密集烘烤干筋期风机转速对上部烟叶香气物质和评吸质量的影响

2011-07-11宫长荣

河南农业大学学报 2011年5期

詹军，宫长荣，王涛，贺帆

(河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002)

烤烟香气物质含量是衡量烟叶品质的重要因素之一.烟叶的香气质和香气量与其香气物质含量呈正相关，通过分析烟叶香气物质含量，可以对烟叶的香气质量进行客观、准确的评价［1］.优质烟叶要求在燃吸过程中产生的香气量大、质纯，香型突出，吃味醇和［2］.然而目前中国烟叶与进口烟叶相比，烟叶香气质的纯正程度和香气量的差距还很大［3］，烟叶香气不足是当前影响烟叶品质和商品品质的主要因素之一［4］.烤烟上部叶约占单株产量的40%，对烤烟总体产量和质量均有很大的影响，高质量的上部烟叶最能彰显优质烤烟的风格特征，其在烟叶原料生产中占有十分重要的地位［5，6］.然而，中国各烤烟产区上部烟叶不同程度存在还原糖及糖碱比低、内在化学成分不协调、香气风格不突出、刺激性较大、可用性降低等突出问题［7～9］.尤其在密集烤房已成为中国烤烟烘烤设备发展方向的大趋势下，却发现密集烤房烘烤的烟叶有颜色浅淡、光滑、组织结构紧密等现象［10，11］，而且烤后烟叶香气量不足，产生辛辣味［12］，已经对密集烤房的进一步推广产生了一定影响，因此完善密集烘烤工艺，提高烟叶的可用性已成为烟叶生产中亟待解决的问题.烤房内适度通风能明显减小烤房内各层间温、湿度差，利于烟叶均匀变黄和干燥［13］.白震译［14］研究表明，风速对烤后烟叶的外观质量和感官评吸质量有显著影响.宫长荣等［13］指出，烘烤过程中风速对烟叶质量的影响以定色期和干筋期最大，烘烤中叶间隙风速以0.2 ～0.3 m·s－1为宜.变频调速技术既能合理调节风机风速，又有一定的节电效果，将该技术应用于密集烘烤已有少量研究［15～17］，但这些研究均集中在中部叶，且较多地关注变黄和定色阶段，对干筋期研究较少.因此，本试验通过研究干筋期不同风机转速对上部叶香气物质和评吸质量的影响，为进一步提高上部叶的可用性和优化密集烘烤工艺提供新的依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2008—2009年在山东省诸城市贾悦镇闫家庄农场进行.试验田土壤质地为黏壤土，土壤有机质含量 7.80 g·kg－1，全氮 0.53 g·kg－1，全磷 0.45 g·kg－1，碱解氮 54.00 mg·kg－1，速效磷5.90 mg·kg－1，速效钾 166.83 mg·kg－1，pH 7.67.施纯氮 90.0 kg·hm－2，m(N)﹕ m(P2O5)﹕m(K2O)=1∶1.5∶3.供试烤烟品种为中烟 100.田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行.以上部叶(第15～16位叶)为试验材料，依据成熟标准，烟叶成熟时按照叶位单叶采收.

供试烤房为气流下降式连体密集烤房，共5座，装烟室规格为 8.2 m ×2.8 m ×3.4 m，装烟 3层2路.配置电机额定频率为2.2 kW，最大转速为1 440 r·min－1.配置循环风机为7号轴流风机，叶片4个，采用内置电动机直联结构，叶轮的叶顶间隙控制在5 mm左右，转速1 440 r·min－1时风量15 000 m3·h－1，配备变频器(华中科技大学研制)调节风机转速，其可在20～50 Hz范围内连续调速.

1.2 试验设计

试验共设5个处理，各处理的风机转速设置见表1.

表1 不同烘烤处理的风机转速Table 1 Fan speeds of different curing treatments r·min －1

烟叶按成熟标准采收后，从中挑选出成熟度、大小基本一致的叶片，按每竿130片绑竿标记，分别挂置在各烤房底层、中层、上层距离装烟室门口各2，4，6 m处，每层6竿.各处理烟叶均在同1 d内完成采收、编烟、装炕与开烤，装烟密度均为70 kg·m－3.各处理其余工艺均严格按照三段式烘烤工艺(干球38℃，湿球35℃，烟叶变黄8成发软;干球42℃，湿球36～37℃，烟叶黄片青筋主脉发软;干球48℃，湿球38℃，黄片黄筋小卷筒;干球54℃，湿球39℃，叶片全干大卷筒;烤后烟叶完全干筋.)进行.回潮后，按烤烟国家标准(GB 2635—92)对标记烟叶分级，取B2F(上橘二)2.0 kg用于香气物质分析和感官评吸，3次重复.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 中性致香物质提取及定性、定量分析

1.3.1.1 样品处理烟叶样品除去主叶脉后，粉碎过60目筛，在温度22℃、相对湿度60%的环境下平衡24 h，采用同时蒸馏萃取方法提取烟叶中的致香成分.在同时蒸馏萃取装置一端接盛有25.00 g烟样、一定量的内标化合物(乙酸苯甲酯)和500 mL蒸馏水的圆底烧瓶，用电热套加热.另一端接盛有30 mL二氯甲烷的100 mL烧瓶，将该端烧瓶置于60℃的恒温水浴锅中加热，同时蒸馏萃取2 h，将二氯甲烷萃取液用适量无水硫酸钠干燥后浓缩至1 mL.浓缩液采用Agilent 6890N/5975气质联用分析仪(美国安捷伦公司)进行分析，所得图谱经计算机谱库(NIST98，Wiley275)检索，并用内标校正归一化法计算相对含量.

