發酵對雪茄煙葉品質影響的研究進展

譚 舒,曾 旸,曾劍平,呂 吉,白 玉,張華述,廖 瑯,雷云康

(四川省煙草公司德陽市公司,四川德陽 618400)

特殊的煙制品雪茄是全部用煙葉卷成的可吸用煙卷[1]。雪茄煙香氣獨特、吃味良好,高煙堿、低焦油,對人體危害相對較小。雪茄煙葉包括茄芯、茄套和茄衣,即常說的芯葉、內包皮和外包皮[2]。雪茄外包皮保護了整只雪茄,提升了雪茄口味,還是消費者直觀評價雪茄檔次及品質的重要因素,因而對雪茄外包皮煙葉的品質把控至關重要。茄芯要求具有濃郁的雪茄香氣風格,它決定了一支雪茄在吸用時的味道與香氣層次[3]。雪茄茄衣與茄芯的質量與雪茄品種[4]、栽培技術[5-8]、成熟采收以及調制[9]等要素密不可分,發酵對雪茄品質的提升作用同樣不容忽視。

發酵是雪茄煙葉在田間栽培及調制等工序完成后的自然延續過程,雪茄煙葉一經發酵,顏色加深,青雜氣減小,香氣顯露,吃味和緩,刺激性降低,抗霉菌感染能力增強[10]。目前,雪茄煙葉栽培與調制技術是國內對雪茄煙葉的主要研究方向[5-8],2004年以來我國逐漸開始研究雪茄發酵,2017年研究數目達到巔峰,后續呈下降趨勢,但總體比2014年以前研究數量多。該研究綜述了我國雪茄煙發酵的研究進展,并對未來的發展方向展開討論,以期為后續的雪茄煙生產與研究提供方向。

1 發酵對雪茄煙葉品質的影響

1.1 發酵對雪茄煙葉外觀質量的影響發酵過程中雪茄煙葉內部發生了一系列生理生化變化[11],內部的反應引起相應的外觀變化,主要表現為顏色、油分及光澤、色度。外觀質量的變化能夠不同程度地反映雪茄煙葉內在質量和發酵過程中質量演變過程。雪茄煙葉發酵過程中殘留葉綠素降解,因此煙葉顏色由青黃色逐漸轉變為深褐色,葉色由淺及深、逐漸均勻,調制后所附有的青斑、雜色減輕甚至消除。雪茄煙葉油分一定程度增加而后下降,光澤隨著發酵時間增長而有差異地減弱,色度隨發酵時間先升高再降低[12]。由此可見,把握好發酵時間和發酵程度有利于改善雪茄煙葉外觀質量。

1.2 發酵對雪茄煙葉物理性質的影響煙葉經過調制后往往存在易碎、霉變率高不易存放、物理性質不協調等問題,但經過發酵后的雪茄煙葉果膠質會被降解,葉片變得柔軟且細膩,彈性大大增強,燃燒性提高、陰燃持火能力增強,平衡含水率增加、霉變率降低,便于存放[13-14]。在一定時間內,發酵時間越長,煙葉品質改善效果越好[15]。

1.3 發酵對雪茄煙葉化學成分的影響雪茄煙葉發酵內部化學成分的改變會引起煙葉外觀質量和物理性質的改變,因此對發酵時煙葉中化學成分改變的研究至關重要,對改善煙葉質量、提高工業可用性大有裨益。常規的化學成分有總氮和煙堿、總糖、氯和鉀等,品質指數有鉀氯比、糖堿比、糖氮比以及氮堿比。

1.3.1發酵對雪茄煙葉中總氮、總糖和煙堿的影響。研究表明,發酵過程中雪茄煙葉的總氮、總糖和煙堿的含量顯著下降,且煙葉品種和氧氣條件對下降幅度存在一定的影響。杜佳[16]研究表明,雪茄煙葉有氧和無氧發酵時總氮、總糖和煙堿含量隨著具體時間的改變而有所不同,但無論是有氧條件還是無氧條件下總體發酵后的煙葉總氮和煙堿含量均比發酵前的煙葉低,表明發酵能夠降低雪茄煙葉總氮和煙堿含量。莫嬌[17]對不同品種的馬杜羅外包皮煙葉進行發酵,結果顯示發酵后各品種煙葉總氮、總糖和煙堿含量均降低。

