貯存方式對煙葉常規化學成分及香味物質影響研究

許春平,黃家樂,劉遠上,龔梅秋,邢雨晴,楊雯靜,蘆昶彤

(1.鄭州輕工業大學 煙草科學與工程學院,河南 鄭州 450002; 2.河北中煙工業有限責任公司,河北 石家莊 050000;3.河南中煙工業有限責任公司,河南 鄭州 450016)

復烤后的煙葉往往在品質上存在著一定程度的缺陷,如青雜氣較重、刺激性較大、香氣粗糙等缺點[1-3],不能直接用于卷煙生產,因此復烤后的煙葉須經過一個醇化的過程,醇化后的煙葉具有醇和、濃郁的芳香氣息,同時青雜氣和刺激性降低,可用性提高.醇化是一種溫和的發酵,是一個涉及化學、物理、生物學等多種復雜變化的過程[4],這些復雜的變化受到貯存條件的影響.

在醇化過程中,煙葉化學成分和香味物質的含量不斷變化,煙葉的常規化學成分、香味物質的含量直接或間接影響其品質[5-8].自然醇化過程中煙葉化學成分和香味成分變化的研究已有報道[9-11].例如,朱大恒等[12]對醇化過程中白肋煙香味成分含量的變化進行了研究,結果表明,許多香味成分含量在醇化過程中呈明顯增加的趨勢;張長云等[13]研究發現醇化后煙葉的煙堿含量和還原糖含量均下降,煙葉的感官評吸質量明顯提高;趙銘欽等[14]研究發現隨著醇化時間的延長,煙葉中還原糖、煙堿、總氮等化學成分含量逐漸下降,而大多數香氣物質的含量呈上升趨勢.然而關于不同醇化庫對煙葉醇化過程中煙葉常規化學成分及香味物質(尤其是主成分)的影響研究較少.因此,本文以湖南永州BFS和CFS煙葉(品種為云煙87)為研究對象,采用主成分分析法分別研究醇化時間、不同貯存庫對煙葉醇化效果的影響,對建立分類貯存精確養護、提高醇化效果、縮短醇化周期具有積極意義.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗所用樣品為湖南永州BFS、CFS煙葉(品種為云煙87)(表1),煙葉樣品均來自河北中煙工業有限公司.醇化地點為河北省石家莊市的河北中煙工業有限公司石家莊卷煙廠原料養護倉庫.煙葉貯存庫分為恒溫恒濕庫(保濕庫)、機械調控庫(機械庫)、自然醇化庫(自然庫).保濕庫安裝加濕裝置和暖氣設備,溫度控制在20.0～30.4 ℃,濕度控制在52.0%～61.2%,煙垛使用磷化鋁熏蒸殺蟲.在機械庫中,庫內溫度使用暖氣設備控制,煙垛使用塑料膜包封,塑料膜內使用空氣循環設備調整煙垛內部小環境,并通入高濕度空氣,溫度控制在17.8～29.2 ℃,濕度控制在54.5%～61.0%,在每年4—6月通氮氣用于煙垛殺蟲.自然庫的溫濕度條件與河北石家莊市的溫濕度變化保持一致,煙垛使用磷化鋁熏蒸殺蟲,溫度在2.65～31.4 ℃,濕度在36.5%～59.5%.不同貯存庫中煙葉的等級和產地均相同,煙葉批次均為2019年.分別在醇化3、9、12、15和18個月時,從各貯存庫中的同一煙包中取 500 g 煙葉用于后續實驗.

表1 煙葉樣品命名

1.2 實驗試劑及儀器

試劑 鹽酸、對羥基苯甲酸肼、檸檬酸、氯化鈣、硝酸、硫氰酸汞、九水硝酸鐵、檸檬酸鈉、磺胺硫氰酸鉀、二氯異氰尿酸鈉、甲醇、磷酸氫二鈉,冰乙酸、氫氧化鈉、葡萄糖、氯化鈉、二氯甲烷、氯化鈉、無水硫酸鈉、標樣乙酸苯乙酯.

