不同陈化条件对烤烟主流烟气中有害成分及感官质量的影响

向金友，程玉渊，陈建中，王 林，岳华峰，杨 欣，杨懿德，杨 洋，刘典三，高方圆，景延秋，雷 强，宁尚辉0*

(1.四川省烟草公司宜宾市公司，四川 宜宾 644002；2.河南省烟草公司南阳市公司，河南 南阳 473000；3河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南 南阳 473000；4.湖北中烟工业有限责任公司技术中心，湖北 武汉 430051；5.湖北中烟工业有限责任公司广水卷烟厂，湖北 广水 432700；6.广东中烟工业有限责任公司，广东 广州 510310；7.江西省赣州市信丰烟草公司，江西 赣州 341000；8.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；9.中国烟草总公司四川省公司，四川 成都 610041；10.湖南省烟草公司常德市公司，湖南 常德 415000)

【研究意义】初烤烟叶往往存在杂气较重、刺激性较大、香气粗糙及吃味不醇和等问题[1-2]，因此不能直接进入卷烟配方，进行卷烟生产，而陈化不仅可以协调烟叶化学成分，且可改善其物理性质进而改善烟叶品质,提高工业可用性[3]。【前人研究进展】研究表明陈化是烟叶酶、无机元素及微生物共同参与、协调作用的过程[4]；陈化前后烤烟pH、总植物碱、挥发性碱逐渐降低，多酚类物质、挥发性酸及香气成分则呈增加的趋势[5-6]；同时陈化过程中，烟叶中质体色素类物质呈阶段性增降变化[7]。同时研究发现，陈化过程中香料烟感官质量变化分为上升期、最佳品质稳定期及回落期[8]。吸烟与健康近年来越来越多的备受社会关注，一直以来是烟草行业面临的巨大挑战，所以降焦减害成为卷烟工业亟待克服的难题与矛盾[9]。卷烟主流烟气中有害物质众多，其中焦油、烟碱、NH3、CO、B[a]P、NNK、HCN、苯酚及巴豆醛危害性较大[10]，且有研究表明烤烟烟叶原料特性是影响卷烟安全性的关键因素，其内在化学成分在燃烧过程中，通过热解、合成等方式导致了有害成分的释放[11-13]。而烤烟陈化过程中，始终伴随着烟叶内在物质的变动[14]，所以有必要对陈化过程中主流烟气中的有害成分释放量变化情况进行探索。【本研究切入点】本文系统研究了陈化过程中有害成分释放量的变化趋势，对陈化过程中有害成分释放量与感官质量的关系进行探索。【拟解决的关键问题】以期对科学指导陈化及降焦减害提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015-2017年5月河南中烟技术中心进行，样品来自河南省郑州、济源、许昌、洛阳、平顶山、漯河、南阳、三门峡、驻马店；云南省昆明、大理、保山、文山、红河州、普洱；湖南省郴州、永州、张家界、怀化、邵阳、常德；四川省凉山州、广元、攀枝花、宜宾、泸州；贵州省贵阳、毕节、遵义等5个省区主要植烟市，共214份具有代表性的中橘三(C3F)，每份样品100 kg。

1.2 试验方法

试验采用2种陈化方式，每个样品分为2份分别陈化，具体为TI：不套袋陈化；T2：套袋陈化(样品采用塑料袋夹板包装，包装袋四面打孔)。陈化过程中每隔3个月取样品约2 kg，用于烟气有害成分测定及感官品吸。

1.3 检测指标与方法

样品经回潮后，去筋，切丝(1±0.1)mm，然后采用统一空烟筒用手动卷烟机将处理过的烟丝卷制成84 mm×24 mm的烟支。将卷制的烟支样品置于温度(22±1)℃、相对湿度 (60±2)%的环境下平衡 48 h，根据质量允差选取平均质量 (0.90±0.02)g 和平均吸阻(1000±50)Pa 的烟支为测试样品。

