雪茄烟马杜罗茄衣化学品质指数与中性香气物质的关系

2022-09-05闫铁军刘利平施友志王荣浩时向东

南方农业学报 2022年6期

闫铁军，丁宁，王剑，周平，刘利平，潘勇，施友志，王荣浩，时向东*

（1湖北中烟工业有限责任公司，湖北武汉 430041；2河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室，河南郑州 450002）

0 引言

【研究意义】近年来，我国雪茄烟产销量逐年增长，已成为烟草行业新兴的增长点（蔡斌等，2019）。雪茄茄衣是烟支品质和档次的外在象征，一般对茄衣烟叶外观质量和物理特性的要求较高。而在抽吸过程中，茄衣在最外层与空气接触充分，燃烧相对猛烈，感官贡献度高于其质量所占比重，对感官质量的影响占10%左右（王一恒，2011）。因此，茄衣烟叶内在质量的重要性同样不容忽视。马杜罗茄衣特指一类油分充足、颜色偏深、味道浓郁的优质茄衣。马杜罗茄衣不仅可利用其外观为雪茄烟支提升档次，同时也可借助其内在品质提高抽吸时的香吃味，通常用于纪念版或限量版等高档雪茄（莫娇，2017）。深度发酵是马杜罗茄衣的关键生产步骤，通过发酵促进烟叶内含物质逐步转化进而使化学成分更加协调，促进烟叶质量提升（王金棒等，2021）。烟叶内在质量是烟叶内多种化学成分与香气物质含量和比例共同作用的结果（阙劲松等，2018），中性香气物质对烟叶的香气品质有重要贡献，且其种类较多、关系复杂，含量及比例变化较大（拓阳阳等，2012；赵会纳等，2012）。糖碱比、糖氮比、氮碱比和钾氯比等化学品质指数可直接表征烟叶品质（吕祥敏等，2020），与香气物质相比其数据的获取更简便、快速（王笛，2019）。因此，探究化学品质指数与中性致香物质间的关系，对判断马杜罗茄衣内在品质和工业可用性有重要意义。【前人研究进展】近年来，关于化学成分对烟叶香气物质影响的研究不断深入。姬小明等（2012）研究发现，烟叶水溶性糖含量与质体色素类、芳香族类和类西柏烷类物质含量呈负相关，与棕色化产物类物质含量呈正相关。张石飞（2012）以云南烟区1616个烟叶样品为研究对象，通过典型相关分析表明，随着烟叶钾和还原糖含量的提高，上部烟叶醇类、醛类、酮类、新植二烯、酚类和氮杂环类等致香物质含量呈降低趋势。李强等（2015）研究发现，云南烤烟钾含量与酮类、醇类、醛类、酯类、酚类和氮杂环类致香物质含量均呈极显著正相关，指出云南烟区改善烤烟钾素营养是提高烟叶香气物质含量的重要途径。张渝捷等（2016）研究发现，烟叶致香物质含量与氮碱比呈极显著正相关，与钾氯比呈显著或极显著负相关，并指出降低钾氯比、提高氮碱比是提升致香物质总量的有效途径。高娟娟（2017）研究发现，秦岭烟区烟叶钾氯比与多种致香物质关系密切，高钾类烟叶的五大致香物质中除叶绿素降解产物外，其他致香物质含量均高于中、低钾类烟叶。王林等（2019）研究了烤烟烟叶化学成分与酸性致香物质的关系，结果表明酸性致香物质整体上与总植物碱、氯、总氮、蛋白质、还原糖、钾、总糖和醚提取物呈正相关。褚继登等（2022）研究发现，烟叶香气量受糖碱比影响较大，随糖碱比上升，香气量呈上升趋势。【本研究切入点】前人关于雪茄茄衣内在品质的研究主要集中在各种措施对烟叶化学成分和香气物质含量的影响（徐世杰等，2016；杜佳，2017；万德建等，2018；郭文龙等，2021），而对二者相互关系的研究较少。掌握各类香气物质随化学成分变化的趋势，有助于通过调控化学成分以提高目标香气物质含量。【拟解决的关键问题】通过测定国产马杜罗茄衣烟叶化学成分，采用相关分析及回归分析方法，探究化学品质指数与中性香气物质含量的关系，旨在探讨中性香气物质含量随化学品质指数的变化规律，以期为国产雪茄茄衣的可用性评价和工业使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烟叶品种为HN-2，产地为海南儋州，2019年调制下架后进行分级，取马杜罗茄衣等级烟叶依据当地生产技术规程进行回潮、堆垛、发酵、翻垛，70 d后完成深度发酵。选取7个有代表性的发酵后烟垛进行取样，每垛上、中、下部各取1份，共21份样品。