儀器 SANPLUS8505連續流動儀、SKALARHZQ-211C落地振蕩器(上海一恒科學儀器有限公司);電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9143B5-Ⅲ型(上海新苗醫療器械制造有限公司);6890GC/5973MS氣相色譜-質譜聯用儀分析(美國Agilent公司);高速多功能粉碎機YB-150型(天津市泰斯特儀器有限公司);分析天平(重慶銀河試驗儀器有限公司);調溫電熱套98-1-B型(北京中興偉業儀器有限責任公司);電熱恒溫水浴鍋HH-2型(北京市科偉永興儀器有限公司);潔凈工作臺SW-CJ-2FD型(蘇凈集團蘇州安泰空氣技術有限公司).

1.3 常規化學成分含量的測定

參照煙草行業標準[15-18]對煙草中的煙堿、氯離子、還原糖、總糖以及總植物堿含量用連續流動法進行測定,其中水分的測定按照煙草行業標準YC/T 31-1996[19],每個樣重復做3次.糖堿比=總糖/總植物堿.

1.4 揮發性成分含量的測定

將 100 g 煙葉撕碎后置于 45 ℃ 烘箱中干燥,干燥后用粉碎機打粉,將過孔徑 0.42 mm 篩的粉末裝入潔凈干燥的密封袋中密閉保存,備用.采用同時蒸餾萃取法提取煙葉揮發性成分,參考文獻[20]所述條件進行處理,蒸餾裝置的一端在 500 mL 圓底燒瓶中放入 25 g 待測煙末及 200 mL 去離子水,使用電熱套加熱.裝置的另一端連接盛有 60 mL 二氯甲烷的 100 mL 燒瓶,該端使用水浴鍋加熱,水浴溫度為 60 ℃,同時蒸餾萃取 2 h.蒸餾萃取完成后,將燒瓶中的二氯甲烷萃取物倒入 100 mL 錐形瓶中,加入 10 g 無水硫酸鈉除水后過濾,常壓下將濾液濃縮至 1 mL,并加入 50 μL 乙酸苯乙酯作為內標,進行氣相色譜質譜分析.

色譜柱 HP-5MS(60 m×0.25 mm i.d.×0.25 μmd.f.);進口樣溫度：280 ℃;載氣：He,流速 3 mL/ min;進樣量：1 μL,分流比5∶1;升溫程序：初始溫度 50 ℃,持續 2 min,以 4 ℃/ min 升至 280 ℃,保持 10 min.電離方式：電子轟擊離子源(EI);離子源溫度：230 ℃;電子能量：70 eV;傳輸線溫度：270 ℃;四級桿溫度：150 ℃;掃描方式：全離子掃描(Scan)模式;質量掃描范圍：35～550m/z;溶劑延遲：6 min.

采用Nist 20庫檢索法進行定性分析,選擇匹配度≥80%的化合物,采用內標法進行定量分析,按下式定量：

2 結果分析

2.1 不同貯存庫中的煙葉化學成分的變化

湖南永州BFS、CFS煙葉中的氯離子、煙堿、還原糖、總糖、糖堿比的在不同貯存庫中醇化3、9、12、15、18個月后的變化情況(見圖1).從圖1可以看出,在醇化過程中,機械庫中的湖南永州BFS煙葉的還原糖、總糖、煙堿的含量先上升后下降,自然庫、保濕庫中的湖南永州BFS煙葉的還原糖、總糖、煙堿逐漸降低,在醇化12個月之后下降速度緩慢;醇化18個月之后,保濕庫中的湖南永州BFS煙葉的還原糖、總糖、糖堿比降幅最大,分別為3.09%、3.44%、0.78%,保濕庫中的煙葉的糖堿比最高,為10.19.不同貯存庫中的湖南永州CFS煙葉的還原糖、總糖、煙堿的含量逐漸降低,在醇化15個月后下降速度緩慢;醇化18個月之后,機械庫中的湖南永州CFS煙葉的還原糖降幅最大,為3.13%,保濕庫中煙葉的總糖降幅最大,為3.26%,機械庫中的煙葉的糖堿比最高,為10.39.

