晾制密度对雪茄烟主要含氮化合物变化规律的影响

邓弋戈, 丁松爽, 朱家明, 田煜利, 乔保明, 时向东*

(1.河南农业大学烟草学院， 烟草行业烟草栽培重点实验室， 郑州 450002； 2.湖北省烟草公司恩施州公司， 湖北 恩施 445000； 3.湖北省恩施州烟草公司来凤烟叶分公司， 湖北 来凤 445700)

雪茄是一种特殊烟草制品，具有劲头大、香气浓厚丰满、吃味香苦透甜及焦油和烟碱含量少的特点[1]。湖北省恩施州来凤县的生态条件能够满足雪茄烟生长发育和晾制发酵的基本要求，是国内较早开始雪茄烟种植的产区，但由于晾制技术不足导致雪茄烟晾制后外观质量较差、内在化学成分不协调，难以满足工业需求。

有研究表明[2]，雪茄烟相对于烤烟需氮量更多，增加氮肥施用量可使叶片变薄、营养期延长，同时能够增强叶片的光泽[3]。雪茄烟中含氮化合物含量的多少不仅与施氮量和种植密度有关，而且与晾制措施密切相关。孙双等[4]研究发现，划筋处理的烟叶在调制过程中总氮含量呈先下降后上升的趋势，可溶性蛋白主要在调制前期和中期发生降解，游离氨基酸呈先增加后降低的“单峰曲线”，硝酸盐最终含量低于开始调制时的含量。此外，晾制密度通过影响晾房内空气流动及温湿度变化，间接影响氮代谢相关酶活性，从而影响各类含氮化合物的变化[5]。目前对烤烟烘烤及晒烟调制过程中含氮化合物的研究较多[6-7]，雪茄烟氮代谢的研究则仅限于大田生育期[8]，而针对晾制过程中雪茄烟含氮化合物的研究较少。本研究以雪茄烟品种‘Gu-5’为材料，研究晾制密度对雪茄烟含氮化合物变化规律的影响，寻求最佳晾制密度，为改进雪茄烟晾制技术和提高烟叶可用性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为雪茄烟品种‘Gu-5’，试验于2019年在湖北省恩施市来凤县绿水镇进行，地理坐标为E 109°27′、N 29°06′。试验地为黄壤土，碱解氮111.5 mg·kg-1，速效钾69.0 mg·kg-1，速效磷17.5 mg·kg-1，试验地面积为0.2 hm2，种植密度为20 833 株·hm-2，行株距为1.2 m×0.4 m，施氮量为210 kg·hm-2。打顶方式为初花打顶，田间栽培管理措施按照优质雪茄烟生产技术规范进行。

1.2 试验设计

选取田间长势一致的中部叶适熟采收，采用挂烟晾制法，将烟叶均匀排布在烟杆上，烟杆长度为2 m，杆距为0.3 m。晾房选用温湿度自控晾晒房，规格为30.0 m×10.0 m×8.0 m(长×宽×高)。因当地常规采用的简易晾房密度过大出现烟叶死青等问题，结合当地实际情况及存在的问题，修建了温湿度自控晾房。根据新晾房内烟杆长度，试验设置3个处理，分别为40 片·杆-1(叶间距5.0 cm，T1)、60 片·杆-1(叶间距3.3 cm，T2)和80 片·杆-1(叶间距2.5 cm，T3)，3次重复。分别于晾制过程中的第0、5、10、15、20、25 d各取20片烟叶样品，于105 ℃杀青15 min后，60 ℃烘干，过60目筛后保存，用于化学指标的测定，并计算烟叶含水率。

1.3 测定项目及方法

按阎克玉等[9]测量雪茄烟叶调制过程的含水率；按照烟草及烟草制品 总氮的测定连续流动分析法[10]测定总氮含量；采用考马斯亮兰法[11]测定可溶性蛋白含量；采用HP-5890 气相色谱仪(北京京科瑞达科技公司)[12]测定生物碱含量；采用茚三酮比色法[11]测定总氨基酸(total amino acid)含量；采用分光光度法[13]测定硝酸盐含量。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理和绘图，用DPS 6.0和SPSS 20.0进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 晾制密度对雪茄烟叶含水率及晾房温度和湿度的影响

