烤前添加外源物质对烟叶质量的影响

刘 勇，李立新，吴金富，赵树德，何宽信*

(1.江西省烟草科学研究所，江西 南昌 330025；2.抚州市烟草公司宜黄分公司，江西 宜黄 344000)

【研究意义】本试验通过在烟叶烘烤前提供其本身含有的蔗糖、柠檬酸和苹果酸物质及可调节酸碱平衡度的EDTA，研究其对烟叶烘烤质量的影响，旨在探索改善江西烟叶质量的烘烤技术措施。【前人研究进展】利用外源植物生长物质可以协调烟株内的源库和代谢，为解决烟叶生产中生长发育和衰老提供有效途径[1]。化学物质在烟叶大田生长过程中的应用研究较多[2-5]，在烟叶烘烤前喷洒添加不同化学物质也有部分报道[6-10]，其中研究显示烤前喷洒EDTA溶液2 g/竿烟、柠檬酸溶液5 g/竿烟、苹果酸溶液10 g/竿烟、蔗糖溶液20 g/竿烟对烟叶质量有不同程度改善作用，但在江西生态环境下烤前喷施多种烟叶中本身含有的化学物质的研究尚未见报道。施用或烤前喷洒化学物质已被证明对改善烟叶品质有一定积极作用[8-9，11]。【本研究切入点】烟叶香气质稍差和香气量较少等是制约烟叶工业可用性的重要因素。美拉德反应是烟草特征香味形成的主要来源之一，其产生的香味物质对烟草香气的贡献率较大，该反应与参与反应的糖(包括单糖、寡糖和多糖)、氨基酸、蛋白质等有很大关系。【拟解决的关键问题】研究显示，江西烤烟中性致香物质酯类物质、美拉德反应产物相比主要浓香型烟叶产区较高，近年来江西烤烟出现颜色暗、油分少、成熟度不够等问题。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在江西省抚州市宜黄县烟草实验站进行。参试品种‘云烟87’，供试面积1.2 hm2。选择该烟农1块烟田(面积0.15 hm2)作为本试验所有试验标记样品的来源。供试烟田管理规范，烘烤前长势均衡一致、无病、成熟落黄正常。供试气流下降式密集烤房1座，配套8/4型变极调速电动机、6号轴流风机、烟叶烘烤温湿度自控仪(抚州金叶农资有限责任公司)，主传感器安装在中温层中间位置。喷施添加化学试剂均为国药集团化学试剂有限公司分析纯试剂，清水为地下饮用井水。

1.2 试验设计

按照烘烤前喷洒化学试剂的不同，中部(10～12叶位)和上部(14～16叶位)烟叶分别设置5个处理，每处理3次重复，每次重复3竿烟，共计45竿烟叶。

对照处理(CK)：每竿烟喷洒清水2 L；EDTA处理：每竿烟喷洒1 g/L EDTA溶液2 L，喷洒量为2 g/竿烟；柠檬酸处理：每竿烟喷洒2.5 g/L柠檬酸溶液2 L，喷洒量为5 g/竿烟；苹果酸处理：每竿烟喷洒5 g/L苹果酸溶液2 L，喷洒量为10 g/竿烟；蔗糖处理：每竿烟喷洒10 g/L蔗糖溶液2 L，喷洒量为20 g/竿烟。

各处理参试烟叶挑选部位、成熟度、叶型大小一致烟叶进行编竿烘烤，每竿编烟140片，选取均匀一致的代表性烟竿做好标记。各试剂充分溶解混匀后分别均匀喷洒对应烟竿叶面上，以叶面湿露不滴水为准。在阴凉处挂置0.5 h后随机装入同一座气流下降式密集烤房上、中、下3层中间位置，每层3竿，每个处理间采用一竿普通烟竿进行隔离。按照当地三段式密集烘烤工艺技术进行烘烤。

