留叶数与调制方式互作对四川茄芯烟叶烟草特有亚硝胺含量和香气质量的影响

荣仕宾,赵园园,秦艳青,李晶晶,曾代龙,钟 秋,周 骏,刘德水,王 俊,赵志豪,张蓝月,史宏志

(1.河南农业大学烟草学院/烟草农业减害研究中心,郑州 450002;2四川省烟草科学研究所,成都 600041;3.四川中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂,四川 德阳 618000;4.四川省烟草公司德阳市公司,四川 德阳 618400;5.上海烟草集团北京卷烟厂,北京 100024)

【研究意义】近年来,随着雪茄消费的增长,国内雪茄烟市场蓬勃发展,但国内优质雪茄原料不足,影响了国产雪茄质量和档次的提升[1]。因此,加速国产优质雪茄原料的研发,生产具有外观质量优良、香气醇厚丰满、化学成分协调、有害成分含量低等特点的优质雪茄烟叶,对促进中式雪茄烟高质量发展具有重要意义[2]。【前人研究进展】关于烟叶留叶数的质量分析在烤烟中已有很多研究[3],但雪茄烟叶留叶数与叶片发育状况的关系以及与叶片素质相适应的调制方式仍不明确。烟叶留叶数不同,叶片身份也发生变化,各部位烟叶的内含物质积累转化有显著差异,因此可能需要不同的调制方式[4]。调制是烟叶质量风格得到表现和提升的重要时期,不同调制方式间温度、湿度、光照及调制时间存在很大差异,研究表明调制过程中的温度、湿度、光照及调制时间对烟叶的生理生化变化有着极大的影响[5]。张广东等[6]研究表明,烤烟调制前期适当的晾制可能有利于烟叶品质的提高,但过度的晾制会导致烤烟风格的丧失;白肋烟调制后期进行烤制更有利于白肋烟在烤烟型卷烟中的应用;晒红烟上部叶适合先晾制后晒制,而中部叶更适合直接晒制。不同类型烟叶由于物理外观和化学组成含量的差异,其适宜的调制方式也各不相同。通过改进烟叶调制技术提升原烟质量一直是烟草行业的研究热点,采取适宜的调制方式和技术,不仅有利于提升香气质量,还可对烟叶风格产生一定影响,其风格和质量特征将直接影响卷烟产品的优劣,对满足工业企业不同风格机制和手工雪茄生产具有现实意义[7]。茄芯烟叶由于自身品种、留叶数等差异,其叶片厚度与组织结构等理化性状不同,这可能导致烟叶在适宜调制方式的选择上有所不同[8]。【本研究切入点】孙玉琦等[9]研究表明,调制也是TSNAs积累的主要时期之一[10],在烟叶调制过程中由于细胞失活,细胞膜选择透过性丧失,TSNAs前体物在微生物作用下合成大量的TSNAs[11]。因此,抑制调制过程中TSNA的形成是降低雪茄烟叶TSNAs积累的有效手段。【拟解决的关键问题】本研究对不同留叶数与不同调制方式的茄芯烟叶质量和化学成分进行分析。旨在明确雪茄烟叶素质与调制方式的关系,为有效提升雪茄茄芯烟叶质量风格和促进优质低害雪茄烟叶生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2020年在四川省什邡市师古镇大泉坑村雪茄烟叶生产基地进行,供试品种什烟1号种植面积为333.5 m2,烟苗于4月30日移栽,行距120 cm,株距40 cm。按照当地优质雪茄烟叶生产技术规范统一管理,试验田土壤为水稻土,有机质3.01 g/kg,碱解氮120 mg/kg,速效钾89 mg/kg,速效磷38.1 mg/kg。

1.2 试验设计与方法

试验采用双因素随机区组设计,以本地茄芯品种什烟1号的上部叶为材料,留叶数设置18和14片/株2个处理,调制方式设置晾制和晒制2种方式,晾制在钢结构现代化晾房编杆进行,晾制周期为25 d,在晾制过程中根据天气情况加温通风,晾制期间晾房平均温度为24.6 ℃,平均湿度为78.1%,晒制在钢结构白膜覆盖的晒房编串进行,晒制周期为25 d,晒制期间晒房平均温度为25.9 ℃,平均湿度为76.1%,每个处理重复3次。

试验自调制之日开始取样,之后每周取样1次,取得的样品冷冻干燥后磨碎过孔径0.25 mm的筛备用。

1.3 测试指标及方法

1.3.1 物理性状测定 叶长宽及叶面积测定。在各处理的每个重复随机选取10片叶片进行测量,用软尺测定叶长(自茎叶连接处至茎尖的直线长度)、叶宽(叶面最宽处的直线长度),并计算叶面积(叶面积带入公式:d=(L+2W)/3,式中,d、L、W分别代表叶面积、叶片最大长度、叶片最大宽度)。

单叶重和含梗率采用称重法测定。用天平称量待测叶片的单叶重;对待测烟叶去梗前后分别称重,计算出含梗率。

叶质重采用打孔称重法测定。随机抽取10片平衡水分后的烟叶,每片烟叶用直径1 cm的打孔器打孔5个,从叶前端打到后端(尽量避开主、支脉),烘干称重。叶质重的计算公式:ds=m/(n×s)=m/[n×π(d/2)2],式中,ds为叶质重(mg/cm2);m为烟样质量(mg);n为烟样小片数;s为烟样小片面积(cm2);d为烟样小片直径,即打孔器直径(cm)。