1.2 测定方法

1.2.1 常规化学成分测定水溶性总糖、烟碱、总氮、钾和氯含量分别依据行业标准YC/T 159—2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》、YC/T 468—2013《烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动（硫氰酸钾）法》、YC/T 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》、YC/T 217—2007《烟草及烟草制品钾的测定连续流动法》、YC/T 162—2011《烟草及烟草制品氯的测定连续流动法》，使用流动分析仪测定。计算糖碱比（水溶性总糖/烟碱）、糖氮比（水溶性总糖/总氮）、氮碱比（总氮/烟碱）和钾氯比（钾/氯）。

1.2.2 中性香气成分测定采用美国HP5890-5972气质联用仪对烟叶样品进行中性香气成分定性分析。色谱条件：色谱柱HP-5（60 m×250 μm×0.25 μm）；载气He，流速0.8 mL/min；进样口温度250 ℃，传输线温度280 ℃；离子源温度177 ℃；升温程序为在40 ℃保留2 min，然后以8 ℃/min的速度升至240 ℃，保留15 min，不分流进样，进样量1 μL，电离能70 eV，电离方式为EI；质量数范围为35～500 amu；用NIST02谱库检索定性；采用内标法定量（李玲燕等，2015）。

1.3 统计分析

试验数据采用Excel 2016进行整理，采用SPSS 22.0进行相关分析和回归分析。其中，分别以所测样品糖碱比、糖氮比、氮碱比和钾氯比4个化学品质指数为自变量，各类香气物质含量为因变量进行回归分析，分别构建线性、二次项、符合、增长、对数、立方、S型、指数、Logistic、幂、逆模型等函数关系，从中选出＜0.05且最大者，得到雪茄马杜罗茄衣化学品质指数与香气物质含量的最优回归方程（刘春奎等，2019）。

2 结果与分析

2.1 马杜罗茄衣化学品质指数与中性香气物质含量的变异

从表1可看出，马杜罗茄衣烟叶化学品质指数与中性致香成分的变异范围较大，变异系数范围为0.12～0.50，均属于中等变异程度（刘新民，2004）。在化学品质指数中，氮碱比变异系数最小，为0.12，说明其稳定性较好；钾氯比变异系数最大，为0.32，稳定性较差。茄衣烟叶的中性香气物质参照赵铭钦等（2008）的方法，依据与前体物的关系分为苯丙氨酸转化产物、棕色化反应产物、类西柏烷降解产物、类胡萝卜素降解产物及新植二烯五大类。

其中，苯丙氨酸转化产物主要包括苯甲醛、苯甲醇、苯乙醛和苯乙醇，其在所测样品中的总含量范围在18.91～52.41 μg/g；棕色化反应产物包括糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、3,4-二甲基-2,5-呋喃二、2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯，是由糖和氨基酸进行美拉德反应所产生的香气成分，其总含量平均值为22.23 μg/g，在各类香气物质中含量最低；类西柏烷降解产物主要成分为茄酮，是烟叶腺毛分泌物降解后产生的挥发性香气物质，在所测样品中平均含量为52.13 μg/g，高于苯丙氨酸转化产物和棕色化反应产物；类胡萝卜素降解产物主要包括多个巨豆三烯酮异构体、法尼基丙酮、β-大马酮和二氢猕猴桃内脂，其变异系数在各类香气物质中最高，为0.50，说明其含量在不同样品间差异较大。新植二烯含量在中性香气物质中明显高于其他种类，因此单列为一类，其本身香气较弱，香气阈值较高，但通过降解可转化为其他小分子成分，在所测样品中含量范围为252.91～647.85 μg/g。所测样品的中性香气物质总量变异范围为376.37～935.85 μg/g，变异系数为0.24。