1.3.2發酵對雪茄煙葉中鉀和氯的影響。 氧氣條件對發酵過程中的鉀、氯含量變化影響很大,有氧發酵時雪茄煙葉中氯含量先下降后上升最后趨于平穩,無氧發酵時情況則不同,總體變化幅度不大;有氧和無氧條件下的雪茄煙葉發酵后氯含量變化均不太明顯,但在具體時間段有所降低,可以根據需要控制發酵進程[16]。有氧發酵時雪茄煙葉中鉀含量呈整體增加的趨勢。有氧條件下鉀含量變化增加,無氧條件下鉀含量變化不明顯[16]。煙葉身份對氯含量的變化也有一定影響,中厚馬杜羅外包皮煙葉氯含量整體呈下降趨勢[17]。不同條件下和不同品種雪茄煙葉鉀和氯含量變化規律各有不同,因此應該根據具體的生產需求采用不同品種、采取不同條件來滿足實際需要,達到煙葉的高效利用。

1.3.3發酵對雪茄煙葉品質指數的影響。雪茄煙葉燃燒性與鉀和氯的含量至關重要。鉀對煙葉的燃燒性和陰燃持火能力起到明顯增強的作用,氯則相反,能夠降低煙葉燃燒性,因此鉀和氯的比值恰當才能夠滿足工業需求,鉀氯比則被用來作為判斷燃燒性的標準[18-19];含糖量高的雪茄煙葉吃味好、煙氣細膩、刺激性減小,因此糖氮比、糖堿比、鉀氯比以及氮堿比可以用來作為評價煙葉內在質量的指標。研究表明,雪茄煙葉發酵過程中鉀氯比先升高后降低,24 d時比值最大;糖堿比和糖氮比隨著發酵時間的增加而減小;氮堿比全程未出現較大波動[16-17,20]。發酵后的雪茄煙葉糖堿比、糖氮比降低,有利于改善煙葉吃味和勁頭;鉀氯比升高,有利于改善煙葉的燃燒性;氮堿比無明顯變化。

1.4 發酵對雪茄煙葉香氣成分的影響研究表明,很多香氣物質都能夠作為煙葉增香劑[21-22],對香氣成分的研究很有必要。時向東等[23]定性定量測出的香氣物質有28種,它們可被分為苯丙氨酸轉化產物、棕色化反應產物、西柏烷類降解產物、類胡蘿卜素降解產物、葉綠素降解產物和其他類別。雪茄煙葉發酵過程中所有的香氣物質在總量上變化規律一致,呈現先上升后下降的趨勢,在14 d達到最大值。

葉綠素中降解產物新植二烯不僅是葉綠素降解產物中含量最高的香氣成分還是所有香氣物質中含量最高的成分。新植二醇對于增加煙葉香吃味、減少刺激性有很重要的作用。新植二烯的含量在發酵過程中呈先升高后降低的趨勢,14 d含量最高[23]。

苯丙氨酸轉化產物苯甲醛、苯乙醇、苯甲醇、苯乙醛在14 d含量最高,其中苯乙醇的含量最高,苯乙醛其次。苯丙氨酸的4種產物也都呈現出先增加后降低的變化規律[23]。苯甲醇和苯乙醇已被史宏志等[24]證實可用于煙葉加香。

棕色化反應產物糠醛、糠醇和5-甲基糠醛含量總體呈先增高后降低變化趨勢,其中糠醛含量最高;糠醇以及5-甲基糠醛含量也是先升高后降低,在第14天和第21天出現最大值[23]。

雪茄煙葉發酵過程中西柏烷類降解產物茄酮隨發酵時間的增加先增加后降低,14 d出現最大值[23],發酵結束后含量與發酵前變化不大。

類胡蘿卜素降解產物總體呈先增加后減少的趨勢,其中法尼基丙酮、β-紫羅蘭酮、3-羥基-β二氫大馬酮在14 d最大值,其余的β-大馬酮、巨豆三烯酮和巨豆三烯酮2在21 d有最大值[23]。

1.5 發酵對雪茄煙葉TSNAs及前體物質的影響煙草中重要的有害成分之一TSNAs,即煙草特有亞硝胺,生物堿、硝酸鹽是其前體物[25]。生物堿主要有煙堿(NIC)、降煙堿(NOR)、 新煙草堿(ANAT)、假木賊堿(ANAB)4種類型。這4種生物堿在調制中或調制后形成亞硝基煙堿(NNK)、亞硝基降煙堿(NNN)、亞硝基新煙草堿(NAT)和亞硝基假木賊堿(NAB)[8],研究證實,NNN和NNK對齲齒動物具有強致癌性,被列為 Ⅰ 類致癌物[26]。自然貯存1年煙葉TSNAs含量顯著增加,生物堿略降低[27]。煙葉TSNAs增加比例隨著硝酸鹽含量的增加而增加,同種雪茄煙葉含水率不同TSNAs含量也不同,因此這些有害物質含量可通過一定的發酵條件降低到最小程度[26]。

