酶制剂对陕南上部烟叶化学成分和香气品质的影响

吴 薇，袁 帅，郑 玺，叶爱萍，徐 磊，董洪旭，刘 伟，刘 祥，邓金华，张立新*

1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西省杨凌农业高新技术产业示范区西农路22号 712100

2.陕西中烟工业有限责任公司技术中心，陕西省宝鸡市高新大道100号 721013

随着我国烟草行业的持续发展，对优质烟叶原料的需求量进一步增加，对烤烟原料质量的要求也逐步提高［1］。其中，烤烟上部叶占整株烟叶的30%～40%，但由于其成熟度不够、叶片偏厚、组织结构紧密、淀粉和烟碱含量偏高、糖碱比低、内在化学成分不协调和刺激性较大等问题，使烤烟上部叶的工业可用性降低［2-5］。为了解决这一问题，前人曾通过完善栽培技术［1］、改变上部烟叶的采收方式［6］、使用先进烘烤设备［7］等措施，在一定程度上使上部烟叶的工业可用性有所提高。但因产量降低、费工费时、投资增加等问题，影响了技术的推广应用。刘勇等［8］通过改进烘烤工艺，提高了上部烟叶烘烤品质和可用性，但由于只对烘烤环节中的烘烤温度和时间进行调整，烟叶可用性的改善程度有限。

烟叶的内源酶在烘烤过程中对烟叶淀粉的转化与香气物质的形成具有重要作用。有研究表明，在烘烤过程中烟叶淀粉含量在内源酶的作用下显著下降，香气物质含量显著提高［9］。但烟叶内源酶含量较低，在烟叶烘烤过程中依靠自身酶的作用不足以有效调节影响烤烟品质的各种成分含量。因此，通过发酵的方法，利用酶降解烟碱，合成香气物质及改善烟叶、再造烟叶和烟梗品质的技术已得到重视［10-11］。在烟叶烘烤过程中喷施果胶酶可降低烟叶的胞壁物质和果胶含量，减少杂气，减轻刺激性［12-14］。烘烤过程中喷施纤维素酶和果胶酶后烤烟烟叶香气质、香气量增加，杂气减少，刺激性降低，香气协调［15-17］。喷施中性蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶等外源复合酶制剂后，烤烟蛋白质含量降低，游离态和糖苷结合态中性香气成分含量提高，烟叶总体香气物质种类增多，含量增加［18-21］。表明添加外源酶制剂对提高烤烟品质具有一定效果。前人在烘烤过程中喷施酶制剂以提高烟叶品质方面做了大量研究，但关于陕南烟区烟叶的相关研究报道则较少。为此，以陕南烟区生态条件为背景，以云烟87 为材料，烘烤前通过在烟叶上喷洒酶制剂后分析陕南上部烟叶化学成分的变化规律，旨在为陕南烟区通过添加酶制剂提高烤烟上部烟叶香气品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017 年在陕西省安康市旬阳县神河镇丰家岭村进行，种植土壤为黄棕土，基本理化性质为pH 7.34，有机质14.66 g/kg，速效氮55.03 mg/kg，速效磷10.62 mg/kg，速效钾160.30 mg/kg。

1.2 试验品种与设计

试验所用酶制剂为天津市诺奥科技发展有限公司生产，淀粉酶活力为4 000 U/g，纤维素酶活力为10 000 U/g，酶活力单位定义依据GB 1886.174—2016［22］。供试烟草品种为云烟87。将酶制剂按试验设计（表1）与适量蒸馏水混匀，对照为等量蒸馏水，用小型喷雾器均匀喷洒在烟叶表面，以叶面湿露不滴水为原则，在阴凉通风处晾制6 h 后进行烘烤，每处理设置3 次重复。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

1.3 测定项目与方法

1.3.1 样品处理

烟叶烘烤结束后，依据GB 2635—1992［23］在各处理中挑取B2F 等级的样品，一部分由陕西中烟工业有限责任公司制作成卷烟用于评吸，另一部分将烟叶主脉去除后放入烘箱中于45 ℃干燥2 h，取出后用小型粉碎机粉碎并过0.180 mm 筛，装入塑封袋中并标记，用于化学成分和香气物质含量（质量分数）的测定。