2.2 马杜罗茄衣化学品质指数与中性香气物质含量的相关性

在样品中共检测出30种中性香气物质，对马杜罗茄衣化学品质指数与各类中性香气物质进行相关分析，结果（表2）显示，糖碱比与苯丙氨酸转化产物、新植二烯和中性香气物质总量呈显著正相关（＜0.05，下同），与类西柏烷降解产物含量呈极显著正相关（＜0.01，下同）；此外，糖碱比与苯甲醛等13种香气物质的含量呈显著或极显著相关，除与巨豆三烯酮1和巨豆三烯酮3含量为负相关外，其余均为正相关，说明糖碱比与中性香气成分含量存在密切关系。糖氮比与苯丙氨酸转化产物和类西柏烷降解产物含量呈极显著正相关，与新植二烯含量和中性香气物质总量呈显著正相关；此外，糖氮比与β-大马酮等8种香气物质含量呈极显著正相关，与2,6-壬二烯醛等5种香气物质含量呈显著正相关。在各类香气成分中，氮碱比和钾氯比仅与类胡萝卜素降解产物含量呈极显著负相关，相关系数分别为-0.566和-0.574，与其他类型香气成分含量的相关性均不显著（＞0.05）。就各类香气物质而言，氮碱比与5-甲基糠醛含量呈显著正相关，与巨豆三烯酮的3种异构体含量呈显著或极显著负相关；钾氯比与香叶基丙酮含量呈极显著负相关，与二氢猕猴桃内脂含量及巨豆三烯酮的2种异构体含量呈显著负相关。总体而言，在化学品质指数中，糖碱比和糖氮比与中性香气物质总量的关系较密切。

2.3 马杜罗茄衣化学品质指数与中性香气物质含量的回归分析

将糖碱比等化学品质指数与各类香气物质含量进行回归分析，得到相应的回归方程，对回归方程求值并进行显著性检验，由表3结果可知，糖碱比与苯丙氨酸转化产物和新植二烯含量及中性香气物质总量呈显著线性关系，与类西柏烷降解产物含量呈极显著线性关系，说明在所测样本糖碱比分布范围（0.28～0.59）内，苯丙氨酸转化产物、类西柏烷降解产物和新植二烯含量及中性香气物质总量持续升高。糖氮比与苯丙氨酸转化产物、类西柏烷降解产物和新植二烯含量及中性香气物质总量均呈极显著二次曲线相关关系，分别为0.557、0.451、0.473和0.489；对回归方程进一步分析表明，在所测样本糖氮比分布范围（0.39～0.73）内，随着糖氮比升高，苯丙氨酸转化产物、类西柏烷降解产物和新植二烯含量及中性香气物质总量均先降低再升高，分别在糖氮比为0.49、0.47、0.56和0.51时达最低值。在各类中性香气物质中，氮碱比仅与类胡萝卜素降解产物含量呈极显著二次曲线相关关系，回归方程为=1442.100-2737.201+1390.701（=0.410，=0.009），说明在所测样本氮碱比分布范围（0.66～1.04）内，随着氮碱比增加，类胡萝卜素降解产物含量先降低再升高，最低值时氮碱比为0.93。钾氯比与类胡萝卜素降解产物含量呈极显著线性相关关系，回归方程为=-19.762+218.492（=0.329，=0.006），表明在所测样本钾氯比分布范围（2.59～9.36）内，随着钾氯比增加，类胡萝卜素降解产物含量显著降低。

3 讨论

烟草与其他作物注重产量表现不同，生产中主要强调综合品质，因此其工业可用性受到多种化学成分含量和比例的共同影响（赵晓丹等，2012）。雪茄烟对香气要求较高，研究雪茄烟叶香气物质含量对判断烟叶品质有重要参考作用（徐世杰，2016）。马杜罗茄衣为达到加深颜色、提升醇厚感的目的，经过长期、深度的发酵，内在化学成分和香气物质的含量和比例与发酵前相比有明显不同（莫娇，2017）。烟叶香气物质含量与其香气质量密切相关，通过分析烟叶香气物质含量，可对烟叶质量进行比较客观准确的评价（赵铭钦等，2009）。

