烘烤工艺对加热卷烟烤烟原料香气成分及感官质量的影响

刘钻福，窦玉青，张本强，周之蔚,4，李玉辉，任 杰，李 贤，高云鹏，徐秀红*

烘烤工艺对加热卷烟烤烟原料香气成分及感官质量的影响

刘钻福1,2，窦玉青1，张本强3，周之蔚1,2,4，李玉辉3，任 杰1，李 贤1,2，高云鹏1,2，徐秀红1*

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业农村部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东中烟工业有限责任公司，济南 250100；4.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082）

为明确烘烤工艺对加热卷烟烤烟原料香气成分和感官质量的影响，对不同烘烤工艺调制的初烤中部烟叶按照加热卷烟感官评价方法进行感官质量评价，检测热裂解烟气中的香气物质含量，并对烟气中香气物质含量与感官质量的关系进行了分析。结果表明，不同烘烤工艺处理样品热裂解烟气中的香气成分含量有一定差异。与H1处理相比，H2处理呋喃类、有机酸类、烯类、酯类等物质含量分别降低了3.63、0.43、0.30和0.87百分点；而生物碱类、醛酮类、酚类、醇类等物质含量分别提高了3.40、1.45、0.16和0.23百分点。H3处理呋喃类、生物碱类、酚类、烯类、酯类等物质含量分别降低了4.91、1.22、1.17、0.50和1.04百分点；醛酮类、有机酸类、醇类等物质含量分别提高了5.63、2.05和1.15百分点。在感官质量方面，H1、H2和H3处理烤后烟叶加热卷烟感官质量得分分别为76.9、79.6和89.2，H3处理显著高于其余两个处理。冗余分析和相关分析表明，H2处理有利于烟碱的积累，影响加热卷烟的劲头。H3处理巨豆三烯酮3、DDMP、棕榈酸含量显著提高，且巨豆三烯酮3是H3处理热裂解释放成分中的典型香气成分，与口感、丰满度和香气的分布方向一致。在8点式精准烘烤工艺基础上适当提高变黄温度，降低干筋期温度，有利于加热卷烟烤烟原料感官品质的提升。

烘烤工艺；加热卷烟；感官质量；香气成分

传统卷烟烟雾中检测到的大多数有害化学物质都是由燃烧引起的[1]。加热卷烟是利用热源对烟草材料进行加热后释放烟气，烟草材料只受热并不燃烧的一种新型烟草制品[2-3]。加热卷烟的抽吸温度一般在350 ℃以下，仅发生蒸馏及较简单的热解反应，不仅可以满足吸烟者对于烟碱的需求，还可有效减少高温燃烧、热解和热合成过程中潜在有害物质的产生，很大程度上降低了烟草制品对人体和环境的危害[4-7]。但是，相较于燃烧温度，加热卷烟的加热温度较低，其所释放的香气较传统卷烟显著减少，在抽吸过程中缺乏烟草本香，制约了加热卷烟的发展。由于加热卷烟香气释放的方式由燃烧变为热裂解，因此加热卷烟原料端的配套生产加工技术调整也成为研究的热点之一。

烟叶烘烤是烤烟原料生产的关键环节之一，不同变黄和变筋温度对烟叶香气物质含量及感官质量均具有显著影响。中低温变黄、中低温变筋有利于红花大金元类胡萝卜素降解产物、西柏烷类降解产物、苯丙氨酸类降解产物和美拉德反应产物类致香物质总量的提高[8]；中低温变筋能显著提高NC55和中烟100美拉德反应产物、苯丙氨酸类降解产物总量[9-10]。而对于加热卷烟的烤烟原料，传统的烘烤工艺是否能满足加热卷烟的需求是急需解决的问题。现有对加热卷烟烤烟原料香气的研究多集中于不同热裂解温度下的香气物质释放特性[11-12]，尚未见不同烘烤工艺对加热卷烟烤烟原料感官质量及其香气物质含量影响的研究报道。基于此，本研究在“8点式精准烘烤工艺”基础上[13-14]，针对加热卷烟烤烟原料需求特点对烘烤工艺进行了优化研究，旨在明确不同烘烤工艺与加热卷烟烤烟原料香气成分及感官质量的关系，为加热卷烟原料烘烤工艺的设计开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

