打葉復(fù)烤強(qiáng)度不僅會直接影響煙葉中有機(jī)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(fù)烤強(qiáng)度對于提升陳化后煙葉的品質(zhì)和可用性均有重要意義。