雪茄烟叶发酵过程中颜色参数与发酵品质的关系

郭文龙，琚绍煊，丁松爽，刘路路，潘 勇，刘 仡，卢瑞琳，时向东

(1河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002；2 四川中烟工业有限责任公司长城雪茄厂，四川 德阳 618400；3 湖北中烟工业有限责任公司三峡卷烟厂，湖北 宜昌 443000)

烟叶颜色是烟叶质量评价和烟叶分级的重要指标之一[1-2]。烟叶颜色不仅受栽培[3-4]、调制技术[5-6]的影响，发酵技术[7-9]对改善烟叶外观质量同样重要。但当前雪茄烟叶发酵程度的确定仍是以技术人员基于感官质量变化进行人为判断，这种方法不能完全满足现代农业生产和卷烟工业企业生产需求。因此，实现烟叶变化与主要化学成分和感官质量的快速检测将大大提高雪茄烟生产效率。随着国外色度学的发展，国内烟草行业开展了色度与烤烟物理指标[10]、化学成分[11]的相关性研究,结果表明，颜色参数与烟叶中的多酚、总糖、还原糖、总氮、蛋白质等指标存在显著或极显著相关[11-12]，说明颜色参数不仅能直接反映烟叶外观质量，也能间接反映烟叶原料的内在品质。

研究发现，多酚类物质对烟叶质量的影响最显著的表现是在颜色上，同时多酚类物质也是产生烟叶香气的一类重要成分[13]。卢绍浩等[14]研究认为，雪茄烟叶的调制过程促进了多酚类物质的降解和转化，改善了烟叶非酶棕色化反应，提高烟叶可用性。因此，合理调控发酵过程中雪茄烟多酚、常规化学成分等内含物质的降解和转化，对提高烟叶外观质量和内在品质具有重要意义。本研究以调制后的德雪3号中部二级雪茄烟叶为试验材料，采用人工堆积法进行发酵，研究不同发酵时期雪茄烟叶颜色参数、多酚类物质、化学成分和评吸质量的变化，并分析了颜色参数与多酚类物质、化学成分及评吸质量的相关性及函数关系，旨在为快速分析雪茄烟叶发酵品质、优化发酵工艺，提高雪茄烟叶发酵过程中的可调控性提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

2019年四川德阳产区调制后德雪3号中部二级雪茄烟叶，由四川省烟草公司德阳市烟草公司提供。

精创GSP-6温湿度自动记录仪，江苏省精创电器股份有限公司；101-3型电热鼓风干燥箱，北京中兴伟业仪器公司；KBF-240恒温恒湿柜，德国Binder公司；HP-C210型精密色差仪，上海皖夫光电科技公司；HZK-FA210S型电子天平(感量0.1 mg)，华志电子科技公司；Waters 2695高效液相色谱仪，美国Waters公司。

1.2 试验方法

试验于2020年在四川省烟草公司德阳市烟草公司的烟叶中心进行。将调制后的德雪3号中部二级雪茄烟叶回潮至含水率26%～28%，回潮后的雪茄烟叶采用人工堆积法进行发酵，烟叶堆放在距离地面0.15 m高的木架上，烟堆长3.75 m，宽2.0 m，高1.4 m。在距离烟堆下表面0.4，0.7，1.0 m高度的平面中心位置分别放入精创GSP-6温湿度自动记录仪，当烟堆任何一个平面中心温度达到45～50 ℃时进行翻堆。烟叶按照上下互换、内外翻互换的原则重新堆垛。整个发酵过程进行30 d，翻堆4次，发酵环境温度为27～33 ℃，相对湿度为68%～75%。从发酵开始后每隔5 d在烟堆2/3高度位置平面取样至发酵结束，每次取样2 kg，其中，300 g样品在40 ℃干燥箱中干燥60 h，粉碎后过孔径0.25 mm筛网，所得烟末置于温度(22±0.5) ℃、相对湿度(65±1)%的恒温恒湿箱中平衡48 h。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 颜色参数的测定 每次取 15 g 烟末，按照文献[15]的方法置于专门配备的压样器中压紧压平，按照文献[16]的方法使用色差仪测定烟末的L*(明度值)、a*(红度值)、b*(黄度值)。每次测定后将烟末打散重新压制再测定，连续测定3次取平均值。计算C(饱和度)、H(色泽比)、H0(色相角)、ΔE(总色差值)[17]。

1.3.2 多酚类物质含量的测定 按照YC/T 202-2006[18]的方法测定烟叶莨菪亭、绿原酸、芸香苷和总酚含量。

1.3.3 化学成分的测定 按照YC/T 159-2002[19]、YC/T 161-2002[20]、YC/T 216-2002[21]的方法测定烟叶总糖、还原糖、总氮和蛋白质(质量百分数)。

