邵武烟叶常规化学成分质量评价①
2018-01-17沈建平郭建华丁应福徐辰生申洪涛李小龙张仕祥
沈建平,郭建华,曾 强,丁应福,徐辰生,申洪涛,李小龙*,张仕祥*
(1 南平市烟草公司邵武分公司,福建邵武 354000;2 中国烟草总公司郑州烟草研究院,郑州 450001;3 烟草行业生态环境与烟叶质量重点实验室,郑州 450001;4 福建省烟草公司南平市公司,福建南平 353000;5 河南中烟工业有限责任公司,郑州 450016)
烟叶作为烟草工业企业的基础原料和商业企业的商品,其高品质是烟草行业工商企业共同追求的目标。烤烟品质包括外观质量、化学成分、物理特性和感官质量[1]。烟叶化学成分是品种、气候、土壤与栽培调制技术综合作用的结果[2]。烟叶常规化学成分是影响烟叶内在质量的基础,烟叶中的常规化学成分对烟叶内在质量有重要影响,其中总糖、还原糖、总碱、总氮等指标与吸味有关,钾和氯的含量与烟叶的燃烧性直接相关,还有一些二级指标如氮碱比(总氮/烟碱)、糖碱比(还原糖/烟碱)影响到烟叶的吸味协调性[3-4]。烟叶中这些主要的常规化学成分在很大程度上决定了烟气的特性,进而影响烟叶的品质[5-6],因此,常规化学指标是烟叶化学成分协调性的评价依据,在烟叶质量评价中具有重要的作用。
邵武市是福建省的重要植烟地区之一,但迄今为止有关邵武烟叶常规化学性质的文献报道甚少。为了深入了解邵武烟叶质量状况,挖掘邵武烟叶特色,本文特对邵武烟叶进行质量评价,旨在为邵武调整烟草农业生产措施提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 产地概况
邵武市位于我国福建省西北部,117°02′~117°52′E,26°55′~27°35′N,土地面积 2 852 km2,是我国福建省商品粮基地之一,森林覆盖率达70%,为闽北“林海粮仓”。地势由北部、西南部向中部、东南部富屯溪谷地倾斜,海拔130~1 524 m。
邵武市属中亚热带湿润季风气候,全年温暖湿润,光、热和水资源丰富,年均气温18 ℃,年均降雨量1 600 mm,无霜期280 d。属于我国东南烟草种植区,是我国最适宜种植烟草的地区之一[1]。植烟土壤主要有水稻土,常年植烟面积3 700 hm2,烤烟收购量7 500 t左右。
1.2 供试材料
依据烤烟国家标准[7],2013年度,在沿山、城郊、水北、吴家塘和大埠岗等 5个乡镇采集具代表性的K326烤后 C3F(中部烟叶)和 B2F(上部烟叶)等级烟叶样品,其中沿山和城郊取样各4套,水北、吴家塘和大埠岗各2套,计14套28个烟叶样品;在卫闽、洪墩和拿口等3个乡镇采集具代表性的云烟87烤后C3F和B2F等级烟叶样品各2套,计6套12个烟叶样品;在大竹、和平和肖家坊等3个乡镇采集具代表性的翠碧1号烤后C3F和B2F等级烟叶样品各2套,计6套12个烟叶样品,共计采集26套52个烟叶样品。
1.3 前处理与检测
对采集的烟叶样品人工抽取主脉后,粉碎其余部分过20目尼龙筛,采用烟草行业标准方法——连续流动分析法检测烟叶中烟碱[8]、总氮[9]、还原糖[10]、淀粉[11]、钾[12]和氯[13]等含量。
1.4 数据分析
采用Microsoft Excel 2010进行数据整理和作图。
2 结果与分析
2.1 烟碱、总氮和氮碱比
2.1.1 烟碱 烟碱是烟叶质量中最重要的化学成分,其含量直接决定烟叶内在品质、安全性和可用性,适宜的烟碱含量是优质低害烟叶生产所追求的目标[14]。烟草工业企业因卷烟产品特点对烟叶原料的烟碱含量的要求也不尽相同,但多数工业企业能接受的烟碱含量范围为中部烟叶17.0~32.0 g/kg,上部烟叶20.0 ~40.0 g/kg。烟碱含量又受到生态环境[15-16]、种植品种[17]、栽培管理措施[18-22]、烟叶部位[23]、肥料用量(特别是氮肥用量)[24-25]等多种因素的共同影响。一般情况下,烟碱含量在不同叶位的分布表现为上部叶>中部叶>下部叶[23]。