1.3.2 烟叶化学成分测定

参照YC/T 159—2002［24］、YC/T 216—2013［25］、YC/T 161—2002［26］、YC/T 217—2007［27］、YC/T 468—2013［28］标准方法分别测定烟叶总糖、还原糖、淀粉、总氮、钾和烟碱含量（质量分数）。

1.3.3 烟叶香气物质测定

采用减压蒸馏萃取法（VDE 法）［29］提取烟叶中香气物质，采用Trace-1310-ISQLT 气质联用仪（美国赛默飞世尔科技有限公司）进行定性分析。分析条件：

色谱柱：TG-5MS 毛细管柱（30 m ×0.25 mm ×0.25 μm）；程序升温:初始温度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min 升温至300 ℃；进样口温度310 ℃；载气及流速：He，流速1.000 mL/min；不分流进样。传输线温度：290 ℃；离子源温度：300 ℃；电离方式：EI；轰击电压：70 eV。利用随机Excalibur 工作站和NIST2002 标准谱库检索定性，定量用内标法（硝基苯）计算，内标校正因子为1，计算公式：

ms=（mi×As）/（m0×Ai） （1）

式中：ms为香气物质含量，μg/g；mi为内标物含量，μg；As为香气成分的峰面积；Ai为内标物的峰面积；m0为粉碎烟样的质量，g。

1.3.4 烟叶感官品质鉴定

依据YC/T 415—2011［30］，由陕西中烟工业有限责任公司技术中心具备烟草行业评吸资质的9人组成评吸小组，对添加酶制剂后烟叶的感官品质进行评吸鉴定，对烤后烟叶香气质、香气量、浓度、劲头、杂气、刺激性和余味等7 项指标进行打分，各指标评吸总分以9 名评吸员的评分加权平均值为最后分值。

1.4 数据分析

使用Excel 2010 软件进行数据整理及制图，用SPSS 20.0 软件进行数据分析，用Tukey 法进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与讨论

2.1 酶制剂对上部烟叶常规化学成分的影响

烟叶化学成分含量的高低与烟叶品质密切相关［31］。不同酶制剂处理下烟叶常规化学成分含量结果见表2。与CK 相比，喷施酶制剂后，烟叶总糖和还原糖含量升高至适宜范围内或更接近适宜范围，总糖较CK 增加1.3%～10.7%，还原糖较CK增加2.7%～15.0%；烟叶总氮与钾含量增加，总氮含量较CK 增加2.8%～9.1%，钾含量较CK 增加6.2%～17.7%，且均表现出高浓度酶处理的增加效果好于低浓度酶处理；烟叶烟碱含量下降，降幅为6.3%～13.2%。结合前人文献报道，烟叶总氮含量的提高可能与酶本身含氮、酶制剂的喷施激活了氮代谢相关酶活性以及烟叶的干基质量减少有关，烟叶钾含量增加可能与酶制剂喷施后干物质总量损失有关［12］；烟碱含量降低可能与酶制剂的喷施影响烟碱代谢相关的酶活性，进而促进烟碱降解有关［29,32］。

表2 不同酶制剂处理对烟叶常规化学成分含量的影响①Tab.2 Effects of treatments with different enzyme preparations on chemical components of tobacco leaves

2.2 酶制剂对上部烟叶香气品质的影响

不同酶制剂处理下烟叶质体色素降解产物含量见表3。质体色素降解产物中新植二烯、类胡萝卜素降解产物、香叶基丙酮、巨豆三烯酮和二氢猕猴桃内酯对烤烟香气影响较大［33-34］，与CK 相比，喷施酶制剂后烟叶质体色素降解产物含量提高，60 U/g 纤维素酶（T4）处理的烟叶新植二烯、香叶基丙酮、巨豆三烯酮含量较CK 增加最显著，分别增加35.5%、30.1%和75.7%。30 U/g 纤维素酶处理的烟叶二氢猕猴桃内酯较CK 增加最显著，增加27.8%。

表3 不同酶制剂处理对烟叶质体色素降解产物含量的影响Tab.3 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of plastid pigment degradation products in tobacco leaves （μg·g-1）