1.3.4 评吸质量评价 烟叶样品手工卷制成长度110 mm、直径14 mm的雪茄烟支，在温度18 ℃、相对湿度70%的恒温恒湿箱中养护4个月供评吸使用。评吸质量评价由河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地组织有关雪茄工业企业评吸专家完成，对烟叶香气质、香气量、劲头、浓度、余味、杂气、刺激性、灰色、吃味、燃烧性10个指标采用9分制进行评价。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2016对样品颜色参数、多酚类物质含量、化学成分的变化趋势制作图表；利用SPSS 21.0对样品色差、多酚类物质含量、化学成分及评吸质量数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中雪茄烟叶颜色参数的变化

发酵过程中烟叶颜色参数L*、a*、b*、C、H、H0、ΔE值变化趋势如图1所示。由图1可以看出，发酵过程中烟叶颜色参数均存在明显差异。随着发酵进程的推进，L*、a*、b*、C值呈缓慢降低的变化趋势，且各颜色参数均在发酵0～10 d变化幅度最大，发酵第10天后变化幅度较小，发酵25～30 d差异不显著。随着发酵进程的推进，H值呈先升高后降低的变化趋势，发酵10～15 d出现最大值，随后缓慢下降；而H0值呈先降低后升高的变化趋势，发酵10 d出现最小值，随后缓慢上升；ΔE值呈缓慢上升的变化趋势，由总色差值ΔE可以看出，发酵过程中雪茄烟叶颜色越来越深。

图柱上标不同小写字母表示不同发酵时间差异显著(P<0.05)。下同

2.2 发酵过程中雪茄烟叶多酚类物质含量的变化

发酵过程中雪茄烟叶多酚类物质含量的变化如图2所示。由图2可知，发酵过程中雪茄烟叶莨菪亭、绿原酸、芸香苷和总酚的含量变化差异显著，均随着发酵进程的推进呈逐渐降低的变化趋势。且多酚类物质的降解在发酵0～10 d较快，发酵25～30 d较为缓慢。在发酵开始时，莨菪亭、绿原酸、芸香苷、总酚的含量分别为15.216，167.006， 228.510和410.732 μg/g，发酵30 d时分别为3.822，46.186，67.693和117.701 μg/g，较发酵开始时分别降解了74.88%，72.34%，70.38%和71.34%。

图2 发酵过程中雪茄烟叶多酚类物质含量的变化

2.3 发酵过程中雪茄烟叶化学成分的变化

发酵过程中雪茄烟叶化学成分的变化如图3所示。由图3可知，随着发酵时间的延长，雪茄烟叶中总糖、还原糖、总氮、蛋白质含量逐渐降低,化学成分含量在发酵0～10 d下降较快，发酵25～30 d下降缓慢。发酵前雪茄烟叶总糖和还原糖含量较低，蛋白质含量较高；发酵30 d时雪茄烟叶总糖、还原糖、总氮、蛋白质含量分别为 0.21， 0.06，4.44和9.09 mg/g。

图3 发酵过程中雪茄烟叶化学成分的变化

2.4 发酵过程中雪茄烟叶评吸质量的变化

由表1可知，发酵过程中香气质、香气量，烟气的劲头、浓度，余味的甜润度、燃烧性、灰色和吃味均有明显改善，杂气、刺激性明显降低(杂气、刺激性越小评分越高)，各评吸质量指标较未发酵烟叶有明显提升，且发酵25～30 d雪茄烟叶评吸质量较好。

表1 发酵过程中雪茄烟叶评吸质量的变化

2.5 发酵过程中雪茄烟叶颜色参数与多酚类物质和化学成分的相关性

由表2可知，发酵过程中雪茄烟叶颜色与多酚类物质、化学成分关系比较密切。颜色参数L*、a*、b*、C值分别与莨菪亭、绿原酸、芸香苷和总酚均呈极显著正相关关系，ΔE值与莨菪亭、绿原酸、芸香苷和总酚呈极显著负相关关系。烟叶的颜色参数L*、a*、b*、C值与总糖、还原糖、总氮和蛋白质均呈极显著正相关关系，ΔE值与总糖、还原糖、总氮和蛋白质均呈极显著负相关关系。

表2 发酵过程中雪茄烟叶颜色参数与多酚类物质、化学成分的相关分析

在相关分析的基础上，选用颜色参数L*、a*、b*、C、ΔE值为因变量(Y)，莨菪亭、绿原酸、芸香苷、总酚、总糖、还原糖、总氮、蛋白质为自变量(X)，进行逐步回归分析，并筛选出相对应的回归方程：

YL*=9.084+2.368X蛋白质(R2=0.987，P<0.01)；

Ya*=1.084+18.916X总糖+0.176X莨菪亭-0.021X绿原酸(R2=1.000，P<0.01)；

Yb*=11.649+1.238X莨菪亭-0.021X总酚(R2=0.999，P<0.01)；

YC=11.876+0.758X莨菪亭(R2=0.998，P<0.01)。

上述分析表明，蛋白质对L*值有较强的直接正向影响；总糖对a*值有较强的直接正向影响，绿原酸对a*值有直接负向影响；莨菪亭对a*、b*和C值均有直接正向影响；总酚对b*值有直接负向影响。方差分析表明，多酚类物质及化学成分对发酵过程中雪茄烟叶颜色变化有直接影响。