1.6 發酵對雪茄煙葉評吸質量的影響雪茄煙葉只經調制后燃燒氣味往往不盡人意[13],而雪茄煙葉發酵后葉片青斑雜色消失,煙氣異味如青雜氣等也漸漸減少,苦澀味減輕,吃味醇和,香氣質好量足,余味更加舒適純凈,雪茄煙香氣凸顯,刺激性降低,評吸質量顯著改善[28]。

2 影響雪茄煙發酵的因素

發酵后的雪茄煙葉不僅外觀質量、物理性質、化學成分有了很大的提高,而且香氣成分、評吸質量、安全性也有了明顯的改善。發酵對于雪茄煙葉的改良和完善效果可見一斑,所以對影響發酵的因素的探討同樣不可缺少,適宜的發酵條件能夠使雪茄煙葉發酵效果達到最大,更加滿足雪茄卷制工藝環節的需要。

2.1 發酵工藝的影響不同的發酵條件發酵效果也不同,發酵工藝的好壞直接決定著雪茄煙葉質量的好壞,改良發酵工藝,采用更合適的發酵濕度、發酵溫度[29-30]能夠更加提高對發酵進程的控制從而提高雪茄煙葉的質量。

2.1.1溫度的影響。研究發現,在0～55 ℃時隨著溫度的升高,煙葉顏色逐漸均勻,從微青黃、淺褐色轉變為深褐色,油分由稍有轉變為有,成熟度從尚熟轉變為成熟雪茄煙葉外觀質量逐漸變好。55～60 ℃煙葉顏色從深褐色轉變為黑色,外觀質量變差[16-17,30]。

煙葉的含梗率、厚度隨著溫度的降低而增加,抗張力、葉面密度隨溫度的變化不明顯,平衡含水率隨著溫度的升高而降低[30]。

40～60 ℃時煙堿含量和氯含量隨著溫度升高而降低,總糖含量、總氮含量、鉀含量、氮堿比和鉀氯比隨溫度升高而增加[30]。

48～55 ℃香氣量足,香氣濃度增加,余味漸漸舒適,勁頭增加,55～65 ℃香型風格逐漸明顯,評吸質量變好[16,30]。

溫度對TSNAs的貢獻率為28.33%,TSNAs含量隨著發酵溫度的增加而增加,42 ℃時最為明顯[31]。不同溫度可以產生不同的發酵效果,可以根據生產需要調節溫度。

2.1.2濕度的影響。調制時煙葉顏色隨著濕度增加而加深,濕度過高則無光澤,濕度過低則煙葉顏色不均勻,只有相對濕度在80%左右顏色均勻有光澤、彈性較好、成熟度高,外觀質量變好[30]。

研究表明,雪茄煙葉含梗率、厚度隨著濕度的降低而增加,葉面密度、抗張力隨濕度變化不明顯,平衡含水率隨濕度增加而增加[30-31]。

在一定濕度范圍內,隨著濕度的增加,酶活性、碳水化合物、氨基酸含量先增加后減少,淀粉含量、蛋白質含量先減少后增加,煙堿含量增加,總氮含量減少[30-31]。在實驗室條件下,雪茄煙葉化學成分最協調和物理性質最好的濕度為75%,最有助于香氣成分合成的濕度是85%[31]。

中濕條件下香氣質好量足,高濕條件下刺激性和勁頭減小、余味舒適,低濕時雜氣小[30]。整體來看,中濕條件下評吸質量好。

不同含水率的雪茄煙葉自然貯存1年后,TSNAs含量隨著含水率的增多而減少[27]。TSNAs含量受濕度的影響很大,隨著發酵濕度從70%增加至90%,TSNAs含量顯著下降[32],發酵時調整發酵濕度可以改善雪茄煙葉安全性,使物理性質變好、化學性質協調。