1.3.1.2 GC/MS分析条件毛细管柱:HP－5MS(30 m × 0.25 mm ×0.25 μm);载气:He;流速:1 mL·min－1;进样口温度:260℃;升温程序:初温50℃(保持1 min)，以8℃min－1的速率升至160℃(保持2 min)，再以8℃·min－1的速率升至280℃(保持 15 min);进样量 0.5 μL;分流比:25∶1;接口温度:280℃;离子源:EI源;电子能量:70 eV;离子源温度:230℃;质量数范围:35～455 amu.

1.3.2 烟叶评吸鉴定由云南烟草科学研究院、云南瑞升烟草技术(集团)有限公司、云南中烟工业公司、红云红河集团技术中心等4个单位的10名专家进行评吸，并采用百分制打分，评分标准如下:香韵(满分00分)、香气量(满分15分)、香气质(满分15分)、浓度(满分10分)、刺激性(满分15分)、劲头(满分5分)、杂气(满分10分)、口感(满分20分).

2 结果与分析

2.1 干筋期风机转速对上部烟叶质体色素降解香气物质的影响

质体色素(叶绿素和类胡萝卜素)是影响烟叶品质和可用性的主要成分之一，它不仅决定了调制后烟叶的色泽，而且其相关降解产物与烟叶的香气质和香气量密切相关［18］.由表2可以看出，只有T3的质体色素降解产物总量和叶绿素降解产物(新植二烯)含量较对照有所提高，分别增加了12.43%，9.53%，其他3个处理均低于对照，且T2和T4相差不大，T1最低.但是作为烟草中最为重要的致香成分，类胡萝卜素降解产物总量也以T3最高，其次为T4，分别比对照增加了45.70%，12.90%，T1和T2较对照略有下降.其中，T3处理中所有类胡萝卜素降解香气物质在5个处理中均处于最高或较高水平，尤其对烟叶香气质量有重要贡献的巨豆三烯酮含量均比对照有所提高，其含量大小为T3(9.798 μg· g－1)＞ T4(7.780 μg· g－1)＞ T2(6.584 μg·g－1)＞ T1(6.164 μg· g－1)＞ CK(5.899 μg·g－1)，尤其 T3 较对照提高了 66.10%.另外，在类胡萝卜素降解香气成分中，金合欢基丙酮A、β－大马酮、巨豆三烯酮 D、巨豆三烯酮 B和β－紫罗兰酮等几种香气物质的含量较大，尤其金合欢基丙酮A含量最高，在5个处理中所占的百分含量分别为 23.43%，25.58%，24.56%，24.54%，26.54%，其次为β－大马酮，所占的百分含量也达到了15.23% ～18.65%.

表2 不同处理上部烟叶质体色素降解香气物质的含量Table 2 Content of products of chromoplast pigment in upper leaves of different treatments μg·g－1

2.2 干筋期风机转速对上部烟叶棕色化反应产物类香气物质的影响

从表3可以看出，棕色化反应产物类香气物质总量以T1最高，T3，T4次之，与对照相比，只有T2的总量有所降低，T1，T3和T4分别较对照增加了55.22%，40.42%，33.36%.T3 的大部分棕色化反应产物含量较高，但是由于糠醛和糠醇在其中占很大比例的物质在T1中含量最高，导致了T1处理棕色化反应产物总量最高.可见，干筋期适当降低风机转速有利于棕色化反应产物的提高.

表3 不同处理上部烟叶棕色化反应产物类香气物质的含量Table 3 Content of products of browning reaction in upper leaves of different treatments μg·g－1

2.3 干筋期风机转速对上部烟叶苯丙氨酸类香气物质的影响

由表4看出，T3明显提高了苯丙氨酸类香气物质的总量，与对照相比增幅达到了22.64%，T2和T4差异不大，以T1中的含量最低.各苯丙氨酸类香气物质含量均在T3中最高.另外分析发现，能够增加烟气花香香味的苯甲醇含量在其中的含量最高，占到了60%左右.

表4 不同处理上部烟叶苯丙氨酸类香气物质的含量Table 4 Content of products of phenylalanine in upper leaves of different treatments μg·g－1

2.4 干筋期风机转速对上部烟叶类西柏烷类香气物质的影响

类西柏烷类香气物质主要包括茄酮及其衍生物，茄酮是烟草中含量丰富的中性香气物质之一，它具有新鲜胡萝卜样的香味，可以增加烟草香气，使烟气丰满又醇和细腻，而且其降解转化产物也是烟草中很重要的致香物质.由表5可见，茄酮和西柏三烯二醇均以T3最高，T2最低.类西柏烷类香气物质总量大小为T3＞T4＞CK＞T1＞T2，T3和T4的总量分别较对照提高了29.12%，6.14%.