圖1 不同貯存庫中湖南永州煙葉化學成分變化

2.2 香味成分分析

2.2.1 不同貯存庫中的香味成分的變化

采用GC-MS方法對湖南永州BFS煙葉和湖南永州CFS煙葉分別在機械庫、自然庫、保濕庫醇化3、9、12、15、18個月之后重要揮發性香味成分進行統計分析,結果見表2.由表2可知,隨著醇化的進行,不同貯存庫中的湖南永州BFS煙葉、湖南永州CFS煙葉的揮發性香味成分總量、新植二烯含量均逐漸增加.

對比醇化18個月之后不同貯存庫的湖南永州BFS煙葉,醇類、醛類、酚類、雜環類香味成分含量差別不大,酮類香味成分的含量依次為：保濕庫 142.36 μg/g>機械庫121.00 μg/g>自然庫 117.30 μg/g;酸類香味成分的含量依次為：保濕庫 51.84 μg/g>機械庫 34.00 μg/g 自然庫 31.21 μg/g;酯類香味成分含量依次為：機械庫 72.10 μg/g>保濕庫 55.58 μg/g>自然庫 52.95 μg/g;新植二烯含量依次為：保濕庫 585.84 μg/g>機械庫 569.89 μg/g>自然庫 539.36 μg/g;揮發性香味成分總量依次為：保濕庫 881.82 μg/g>機械庫 832.85 μg/g>自然庫 784.62 μg/g.

醇化18個月之后,不同貯存庫中的湖南永州CFS煙葉,醇類、醛類、酚類、雜環類香味成分含量差別不大,酮類香味成分的含量依次為：機械庫 95.25 μg/g>自然庫 73.06 μg/g>保濕庫 72.21 μg/g;酸類香味成分的含量依次為：機械庫 80.63 μg/g>保濕庫 74.24 μg/g>自然庫 70.11 μg/g ;酯類香味成分含量依次為：機械庫 120.91 μg/g>保濕庫 94.22 μg/g>自然庫 87.19 μg/g;新植二烯含量依次為：機械庫 601.79 μg/g>保濕庫 576.47 μg/g>自然庫 551.28 μg/g;揮發性香味成分總量依次為：機械庫 933.54 μg/g>保濕庫 846.62 μg/g>自然庫 808.22 μg/g.

結合化學成分的變化可知(見圖1),隨著醇化的進行,煙葉中還原糖、總糖、煙堿的含量逐漸降低會使其香味成分總量、新植二烯含量增加;醇化18個月之后,保濕庫中的湖南永州BFS煙葉、機械庫中的湖南永州CFS煙葉的揮發性香味成分總量、新植二烯含量最高的原因是其還原糖的降幅較大.

表2 湖南永州煙葉香味成分含量 μg/g

2.2.2 湖南永州BFS煙葉揮發性香味物質的主成分分析

為明確不同貯存庫中湖南永州BFS煙葉揮發性香味物質主成分的差異,利用SPSS軟件對醇化18個月之后不同貯存庫中的湖南永州BFS煙葉的揮發性香味物質含量進行主成分分析,得到其相關矩陣的特征值、貢獻率和累計貢獻率.由表3可知,主成分1的方差貢獻率為63.729%,主成分2方差貢獻率為36.271%,累計貢獻率達到了100%,根據特征值大于1,且累計方差貢獻率大于80%的原則[21],這2個主成分作為數據分析的有效成分是合適的,主成分載荷矩陣見表4.

表3 不同貯存庫中湖南永州BFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分特征值及方差貢獻率

表4 不同貯存庫中湖南永州BFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分載荷矩陣

從表4可以看出,主成分1中載荷較大的有苯甲醇、芳樟醇、苯甲醛、糠醛、大馬士酮、螺巖蘭草酮、4-環戊烯-1,3-二酮、β-紫羅酮、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、棕櫚酸甲酯、二十酸甲酯、乙酸芐酯、2-乙?；量?、2,3-二氫-2-甲氧苯并呋喃,主要是酮類和酯類物質;主成分2中載荷較大的有5-甲基-2-呋喃甲醇、5-甲基呋喃醛、香葉基丙酮、α-大酮、愈創木酚、亞麻酸.