由表1可知，晾制过程中T1处理的烟叶含水率在前5 d逐渐降低，5～10 d呈升高趋势，10 d后继续降低；T2和T3处理烟叶的含水率变化趋势与T1相似，但在晾制5～10 d时呈下降趋势，整个下降过程的变化幅度均呈“快-慢-快”的趋势。晾制的前20 d，T3处理的含水率始终高于T1和T2处理，其中第10和20 d含水率差异不显著(P>0.05)，第5 和15 d时T3处理的含水率与T1和T2间存在显著性差异(P<0.05)；20～25 d时，三个处理间差异不显著(P>0.05)。晾制结束时，三个处理的烟叶含水率均降至最低。雪茄烟在晾制过程的晾房温湿度检测结果(表1)显示，同一时间段内，晾房内温度和湿度均随着晾制密度的增加逐渐增加；随着晾制的进行，同一个处理的晾房内温度不断升高，而相对湿度呈先升高后降低的变化趋势，15 d后温度和湿度均趋于稳定。晾制5～10 d，T3处理的晾房的温度和湿度较高，而T2处理的温度和湿度处于中间水平，T1处理最低。

表1 不同晾制密度的晾房温度和湿度及烟叶含水率

2.2 晾制密度对雪茄烟总氮含量的影响

由图1可知，三个处理在晾制过程的总氮含量变化趋势不同，T2和T3处理呈“降低-升高-降低”的变化趋势，而T1处理表现为“双峰曲线”的变化规律。说明T1处理总氮降解分两个阶段进行，且发生在不同晾制时期，其中第1个波峰出现在晾制第5 d，总氮含量为3.13%，第2个波峰出现在晾制第20 d，总氮含量为2.91%。分析整个晾制过程的雪茄烟总氮含量发现，T1处理晾制0～20 d的总氮含量始终高于T2和T3处理，晾制20 d后的变化趋势则相反。T1处理的总氮含量在第5 d达到最大值，略高于采收时含量；T2和T3处理晾制过程中总氮含量均小于采收时。晾制结束时的总氮含量表现为T3>T2>T1。

图1 不同晾制密度的雪茄烟总氮含量

2.3 晾制密度对雪茄烟可溶性蛋白质含量的影响

雪茄烟叶中的蛋白质分为可溶性蛋白质和不可溶性蛋白质，其中前者分为组分Ⅰ蛋白质(FI蛋白)和组分Ⅱ蛋白质(FII蛋白)，晾制过程中发生降解的主要是FI蛋白，且发生在萎焉期和变黄期。由图2可知，在晾制过程中，3个处理的可溶性蛋白质含量均呈下降趋势。前10 d降解速度较快，而10～25 d降解速度较慢，第25 d时，T1、T2、T3三个处理的可溶性蛋白质含量达到最小值，分别为6.11%、6.24%和6.38%。相同晾制天数不同处理间，仅晾制第5 和25 d的可溶性蛋白质含量差异达显著水平(P<0.05)。

图2 不同晾制密度的雪茄烟可溶性蛋白质含量

2.4 晾制密度对雪茄烟总氨基酸含量的影响

由图3可知，不同处理在晾制过程中总氨基酸含量的变化趋势相似，均呈先增加后降低的“单峰曲线”。晾制期间总氨基酸含量出现两次不同幅度的升高，分别为晾制前5 d和晾制15～20 d，晾制前5 d的升高幅度小于晾制15～20 d，两次升高分别对应蛋白质降解的两个最快时期，而晾制的20～25 d总氨基酸含量缓慢降低。在整个晾制过程中，不同处理间总氨基酸含量均差异显著(P<0.05)，T1、T2、T3三个处理均在第20天达到最大值，分别为7.79、7.38和6.35 mg·g-1DW，晾制结束时则表现为T1>T2>T3。相同处理不同晾制天数，除晾制5～15 d总氨基酸含量无显著性差异(P>0.05)，其余晾制期间均存在显著性差异(P<0.05)。

