不同前处理方式对鲜烟叶主要化学成分和致香物质的影响

宾 俊,莫祝翔,严秀芳,康 超,韦克苏

(1.贵州大学 烟草学院,贵州 贵阳 550025;2.贵州大学 化学与化工学院,贵州 贵阳 550025;3.贵州省烟草科学研究院,贵州 贵阳 550081)

烟叶的香吃味主要受化学成分和香气物质的影响[1]。对烟叶中化学物质和香气物质的检测,首先需要对烟叶样品进行干燥处理,初烤烟叶和切丝烟叶都采用烘箱烘干，而大田鲜烟叶一般采用烘箱105 ℃杀青后再干燥。有研究表明,不同的前处理方式会影响生物样品内在化学成分及其品质。高玉龙等[2]通过杀青和液氮研磨新鲜烟叶测定烟叶类胡萝卜素的含量,发现液氮研磨处理新鲜烟叶中类胡萝卜素的测定含量比杀青处理更接近其实际含量。高玉龙等[3]比较了液氮研磨烟叶、杀青烟叶与烤后烟叶、鲜烟叶中糖及有机酸含量的差异,发现杀青样中葡萄糖和果糖含量与液氮研磨样和鲜样含量差异达到了显著水平,且不同处理样品间多元酸和高级脂肪酸含量差异较大。陶晓秋等[4]研究了烘箱法和微波法对烟叶主要化学成分含量的影响,发现对总植物碱、总氮、氯、钾含量的影响不显著,但对水溶性总糖和还原糖含量的影响显著。李焕荣等[5]研究了不同的干燥方法对干枣营养成分和香气成分的影响,发现不同温度干制的红枣营养成分和香气成分有较大的差异,总体是以35 ℃为最佳干制条件。赵会纳等[6]研究了杀青干燥和冷冻干燥对烟叶样品干物质量、颜色和化学成分的影响,发现冷冻干燥方式可使烟叶保持固有色泽、结构和内含物。赵沙鸥等[7]对微波杀青、蒸汽杀青、传统滚筒杀青在夏秋茶加工中的应用效果进行了研究,发现经微波杀青处理的绿茶在外观、汤色方面明显优于传统杀青处理,但香气不如传统杀青法浓厚。

常规杀青方法是先将鲜烟叶在105 ℃下使酶失去活性,然后以65 ℃的温度将烟叶烘干至恒重的干燥方式。冷冻法是将鲜烟叶处于真空冰冷状态,烟叶的结构和体积几乎和原来保持一致,而且干燥能排除绝大部分的水分。微波法是将鲜烟叶处于一种迅速加热状态,使烟叶中的水分在短时间内挥发。近年来,微波干燥作为一种新型的加热技术,已被广泛应用于茶叶杀青、烟叶和烟丝、烟梗干燥等工艺中[6,8]。冷冻干燥法目前在食品工业和医药工业得到了广泛的应用。陶霞娟等[9]在分析烟草木质素合成途径时已采用冷冻法干燥烟叶,但目前将微波法用于处理新鲜烟叶鲜见报道；对于经冷冻干燥、常规杀青干燥和微波干燥处理的烟叶,其内在质量是否有差异,目前还少有相关的研究。因此,本试验采用半叶法比较了冷冻干燥、常规杀青干燥和微波干燥后烟叶的化学成分和中性香气物质含量的差异,以期为鲜烟叶前处理寻找最能代表其本质数据的更合适、更科学的处理方式。

1 材料和方法

1.1 材料处理

供试烤烟品种为K326。选取其适熟烟叶为供试对象,将烟叶一分为二并去除主脉,一半放入烘箱中进行杀青干燥(将烟叶放入烘箱中以105 ℃烘0.5 h,然后在65 ℃下烘干至恒重,将烟叶粉碎后过60目筛，备用),另一半立即放入冷柜速冻,然后采用冷冻干燥法干燥(将经冰柜冷冻后的烟叶样品在冷冻干燥仪中以-20 ℃保持5 h;然后在0 ℃下干燥15 h;最后在20 ℃下干燥直至样品恒重，将烟叶粉碎后过60目筛，备用)。另取1片去除主脉并一分为二的烟叶,一半放入烘箱(处理同上),另一半放入微波炉中,将微波火力调至最大,共加热5 min,即在加热2 min后暂停,迅速翻动1次,再加热3 min;最后将烟叶粉碎后过60目筛，备用。另取1片去除主脉并一分为二的烟叶,一半放入冷冻干燥机,另一半放入微波炉中(处理同上)。

1.2 烟叶光谱信息的采集

通过B&W Tek i-Spec近红外光谱分析仪采集样本的光谱信息,扫描次数为32次,分辨率为3.5 nm,光谱采集范围为900～1700 nm；每个样本测量5次，所得的平均值为测量光谱值。