2.6 发酵过程中雪茄烟叶颜色参数与评吸质量的相关性

由表3可知，雪茄烟叶颜色参数L*、a*、b*、C值与香气质、香气量、浓度、余味、杂气、刺激性、灰色、吃味、燃烧性呈显著或极显著负相关。根据L*、a*、b*、C值赋值方法，L*、a*、b*、C值越大，表明雪茄烟叶评吸中燃烧性越差、香气质越差，香气量和浓度越小、刺激性越大，烟灰越黑，杂气越凸显、余味越不舒适；ΔE值与香气质、香气量、浓度、余味、杂气、刺激性、灰色、吃味、燃烧性呈极显著正相关，根据ΔE值赋值方法，ΔE值越大，表明烟叶燃烧性越好、香气质越好、香气量越充足、浓度越大，刺激性越小、烟灰越白，杂气不明显，余味越舒适。

表3 发酵过程中雪茄烟叶颜色参数与评吸质量的相关分析

分别以发酵过程中烟叶的香气质、香气量、浓度、余味、杂气、刺激性、灰色、吃味、燃烧性为因变量(Y)，颜色参数L*、a*、b*、C、H、H0、ΔE值为自变量(X)，进行逐步回归分析，并筛选出相对应的回归方程：

Y香气质=-0.874+0.120XΔE(R2=0.967，P<0.01)；

Y香气量=-0.984+0.121XΔE(R2=0.975，P<0.01)；

Y浓度=13.495-0.111XL-0.045XH0(R2=0.999，P<0.01)；

Y劲头=6.424-0.905Xb*+0.803XC(R2=0.878，P<0.01)；

Y燃烧性=8.020-0.225Xa*(R2=0.990，P<0.01)。

上述分析表明，香气质、香气量受ΔE值直接正向影响，根据ΔE值赋值方法，ΔE值越大，表明烟叶香气质越好、香气量越足；浓度受L*、H0值直接负向影响；劲头受b*值直接负向影响，但受C值直接正向影响；燃烧性主要受a*值直接负向影响。

3 讨 论

烟叶自身颜色的变化是其内含物质降解和转化的外在表现，说明烟叶颜色变化与内含物质生理生化反应密切相关[22-23]。本研究中，在雪茄烟叶发酵过程中，莨菪亭、绿原酸、芸香苷、总酚、总糖、还原糖、总氮、蛋白质含量随发酵时间延长而降低，且多酚类物质和化学成分含量在发酵0～10 d降解较快，这可能是由于发酵前期烟叶内含物质反应比较剧烈，翻堆过程使烟堆中氨气、二氧化碳等能够及时逸散[24]，氧气进入促进了多酚类物质的降解和转化。相关分析表明，烟叶的颜色参数变化与多酚类物质含量密切相关，这说明多酚类物质和化学成分含量的变化是导致雪茄烟叶颜色变化的原因之一，这与梁太波等[25]的研究结果一致。

本研究中，发酵过程中烟叶L*、a*、b*、C值与多酚类物质和化学成分含量变化相似，均随着发酵进程的推进呈缓慢降低的趋势。相关分析表明，L*、a*、b*、C值与总糖、还原糖、总氮及蛋白质含量呈极显著正相关关系，说明发酵过程中化学成分含量变化也是影响烟叶颜色变化的重要因素之一。而ΔE值与总糖、还原糖、总氮及蛋白质含量呈极显著负相关关系，说明烟叶化学成分变化越多烟叶颜色越深。颜色参数在发酵0～10 d变化较快。这主要是由于，一方面发酵前期多酚氧化酶活性较高，多酚类物质被氧化成醌类使烟叶颜色加深；另一方面是发酵前期烟堆温度较高，糖和氨基酸发生非酶棕色化反应，促进了烟叶颜色的变化[26]。

烟叶颜色参数与评吸质量特征指标相关性比较密切，L*、a*、b*、C值与香气质、香气量、浓度、余味、杂气、刺激性、灰色、吃味、燃烧性呈显著或极显著负相关，而ΔE值与评吸质量特征呈极显著正相关。回归分析结果表明，香气质、香气量受ΔE值的直接正向影响。说明雪茄烟叶颜色参数指标中L*、a*、b*、C、ΔE值与评吸质量密切相关。

4 结 论

雪茄烟叶发酵过程中随着发酵进程的推进，雪茄烟叶多酚类物质、化学成分含量及颜色参数L*、a*、b*、C值均呈缓慢降低的变化趋势，H值呈先升高后降低的变化趋势，而H0值呈先降低后升高的变化趋势，ΔE值呈缓慢上升的变化趋势。相关分析表明，烟叶颜色参数与多酚类物质、化学成分及评吸质量具有相关性。回归分析结果表明，烟叶颜色参数与蛋白质、总糖、莨菪亭、绿原酸、香气质、香气量、劲头、燃烧性相关性较大，与评吸质量关系密切。