卷烟主流烟气中焦油的测定采用吸烟机测定；烟碱的测定采用分光光度法；HCN、NNK、CO、巴豆醛、B[a]P、苯酚、NH3的测定分别按照标准办法YC/T253-2008、 LC-MS/MS、GB/T23356-2009、YC/T254-2008、GB/T21130-2007、YC/T255-2008、YC/T377-2010进行。感官质量由河南中烟技术中心组织9位评委评吸，测定指标香气量、香气质、杂气、刺激性、烟气浓度、劲头、灰色、余味、燃烧性评价标准为：很好(9)、好(8)、较好(7)、稍好(6)、中(5)、稍差(4)、较差(3)、差(2)、很差(1)，各项打分最小单位为0.1分。

2 结果与分析

2.1 陈化过程中不同陈化条件烤烟主流烟气中有害成分的变化

由图1可知，陈化过程中主流烟气中的不同的有害成分的变化差异较大，且除B[a]P外其余有害成分均大体表现为不套袋处理大于套袋处理；其中各处理焦油的含量总体表现为先减少后增加的趋势，且均在陈化24个月左右达到谷值，再者在陈化18～24个月不套袋处理焦油的含量低于套袋处理，其他时期则高于套袋处理；与焦油含量相比，2个处理HCN的含量随陈化时间上延长大体上也表现为先减少后增加的趋势，但达到谷值的时间有差异，不套袋处理出现在陈化的第15个月左右，而套袋处理出现在陈化的第21个月左右；主流烟气中烟碱与NNK的含量则大体表现为随陈化时间的延长逐渐降低；主流烟气中CO与巴豆醛的含量则大体表现为随陈化时间的延长逐渐增加；不套袋B[a]P的含量在陈化过程中表现为“M”变化，套袋处理在25个月左右达到峰值；再者苯酚与NH3的含量在陈化过程中则表现为先增加后减少的趋势。表明可以在在卷烟生产中可以通过的套袋方式对烤烟进行陈化以减少卷烟制品主流烟气中的有害成分。

图1 陈化过程中不同陈化条件烤烟烟气中有害成分的变化Fig.1 Changes of harmful components in flue-cured tobacco smoke under different aging conditions

2.2 陈化过程中不同陈化条件烤烟感官质量的变化

由图2可知，经陈化后烤烟的感官质量会有一定程度的改善，但陈化时间过长烤烟的感官质量有所下降，且不同陈化方式对感官质量的影响存在不同程度的差异，陈化过程中香气量、香气质、杂气以及刺激性等感官质量指标均表现为不套袋处理>套袋处理；随着陈化的进行，烟气浓度在第8个月达到谷值，其后总体上呈增长的趋势，在第21个月及第27个月烟气浓度相对较高，后开始有下降的趋势，不同陈化条件，烟气浓度变化趋势总体一致；劲头在陈化的第6个月达到谷值，其后呈 “波浪式”的递增趋势，并在20～26个月左右维持在高值；在陈化过程中灰色呈“波浪式”的增长趋势，在第33个月达到峰值，其后开始呈下降的趋势，在陈化的前12个月左右灰色值套袋>不套袋，其后两者交替处于领先地位，在陈化的过程中套袋相比不套袋谷值出现较早；余味相较其他感官质量指标波动较小，在陈化的第9个月左右出现谷值，在陈化的第18个月左右达到峰值，不同陈化条件下余味谷值到来的时间不同，陈化时期套袋均大于不套袋；燃烧性在陈化的第19个月左右达到谷值，在第24个月左右达到峰值。表明陈化过程中，采用套袋处理可增加烟叶的香气质、香气量及余味，但同时也会增加烟气的杂气与刺激性，适当延长陈化时间有利于降低烟叶的劲头同时增加灰色，在具体陈化过程中适当增加陈化时间，采用套袋的方式可达到增加烟叶燃烧性的效果。

图2 陈化过程中不同陈化条件烤烟感官质量的变化Fig.2 Changes of sensory quality of flue-cured tobacco under different aging conditions during aging