总糖和烟碱是影响烟叶品质的主要因素之一，不仅影响烟叶酸碱平衡，且糖碱比可较好地体现烟叶吃味和刺激性间的协调程度（夏冰冰等，2015）。本研究结果表明，糖碱比与马杜罗茄衣烟叶中苯丙氨酸转化产物、类西柏烷降解产物和新植二烯含量及中性香气物质总量关系密切，均呈显著线性关系，说明较高的糖碱比有利于中性香气物质含量提高，与赵铭钦等（2009）的研究结果一致。前人研究结果表明烟叶糖含量与吸味品质呈正相关（李东亮和许自成，2007），烟碱含量与吸味品质呈负相关（黄新杰等，2006），但糖碱比过高时会降低烟气浓度和满足感（喻奇伟等，2015）。此外，由于雪茄烟调制方法的不同，雪茄烟叶水溶性糖含量明显低于其他类型烟叶，且烟碱含量偏高（张锐新，2018）。因此，今后对于雪茄茄衣烟叶适宜的糖碱比范围还需进一步探索。

糖氮比可在一定程度上反映烟气中酸性物质与碱性物质的平衡情况（王鹏等，2010），且与烟叶质量等级呈较高的正相关关系（王超等，2021）。本研究结果表明，糖氮比与苯丙氨酸转化产物、类西柏烷降解产物和新植二烯含量及中性香气物质总量均呈极显著二次曲线相关关系，随着糖氮比的升高其含量先降低再升高。这可能是由总氮含量对香气物质的影响所引起的，烟株在较低的氮素水平下，叶片上腺毛密度大，香气物质含量较高，随着氮素水平提高，烟叶总氮含量增加，腺毛分泌能力有所提高，但密度减小，香气物质含量先增高后降低（史宏志等，2009）。因此，在茄衣生产中应当注重控制氮肥施用量，以保持糖氮比在适宜水平。

烟叶氮碱比一般为略小于1时为最佳，高于1时会造成香气量、劲头、浓度等指标得分降低（徐兴阳等，2019）。本研究表明，海南马杜罗茄衣氮碱比平均值为0.79，协调性较好。回归分析结果表明，氮碱比与类胡萝卜素降解产物呈极显著二次相关关系，随着氮碱比增加，类胡萝卜素降解产物含量先降低再升高。该结果与史宏志等（2009）的研究结果存在差异，究其原因可能是由于烟草种类及调制方式不同，雪茄烟叶烟碱含量一般高于烤烟，不同水平的氮碱比代表的内在化学成分协调性也存在差异。

高档手卷雪茄中不能添加助燃剂等成分，在抽吸时既要求其阴燃持火力强，又能逐渐熄灭（莫娇等，2016），因此对烟叶的钾氯比要求较高。马杜罗茄衣烟叶钾氯比平均值为5.18，变异系数较低，属于较优水平。回归分析结果表明钾氯比仅与类胡萝卜素降解产物含量呈显著线性相关关系，且随着钾氯比升高，类胡萝卜素降解产物含量逐步降低，与高娟娟（2017）的研究结果不同，其原因可能是由于马杜罗茄衣均经长期深度发酵，在发酵过程中各类挥发性物质逐步损失，而钾的绝对含量变化较小（张倩颖

等，2020），因此在所测样品中，钾氯比越高的烟叶类胡萝卜素降解产物含量越低。

化学成分和中性香气物质含量是烟叶香吃味形成的关键因素，其各组分含量及比例的协调性影响着烟叶的内在品质和工业可用性。然而，目前关于雪茄烟叶的化学品质指标适宜范围尚未有权威文献给出明确结论。不同产区间雪茄烟叶化学成分含量有明显差异（王玉华等，2014）。前人研究表明，四川产区雪茄烟烟碱含量在1%左右，海南雪茄烟烟碱含量可达5%～8%，而总氮含量均在5%左右（丁宁等，2021；卢瑞琳等，2021），这使得两个产区的氮碱比差异较大，但不能认为某一产区的氮碱比偏高或偏低，不同产区在不同化学成分范围内均有高品质烟叶，烟叶各有其特色；同时，这种特色上的差异在雪茄烟不可外加香原则的束缚下，为工业企业的配方设计提供了丰富性。

由于茄衣烟叶特殊的使用方式，其内在成分及感官质量的重要性通常被忽视。雪茄烟的纯天然、无添加等特点使其香吃味完全来自于烟叶内在成分的热分解和迁移（王安然等，2021），因此马杜罗茄衣对烟支品质的贡献并不局限于外观质量上。具备优良感官品质的茄衣也是对茄芯香吃味的重要补充。通过研究马杜罗茄衣中化学品质指数与中性香气成分的相互关系，有助于今后对判断烟叶化学成分协调性及优质茄衣特征成分的进一步研究。