箱式烘烤對烤后煙葉品質的影響

王玉華 杜傳印 王先偉 張成雙 孔芳芳 別瑞 邱軍 曹建敏

摘要? ［目的］深入探討箱式烘烤方式下烤煙綜合品質特征，加快箱式烘烤技術在烤煙生產中的推廣應用。［方法］以濰坊煙區NC55煙葉為試驗材料，開展了箱式烘烤與傳統掛竿烘烤對比試驗，從外觀質量、物理特性、常規成分、感官質量和化學成分多個維度系統分析了箱式烘烤下煙葉品質特性。［結果］與掛竿烘烤相比，箱式烘烤煙葉外觀質量、物理特性和感官質量接近或高于掛竿烘烤；箱式烘烤中部煙葉總糖、還原糖、淀粉、糖堿比顯著高于掛竿烘烤，總氮和氮堿比顯著低于掛竿烘烤，上部煙葉中僅淀粉箱式烘烤顯著高于掛桿烘烤；箱式烘烤糖醇類香氣前體物含量顯著高于掛竿烘烤，中部煙葉大部分香氣前體物和香氣物質含量箱式烘烤低于掛竿烘烤，上部煙葉中差異相對較小。［結論］箱式烘烤2個部位煙葉品質大都較掛竿烘烤有不同程度的提升，可在實際生產中推廣應用。

關鍵詞? 箱式烘烤；掛竿烘烤；煙葉品質

中圖分類號? TS41+1? 文獻標識碼? A? 文章編號? 0517-6611（2024）01-0172-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.038

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Effect of Box Bulk Curing on the Quality of Flue-cured Tobacco

WANG Yu-hua，DU Chuan-yin，WANG Xian-wei et al

（Shandong Weifang Tobacco Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261205）

Abstract? ［Objective］In order to explore the effect of box bulk curing on the quality of flue-cured tobacco，and accelerate the application of box bulk curing technology in flue-cured tobacco production.［Method］A comparative experiment between box bulk curing and traditional hanging pole curing was carried out with NC55 leaves in Weifang region，the quality characteristics of flue-cured tobacco under the two curing method were analyzed in terms of appearance quality，physical characteristics，sensory quality and chemical composition.［Result］Compared with hanging pole curing，the appearance quality，physical properties and sensory quality of box bulk curing tobacco leaves were close to or higher than those of hanging pole curing tobacco leaves.The total sugar，reducing sugar，starch，sugar alkali ratio of middle leaves in box bulk curing were significantly higher than those in hanging pole curing，and the total nitrogen and nitrogen alkali ratio were significantly lower than those in hanging pole curing.For the upper leaves，only the starch in box bulk curing was higher than those in hanging pole curing.The content of sugar alcohols in box bulk curing was higher than that in hanging pole curing，most of the aroma precursors and aroma compounds in the middle tobacco leaves were lower than hanging pole curing，and there was little difference in the upper tobacco.［Conclusion］In general，compared with the hanging pole curing，the tobacco quality of box bulk curing has been improved with varying degrees，which can be popularized in tobacco production.

Key words? Box bulk curing;Hanging pole curing;Tobacco quality

基金項目

中國農業科學院科技創新工程（ASTIP-TRIC06）；山東濰坊煙草有限公司項目（2020370700240398）；山東濰坊煙草有限公司項目（2021-44）。

作者簡介? 王玉華（1989—），男，山東五蓮人，碩士，農藝師，從事煙草栽培及調制研究。*通信作者，副研究員，從事煙草質量安全與檢測技術研究。

收稿日期? 2022-12-02

煙葉品質是一個綜合性概念，主要包括煙葉外觀質量、物理特性、化學成分和感官質量四大部分［1］，它們從不同方面反映煙葉品質特征。煙葉品質的優劣直接關系著卷煙產品質量的好壞，因此弄清煙葉品質特性對于工業企業合理利用煙葉原料具有重要的指導意義。煙葉品質受品種［2］、生態［3-4］、栽培措施［5］和烘烤工藝［6］等多方面因素影響，其中烘烤是煙葉產業生產的最終環節，決定著煙葉在生產過程中形成和積累起來的品質能否得到彰顯［7］。煙草烘烤也是用工數量最多的環節，涉及從采收到烘烤多個不同的工序。為了減少烘烤過程中的人工投入，自21世紀初箱式烘烤開始逐步引入國內，且各煙區大力開展了箱式密集烘烤技術的試驗研究與推廣工作，取得了一定的效果［8-11］。與傳統裝煙方式相比，箱式烘烤具有裝煙量大、操作方便、省工降本等特點［12］，且箱式烘烤的機械化水平較高，結合配套箱式密集烘烤工藝，代表了我國未來密集烘烤技術發展的大趨勢［13-14］。目前針對箱式烘烤煙葉的研究多聚焦于經濟效益、感官質量、常規化學成分和香氣物質等部分指標的分析［15-16］，缺少對箱式烘烤煙葉綜合品質全面系統的研究。為深入探討箱式烘烤方式下煙葉品質特性，筆者以濰坊煙區NC55中部和上部煙葉為試驗材料，從外觀質量、物理特性、感官質量、常規化學成分、香氣前體物、香氣物質多個維度對箱式烘烤與常規掛竿烘烤下煙葉品質進行對比分析，并采用多元變量統計手段系統分析箱式烘烤與常規掛竿烘烤香氣物質的差異。旨在明確箱式烘烤下煙葉的品質特性，進而為箱式烘烤配套烘烤工藝的優化和完善提供一定參考，以加快推動箱式烘烤在烤煙生產中的推廣應用。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料? 供試材料為2020年山東省濰坊煙區采收的NC55的中部和上部煙葉。