邵武 C3F等级烟叶中烟碱含量介于 12.2~28.1 g/kg,平均含量为21.2 g/kg;B2F等级烟叶的烟碱含量介于25.0~50.2 g/kg,平均含量为37.9 g/kg,B2F等级烟叶烟碱高于C3F等级烟叶。由图1可知,沿山、城郊、水北、大埠岗等乡镇的B2F等级烟叶烟碱含量稍高;卫闽、和平C3F等级烟叶烟碱含量偏低,其他各乡镇的C3F和B2F等级烟叶烟碱含量均较为适宜。
图1 邵武主要乡镇烟叶的烟碱含量Fig. 1 Contents of total alkaloid (TA) in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.1.2 总氮 氮素是烟碱合成必需物质,氮素对烟草制品的感官质量具有重要影响,烟草对氮素营养非常敏感。烟草要正常生长,前期必须有足够的氮素,而后期烟株叶片达到最大叶面积时土壤的氮素应全部消耗,才能保证烟叶适时成熟落黄。不适量的氮素供应将导致烟叶质量恶化,氮素过多,氮代谢旺盛,烟叶难以正常生理成熟,不易调制,质量会严重下降[26]。因此总氮含量是烟叶化学成分评价的重要指标,国际优质烟叶的总氮含量在15.0~30.0 g/kg为宜[27],也有研究认为烟叶总氮含量在17.0~28.0 g/kg为宜。
邵武 C3F等级烟叶中总氮含量为 12.8 ~20.7g/kg,平均含量17.7 g/kg;B2F等级烟叶的总氮含量为17.6~30.2g/kg,平均含量24.1 g/kg。邵武烟叶中氮素含量总体较为适宜,仅吴家塘 C3F等级烟叶中的总氮平均含量为12.9 g/kg,相对较低(图2)。
图2 邵武主要乡镇烟叶的总氮含量Fig. 2 Contents of total nitrogen (TN) in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.1.3 氮碱比 氮碱比是烟叶中总氮和烟碱(总植物碱)含量的比值,氮碱化是衡量烟叶含氮化合物转化情况的重要指标之一,有关研究表明致香物质含量与氮碱比呈极显著正相关关系[28]。优质烤烟氮碱比以 1.0左右为宜[29],但因海拔、气候、土壤以及种植水平的差异,我国烟叶的氮碱比差异较大,烤烟烟叶的氮碱比值处于0.65~1.35亦可为多数工业企业接受。
邵武C3F等级烟叶中氮碱比为0.71~1.36,平均0.86;B2F等级烟叶的氮碱比为0.53~0.89,平均0.64;烟叶中氮碱比总体较为适宜,但B2F的氮碱比偏小,其中吴家塘和大埠岗氮碱比偏低(图 3),但可通过肥料运筹加以调整。
图3 邵武主要乡镇烟叶的氮碱比Fig. 3 Ratios of TN to TA in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.2 钾、氯和钾氯比
2.2.1 钾 钾素是品质元素,烟叶钾含量高不仅能提高燃烧性、降低焦油产生量,还可提高香气含量、改善烟叶香吃味和安全性,对烟叶外观和内在品质均有良好的影响[14]。理论上烟叶钾含量可在20~80 g/kg范围内,国际上普遍认为优质烟烟叶钾含量应高于25 g/kg。国外一些烟叶质量较好的国家如美国、津巴布韦的烟叶钾含量一般为40~60 g/kg,巴西烟叶钾含量为30~40 g/kg。相比而言,中国烟叶钾含量普遍偏低,部分地区的烟叶钾含量甚至低于 20 g/kg(优质烟叶钾含量的最低值)[30]。
邵武C3F等级烟叶钾含量为24.2~36.5 g/kg,平均含量30.5 g/kg;B2F等级烟叶的钾含量为18.6 ~55.1 g/kg,平均含量23.4 g/kg。总体看来邵武烟叶钾含量处于较高的水平,但从具体乡镇来看,吴家塘、和平和肖家坊的B2F等级烟叶中的钾含量(图4)仍低于20 g/kg。