烘烤试验于2020年在中国农业科学院烟草研究所青岛实验基地进行，2021年进行了加热卷烟烤烟原料香气成分测定和感官质量评价。供试材料为中烟特香301中部烟叶。供试烤房为小型电热温湿度自控密集烤房（1.90 m×1.35 m×1.40 m），每烤房装烟数量为10夹，每夹鲜烟12 kg。

1.2 试验设计

试验共设计3个工艺处理。H1：8点式精准烘烤工艺。H2：在8点式工艺基础上，增加36 ℃稳温点，降低定色前期温度和干筋期温度。H3：在8点式工艺基础上，烘烤起始温度调整为40 ℃，降低干筋期温度。每个处理重复3次。各处理具体烘烤工艺参数见表1-3。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 热裂解烟气中的香气成分测定 制作样品步骤：称取2 mg样品粉末装入热裂解坩埚中。热裂解氛围为氮气，气流速度为275 mL/min；裂解温度为300 ℃，加热时间5 min；解吸温度为280 ℃。

气相色谱质谱条件：HP-5MS毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气为氦气，流量为1 mL/min；采用分流模式，分流比为50∶1；进样口温度250 ℃；升温程序为40 ℃保持3 min，以10 ℃/min的速率升高温度到280 ℃，保持15 min；溶剂延迟2.5 min；电离方式为电子轰击源（EI）；电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；全扫描，扫描范围29～400 amu。采用NIST2008和WILEY07两个标准谱库进行定性分析，面积归一法进行定量分析。

表1 H1烘烤工艺参数

注：2/3指叶片数量或变化程度达到2/3，下同。

Note: 2/3 refers to the number of leaves or the degree of change up to 2/3, the same below.

表2 H2烘烤工艺参数

表3 H3烘烤工艺参数

1.3.2 加热卷烟感官质量评价 由加热卷烟评吸专家依据标准《新型卷烟感官评价方法》（Q/YNZY.J04.022—2015），对不同工艺烤后烤烟原料制作的加热卷烟烟支的丰满度（10分）、香气（30分）、劲头（10分）、谐调性（10分）、刺激性（15分）和口感（25分）指标分别进行评价打分。感官质量评价满分为100分。

1.4 数据处理

采用SAS 9.4进行方差分析，利用R语言Hmisc包进行pearson相关分析，vegan包进行冗余分析，ggplot2包进行作图。

2 结 果

2.1 不同工艺烘烤后烟叶热裂解烟气中的香气成分

由表4和图1可知，不同烘烤工艺处理样品热裂解烟气中的香气成分含量有差异。与H1处理相比，H2处理呋喃类、有机酸类、烯类、酯类等物质含量分别降低了3.63、0.43、0.30和0.87百分点；生物碱类、醛酮类、酚类、醇类等物质含量分别提高了3.40、1.45、0.16和0.23百分点。其中含量降低的成分主要包括糠醛、5-甲基呋喃醛、5-羟甲基糠醛、苯甲酸、2-呋喃甲酸、角鲨烯、2-糠酸甲酯；含量提高的成分主要包括烟碱、2-羟基-2-环戊烯-1-酮、2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮、邻苯二酚、4-羟基苯乙醇等。H3处理呋喃类、生物碱类、酚类、烯类、酯类等物质含量分别降低了4.91、1.22、1.17、0.50和1.04百分点，醛酮类、有机酸类、醇类等物质含量分别提高了5.63、2.05和1.15百分点。其中含量降低的成分主要包括糠醇、5-羟甲基糠醛、烟碱、对苯二酚、双戊烯、2-糠酸甲酯，含量提高的成分主要包括2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮（DDMP）、巨豆三烯酮3、棕榈酸、肉豆蔻酸、亚麻烯醇。

表4 不同烘烤工艺烤后烟叶热裂解烟气中的香气成分

注：数字后不同字母代表0.05水平的显著性，下同。

Note: different letters after numbers represent significance at the 0.05 level, the same below.