表5 不同处理上部烟叶类西柏烷类香气物质的含量Table 5 Content of products of cemdrenoid in upper leaves of different treatments μg·g－1

2.5 干筋期风机转速对上部烟叶其他类香气物质和香气物质总量的影响

本试验所检测到的其他类香气物质共有40种，其中酮类、醛类、杂环类、醇类和酯类物质种类较多，另外还检测到了4种未知物质.从表6看出，香气物质总量以T3最高，较对照提高了16.83%，其次为T4和CK，T2和T1基本无差异，且含量较低.其他类香气物质的总量以T4最高，T3次之，T2最低，其中酮类、醇类、杂环类、酚类和芳香族类物质含量在T3处理中最高，醛类、酯类、酸类和未知物质在T4中最高，尤其T3和T4中酸类物质含量分别高达 10.228，19.721 μg·g－1.

2.6 干筋期风机转速对上部烟叶感官评吸质量的影响

从表7可以看出，各处理均在一定程度上改善了烤后上部烟叶的感官评吸质量，以T3的综合得分最高，T4次之，其余3个处理差异不是很大.其中，T3处理明显改善了烤后烟叶的香气量、香气质、刺激性、杂气和口感，而对香韵改善最好的是T4，T3处理的香韵、劲头得分适中，浓度较CK无明显改善.可见，以T3处理对烤后上部烟叶感官评吸质量的改善最优，其烤后烟叶香韵较好，香气量充足，香气质纯净，刺激性较小，劲头适中，杂气较少，口感好.

表6 干筋期不同处理上部烟叶其他类香气物质及总香气物质的含量Table 6 Content of other aroma components in upper leaves of different treatments μg·g－1

表7 干筋期风机转速对上部烟叶评吸质量的影响Table 7 Effect of fan speed during stem drying stage on smoking quality of upper leaves

3 结论与讨论

烟叶致香成分种类众多，含量极微，而且各种致香成分间相互作用，所以烟叶香气质量是由多种香气成分的组成、含量、比例及相互作用共同决定的［19］.韦凤杰等［20］在研究烤烟成熟过程中类胡萝卜素变化和降解香气物质时指出金攀西地区烤烟成熟过程中各种香气物质的种类、构成比例可能是其特色形成的重要物质基础.可见，烟叶香气质量的形成并不是由某一类物质决定的，而是共同作用的，其最终香气质量的好坏在感官评吸时得到了最好的体现.该试验中与对照相比，只有T3处理的各类香气物质含量在大部分情况下优于对照，而其他3个处理无论是在香气物质总量，还是各类别含量并不比对照高，但是在感官评吸后，各处理的评吸得分都较对照有所提高，这在一定程度上反映了香气物质含量的高低并不是决定吸食品质的唯一标准.为了探讨香气质量的形成规律，今后应该在各香气物质的不同比例和相互作用展开深入研究.

目前密集烤房烤后烟叶的香气质量下降在很大程度上是因为整个密集烘烤过程中风速过大，快速排湿、快速干燥，过于强调节能和减少干物质损失，没有使烟叶内在致香前体物充分转化.尤其在干筋阶段温度高，风速如果仍然较高，势必会在快速排湿的同时将烟叶的一部分挥发性香气物质散失掉.通风与烟叶干燥关系密切，风速高时烤后烟叶香味淡，辛辣味重，烟气粗糙，刺激性大;风速低时烤后烟叶香气和吃味浓郁，尤其以定色末期和干筋期的风速对烟叶的香吃味影响最大［21］.有研究［12］表明，干筋期香气物质总量基本保持不变，但大分子香气物质继续增加，小分子物质明显减少，这是因为在干筋期仍然有许多小分子香气前提物质发生聚缩反应形成大分子香气物质.而通过减小风机转速，降低风速，使烟叶水分持续有度地排除，能够创造一个适宜的反应环境，有利于烟叶香气物质的转化和积累，同时，也减少了烟叶油分和部分小分子香气物质的挥发损失.但是，由本试验结果也发现，盲目降低干筋期风机转速会造成香气物质的减少，干筋期风机转速适宜保持在前期720 r·min－1，后期 540 r·min－1的转速.

研究结果认为，干筋阶段的通风状况对上部烟叶的香气物质和感官评吸质量的形成有着重要的作用，适当降低干筋期循环风机转速对烟叶香气质量的改善效果明显，其中54～60℃时风机转速为720 r·min－1，60 ℃ 以后风机转速 540 r·min－1，可明显提高烤后上部烟叶的质体色素降解香气物质(包括类胡萝卜素降解产物和新植二烯)、苯丙氨酸类、类西柏烷类物质和香气物质总量，分别较对照提高了12.43%，22.64%，29.12%，16.83%，其中类胡萝卜素降解产物的增加幅度达到45.70%.综合来看，以T3处理对烤后上部烟叶香气质量的改善最优，其烤后烟叶香韵较好，香气量充足，香气质纯净，刺激性较小，劲头适中，杂气较少，口感好.

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