图4 邵武主要乡镇烟叶的钾含量Fig. 4 Contents of K+ in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.2.2 氯 氯是烤烟必需的营养元素[31],烟叶氯含量的高低决定了烟叶的工业可用性和经济效益,烟叶氯含量过低或过高都会直接影响烟叶的利用率[32]。一般认为,品质优良的烟叶其氯含量在3~8 g/kg[33],但也有研究认为是4~8 g/kg,烟叶含氯过低(<4 g/kg),叶片吸湿性与弹性差,易破碎,填充力降低[34];氯含量过高严重影响烟叶的质量,烟叶的燃烧性变差,阴持火能力降低,烟味变劣和烟灰颜色变暗变黑[35]。
邵武C3F等级烟叶氯含量为2~5.3 g/kg,平均含量2.9 g/kg;B2F等级烟叶的氯含量为2.4~5.2 g/kg,平均含量3.4 g/kg。各乡镇烟叶的氯平均含量结果见图5,多数乡镇烟叶样品氯含量偏低,这与南平烟区烟田土壤的氯含量处于较低及低水平有关[36]。
图5 邵武主要乡镇烟叶的氯含量Fig. 5 Contents of Cl- in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.2.3 钾氯比 烟叶钾氯比指标主要用于评价烟叶的燃烧性能,通常认为烤后烟叶的钾氯比>4.0且比值越大越好,也有认为其值4~10为宜[33]。邵武C3F等级烟叶钾氯比为6.93~17.12,平均10.98;B2F等级烟叶的钾氯比为4.66~18.25,平均7.32。各乡镇烟叶的钾氯比平均结果见图 6,烟叶中钾氯比值均>4.0,表明邵武烟叶钾氯比适宜。
2.3 还原糖及糖碱比
2.3.1 还原糖 烤烟中含有大量的水溶性糖,燃吸时产生酸性物质抑制烟气中的碱性物质,使烟气的酸碱平衡适度,降低刺激性,产生令人满意的吃味,同时也是形成香味成分的重要前体物质[37]。烤烟还原糖含量与调制方法、加工工艺、烟叶配方及香精香料的使用均有密切的关系,它直接影响叶片的感观质量、加工后烟丝的质量及评吸时的香气与吃味[38]。一般烤烟还原糖含量在100~250 g/kg,其含量160 ~220 g/kg为宜[39]。亦有研究表明还原糖含量在220 ~240 g/kg范围内,香味和吸味均较佳,还原糖含量在23.0% 时评吸质量最佳[40]。
邵武 C3F等级烟叶中还原糖含量为 216.0 ~295.5 g/kg,平均含量251.5 g/kg;B2F等级烟叶的还原糖含量为163.4~299.7g/kg,平均含量208.3 g/kg。各乡镇烟叶的还原糖含量结果见图7,总体上C3F等级烟叶的还原糖含量高于 B2F等级烟叶,与黎妍妍等[39]研究结果一致,多数乡镇烟叶还原糖含量为180 ~270 g/kg,处于适宜和较适宜的范围内。
2.3.2 糖碱比 糖碱比是最常用的衡量烟叶内在品质和香气吸味品质的重要指标,用于评价烟叶吃味和刺激性。烟叶糖碱比在产区、品种和等级间均存在着显著差异[41]。通常认为,糖碱比在8.0~12.0为宜[27],也有认为在6.0~10.0范围最为适宜[41],也有研究认为烟叶糖碱比在 8.0~22.0 或 8.0~24.0 范围内,其感官品质较好[42-43]。
图6 邵武主要乡镇烟叶的钾氯比Fig. 6 Ratios of K+ to Cl- in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
图7 邵武主要乡镇烟叶的还原糖Fig. 7 Contents of reducing sugar (RS) in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