1.2? 試劑與設備

流動分析儀，荷蘭SKALAR公司；凱氏定氮儀，丹麥福斯公司；填充值測定儀，德國BGWT公司；拉力儀，美國LLOYD公司；液相色譜儀，美國Waters公司；氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent公司；固相微萃取加熱臺，青島貞正分析有限公司；電子天平，感量0.1 mg，上海精密科學儀器有限公司。

1.3? 方法

1.3.1? 煙葉烘烤。煙葉烘烤試驗于2020年8—9月在山東諸城市孟友合作社烘烤工廠進行，設掛竿烘烤（GG）和箱式烘烤（XS）2種烘烤方式，每種方式各設置3個烤房，均按照產區推薦的烘烤工藝進行。為保證樣品的代表性，使數據具有統計學意義，各處理的烤后煙葉卸爐后隨機抽取30片作為一個重復樣品，每個處理設6次重復。

1.3.2? 外觀質量。外觀質量鑒定參照國家標準GB 2635—1992，從顏色、成熟度、身份、葉片結構、油分、色度方面進行鑒定，為了對各項指標進行量化，參照文獻［17］賦予相應的分值，并按照顏色（3）、成熟度（2.5）、身份（1）、葉片結構（1）、油分（2）、色度（0.5）的倍數權重加和計算其總分。

1.3.3? 物理特性。單葉重、葉面密度、含梗率、平衡含水率、拉力、填充值按照YQ-YS/T 1—2018 標準方法測定并量化賦分，參照文獻［18］按相應的權重加和計算物理特性指標分值。

1.3.4? 感官質量。感官質量按照行業標準YC/T 138—1998進行評價和賦分。

1.3.5? 常規化學成分。采用相應的行業標準測定總糖、還原糖、總植物堿、總氮、淀粉含量。

1.3.6? 香氣前體物。多酚、色素、生物堿、多元酸和高級脂肪酸等化學成分含量采用行業標準測定；氨基酸和糖醇類物質參照文獻［19］測定。

1.3.7? 香氣成分。煙葉中非靶標香氣物質檢測采用HS-SPME arrow-GC/MS方法，采用內標法計算煙葉中香氣成分相對含量，具體方法參考文獻［20］。

1.3.8? 數據處理。對常規化學成分進行統計并計算其派生值，對香氣前體物（35種）、香氣物質（60種）進行分類統計，采用SIMCA 14.1軟件對香氣物質進行OPLS-DA分析，采用SPSS 26.0進行Duncan法0.05水平上的多重比較和T檢驗，采用Origin 2022繪制柱狀圖。

2? 結果與分析

2.1? 外觀質量

煙葉烘烤過程中，由于生理生化的變化，外觀形態也會發生巨大變化，外觀質量是烤后煙葉經濟價值的具體體現。由表1可看出：中部葉箱式烘烤的烤后煙葉在顏色、成熟度、身份、葉片結構、油分、色度及總分方面均高于掛竿烘烤；上部葉箱式烘烤煙葉顏色、成熟度、色度、身份、葉片結構和油分及總分均低于掛竿烘烤。

2.2? 物理特性

掛竿烘烤和箱式烘烤烤后煙葉的物理特性見表2。由表2可看出：箱式烘烤對中部煙葉影響程度大于上部葉，但含梗率、填充值等指標均為掛竿烘烤大于箱式烘烤。中部煙葉葉面密度、平衡含水率和拉力指標均為箱式烘烤大于掛竿烘烤；上部煙葉上述2個指標的變化趨勢與中部煙葉相反，掛竿烘烤大于箱式烘烤。2個部位煙葉的物理特性總分方面均為箱式烘烤高于掛竿烘烤。

