雪茄烟发酵的研究进展

牛浩, 周中宇, 白金莹, 张明刚, 孙占伟, 陈二龙

雪茄烟发酵的研究进展

牛浩1, 周中宇2, 白金莹2, 张明刚2, 孙占伟2, 陈二龙2

(1. 河南农业大学 烟草学院, 河南 郑州, 450002; 2. 河南中烟工业有限责任公司, 河南 郑州. 450016)

雪茄烟是一种香气浓厚, 风味独特的烟草制品。随着我国经济不断发展和人民生活水平的不断提高, 越来越多的人开始接触并享受雪茄。然而由于种种原因, 国产优质雪茄原料的匮乏成为阻碍我国雪茄烟产业健康发展的关键因素。发酵能够改善烟叶品质, 提升烟叶可用性, 是解决国产优质雪茄原料短缺的重要途径。本文通过阐述雪茄烟发酵的机理, 发酵对内在品质的影响, 影响雪茄烟发酵的因素以及现有的发酵技术, 对雪茄烟之后发酵研究的方向和前景进行了探讨和总结。

雪茄烟; 发酵机理; 内在品质; 发酵技术

雪茄烟是卷烟产品的一种类型, 其传统概念是指整个烟卷全部用烟叶卷成的卷烟产品。其烟质特点是具有典型的雪茄香型, 不仅吃味浓, 劲头足, 且具有浓郁的雪茄香气特征。雪茄烟的起源最早追溯到1492年, 哥伦布前往美洲新大陆时发现的当地土著所抽吸的一种烟制品。随后雪茄被带回欧洲, 开始在世界范围内流行起来。雪茄烟传入我国最早可追溯到光绪16年; 新中国成立之后, 雪茄烟生产集中在上海、四川、山东、浙江等地, 广东、贵州等省也有零星生产[1]。进入二十一世纪之后, 随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高, 越来越多的人开始接触和消费雪茄烟。有报道指出, 2017年国产雪茄烟销量达到了15.13亿支, 较2013年增长了三倍多[2]。市场上也有长城、王冠、黄鹤楼等一系列优秀国产雪茄烟品牌。雪茄市场价值潜力巨大, 发展前景广阔。

优质的雪茄烟叶是制作高品质雪茄的基础, 目前国内生产雪茄烟叶的产区主要集中在四川什邡、犍为、万源及浙江桐乡等地, 但因为种种原因, 国产烟叶的质量整体偏低, 与国外进口原料存在着一定差异[3]。缺乏可用性高国产优质雪茄烟叶已经成为严重影响中国雪茄行业的健康发展的重要原因。发酵能够改善烟叶品质, 从而提升烟叶可用性, 是解决当前行业发展面临优质原材料短缺的重要途径。基于此, 本文回顾了近年来对于雪茄烟发酵的相关研究进展, 探讨了雪茄烟发酵研究的方向和前景, 以期为促进我国雪茄产业健康蓬勃发展提供理论依据和参考。

1 雪茄烟发酵机理的研究进展

烟叶发酵的概念是指, 烟叶通过烘烤(或晾制)和复烤后, 在人工强化条件或自然条件下陈化的一个过程。这一过程使烟叶内含物发生一系列化学和生物化学变化, 减少原烟某些品质缺陷, 使烟草香气更加显露, 吸食品质明显增强[4]。而对于烟叶发酵机理的研究, 有利于我们理解雪茄烟发酵的本质和核心。近年来有关烟叶发酵的机理研究相对罕见, 对于烟叶发酵机理的认识仍然停留在上世纪提出的微生物作用、酶作用和氧化作用上。酶(enzyme)是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或核酸。在烟叶发酵领域, Frankenburg和Andersen等[5–7]提出了酶催化烟叶发酵的学说, 指出在烟叶发酵各阶段烟叶中含有的一半蛋白质被烟叶中的酶水解产生了相当数量的氨基酸。在雪茄烟发酵过程中, 这些酶类也将继续发挥重要作用, 催化原烟中的物质发生一系列生物化学变化。19世纪80年代, 小什列晋格提出了微生物作用假说[8], 认为在发酵过程中微生物首先发挥作用。Reid等[9]率先发现, 在雪茄烟叶表面存在大量细菌和霉菌。近年来, 对于发酵过程微生物作用的研究较多。张鸽[10]等研究了来自美国、巴西、多米尼加以及中国4个国家的烟叶表面细菌, 结果表明尽管属水平上不同地区雪茄外包皮烟叶表面细菌多样性及数量存在差异, 但基本以芽孢杆菌和葡萄球菌为主, 尤其芽孢杆菌属为优势菌属; 一些细菌具有分泌纤维素酶、果胶酶和蛋白酶的功能, 这可能发酵过程中是微生物改善烟叶品质的原因所在。杜佳[11]等研究了雪茄烟人工发酵过程中叶面微生物区系的变化, 结果表明发酵过程中的细菌为优势菌群, 霉菌所占比例较少, 没有发现酵母菌和放线菌; 巨大芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌为雪茄茄衣人工发酵中的优势菌种; 茄衣表面各菌种数量在发酵过程前24 d内呈急剧下降趋势, 随后趋势趋于稳定。值得注意的是, 时向东[12]等的研究指出, 雪茄烟的香气物质在发酵15～25 d左右达到最大值, 随后开始出现下降, 这一结果与微生物数量的变化相一致。