圖2 不同貯存庫中湖南永州BFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分載荷圖

根據醇化18個月后,3種不同貯存庫中湖南永州BFS煙葉重要揮發性香味物質的載荷值,計算不同貯存庫中醇化煙葉的第1、第2主成分值,然后以第1主成分值為X軸、第2主成分值為Y軸作散點圖,結果見圖2.由圖2可知,自然庫和保濕庫所代表的點相距較近,機械庫與自然庫、保濕庫所代表的點相距較遠,說明醇化18個月之后,自然庫和保濕庫中的湖南永州BFS煙葉的重要揮發性香味物質通過主成分分析表現出的差異較小,機械庫中的湖南永州BFS煙葉分別與自然庫、保濕庫中的湖南永州BFS煙葉的重要揮發性香味物質通過主成分分析表現出了明顯的差異.

結合表4和圖2分析可知,在機械庫中醇化的湖南永州BFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1的負半軸,主成分2的正半軸,包括芳樟醇、苯甲醛、大馬士酮、二氫獼猴桃內酯、棕櫚酸甲酯、9,12,15-十八烷三烯酸甲酯、二十酸甲酯;在自然庫中醇化的湖南永州BFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1、2的正半軸,包括苯甲醛、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮、螺巖蘭草酮、棕櫚酸、肉豆蔻酸、7,10,13-十六碳三烯酸甲酯、乙酸芐酯、2-乙?；量?保濕庫中醇化的湖南永州BFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1的正半軸、主成分2的負軸,包括苯甲醇、苯乙醇、糠醛、2,6,6-三甲基-2-環己烯-1,4-二酮、螺巖蘭草酮、4-環戊烯-1,3-二酮、茄酮、β-紫羅酮、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、乙酸芐酯、2-乙?；量?

2.2.3 湖南永州CFS煙葉揮發性香味物質的主成分分析

為明確不同貯存庫間湖南永州CFS煙葉揮發性香味物質主成分的差異,利用SPSS軟件對醇化18個月之后不同貯存庫中的湖南永州CFS煙葉的揮發性香味物質含量進行主成分分析.由表5可知,主成分1的方差貢獻率為68.711%,主成分2方差貢獻率為31.289%,累計貢獻率達到了100%,特征值均大于1,且累計方差貢獻率100%>80%,他們代表了醇化18個月之后不同貯存庫中湖南永州CFS煙葉的香味物質的全部信息.

表5 不同貯存庫中湖南永州CFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分特征值及方差貢獻率

從表6可以看出,主成分1中載荷較大的有5-甲基-2-呋喃甲醇、α-松油醇、苯甲醇、芳樟醇、3-糠醛、5-甲基呋喃醛、苯甲醛、苯乙醛、4-環戊烯-1,3-二酮、大馬士酮、法尼基丙酮、巨豆三烯酮、螺巖蘭草酮、肉豆蔻酸、棕櫚酸、9,12,15-十八烷三烯酸甲酯、二氫獼猴桃內酯、己二酸二(2-乙基己)酯、十四酸甲酯、亞油酸甲酯、乙酸芐酯、硬脂酸甲酯、棕櫚酸甲酯、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、2-乙?；量?主要是醇類、醛類、酮類和酯類物質;主成分2中載荷較大的有糠醛、2,6,6-三甲基-2-環己烯-1,4-二酮、異氟爾酮、十二烯基丁二酸酐、7,10,13-十六碳三烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯.

表6 不同貯存庫中湖南永州CFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分載荷矩陣

續表6

根據醇化18個月后,3種不同貯存庫中湖南永州CFS煙葉重要揮發性香味物質的載荷值,計算不同貯存庫中醇化煙葉的第1、第2主成分值,然后以第1主成分值為X軸、第2主成分值為Y軸作散點圖,結果見圖3.由圖3可知,不同貯存庫所代表的點相距較遠,說明醇化18個月之后,不同貯存庫中的湖南永州CFS煙葉的重要揮發性香味物質通過主成分分析表現了明顯的差異.