不同酶制剂处理烟叶苯丙氨酸类致香物质含量见表4。表4 表明，与CK 相比，不同处理烟叶苯丙氨酸类降解产物含量不同，总量均降低，这与王林等［18］的研究结果相悖，可能与施用酶的来源、种类和浓度不同有关。

表4 不同酶制剂处理对烟叶苯丙氨酸类致香物质含量的影响Tab.4 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of phenylalanine aroma substances in tobacco leaves （μg·g-1）

不同酶制剂处理烟叶美拉德反应产物含量见表5。表5 表明，与CK 相比，不同处理烟叶美拉德反应产物含量均有提高，增幅6.5%～16.8%，与石志发等［35］的研究结果一致。

表5 不同酶制剂处理对烟叶美拉德反应产物含量的影响Tab.5 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of Maillard reaction products in tobacco leaves （μg·g-1）

不同酶制剂处理烟叶类西柏烷类致香物质降解产物含量见表6。表6 表明，与CK 相比，不同处理烟叶类西柏烷类致香物质降解产物含量不同，60 U/g 纤维素酶处理的类西柏烷类致香物质较CK 增加28.6%，其余酶制剂处理与CK 相比则显著降低，与石志发等［35］的研究结果一致。

表6 不同酶制剂处理对烟叶类西柏烷类致香物质含量的影响Tab.6 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of cembrane aroma substances in tobacco leaves （μg·g-1）

此外，烟叶中除检测到的上述4 类主要的致香物质外，还包括醇类和烷烃类等10 多种致香物质，但在2 种浓度的纤维素酶处理后的烟叶中均检测到麦斯明，为0.80～0.90 μg/g；烷烃类物质以2-甲基二十烷含量最高，且60 U/g 纤维素酶处理显著高于其他处理，达89.59 μg/g，醇类中的寸拜醇含量以60 U/g 纤维素酶处理最高，为12.34 μg/g。

2.3 酶制剂对上部烟叶感官品质的影响

不同酶制剂处理上部烟叶感官鉴定结果见表7。从表7 中可以看出，与CK 相比，喷施纤维素酶后烟叶香气质、香气量与余味分值增加或持平，杂气、刺激性降低，感官品质提高，总分分别较CK 增加1.65 分和2.93 分。这可能是由于纤维素酶的喷施降低了烟叶纤维素含量，而纤维素含量的降低可减少刺激性与杂气。这与李国栋等［15］的研究结果一致。喷施淀粉酶、淀粉酶与纤维素酶的复合酶制剂后烟叶的感官品质下降，这与杨述元等［36］、王林等［18］的研究结果相悖。可能是由于淀粉酶与纤维素酶的喷施虽然在一定程度上降低了烟叶淀粉、纤维素含量，但同时也导致其他化学成分含量发生变化，这并不利于烟叶品质的提高。例如樊文举等［37］研究发现，喷施外源淀粉酶后，烟叶淀粉含量下降，同时烟叶糖含量升高，总氮和总植物碱含量下降，烟叶总体品质下降。总体来看，以纤维素酶60 U/g 处理的烟叶评吸总分最高，效果较好。

表7 不同酶制剂处理对烟叶感官品质的影响①Tab.7 Effects of treatments with different enzyme preparations on sensory quality of tobacco leaves （分）

3 结论

①同等酶用量条件下，不同酶制剂处理的效果依次为纤维素酶＞淀粉酶＞复合酶。②同种酶制剂不同用量条件下，60 U/g 纤维素酶制剂的处理效果优于30 U/g 纤维素酶制剂；而淀粉酶制剂处理效果则相反，30 U/g 淀粉酶制剂的处理效果优于60 U/g 淀粉酶制剂。③喷施纤维素酶、淀粉酶及复合酶制剂可显著提高上部烟叶可溶性总糖、还原糖和钾含量；喷施纤维素酶制剂可显著降低上部叶烟碱含量，喷施淀粉酶制剂还可显著降低上部烟叶淀粉含量。④纤维素酶处理可通过增加上部烟叶香气质，降低杂气和刺激性而提高上部烟叶的感官品质。⑤总体来看60 U/g 纤维素酶制剂处理效果最好，可通过协调上部烟叶化学成分，增加致香物质含量，改善感官品质，进而改善上部烟叶品质。