1.3 测定项目及方法

各部位各处理烘烤结束后，分别在上、中、下3层随机选取烤后混合烟叶1.0 kg作为各处理试验样品，以备化学成分分析，常规化学成分采用荷兰SKALAR San++按连续流动分析仪按行业标准(YCT 159-2002，YCT 161-2002，YCT 173-2003，YCT 216-2013，YCT 468-2013)进行。对样品按烤烟国标(GB 2635-92)进行分级，按2018年二价区烤烟收购价统计经济效益，对样品外观质量评价按照王彦亭等[12]进行，其中颜色、成熟度、结构、身份、油分和色度的权重分别为30 %、25 %、15 %、12 %、10 %和8 %。烟叶样品感官评吸参照(YC/T 415-2011等)由江西中烟工业有限责任公司技术研发中心进行，其中香气质、香气量、浓度、杂气、刺激性、余味、劲头、燃烧性和灰色的权重分别为20 %、20 %、10 %、10 %、10 %、15 %、5 %、5 %和5 %。

美拉德反应产物提取及定性定量分析：样品前处理采用同时蒸馏萃取法萃取，萃取溶液用旋转蒸发仪浓缩至1 mL并转移至色谱进样瓶中待进样分析。采用气相色谱仪Agilent 7890A进行分析。GC /MS分析条件为：进样口温度250 ℃；进样量为2 μl；分流比为10∶1；载气为氦气；柱流速为恒流0.8 mL/min；色谱柱: DB-5ms 30 m×0.25 mm×0.25 μm；程序升温：初始温度30 ℃，保持2 min，升温20～60 ℃/min，升温2～180 ℃/min，保持2 min，升温10～280 ℃/min，保持20 min；检测器温度280 ℃；溶剂延迟6 min；扫描离子范围50～650 amu。将提取液由GC/MS鉴定结果和KIST库检索定性，MS谱库NIST02：采用内标法定量[13]。烟叶样品感官评吸由江西中烟工业有限责任公司技术研发中心按照国家标准组织实施。

2 结果与分析

2.1 不同外源物质添加对烟叶外观质量的影响

由表1可知，CK处理颜色、色度中等偏下，但油分和结构相对较低，下层烟叶最差，中层最好，油分、结构最好，上层次之。EDTA杂色烟最多，油分最少，色度表现不佳，中层和上层相当，下层最差。蔗糖处理颜色、色度和油分最好，上层比中层稍好，中层居中，下层稍差，但差异不明显。苹果酸颜色相比最淡，但油分和结构相对较好，该处理下层颜色最淡，上层最好。柠檬酸颜色、色度较好，油分结构居中偏上，上层最好，中层次之。EDTA烤后烟叶柠檬黄比例最大，且烟叶油性反应稍差。总体上蔗糖、柠檬酸、苹果酸对改善云烟87中部烟叶颜色、色度和油分等有一定作用。

表1 不同外源物质添加初烤烟叶外观质量对比

对比分析烤前喷洒不同化学物质对云烟87上部烟叶外观质量的影响，整体上CK颜色、色度最淡，偏柠檬黄，其次是EDTA，蔗糖颜色橘黄比例和程度最高，其次是苹果酸，柠檬酸居中。苹果酸结构，油分最好，各处理成熟度、身份相当。总体上蔗糖、柠檬酸、苹果酸对改善云烟87上部烟叶颜色、色度和油分等有一定作用。

2.2 不同外源物质添加对烟叶常规化学成分的影响

如表2所示，烤前喷洒4种化学物质的中部烟叶烟碱含量低于对照，其中苹果酸处理的烟碱含量降低最多，但差异未达到显著水平；喷洒蔗糖和柠檬酸对中部烟叶总氮稍有提高，但EDTA和苹果酸稍有降低。喷洒蔗糖、柠檬酸和苹果酸均能在一定程度上提高总糖含量，其中以苹果酸最明显，另外蔗糖和苹果酸也可提高还原糖含量。除苹果酸外，喷洒化学物质均能减低初烤烟叶淀粉含量。喷洒外源化学物质总体上能提高中部烟叶氮碱比(苹果酸除外)和糖碱比。喷洒酸性化学物质(苹果酸、柠檬酸)会造成两糖差增大，且与对照、EDTA和蔗糖达显著性水平。