2 雪茄烟发酵对内在品质的影响

2.1 化学成分与品质指数

烟叶的内在品质与其化学成分密切相关。雪茄烟叶在发酵过程中发生了一系列的物质转化, 糖类能和和醇、酚、多酚类化合物形成能释放香味物质的糖苷, 还原糖与游离氨基酸能发生Maillard反应赋予烟草陈香气息, 同时含氮化合物挥发碱逐渐转化分解, 形成有机酸和氨气也能起到改善烟质的作用。相关研究指出, 雪茄烟在发酵过程常规化学成分有着较大的改变。除烟碱外, 总糖、还原糖、总氮、都出现了下降的趋势, 但其发生变化时段并不一致(表1)。总氮的变化发生在发酵的24～30 d, 而总糖和还原糖的变化发生在发酵前期(0～12 d)。从品质指数变化的结果来看, 发酵引起钾氯比、糖碱比、糖氮比和氮碱比的降低。只有氯钾比的变化发生在发酵前期(0～12 d), 而总氮和氯钾比的变化集中在发酵的24～30 d阶段。

表1 发酵对雪茄烟化学成分和品质指数的影响[13–14]

2.2 香气成分

香气是构成烟叶吃味的主要内容, 一些香气物质的含量变化对于整个烟草吃味有着巨大的影响。随着发酵过程的进行, 香气物质随之发生着改变(表2)。时向东[15–16]等测定了雪茄烟外包皮发酵过程中香气成分含量的变化, 定性定量的测定出31种香气物质, 包括苯丙氨酸转化产物4种, 西柏烷类降解产物2种, 棕色化反应产物3种, 类胡萝卜素降解产物11种, 其他类10种。含量最高的香气成分为新植二烯, 其次是植醇和茄酮。在发酵过程中, 香气物质含量表现出先增后减的趋势, 多数香气物质含量在发酵第15～25 d达到最高峰。造成这种变化趋势的原因可能是发酵前期各种香气前体物质分解; 而到了发酵的中后期, 一方面香气的前体物质含量变低, 另一方面香气物质本身在发酵过程会挥发和分解, 导致了后期香气成分的下降。现将具体的香气物质变化情况总结在下表中。

表2 发酵对雪茄烟香气成分的影响[15–17]

3 影响雪茄烟发酵的因素

在雪茄烟的发酵过程中, 无论内部物质的转化机理如何, 都需要一定的外在环境提供保障。温度、湿度和发酵时间在雪茄发酵过程中起到了决定性的作用。乔保明等[18]的研究结果指出, 随着温度的升高, 发酵的剧烈程度增加, 烟叶的颜色也变的更深, 整体质量也向好的方向变化, 但温度过高会导致发酵过度从而降低烟叶的品质。另外, 有文献报道随着发酵温度的提高, 雪茄烟的烟草特有亚硝胺(TSNAs)的含量也随之升高[19]。王洁[20]研究了发酵湿度对雪茄烟品质的影响, 结果表明高湿模式下不仅总氮和总糖在发酵结束时降幅度更大, 且高湿模式能减少叶厚和叶质重, 增加烟叶的含梗率。在发酵时间方面, 化学成分的转变主要发生在0～12 d, 而香气成分则在发酵的15 d左右达到高峰。宋世旭等[21]的研究指出, 雪茄烟入库后长时间(21～27个月)的发酵醇化能够进一步的改善烟叶品质和物理特性, 但更长时间养护醇化对烟叶综合品质提升效果不明显。