图1 不同处理烟叶热裂解各类别香气总含量

2.2 不同处理加热卷烟烤烟原料感官质量

将3种烘烤工艺处理的烤后烟叶，制作成加热卷烟，并依据加热卷烟评吸标准进行评分，由表5可知，H3处理显著提高了烤烟原料的丰满度、香气和口感，综合得分以H3处理显著高于其他两个处理。H2处理在谐调性和口感方面得分高于H1，但香气得分低于H1，综合得分与H1无明显差异。

2.3 烟气中的香气成分与感官质量的关系

为了进一步明确烟气中的香气成分与感官质量的关系，利用R语言软件进行冗余分析和相关分析。冗余分析（图2）中较小散点分别代表各裂解香气物质，箭头指向代表各感官评价指标。散点投影距离样本点越近，则表示对该工艺样本的贡献率越高，相关性越强；散点在箭头方向的投影越大，则表示对该感官指标的贡献率越高；箭头夹角为锐角时，角度越小则表示感官指标间正相关性越强，夹角为钝角时，角度越大则表示感官指标间负相关性越强。由图2可知，不同烘烤工艺烤后加热卷烟烤烟原料在感官质量和香气成分含量有明显的差异，两个主成分可以有效区分3个工艺处理的样本，RDA1和RDA2分别解释76.49%和22.51%的香气成分变化信息。在感官评价指标中，丰满度、香气和口感评价参数分布在H3处理样本周围，说明H3处理可以显著影响加热卷烟香气、丰满度和口感等评价指标。H2处理影响加热卷烟劲头，烟碱是H2处理中贡献率最高的成分。烟碱和劲头在图中空间分布一致，进一步说明H2处理能显著提高卷烟中烟碱释放量，进而增加加热卷烟的劲头。刺激性受H1处理影响最大。进一步分析香气成分与感官质量指标的关系发现，巨豆三烯酮3、棕榈酸、肉豆蔻酸和DDMP分布在H3处理样本周围，说明这些香气成分对H3处理的贡献率较高，是H3处理加热卷烟释放的典型香气物质，并且与口感、丰满度和香气的分布方向一致。

表5 不同烘烤工艺烤后加热卷烟烤烟原料的感官质量

注：数字后不同字母代表0.05水平的显著性。Note: Different letters after numbers represent significance at the 0.05 level.

注：DDMP为2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮。

图3 巨豆三烯酮3与感官指标的相关性

3 讨 论

香气是评价加热卷烟制品的重要指标，而调制工艺对加热卷烟烤烟原料香气物质的形成有重要影响[15]。烘烤过程中温湿度条件是影响烤烟香气物质形成的主要因素。烘烤过程中较低的温度和适宜的湿度，有利于各类酶活性的提高，酶失活较慢，从而促进烟叶生理生化变化、前体物质的转化分解及香气物质的形成[16]。适当提高变黄期温度，有利于多酚类物质的积累[17]。干筋温度的降低可以减少香气物质的降解，促进香气浓度的提高[18]。本研究结果表明，适当提高变黄温度、低温干筋（H3）处理加热卷烟烤烟原料烟气中醛酮类、有机酸类、醇类等物质的含量显著较高；适当降低变黄温度、低温干筋（H2）处理，热裂解烟气中的生物碱类含量显著较高。这与代丽等[19]在传统卷烟烤烟原料上的研究结果不尽一致，可能由于加热卷烟在低温加热状态下一些香气物质不易释放导致。

糠醛在美拉德反应产物中含量最高，受变黄温度影响也较大[8]，以H1处理烟气中含量最高，说明38 ℃变黄更有利于烟叶烘烤中糠醛的形成。烟气中糠醇含量以H3处理最低，这可能是因为相对较高的变筋温度不利于烟叶烘烤中糠醇的合成有关[8]。烟气中巨豆三烯酮 3 含量以H3处理最高，H1处理次之，说明较高的变黄温度有利于提高烤后烟叶中巨豆三烯酮3的含量，但也有研究[8]表明，变黄温度对烟叶中巨豆三烯酮3含量影响较小。H3处理烟气中棕榈酸含量最高，而H1和H2处理无显著差异，说明较高的变黄温度有利于棕榈酸的形成，这与已有研究[8]结果不一致，有待于进一步研究明确。变黄温度单独对烟叶烟碱含量影响不大[20-21]，本研究结果适当降低变黄温度和干筋温度有利于加热卷烟烟气中烟碱含量的提高，这可能主要是由于干筋期温度降低，从而减少了游离烟碱的挥发，而劲头与烟气游离烟碱含量密切相关，游离烟碱含量越高，劲头越大[22]。