2.3 烤烟感官质量对烟气有害成分的影响

为研究陈化过程中感官质量与主流烟气中有害成分的具体关系，对其进行通径分析，由表1可知，灰色对CO的直接影响较大，其直接通经系数明显大于其他因素，这说明陈化过程中灰色对CO的影响处于主导地位；烟气浓度与灰色对HCN的均有较大的影响，直接通径系数灰色略大于烟气浓度，但整体上其他因素通过烟气浓度对HCN的间接影响略大于灰色，这说明陈化过程中烟气浓度与灰色对HCN的影响均处于主导地位；各因素中，刺激性对NNK的直接影响最大；香气量与烟气浓度对主流烟气中氨直接影响较大，且各因素通过两者对氨的间接影响也相对较大；余味是影响陈化过程中B[a]P含量的主导因素，其直接通径系数明显大于其他因素；杂气对巴豆醛的直接通径系数最大，是影响巴豆醛释放量的主导因素；劲头与刺激性对烟碱的直接影响较大，此外香气量与灰色对烟碱也有较大的影响；香气质对焦油的直接通径系数最大，是影响主流烟气中焦油量的主导因素。因此，陈化过程中烤烟感官质量对主流烟气有害成分释放量有较大的影响，把握感官质量的变化对了解烟气有害成分释放量，在一定程度上具有重要意义。

3 结论与讨论

卷烟原料的品质，在很大程度上影响燃吸过程中有害物质的释放[15]。本研究结果表明，烟叶经陈化后，主流烟气中焦油、烟碱、HCN、NNK均有较大程度的减少，这主要是由于陈化过程中其前体物质被大量分解；且套袋处理对烟碱、NNK的减少效果更加有效，宋纪真等[16]研究表明套袋陈化有助于减少烟碱及挥发性碱等内在化学物质，所以较为封闭的环境更有利于烟碱、NNK及前体物质的分解降低；CO、巴豆醛随着陈化的进行，其含量有逐渐增加的趋势，但套袋陈化相较于不套袋，CO、巴豆醛释放量明显减少；B[a]P、苯酚、NH3则大致上呈现先增加后减少的变化趋势，这说明适当的增加陈化时间有助于降低主流烟气中的有害物质，且套袋处理在降低苯酚、NH3方面效果好于不套袋。总体来说，陈化可在一定程度上降低主流烟气中的有害物质，采用套袋陈化的方式对某些有害成分的减少方面作用更加明显。

表1 烤烟感官质量与主流烟气中有害成分的通径分析

续表1 Continued table 1

指标香气质香气量浓度杂气劲头刺激性余味燃烧性灰色余味-0.0020.0560.027-0.024-0.009-0.0180.429-0.0060.009燃烧性-0.0030.066-0.04-0.0590.0080.037-0.0360.1040.061灰色-0.0010.025-0.022-0.0170.0070.0760.0140.0160.153苯酚(μg·g-1)香气质-0.221-0.2170.2450.099-0.1350.0060.0120.092-0.003香气量-0.146-0.3280.1310.096-0.0850.0060.0290.201-0.012浓度-0.082-0.0500.6570.005-0.2130.0060.019-0.1680.012杂气-0.174-0.2510.0280.125-0.0420.0060.0120.145-0.006劲头-0.101-0.0940.4730.018-0.2960.0150.019-0.0960.011刺激性0.0640.081-0.166-0.0320.125-0.0230.009-0.1120.031余味-0.031-0.1290.1660.017-0.076-0.0030.073-0.069-0.004燃烧性-0.045-0.155-0.2520.0420.0650.006-0.0120.438-0.022灰色-0.011-0.057-0.1370.0120.0580.0120.0040.174-0.058巴豆醛(μg·g-1)香气质-0.237-0.0550.1040.355-0.0410.0090.0150.0270.038香气量-0.091-0.0820.0430.345-0.0250.0080.0420.0610.131浓度-0.051-0.0130.2820.019-0.0630.0080.027-0.052-0.159杂气-0.108-0.0630.0120.551-0.0120.0090.0150.0430.073劲头-0.062-0.0240.2010.064-0.0870.0140.028-0.029-0.149刺激性0.0370.022-0.071-0.1160.037-0.0330.013-0.034-0.397余味-0.019-0.0320.0710.061-0.023-0.0040.107-0.0210.046燃烧性-0.028-0.038-0.1070.1490.0190.009-0.0170.1310.296灰色-0.007-0.014-0.0580.0430.0170.0170.0060.0510.262烟碱(mg·g-1)香气质0.056-0.264-0.1260.1410.230-0.1390.008-0.023-0.019香气量0.037-0.399-0.0510.1370.144-0.1270.022-0.051-0.066浓度0.021-0.061-0.3370.0080.363-0.1310.0140.0420.081杂气0.044-0.306-0.0140.1790.072-0.1320.007-0.037-0.037劲头0.025-0.114-0.2420.0250.504-0.2160.0140.0240.075刺激性-0.0150.0990.085-0.046-0.2130.5120.0070.0280.211余味0.008-0.157-0.0850.0240.1300.0640.0540.017-0.023燃烧性0.011-0.1830.1290.059-0.112-0.131-0.009-0.111-0.151灰色0.003-0.0690.0750.017-0.098-0.2670.003-0.043-0.385焦油(mg·g-1)香气质0.5610.176-0.153-0.113-0.061-0.037-0.025-0.060-0.037香气量0.1060.266-0.063-0.112-0.038-0.034-0.073-0.134-0.129浓度0.0620.0410.312-0.006-0.296-0.235-0.0450.1120.156杂气0.1260.204-0.017-0.144-0.019-0.035-0.024-0.096-0.071劲头0.0730.076-0.296-0.026-0.134-0.058-0.0460.0640.146刺激性-0.044-0.2660.1040.0370.0570.336-0.2220.0740.388余味0.0230.105-0.104-0.020-0.0350.017-0.1760.046-0.045燃烧性0.0330.1220.158-0.0480.029-0.0350.028-0.291-0.292灰色0.0080.0460.086-0.0140.026-0.071-0.211-0.113-0.346