表2 不同外源物质添加初烤烟叶常规化学成分对比

从表2可知，烤前喷洒4种化学物质的上部烟叶烟碱含量均稍高于对照处理，但总氮含量均低于对照，其中蔗糖处理的烟碱含量降低最多，但未达到显著性水平；喷洒蔗糖和苹果酸可以提高总糖含量，喷洒4种化学物质均能提高还原糖含量，但未达到显著水平。喷洒4种化学物质之后，上部烟叶淀粉含量均比对照处理稍高，但未达显著水平，说明喷洒4种化学物质可以一定程度减少烟叶中碳水化合物的消耗。喷洒4种化学物质会造成上部烟叶氮碱比缩小，两糖差减小，这点与中部烟叶相反。另外喷洒蔗糖和苹果酸可以提高上部烟叶糖碱比。

总体上烤前喷洒4种化学物质对云87中部和上部烟叶化学无显著性的影响，但喷洒蔗糖、苹果酸对烟叶化学成分协调性有一定的改善作用。

2.3 不同外源物质对烟叶美拉德反应产物含量的影响

美拉德反应产生大量的吡嗪类、吡啶类、呋喃类和吡咯类等氮杂环类化合物，这些氮杂环类化合物具有烤香、烘焙香和坚果香等香味特征。在烟叶烘烤过程中，棕色化反应是一个非常复杂的过程，其代谢产物如糠醛、糠醇、2-环戊烯-1，4-二酮、5-甲基糠醛等成分对烟草香吃味质量的形成具有十分重要的影响[14]。由表3可知，中部烟叶研究结果显示，除喷洒EDTA和柠檬酸吡啶稍有所增加，其余处理均稍有下降。另外，中部烟叶烤前喷洒4种不同外源物质，初烤烟叶中包括糠醛、糠醇、2-环戊烯-1，4-二酮、5-甲基糠醛等成分在内的12种美拉德反应产物和总量相比对照处理均不同程度有所下降，其中总量以EDTA处理下降最大，柠檬酸处理次之。上部烟叶研究结果显示，4个处理相比对照吡啶含量稍有所上高，另外，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮差异不明显。其他11种美拉德反应产物以及总量相比对照有不同程度的下降，其中总量下降以EDTA处理下降最大，柠檬酸处理次之，结果表现与中部烟叶相似。本研究中，在云烟87中部和上部烟叶烘烤前喷洒EDTA、柠檬酸、苹果酸和蔗糖4种外源物质，初烤烟叶除吡啶和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮外，其他11种美拉德反应产物以及产物总量均有不同程度的下降，且中部和上部烟叶美拉德产物总量下降幅度均表现出的EDTA>柠檬酸>蔗糖>苹果酸。

2.4 不同外源物质添加对烟叶感官质量的影响

由表4可知，与CK处理相比，烤前喷洒外源物质均能不同程度改善云烟87中部和上部烟叶评吸质量，主要对烟叶香气质、香气量、浓度、杂气和余味评吸质量有一定改善，其中喷洒EDTA溶液可分别提高中部和上部烟叶评吸总分3.30和3.60分，喷洒柠檬酸溶液可分别提高中部和上部烟叶评吸总分0.90和1.30分，喷洒苹果酸溶液可分别提高中部和上部烟叶评吸总分0.50和1.00分，喷洒蔗糖溶液可分别提高中部和上部烟叶评吸总分2.10和2.60分。由此可见，烤前喷洒EDTA溶液2 g/竿烟的评吸质量效果最佳，其次是喷洒蔗糖20 g/竿烟的处理。

2.5 不同外源物质添加对烟叶经济性状的影响

对比分析烤前喷洒不同化学物质对云烟87中部烟叶经济性状的影响，由表5可知，不同处理上等烟叶比例、上中等烟叶比例和均价均表现为蔗糖>苹果酸>CK>EDTA>柠檬酸，单叶重表现为CK>EDTA>蔗糖>苹果酸>柠檬酸。蔗糖处理上等烟叶、上中等烟叶比例和均价最高，其次是苹果酸处理，以柠檬酸处理最差。烤后烟叶单叶重对比可知，烤前喷洒外源物质处理单叶重均比CK处理更低，说明外源物质喷洒会促进中部烟叶烘烤过程中干物质的转化和消耗。