2.2 發酵方式的影響自然發酵和人工發酵是雪茄煙葉的兩種發酵方式[33]。自然發酵是將煙葉放在倉庫內貯存一定時間,緩慢地使煙葉內部發生生理生化反應。自然發酵很溫和,耗費時間長,占用倉庫,市場周轉慢。人工發酵是將調制后的煙葉在人為控制下,通過選擇不同的發酵方法,控制發酵溫度、濕度改變,加快發酵進程,縮短發酵時間,改良吸食品質的方法。常用的雪茄煙人工發酵方法有堆積發酵和壓力發酵[34]。此外還有裝箱發酵法、蒸汽發酵法、糊米發酵法等方式,煙葉用途不同,采用方式不同[35]。

2.2.1堆積發酵法。堆積發酵法是雪茄煙葉發酵的常用方法,指在一定含水量下,煙葉被堆為一定體積的煙堆從而自我發酵的方法[36]。堆積發酵法適用于雪茄外包皮、內包皮和芯葉[37],適用性強,但對于溫度的把控很重要,且要控制翻堆次數。雪茄煙葉采用這種發酵方式時完整性得不到很好的保證,容易降低質量和減少工業可用性[16,38]。

2.2.2裝箱發酵法。裝箱發酵法也是雪茄煙葉發酵的一種常用方法,是將雪茄煙葉或煙把裝入木箱然后堆積在倉庫發酵的方法[39]。雪茄外包皮適用于此法,此法需要低溫長時間的發酵,煙葉的水分需要注意,否則煙葉易發生霉爛[40]。此外還需要注意發酵時的箱子材質、體積以及裝煙量。

2.2.3壓力發酵法。壓力發酵法是人為給堆積發酵法的煙堆上施加壓力從而把煙葉壓緊的方法。此法能夠發酵出深褐色、油分大的煙葉,因此適用于色深、油分大、含糖量高的Maduro煙葉[41]。壓力發酵法過程復雜,溫濕度要隨時掌握,溫度過高會發生自燃現象[16]。

2.2.4其他發酵方法。其他方法還有蒸汽發酵法、糊米發酵法、紅米發酵法等。糊米發酵法是四川什邡特有的方法,適用于芯葉,和堆積發酵法操作方法相同,不同的是噴灑的水分不同,一個是蒸餾水,另一個是糊米水[42]。蒸汽發酵法是將雪茄煙葉放進蒸汽房中發酵的方法,適用于刺激性大、雜氣重的煙葉,溫度和時長需要嚴格把控[42]。紅米發酵法是初步發酵后噴灑紅米水的方法,適用于芯葉的發酵[16]。

2.3 微生物的作用雪茄葉中存在著眾多不同種類的微生物。早期研究表明,煙葉上存在大量的細菌和霉菌,分離出的細菌有巨大芽孢菌群,霉菌主要是青霉和曲霉[43],后又分離出芽孢桿菌和球菌[44]。微生物的數量隨著發酵過程的進行而減少,發酵后微生物數量減少了90%[39]。煙葉中微生物的存在可以加快發酵反應的進程,令發酵更徹底,改善香氣甚至產生香氣,降低總糖含量和提高pH,還能使煙堿和總氮含量發生變化[44-45]。因此雪茄煙葉發酵與微生物密不可分,研究微生物能夠促進發酵,使煙葉發酵更完全。

芽孢桿菌是雪茄煙葉人工發酵過程中的優勢菌種,可能是因為不耐高溫的酵母菌在調制期間脫水死亡,而芽孢桿菌具有耐高溫的特性[46]。在所有的芽孢桿菌中,占總量50%的巨大芽孢桿菌和占總量19%的枯草芽孢桿菌是雪茄煙葉發酵過程中煙葉表面微生物優勢菌種[39]。李寧等[46]通過發酵試驗發現,蠟樣芽孢桿菌x-2在發酵中能夠降低蛋白質、總氮、總植物堿和揮發堿,可以降低煙葉刺激性和勁頭,青雜氣減輕、香味凸顯。短小芽孢桿菌SMXP-03可以使雪茄煙葉香氣質提高、香氣量增加、舒適度增加和品質提升[47]。汪長國等[48]研究表明,芽孢桿菌能夠降低煙葉蛋白質含量、提高感官質量并且縮短發酵時間。枯草芽孢桿菌和羧狀芽孢桿菌能夠使雪茄煙葉發酵時產生一種令人愉悅的香氣。從煙葉中分離的煙葉源細菌在發酵中可降低煙堿含量從而改善雪茄煙葉的安全性[49]。