注：划横线部分为直接通径系数，其余为间接通径系数。

随着陈化的进行，烟叶感官质量有逐渐的改善，香气质、香气量、杂气及余味陈化前后较其余指标变动幅度较小，但不套袋处理得分相对较高，这可能是由于陈化过程中烟叶内在成分在多种物质催化下大量分解，产生香气物质及香气前体物质，但同时也会产生较多气体，开放的环境使其更易释放，增加分解效率[17]；烟气浓度、劲头、灰色得分在陈化过程中总体呈上升的趋势，两种陈化方式得分交替处于领先位置；烟叶刺激性逐渐降低，这可能与挥发性碱类等可产生刺激性的物质不断减少有关[5,18]，本研究关于主流烟气中有害成分释放量的变化也印证了此点，此外不套袋处理明显好于套袋；燃烧性在陈化过程中浮动较大，总体上呈先增高到降低再迅速升高的变化趋势，这可能受陈化过程中烟叶含水率、钾离子等因素变化的影响。总体上看，陈化过程中烟叶感官质量呈先逐渐优化，到逐步稳定，最后缓慢下降的变化趋势，这与前人的研究相一致[19]，套袋与不套袋方式烟叶变化规律相近，总体上无明显差异，这与程昌新等[1]研究基本相近，陈化中后期烟叶感官质量得到明显改善，所以适时结束陈化有利于烟叶拥有较优的感官质量。

陈化过程中，由于烟叶糖类物质、氮碱类物质，致香类前体物质等不断分解转化[20-22]，不仅烟叶感官质量的形成，进而影响主流烟气中有害成份的释放量[23]。本研究结果表明，不同感官质量指标对不同烟气有害成分的影响大小不同，且一些感官质量指标对烟气有害成分的间接影响也较明显；其中灰色对CO、HCN直接影响较大，烟气浓度对HCN、氨、苯酚直接影响较大，刺激性对NNK、烟碱直接影响较大，劲头对烟碱直接影响较大，而影响B[a]P、焦油含量的主导因素分别是余味和香气质，燃烧性虽然对有害成分直接影响不及其他因素，但其它指标通过燃烧性对有害成分也有较大的间接影响。所以在陈化过程中，感官质量与烟气有害成分的释放量联系密切，这说明在具体生产中通过评价烟叶的感官质量，进而调整陈化周期、仓储条件等陈化措施，可能达到减少主流烟气中有害成分的释放量的目的，进而起到降焦减害的作用。但陈化过程中感官质量的影响因素较多，是众多复杂物质共同参与的结果[24-26]，因此摸清陈化过程中感官质量与主流烟气有害成分的具体内在联系，进而达到降焦减害的作用还需深入研究。