与传统卷烟相比，影响加热卷烟感官质量的因素较多，如加热卷烟的制作过程繁琐，加热卷烟烟气的释放规律与传统卷烟有所差别[23-24]，感官质量评价标准与传统卷烟有所差异等。在传统卷烟感官质量方面，烤后烟叶质量以38 ℃变黄处理综合表现最优[20]。而在加热卷烟感官质量方面，H3处理感官质量评价得分最高，这可能因为H3处理结合了较低的干筋期温度，减少了小分子香气物质的挥发，适合加热卷烟的抽吸方式。在感官评价指标中，丰满度、香气和口感评价参数分布在H3处理样本周围，说明H3处理可以显著影响加热卷烟的香气相关的评价参数。而H1和H2处理分别影响加热卷烟的刺激性和劲头。进一步分析香气成分与感官评价的关系发现，巨豆三烯酮3是H3处理中的典型香气物质，并且与口感、丰满度和香气的分布方向一致，这与赵璐等[25]研究结果一致。

4 结 论

结果表明，在8点式精准烘烤工艺基础上适当提高变黄温度，降低干筋期温度，有利于提高加热卷烟烤烟原料烟气中巨豆三烯酮3的含量，提高加热卷烟的丰满度、香气和口感等。H3工艺可以作为加热卷烟烤烟原料的烘烤工艺。

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Effects of Different Curing Techniques on Aroma Components and Sensory Quality of Flue-cured Tobacco Raw Materials for Heated Tobacco Cigarette Products

LIU Zuanfu1,2, DOU Yuqing1, ZHANG Benqiang3, ZHOU zhiwei1,2,4, LI Yuhui3, REN Jie1, LI Xian1,2, GAO Yunpeng1,2, XU Xiuhong1*

(1. Institute of Tobacco Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao, 266101, China,；2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3. China Tobacco Shandong Industrial Co., Ltd., Jinan 250100, China; 4. Shanghai Tobacco Group Co., Shanghai 200082, China）

In order to clarify the effect of curing process on the aroma components and sensory quality of flue-cured tobacco raw materials for heated tobacco products, the sensory quality of middle tobacco leaves with different curing processes was evaluated according to the sensory evaluation method of heated tobacco products. The content of aroma substances in pyrolysis flue gas was detected, and the relationship between the content of aroma substances in flue gas and the sensory quality was analyzed. The results showed that the contents of aroma components in pyrolysis flue gas of samples from different curing processes were different. Compared with H1 treatment, the contents of furans, organic acids, alkenes and esters in H2 treatment decreased by 3.63, 0.43, 0.30 and 0.87 percentage points, respectively. The contents of alkaloids, aldehydes and ketones, phenols and alcohols increased by 3.40, 1.45, 0.16 and 0.23 percentage points, respectively. The contents of furans, alkaloids, phenols, alkenes and esters in H3 treatment were decreased by 4.91, 1.22, 1.17, 0.50 and 1.04 percentage points, respectively. The contents of aldehydes and ketones, organic acids and alcohols were increased by 5.63, 2.05 and 1.15 percentage points, respectively. In terms of sensory quality, the scores of sensory quality of heated tobacco products from H1, H2 and H3 treatments were 76.9, 79.6 and 89.2, respectively, and the scores of H3 were significantly higher than those of H1 and H2. Redundant analysis and correlation analysis showed that H2 treatment was conducive to the accumulation of nicotine and affected the strength of heated tobacco products. The contents of megastigatrienone 3, DDMP and palmitic acid in H3 treatment were significantly increased, and megastigatrienone 3 was a typical aroma component in the pyrolysis release components, which was consistent with the distribution direction of taste, plumpness and aroma. On the basis of the eight-point curing technology, appropriately increasing the yellowing temperature and reducing the temperature at the stem drying stage was conducive to improving the sensory quality of flue-cured tobacco raw materials for heated tobacco products.

curing technology; heated tobacco products ; sensory quality; aroma composition

TS44+1

A

1007-5119（2022）03-0057-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2022.03.009

中国烟草总公司山东省公司科技重点项目（201801）；中国烟草总公司科技重大专项项目[110202001015（XX-11）]；中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-TRIC03）

刘钻福（1997-），男，在读硕士研究生，主要从事烟叶调制机理与技术研究。E-mail：1400904906@qq.com

，E-mail：xuxiuhong@caas.cn

2021-12-29

2022-02-23