表3 不同外源物质添加初烤烟叶主要美拉德产物含量比较

表4 不同外源物添加初烤烟叶感官质量对比

表5 不同外源物质添加初烤烟叶经济性状对比

对比分析烤前喷洒不同化学物质对云烟87上部烟叶经济性状的影响，由表5可知，不同处理上等烟叶比例表现为苹果酸>柠檬酸>蔗糖> EDTA>CK，上中等烟叶比例和均价均表现为柠檬酸>苹果酸>蔗糖> EDTA>CK，单叶重表现为EDTA>苹果酸>蔗糖≥CK>柠檬酸。说明外源物质喷洒均能提高上部烟叶的经济性状，其中以柠檬酸、苹果酸和蔗糖效果更佳明显。

综合外源物质添加对中部烟叶和上部烟叶经济性状的影响，总体上烤前喷洒蔗糖或苹果酸均能提高云烟87经济性状，柠檬酸在上部烟叶中表现较好，但中部烟叶表现一般。喷洒蔗糖可提高中部和上部烟叶均价2.26和1.39元/kg；喷洒苹果酸可提高中部和上部烟叶均价1.23和1.61元/kg；喷洒柠檬酸可提高上部烟叶均价1.94元/kg。

3 结 论

在云烟87中部和上部烟叶烘烤前喷洒蔗糖、苹果酸、柠檬酸溶液可以改善烤后烟叶颜色、色度和油分，外观质量有所提高。烤前喷洒4种化学物质对云烟87中部和上部烟叶化学无显著影响，但喷洒蔗糖、苹果酸可改善烟叶化学成分协调性。烤前喷洒4种外源物质对初烤烟叶中除吡啶和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮外，其余11种美拉德反应产物以及产物总量均有不同程度下降，且中部和上部烟叶美拉德产物总量下降幅度均表现为EDTA>柠檬酸>蔗糖>苹果酸。烤前外源物质均能不同程度改善烟叶香气质、香气量、浓度、杂气和余味，以喷洒EDTA溶液2 g/竿烟评吸质量最佳，其次是喷洒蔗糖20 g/竿烟处理。烤前喷洒蔗糖或苹果酸均能提高云烟87的经济性状，柠檬酸仅在上部烟叶中表现较好。喷洒蔗糖可提高中部和上部烟叶均价2.26和1.39元/kg；喷洒苹果酸可提高中部和上部烟叶均价1.23和1.61元/kg；喷洒柠檬酸可提高上部烟叶均价1.94元/kg。烤前喷洒4种外源物质在初烤烟叶不同指标上表现各异，总体以喷洒蔗糖溶液20 g/竿烟表现最好。

4 讨 论

美拉德反应最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑素[15]。喷洒蔗糖、苹果酸和柠檬酸可改善烟叶外观质量和经济性状，或与其减少了类黑素类物质的生成有关。喷洒蔗糖和苹果酸可改善化学成分协调性，或因水溶性糖类能生成酸性物质，而苹果酸、柠檬酸本身是酸类物质，烤前喷洒这两种物质促进烟叶的酸碱度平衡，进而提高了烟叶外观质量。本研究中喷洒蔗糖和苹果酸与对照间差异虽未达显著水平，但不同部位烟叶总氮、烟碱含量均有相似变化，而总糖、还原糖、糖碱比均有所增加，说明其内在酸碱平衡比对照处理更协调，且喷洒蔗糖和苹果酸能改善烟叶外观质量和经济性状。

本研究中，喷洒柠檬酸、苹果酸和蔗糖处理对中部和上部烟叶外观质量均有所改善，但化学成分的影响不显著，试验结果与程玉渊等人[8]的研究结果相同，但烤前喷洒4种外源物质均不同程度降低了美拉德反应产物的总量，该结果与景延秋等人[7]在秦烟96中部烟叶烤前喷洒10 g·L-1的蔗糖溶液能促进美拉德反应的进行，进而增加香气物质含量的研究结果存在差异，或与试验品种不同有关。另外，美拉德反应与温度、时间、pH值、水分等因素有关，也与参与反应的糖、氨基酸、蛋白质等有很大关系。本研究中烤前喷洒不同外源物质对初烤烟叶其他香气成分的影响尚不清楚，对改善烟叶质量效果较好的蔗糖、苹果酸、柠檬酸的适宜使用浓度尚有待进一步研究。