2.3? 感官質量

表3可知：烤后煙葉香型均為中間香型，說明箱式烘烤對煙葉香氣風格無影響；2種烘烤方式下，同一部位煙葉勁頭、濃度、燃燒性和灰色也無變化；箱式烘烤中部葉的香氣質、香氣量、余味、雜氣、刺激性均優于掛竿烘烤。箱式烘烤上部葉香氣質略高于掛竿烘烤，余味、雜氣略低于掛竿烘烤，2種烘烤方式間總得分差異不大。

2.4? 常規化學成分和派生指標

由圖1可看出，中部葉總糖、還原糖、淀粉、糖堿比指標箱式烘烤顯著高于掛竿烘烤，總氮和氮堿比掛竿烘烤顯著高于箱式烘烤，2種烘烤方式下總植物堿含量無顯著差異，烘烤方式對上部葉常規成分和派生指標影響較小，僅淀粉達到顯著差異水平，與中部葉趨勢一致。

2.5? 香氣前體物

為了直觀展示不同烘烤模式下各類香氣前體物的含量變化差異，將煙葉中35種香氣前體物分類后，分別計算各類物質總量并進行方差分析（圖2）。由圖2可看出，烘烤方式對中部煙葉香氣前體物的影響大于上部葉，與上述外觀質量、物理特性、常規化學成分和感官質量變化趨勢一致。箱式烘烤2個部位煙葉的多酚類、氨基酸類、色素類含量均有所降低，但未達到顯著差異；糖醇類物質總量箱式烘烤顯著高于掛竿烘烤，中部葉多元酸和高級脂肪酸、生物堿含量表現為掛竿烘烤顯著高于箱式烘烤。

2.6? 香氣物質

根據香氣物質生成途徑對60種香氣成分進行分類，其中新植二烯屬于質體色素葉綠素降解產物，是煙葉中主要香氣成分，因其含量過高，在統計分析時單獨列出。由圖3可以看出，相比上部葉，箱式烘烤對中部葉香氣物質影響較大，中部葉質體色素代謝產物、苯丙氨酸和木質素轉化產物、新植二烯含量掛竿烘烤顯著高于箱式烘烤；上部葉中各類香氣物質在2種烘烤方式下變化不大，說明箱式烘烤對上部葉香氣物質影響較小。

為了進一步研究不同烘烤方式間煙葉香氣物質的差異，采用OPLS-DA對掛竿烘烤和箱式烘烤的樣本進行后續分析。將2個部位掛竿烘烤和箱式烘烤的樣品設為2個分組進行OPLS-DA分析，由得分圖（圖4）可知，2個部位的2組樣本聚類良好，顯著分離，結合評價OPLS-DA模型質量的3個關鍵指標，中部葉［R2（X）=0.725， R2（Y）=1，Q2=0.875］、上部葉［R2（X）=0.639，R2（Y）=1，Q2=0.779］，其中R2（X）越接近1說明模型能代表的樣品信息越多，R2（Y）和Q2越接近1說明模型的穩定性和預測性越好，說明模型的穩定性和預測性較好。

采用變量權重重要性（variable importance in projection，VIP）排序，描述差異物質的貢獻程度，結合T-檢驗的P值，對OPLS-DA模型中差異較大的香氣物質進行篩選。以VIP>1.0，P＜0.05為標準，篩選了對模型分類貢獻較大的變量，并按照香氣成分生成途徑進行分類（表4）。差異倍數FC（fold change，FC）為掛竿烘烤和箱式烘烤煙葉香氣成分相對含量的比值，FC值大于1說明掛竿烘烤中該香氣成分含量較高，小于1說明箱式烘烤中該成分含量較高。由表4可看出：中部葉共篩選出差異成分30種，包括質體色素降解產物24種、美拉德反應產物3種、苯丙氨酸和木質素轉化產物3種，FC值均大于1；上部葉中共篩選出差異成分18種，包括質體色素降解產物10種、美拉德反應產物6種、苯丙氨酸和木質素轉化產物2種，FC值大于1的有17種。2個部位共有的差異物質12種，包括9種質體色素降解產物、2種美拉德反應產物、1種苯丙氨酸和木質素轉化產物，且FC值全部大于1，說明掛竿烘烤中煙葉的香氣成分含量較高。