图3 不同晾制密度的雪茄烟总氨基酸含量

2.5 晾制密度对雪茄烟生物碱含量的影响

雪茄烟在晾制过程的生物碱含量结果(表2)可知，生物碱各组分含量由大到小分别为烟碱、新烟草碱、降烟碱、假木贼碱，烟碱占生物碱总含量的85%以上。晾制过程中，4种生物碱的含量均发生变化，其中烟碱、降烟碱和新烟草碱均呈持续降低的变化趋势，其中烟碱含量的变化最剧烈。进一步分析可知，烟碱和总生物碱的含量与调制天数存在显著负相关，且T1处理总生物碱的含量在第15、20和25 d时均存在显著性差异(P<0.05)。随着晾制天数的延长，不同处理的生物碱含量从5.7%缓慢下降至3.8%～4.6%，且在晾制15～25 d下降幅度更大，其降解速度表现为T1>T2>T3。在晾制结束时，三个处理间生物碱含量表现为T3>T2>T1，说明密度是雪茄烟晾制期间影响生物碱含量的重要因素。

表2 不同晾制密度的雪茄烟生物碱含量

2.6 晾制密度对雪茄烟硝酸盐含量的影响

硝酸盐是一类重要含氮化合物，其含量的多少直接影响雪茄烟的吃味和安全性。由图4可知，不同密度晾制过程中雪茄烟的硝酸盐变化规律相似，晾制前10 d，三个处理的硝酸盐含量稍有降低；晾制第10天，T1、T2、T3处理的硝酸盐含量均达到最小值，分别为6.34%、6.84%和7.54%；晾制第10～25 d，硝酸盐含量又缓慢上升。晾制天数为5、10 和25 d时，3个处理间的硝酸盐含量均存在显著性差异(P<0.05)，硝酸盐含量始终表现为T3>T2>T1。晾制结束时，3个处理的硝酸盐含量均低于开始晾制时。

图4 不同晾制密度的雪茄烟硝酸盐含量

3 讨论

3.1 晾制密度影响雪茄烟叶的含水率及晾房的温度和湿度

通过人工干预调节晾制密度间接调控晾房温湿度，可以改变雪茄烟中的主要含氮化合物含量[14]，同时使晾制后的烟叶颜色均匀，各化学成分比例协调。因此，选择适宜的晾制密度改善晾房的局部小气候及温湿度，可以提高雪茄烟的品质。烟叶叶间距过小，晾房内局部空气流速较小，温湿度升高，烟叶中含氮化合物降解速度减慢，随着叶间距的增加，晾房内局部空气流速较大，温湿度迅速降低，烟叶内含物降解较快[5]。赵铭钦等[5]研究发现，在雪茄烟低晾制密度下，因空气流速较大而导致环境温度较小，反之高晾制密度下空气流速较小而导致环境温度较大。本研究表明，T1处理的烟叶晾制密度小，因空气流速较大导致晾房的温湿度较小，烟叶含水率迅速下降；T2处理的温湿度处于中间水平，烟叶含水率平稳下降；T3处理在晾制前期空气流速小而温湿度较大，导致雪茄烟含水率下降缓慢。随着晾制的进行，晾房中的温度逐渐升高，各处理烟叶含水率均下降；晾制第20 d，进入萎焉期，烟叶已经充分失水，各处理叶间距均增大，随着空气流速的增大，烟叶含水率和温湿度差异减小；晾制结束时的烟叶含水率，较晾制前变化较大。这与赵松涛等[5]、杨树勋等[15]及徐世杰等[16]的研究结果一致。