2.4 酶的作用微生物在雪茄煙葉發酵中起了重要的作用,而酶的作用同樣令人無法忽視。烤煙自然醇化時酶活性變化與微生物群落演替間存在著緊密的相關關系[50]。目前國內外對于酶在雪茄煙葉發酵中的作用已經有了大量研究。在雪茄煙葉發酵過程中添加酶制劑可以提高發酵質量、增加總糖含量和糖氮比、減少蛋白質含量、增加煙堿含量、減少發酵時間、減少青雜氣和刺激性甚至消除苦辣澀味[51]。

2.4.1多酚氧化酶和琥珀酸氧化酶。多酚氧化酶在雪茄煙葉發酵時具有一定活性,4 d時活性達到最大值,因此可看出發酵可以提高多酚氧化酶的活性以及加速氯原酸和蕓香苷的降解[39]。多酚氧化酶和琥珀酸氧化酶的活性在陳化一年內有明顯下降趨勢,后又趨于穩定[52]。多酚氧化酶經銅離子激活后可縮短發酵時間[53]。糖苷酶可將糖轉化為多種香味物質從而降低糖分[54]。李祥麟等[55]用淀粉酶和過氧化氫酶混合溶液在發酵過程中噴灑以加快發酵速度。

2.4.2蛋白酶和生物酶。烤煙中蛋白酶活性隨著陳化過程的進行而漸漸增大[51]。Frankenburg等[56]研究發現,在煙葉發酵的不同階段中煙葉中約50%的蛋白質被水解為氨基酸,大部分的氨基酸脫氨基形成氨逐漸逸出到空氣中,其他氨基酸產生水溶性低的縮合產物。蛋白酶在發酵過程中可以降低蛋白質含量、減少惡臭味雜味和苦澀味、增加香甜感和改善余味[57]。研究表明,用蛋白酶發酵可以提升雪茄煙葉的香氣[58]。

2.4.3酶制劑。近年來國內關于酶制劑改善煙葉品質的研究越來越多。在發酵試驗中添加淀粉酶能夠降解煙葉中淀粉[59],煙葉發酵時添加風味蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、α-淀粉酶、過氧化物酶可以增加煙葉香氣和產品舒適性,減少刺激性[60],使用主要含中性蛋白質、果膠酶和纖維素酶的酶制劑處理煙葉,結果表明卷煙香氣明顯得到改善,刺激性減少,青雜氣減輕,煙葉等級提高[61],在某種條件下向煙葉定量施加淀粉酶和糖化酶,能夠把葉中淀粉降解為水溶性糖[62]。經評吸后發現處理后的煙葉香氣充足且質量好,香甜感倍增,刺激性減小,余味干凈舒適,煙葉品質得到有效改良。后又添加酶制劑使煙葉蛋白質降低,水溶性糖含量增加,與未添加酶制劑的煙葉相比,品質明顯改善[63-64]。Spann等[65]向發酵煙葉加入纖維素酶35后發現水溶性物質、還原性物質和還原糖含量增加,纖維素、草酸銨可溶物和氯化鈉含量降低,刺激性減小但勁頭不足。醇化煙梗時加入一定量的多糖水解酶(果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶),醇化后的煙梗變軟,形變增大,方便切絲使用,填充力增大,揮發物質增多,普遍被人喜愛接受[66]。硝酸鹽還原酶和蔗糖轉化酶處理煙葉,能夠使調制后的煙葉添加干草甜香和香豆素的味道,澀味減輕,經酶處理發酵后的煙葉彈性較好[67-68]。

3 展望

隨著經濟發展以及生活觀念的改變,國內雪茄煙市場日趨增長,這無疑是一種機遇,但挑戰仍然不能忽視。我國地域遼闊,晾曬煙種植歷史悠久,然而真正適合制造雪茄煙的煙葉并不多,國產原料不足以支撐國內雪茄行業的穩定發展,雪茄市場不夠完善,雪茄氛圍不夠濃郁[2]。由于優質雪茄對外包皮的要求較高,相應煙葉和技術也較嚴格,因此雪茄外包皮價格較芯葉和內包皮高,國內對于雪茄外包皮煙葉發酵的研究較多,對于芯葉的研究則不夠充分。國內企業生產高端全葉卷雪茄仍以國外原料為主,更加不利于芯葉的種植和發展[38]。國內對于雪茄發酵微生物菌群、溫濕度、風味物質、發酵工藝以及安全性等都有研究,但報道內容單一,沒有系統地聯系起來。因此發展中國雪茄采用中國原料,將發酵各因素聯系起來形成系統化理論并應用于工業生產勢在必行,這樣才能為中國雪茄工業及產品指明方向、創造出中國的雪茄文化。