圖3 不同貯存庫中湖南永州CFS煙葉重要揮發性香味物質的主成分載荷圖

結合表6和圖3分析可知,機械庫中醇化的湖南永州CFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1的正半軸,主成分2的正半軸,包括二氫香芹醇、芳樟醇、3-糠醛、苯乙醛、4-環戊烯-1,3-二酮、法尼基丙酮巨豆三烯酮、螺巖蘭草酮、香葉基丙酮、十二烯基丁二酸酐、9,12,15-十八烷三烯酸甲酯、二氫獼猴桃內酯、己二酸二(2-乙基己)酯、亞油酸甲酯、乙酸芐酯、硬脂酸甲酯、棕櫚酸甲酯;自然庫中醇化的湖南永州CFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1的負半軸、主成分2的正半軸,包括香葉基香葉醇、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛;保濕庫中醇化的湖南永州CFS煙葉的重要揮發性香味物質主要集中在主成分1、2的負半軸,包括糠醛、異氟爾酮、(Z,Z,Z)-7,10,13-十六碳三烯酸、2-乙?；秽?

3 討論與結語

煙葉中的還原糖、總糖、煙堿、糖堿比、氯離子含量是衡量煙葉質量的重要指標,一般以總糖含量20%～25%、還原糖含量16%～22%為宜[22],糖堿比接近10的烤煙質量最好,煙氣的勁頭和吸味更佳[23],煙堿以2.5%左右為宜[24],氯離子含量在1%以下最好[25],結合圖1分析結果可知,在保濕庫醇化后的湖南永州BFS煙葉質量更好,在機械庫醇化后的湖南永州CFS煙葉質量更好.

煙葉的化學成分隨著醇化的進行會發生規律性的變化,本研究表明,隨著醇化時間的延長,不同貯存庫中的湖南永州BFS、CFS煙葉的還原糖、總糖、煙堿的含量均呈下降趨勢,最后趨向穩定,這與朱大恒等[26]、韓錦峰等[27]對醇化過程中煙葉化學成分的變化規律相似.

香味物質的變化是醇化過程中煙葉品質改善的一個明顯特征,有研究表明[28],香味成分總量在醇化初期呈快速上升趨勢,中期上升趨勢緩慢并達到最大值,而后期則出現緩慢下降,新植二烯含量隨著醇化時間的增加逐漸降低[14].本研究結果表明：隨著醇化的進行,不同貯存庫中的湖南永州BFS煙葉、湖南永州CFS煙葉的揮發性香味成分總量、新植二烯含量均逐漸增加,未出現下降趨勢,可能是因為醇化時間稍短;化學成分的變化會引起香味物質的變化,煙葉中還原糖、總糖、煙堿的含量逐漸降低而其香味成分總量、新植二烯含量增加,可能是因為不具有香氣特征的大分子化合物如還原糖、煙堿等[26]發生等發生分解、轉化為具有香氣特性的小分子化合物,如揮發性酸、揮發性羰基化合物以及雜環類化合物.

在醇化過程中,不同貯存庫中的湖南永州BFS、CFS煙葉的還原糖、總糖、煙堿的含量均呈下降趨勢,且總糖的含量降幅最大,其揮發性香味成分總量、新植二烯含量均逐漸增加;醇化18個月之后,保濕庫中的湖南永州BFS煙葉和機械庫中的湖南永州CFS煙葉的酮類、酸類、酯類、新植二烯的含量及揮發性香味成分總量均最高;主成分分析結果表明,醇化18個月之后,對于永州BFS煙葉,機械庫煙葉與自然庫和保濕庫煙葉揮發性香味物質的主成分具有明顯的差異,而對于湖南永州CFS煙葉,3種不同貯存庫煙葉揮發性香味物質的主成分均有明顯的差異.