邵武C3F等级烟叶糖碱比为8.37~19.82,平均为12.66;B2F等级烟叶的糖碱比为3.54~11.19,平均 5.86。各乡镇烟叶的糖碱比值结果见图 8,各乡镇C3F等级烟叶的糖碱比均在8.0~20.0之间,多数在10.0左右,含量范围适宜;B2F等级烟叶糖碱比只有卫闽和肖家坊高于8.0,其余乡镇均低于8.0;邵武烟叶的氮碱比值大部分乡镇较为适宜。
图8 主要乡镇烟叶的糖碱比Fig. 8 Ratios of RS to TA in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
2.4 淀粉
新鲜烟叶中淀粉的含量可达400 g/kg[44],在烘烤调制的过程中,经过一系列复杂的化学反应,大部分淀粉会被降解为还原糖等小分子化合物,因此烟叶的化学成分与外观物理结构都会有很大改变[45]。当前国外优质烤烟的淀粉含量一般被控制在 20 g/kg以下,而国内优质烤烟的淀粉含量则在40~60 g/kg[46]。研究认为,由淀粉降解产生的小分子化合物在燃吸过程中会裂解产生酸性物质,这些酸性物质在中和含氮化合物燃烧过程中产生的碱性气体方面有着重要作用,烤后烟叶淀粉含量偏高会增加燃烧过程中刺激性气味的产生量,对烟叶的外观质量以及吃味产生不良影响[47]。烟叶的淀粉含量受生态条件、管理措施等多种因素影响[46],但烘烤是控制烤烟淀粉含量的关键措施,在烘烤过程中,淀粉在淀粉酶的作用下快速降解[48]。同时,烤后烟叶的淀粉含量也是衡量烘烤工艺水平的一个重要参数。
邵武 C3F等级烟叶中淀粉含量为 19.2~46.4 g/kg,平均含量35.6 g/kg;B2F等级烟叶的淀粉含量为28.7~59.2 g/kg,平均含量40.8 g/kg。各乡镇烟叶的淀粉含量结果见图 9,淀粉平均含量均低于 60 g/kg,处于适宜含量范围内。
3 讨论
烟叶化学成分是品种、气候、土壤与栽培调制技术综合作用的结果[2]。依据邵武的土壤和气候特点以及种植习惯,将邵武划分为水北、沿山、和平和拿口等4个基地单元,其平均海拔200 m左右,水北和沿山220 m左右,和平280 m左右,年平均气温随着海拔的升高略下降,相差不到0.5 ℃,平均海拔和年均气温的差异不大。
图9 邵武主要乡镇烟叶的淀粉含量Fig. 9 Contents of starch in flue-cured tobacco leaves from main towns of Shaowu
和平基地单元主要种植翠碧1号,拿口基地单元种植云烟87,水北和沿山基地单元种植K326;翠碧1号的移栽期通常在2月初,亩均施用纯氮7.5~8.0 kg,正常情况下,整个大田生育期在105~115 d;K326和云烟87移栽在3月初,亩均施用纯氮8.5~9.0 kg,整个大田生育期在120~130 d。翠碧1号施肥量低于K326和云烟87,K326和云烟87用肥量相当。翠碧1号是烟草特色品种,其独特的气候要求使得其烟叶质量与K326和云烟87有较大的区别,对其进行质量评价时通常有特殊要求,基于其特殊性,工业企业对其化学成分要求也常异于常规品种。
由此可见,邵武烟区烟叶常规化学成分差异因归因于品种适宜性不同,调整施肥量和移栽期,改变了各品种烟草大田生育期的养分供应与水热状况。
4 结论
邵武烟叶常规化学成分含量适宜且比例较协调。烟碱和总氮含量适宜,氮碱比值较协调;烟叶钾含量高,氯含量较低,钾氯比指标优良(均 >4.0);C3F等级烟叶还原糖含量和糖碱比总体适宜,个别乡镇的B2F等级烟叶糖碱比偏低;邵武烟叶淀粉含量较低。但部分乡镇烟叶中部和上部之间的化学成分差异较大,需要控制上部烟叶采收成熟度并根据烟叶素质优化烘烤参数,均衡不同部位烟叶的化学成分。
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