1.3 烟叶样品化学成分含量的测定

水溶性糖、还原糖含量按烟草行业标准YC/T 159—2002进行测定；烟碱含量按烟草行业标准YC/T 160—2002进行测定；氯含量按烟草行业标准YC/T 162—2011进行测定。

1.4 烟叶样品中性香气物质含量的测定

中性香气物质含量的测定采用GC-MS法,具体测定处理流程见图1；参照文献[10]设置GC-MS的分析条件。

2 结果与分析

2.1 不同前处理烟叶的近红外光谱差异分析

对采集到的烟叶原始近红外光谱数据进行操作之前,需要对光谱进行预处理,预处理有助于有用信息的提取和分析。采用Savitzky-Golay平滑法对4个光谱数据进行平滑处理,平滑窗口为9,预处理后光谱见图2。从图2中可以看出,经前处理后的烟叶近红外光谱间的相似度较高,但与新鲜烟叶的光谱差异较大,主要是鲜烟叶中的水分和主要内含物发生了显著变化;另外,经不同前处理的烟叶光谱也存在一定的差异,表明采用不同的前处理方式对烟叶化学成分含量有不同的影响。

2.2 不同前处理对鲜烟叶常规化学成分含量的影响

烤烟中的水溶性总糖和还原糖的含量范围分别为8.98%～26.98%和8.45%～25.08%，烟碱含量范围为1.5%～3.5%，氯含量范围为0.3%～1.0%[11]。从图3可以看出:冷冻法和常规杀青法处理的烟叶总糖含量在12%左右,还原糖含量在10%左右;而微波处理的烟叶总糖和还原糖平均含量高于冷冻法和常规杀青法处理烟叶的，推测原因是微波升温迅速,而且温度较高,烟叶中的淀粉物质受高温分解,致使糖含量较高。从图3还可以看出：3种处理烟叶的烟碱含量差异不显著；3种处理烟叶的氯离子含量均小于1%,但微波处理的烟叶氯离子含量均高于另一半处理的烟叶,这说明采用微波法处理烟叶能更准确真实地贴近烟叶水溶性总糖、还原糖、烟碱和氯离子的真正含量。

2.3 不同前处理对鲜烟叶中性香气物质含量的影响

烟叶的中性致香物质按前体物可分为棕色反应物、苯丙氨酸降解物、类西柏烷类降解物、类胡萝卜素降解物和其他类[12,13]。经冷冻法、常规杀青法和微波法处理的烟叶中中性香气物质的种类差异较大,检测到的中性香气物质分别为27、38和34种,具体见图4和图5。其中共有的中性香气物质仅有17种,吡啶、苯乙醇等物质差异显著。对于经冷冻法处理的烟叶，检测到独有的物质金合欢基丙酮(为类胡萝卜素类),而在其他两种方法处理烟叶中未检出这种物质,推测金合欢基丙酮受温度影响较大。常规杀青法处理的烟叶中性香气物质种类多于其他两种处理,在常规杀青法处理的烟叶中检测到的独有物质有反式石竹烯(为类西柏烷类),以及邻苯二甲酸(2-乙基己基)单酯、十六醛、十五烷、十六烷(为其他类香气物质,推测属于次生代谢物质)。在微波法处理的烟叶中检测到的独有物质有β-环柠檬醛(为类胡萝卜素类),西柏三烯二醇、西柏烯(烟草烯)(为类西柏烷类),以及4-亚甲基-1-甲基-2-(2-甲基-1-丙烯-1-基)-1-乙烯基-环庚烷、邻苯二甲酸异丁基辛酯、2-甲基-1-壬烯-3-炔(为其他类香气物质),推测这些香味物质通过快速加热才能检出。

3 讨论与结论

本文采用半叶法研究了不同前处理方式对鲜烟叶常规化学成分和中性香气物质变化的影响。微波法温度升高速度较快,且是从物质内部到外部均匀加热,快速将样品中的淀粉分解成总糖和还原糖,样品细胞结构紧密,密度较大[14,15]。微波杀青绿茶在外观、叶底方向、茶多酚、维生素和叶绿素含量方面均优于传统杀青绿茶[7]。液氮研磨新鲜烟叶中的有机酸和糖类物质含量与杀青烟叶相比差异显著[3];新鲜烟叶采用冷冻干燥法处理,其色素和多酚类物质含量高于热风干燥和常规杀青处理,能真实反映鲜烟叶在调制过程中色素和多酚含量的状况[16],是一种更加适合化学成分(香味物质)准确检测的制样方式[2,6]。总而言之,在常规杀青法处理过程中,伴随热耗散发生转化,烟叶中的总糖、还原糖和中性香气物质含量分别低于微波法、冷冻法。新鲜烟叶与经过处理的烟叶的近红外光谱信息相似性不高,烟叶的内含物发生了改变[17]。综上所述,冷冻法适合测定烟叶中性香气物质,而微波法适合测定烟叶中的总糖、还原糖、烟碱和氯离子等常规化学成分的含量。