4 雪茄烟发酵技术

4.1 传统发酵技术

雪茄烟传统的发酵方式较为粗放, 在产区最常使用的发酵方法是堆积发酵法, 也是一种基本的发酵方法。这种方法占地大, 而且在发酵过程中需要进行反复的翻堆处理, 耗时耗力。其具体做法是首先将晾制后雪茄烟扎把, 随后以把头朝外, 外而内的一排一排逐渐码放, 内层的烟把压放在外层烟把间的空隙处, 在码放好第一层后以此逐渐向上一层一层码放形成烟堆。每个烟堆的长宽高可根据实际情况进行调整, 一般是4 m×2 m×1.5 m。烟堆堆好后, 需向其内部插入温度计以观察温度情况; 外部还需要用草帘、竹席等遮盖起来以防止表面烟叶过干需要。注意的是, 烟堆需要堆放在离地面约20 cm的烟架上。随后烟堆便会自热, 烟堆内的温度会逐渐升高。当到达预定的温度时, 把烟堆拆开通风, 待烟叶冷却后按照位置对调(内外对调、上下对调)的原则重新码堆, 使得各个位置的烟叶都能均匀发酵。一次发酵一般需要经历4～5次翻堆便可完成[22–23]。此外, 传统发酵方法还有糊米发酵法、红米发酵法[24]均为堆垛发酵的衍生方法, 这里不再详细叙述。

4.2 基于酶制剂的发酵技术

有关酶制剂的应用于雪茄烟发酵的研究较多, 已见纤维素酶[25]、氧化酶[26]、淀粉酶[27]、风味蛋白酶[28]和复配酶制剂[29]作为外源添加酶类参与到雪茄烟的发酵过程中的报道。外源酶制剂处理过程相似, 一般的, 首先是配置一定浓度的酶制剂溶液, 溶剂一般是水, 也可以是其他的缓冲溶液(如柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液)以保护酶的活性; 接着将烟叶的叶柄放置于酶溶液中浸泡一段时间, 然后将酶溶液喷雾喷洒在烟叶上, 这样做的目的是使酶溶液充分渗透到烟叶之中; 最后平衡烟叶水分, 置于一定的温湿度条件下进行发酵。酶制剂在外源添加酶制剂发酵后, 雪茄烟叶的总体品质均得到了提高, 如香气质、香气量、余位、甜度明显提高, 杂气和刺激性减少。但不同酶制剂处理下的雪茄烟叶具有其独特的品质特征, 纤维素酶、氧化酶处理能改善雪茄烟的苦味, 提升香气丰富度; 淀粉酶处理能够分解雪茄烟中的淀粉, 增加烟叶燃吸时的香甜口感; 风味蛋白酶处理能够降低蛋白质含量, 增大糖氮比值。

4.3 基于微生物的发酵技术

有关外源接种微生物应用于雪茄烟发酵的研究相对较少。李宁[30]等从雪茄烟表面分理出的菌株, 经鉴定后为蜡样芽胞杆菌, 在堆积发酵中添加后能明显降低含氮化合物含量, 烟气劲头和刺激性改善明显; 汪长国等[31]发明的一种枯草芽孢杆菌可湿性粉制剂能降低12.82%～25.31%的蛋白质含量, 缩短5-7 d的发酵期; 胡希等[32]将从烟叶表面中分离筛选的两株细菌, 在人工发酵过程中添加细菌培养物明显降低总植物碱和挥发碱, 烟碱含量也有明显降低。

5 雪茄烟发酵的展望

关于雪茄烟发酵的研究目前已经取得的一定的结果, 但仍然存在一定不足之处。目前缺乏对于发酵过程中的代谢机制方面的认识, 就发酵工艺而言也缺乏合理的指标来衡量发酵的效果。在实际生产中对于发酵过程的控制, 发酵程度的判定等方面依然是较以经验为主的较为粗放的管理方式, 没有对于发酵因素精确控制的概念。因而, 研究雪茄烟发酵的代谢机制, 明确发酵过程中的物质转化过程, 以及定量的衡量影响发酵的因素将是今后的研究工作亟待解决的关键问题。

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Research progress of cigar fermentation

Niu Hao1, Zhou Zhongyu2, Bai Jinying2, Zhang Minggang2, Sun Zhanwei2, Chen Erlong2

(1. College of Tobacco, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Henan Tobacco Industry Co Ltd, Zhengzhou 450016, China)

Cigar is a kind of tobacco product with strong aroma and unique flavor. With the continuous development of China's economy and the continuous improvement of people's living standards, more and more people have begun to contact and enjoy cigars. However, due to various reasons, the shortage of domestic high-quality cigar raw materials has become a key factor hindering the healthy development of China's cigar industry. Fermentation can improve the quality of tobacco leaves and the availability of tobacco leaves. It is an important way to solve the shortage of domestic high-quality cigar raw materials. This article describes the mechanism of cigar fermentation, the influence of fermentation on intrinsic quality, the factors affecting cigar fermentation, and the existing fermentation technology. Finally, the research direction and prospect of cigar fermentation are discussed.

cigar; fermentation mechanism; intrinsic quality; fermentation technology

S 572

A

1672–6146(2020)04–0060–04

10.3969/j.issn.1672–6146.2020.04.012

牛浩, 813399300@qq.com。

2020–03–18

(责任编校: 郭冬生)