3? 討論

煙葉外觀質量是我國煙葉生產、收購和工業調撥環節煙葉品質評價的重要依據。杜詠梅等［21］通過分析文獻研究結果得出，對煙葉內在質量影響較大的外觀品質是成熟度、顏色和身份。該研究中，中部煙葉這3個指標的得分均為箱式烘烤高于掛桿烘烤，上部煙葉身份得分為箱式烘烤略低于掛竿烘烤，成熟度和色度兩者得分相近，外觀質量與感官質量結果基本一致。烤煙物理特性作為煙葉品質重要組成部分，是衡量煙葉工業可用性的重要指標。箱式烘烤2個部位煙葉的含梗率、填充值小于掛竿烘烤，中部葉的葉面密度、平衡含水率和拉力均為箱式烘烤高于掛竿烘烤，上部煙葉2種烘烤方式差異不大。荊聰瑩等［22］研究表明，煙葉填充值與葉面密度、平衡含水率和總糖成反比，與該研究關于中部煙葉研究結論一致。箱式烘烤的煙葉填充值低于掛竿烘烤，填充值大能在煙葉卷制時降低生產成本，但也不能一味追求高的填充值，由于煙葉理化指標間關系復雜，所以要提高煙葉填充值，應綜合考慮各種理化指標的作用。煙葉的化學成分是煙葉質量的內在基礎，總糖、還原糖、總氮、總植物堿與煙葉品質密切相關，目前大多數的研究表明總糖、還原糖對煙葉品質主要起正相關作用，總氮、總植物堿對煙葉品質起負相關作用［23-24］。該研究中箱式烘烤中部煙葉的總糖、還原糖含量均顯著高于掛竿烘烤，與楊彥明等［25-26］關于箱式烘烤常規成分的研究結論一致；上部煙葉總糖略高于掛桿烘烤，但未達到顯著差異水平，從2種烘烤方式下煙葉常規化學成分來看，箱式烘烤煙葉常規成分含量特征有利于煙葉品質的提升。

煙葉香氣前體物形成于煙葉的生長發育期，其本身不具有香味，但在煙草成熟、調制、醇化和燃燒過程中可轉化為煙葉香氣物質。由于煙葉香氣前體物既是成熟、調制后煙葉中的積累物質，又是烤煙醇化和燃燒產生揮發性香氣物質的主要前體物，因此具有承上啟下的作用［27］。從各類香氣前體物總量來看，2個部位煙葉中除糖醇類物質外的其他類香氣前體物均為掛竿烘烤高于箱式烘烤，但僅中部葉的多元酸和高級脂肪酸、生物堿類達到了顯著差異水平。前期研究表明煙葉烘烤時間較長，失水速度較慢時，物質降解較為完全［28］。香氣前體物的降解多發生在變黃期，這個階段箱式烘烤由于煙葉密度大，水分散失慢，一定程度上有利于香氣前體物的進一步降解。

香氣品質是衡量煙葉品質的核心內容之一。掛竿烘烤模式下中部葉質體色素代謝產物、苯丙氨酸和木質素轉化產物、新植二烯含量顯著高于箱式烘烤，其他幾類香氣物質總量在2種烘烤方式下無顯著差異；上部葉中，各類香氣物質在2種烘烤方式下差異相對小一些；OPLS-DA分析表明，2個部位共有的12種香氣差異物質均為掛竿烘烤高于箱式烘烤。已有研究表明，裝煙方式對烤后煙葉香氣成分具有明顯的影響。楊彥明等［25，29］研究表明，與掛竿和煙夾相比，采用箱式堆積和煙框堆積裝煙方式烤后煙葉揮發性香氣成分含量降低，與該研究結論一致。箱式烘烤與掛竿烘烤的主要區別是，箱式烘烤裝煙密度顯著高于掛竿烘烤，相應的烘烤排濕壓力及空氣阻力隨之變大，因此為了確保高效通風與排濕，需要增大循環風機，該研究所使用循環風機為5.5 kW軸流風機，較掛竿烘烤所用2.2 kW風機在風量與風壓方面均有極顯著的提高，勢必會導致烘烤過程中，尤其是烘烤中后期葉間風速顯著提升，該現象會帶來兩方面不利影響，一方面排濕速度過快，不利于烤房內水分的保持，一定程度上限制了煙葉內香氣成分的合成；另一方面，干筋期較高的葉間風速使得煙葉揮發性香氣成分大量散失，從而導致箱式烘烤烤后煙葉香氣成分低于掛竿烘烤。

4? 結論

由于不同部位鮮煙葉素質、烘烤特性的差異，使得箱式烘烤對2個部位煙葉品質的影響存在一定的差異，箱式烘烤對中部煙葉外觀質量、物理特性、常規化學成分、感官質量等品質指標的影響程度大于上部煙葉。2個部位煙葉外觀質量、物理特性、感官質量得分均為箱式烘烤接近或高于掛竿烘烤，總糖、還原糖、淀粉等常規成分指標得分均為箱式烘烤高于掛竿烘烤。箱式烘烤中由于烘烤時間延長，煙葉失水速度減慢，在一定程度上有利于香氣前體物的進一步降解，但箱式烘烤中香氣前體物的充分降解，并沒有促進箱式烘烤煙葉中香氣成分的大量積累。總體而言，現有箱式烘烤工藝下，除了中部煙葉部分香氣物質含量偏低外，其他煙葉品質特性大都接近或高于掛竿烘烤。

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