3.2 晾制密度影响雪茄烟的总氮含量

晾制密度直接影响环境的温湿度，晾制密度越大环境温湿度越高。王洁[17]研究了不同温度环境下晾制的雪茄烟总氮含量变化，发现调制前期的下降幅度大于调制后期，高温模式下烟叶总氮含量下降最快，但中温和低温模式下会因烟叶死青等问题不利于总氮的降解。本研究中，不同晾制密度雪茄烟的总氮含量变化呈现出相似的规律，整体呈双峰曲线变化。在晾制前期呈下降趋势，降解主要发生在萎焉期，相比晾制密度较小的T1和T2处理，T3处理的环境温湿度更高，总氮降解更快；晾制中后期，三个处理的总氮含量均有不同程度的升高，可能是因为，雪茄烟的含氮化合物较多，晾制后期大分子含氮化合物降解生成小分子含氮化合物[8]，导致总氮含量升高。这与徐世杰等[16]研究的不同温湿度条件下雪茄烟调制过程中的总氮含量始终呈现出下降趋势表现不同。吴丽君等[18]研究了晒黄烟调制过程中的化学成分变化，发现总氮含量在晾制过程中几乎没有变化。分析以上差异原因，可能是不同的晾房温湿度条件及烟叶类型会导致烟叶内氮代谢活动变化，同时地域及生态环境也是导致存在差异的原因。因此,调制过程中不同的晾房温湿度条件及烟叶类型的总氮含量的变化规律有待进一步研究。

3.3 晾制密度影响雪茄烟的蛋白质及氨基酸含量

目前，晾制密度对雪茄烟的蛋白质及氨基酸变化规律影响方面，几乎没有报道，但环境温湿度对烟叶蛋白质及氨基酸含量影响的研究较多。李常军等[19]发现，在烤烟烘烤过程中，温度对蛋白质及氨基酸含量的影响很大，蛋白质降解主要发生在变黄期和定色期，定色结束后变化小，且高温使蛋白质降解速度减慢，而低温有助于蛋白质的降解。高林等[20]研究发现，不同湿度晾制期间，白肋烟的蛋白质含量变化主要发生在晾制前期，中湿处理下烟叶的蛋白质含量下降趋势明显，在变黄期仍然下降。晾制密度直接影响环境温湿度。本研究表明，蛋白质降解主要发生在晾制前期，且整个晾制过程始终呈下降趋势，下降速度表现为“快-慢-快”的变化规律，与氨基酸的积累同时发生。不同处理间的蛋白质含量和氨基酸含量差异显著，T2和T3处理的温湿度较高，蛋白质降解更慢，氨基酸积累更少。因此，低晾制密度条件下，温湿度越低有利于蛋白质的降解和氨基酸的积累。

3.4 晾制密度影响雪茄烟的生物碱含量

烟碱是生物碱的主要成分，占生物碱的95%以上[21]。因此对烟叶生物碱含量的研究，主要针对烟碱的含量及比例进行。李宗平等[22]研究发现，改善晾制条件和改进晾制工艺是降低烟叶烟碱含量、提高烟叶安全性的关键措施。因烟碱的自然氧化和生物降解，本研究中三个处理的烟叶烟碱含量均降低。T1处理的烟碱降解速度最快且调制结束时含量最低，而T2和T3处理的烟碱降低速度缓慢。分析原因可能是，T1处理的晾制密度更小，晾房内环境温湿度较低，更有利于烟碱的降解。晾制结束时，三个处理间差异达到显著水平。雪茄烟主要含氮化合物的变化主要发生在晾制的前中期，对于夏季多雨少光照的来凤烟区，采用低晾制密度更有利于水分的散失和空气的流通，进而可以有效地降低烟叶中的生物碱含量，提高烟叶安全性。

3.5 晾制密度影响雪茄烟硝酸盐含量

Andersen等[23]研究发现，在温度为32 ℃、湿度为83%的晾制条件下，烟叶中硝酸盐和亚硝胺类呈几十倍甚至上百倍的增加，显著积累时间为调制过程中的第2～3周。杨焕文等[24]研究表明，白肋烟的硝酸盐含量在调制过程中整体变化不大。本研究晾制前期，硝酸盐缓慢降解，变褐期和干筋期缓慢积累，调制结束时硝酸盐略低于采收时。从整体来看,低密度处理对烟叶硝酸盐含量的降低有显著促进作用，可以有效提高烟叶安全性。