叶片厚度测定。在各处理的每个重复中,各随机抽取10片平衡水分后的烟叶,用BHZ 1-I型薄片厚度计测定叶片厚度,每片叶测3个部位,分别为叶尖(第3、4支脉之间)、叶中(第6、7支脉之间)、叶基(第1l、12支脉之间),以30个点的厚度平均值作为该样品的厚度;

拉力测定。将烟片去掉主脉,切成长15 cm,宽1.5 cm的长条,平衡水分后用型号为ZKW-3的烟草薄片抗张实验机测定叶片拉力,每个处理的样品做10次重复,以多次测量值的均值作为该样品的拉力。

1.3.2 烟草特有亚硝胺含量及其前体物测定 生物碱测定参照Jack和Bush[12]的方法。样品硝酸盐及亚硝酸盐含量测定采用浓硫酸-水杨酸法[13]。TSNAs含量由上海烟草集团北京卷烟厂进行检测。测定方法为在线SPE-液相色谱质谱联用SPE-LC-MS/MS法(SPE-LC:Spark Holland,Symbiosis Pico)[14]。

1.3.3 中性香气成分测定 烟叶中性香气成分含量采用水蒸气蒸馏-二氯甲烷溶剂萃取法的前处理和GC/MS方法测定[15]。

1.3.4 感官质量评价 将各处理样品待测部位叶片去梗后进行切丝、卷制单料烟。由河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地、四川省烟草公司的评吸专家对其进行感官质量评价,对香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、刺激性、余味、燃烧性和灰色等多项指标打分,按照行业标准《YC/T 138—1998烟草及烟草制品》的规定进行评吸。

1.4 数据分析

用Excel 2010、SPSS 22.0进行数据统计、方差分析以及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶物理特性的影响

由表1可知,留叶数和调制方式对调制后茄芯烟叶的物理性状影响较大,当留叶数为14片/株时,茄芯烟叶的叶面积、叶片厚度、单叶重及含梗率等指标显著大于留叶数为18片/株的处理,且相应的单位面积的烟叶可承受拉力也较高,留叶数为14片/株的茄芯烟叶的物理特性指标较留叶数18片/株烟叶均高10%以上。相同留叶数的烟叶采用不同调制方式调制后物理特性变化相对较小,晾制烟叶的叶质重和厚度有降低趋势。由表2可以看出,留叶数处理对茄芯品种烟叶的物理特性指标变化的贡献率均达到70%以上,其影响显著高于调制方式及二者的互作效应。

表1 不同留叶数与调制方式调制后茄芯烟叶物理特性Table 1 The effects of different leaves number and curing methods on the physical characteristics of cigar filler

2.2 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶TSNAs及其前体物含量的影响

2.2.1 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶TSNAs前体物含量的影响 由表3可知,茄芯烟叶在不同留叶数与调制方式调制后TSNAs前体物含量差异显著,茄芯烟叶的生物碱和硝酸盐及亚硝酸盐含量均为留叶数14片/株较高。留叶数14片/株的茄芯烟叶生物碱含量较留叶数18片/株高出30%以上,留叶数14片/株烟叶的硝酸盐含量较留叶数18片/株烟叶高出1倍以上,留叶数14片/株烟叶的亚硝酸盐含量较留叶数18片/株烟叶高10%左右。

表3 不同留叶数与调制方式调制后茄芯烟叶生物碱和硝酸盐含量Table 3 The alkaloid and nitrate content of cigar filler after different leaves number and curing methods

相同留叶数的茄芯烟叶生物碱总量和硝酸盐含量均在晒制后较高,而相同留叶数茄芯烟叶的降烟碱和亚硝酸盐含量则在晾制后较高,亚硝酸盐含量在留叶数14片/株晾制后达到峰值,为17.17 μg/g。由表4可以看出,留叶数处理对茄芯烟叶的烟碱、总生物碱、硝酸盐含量变化贡献率较大,而亚硝酸盐含量变化受调制方式处理影响较大,贡献率为51.42%。

表4 留叶数与调制方式及交互作用对生物碱及硝酸盐含量影响的贡献率分析Table 4 Contribution rate analysis of the influence of the number of remaining leaves,the curing methods and the interaction on the content of alkaloids and nitrate (%)

2.2.2 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶TSNAs含量的影响 如表5所示,茄芯烟叶调制后4种TSNA及TSNAs含量差异达到显著水平,茄芯烟叶的TSNAs含量在留叶数14片/株更高,在茄芯烟叶中,留叶数14片/株烟叶TSNAs含量较留叶数18片/株烟叶高16%以上。

表5 不同留叶数与调制方式调制后茄芯烟叶TSNAs含量Table 5 TSNAs content of cigar filler after modulation with different number of leaves and curing methods (ng/g)

相同留叶数茄芯烟叶的TSNAs含量在晾制后含量较高,茄芯烟叶TSNAs含量在留叶数14片/株晾制后达到峰值,为1722.62 ng/g,在留叶数18片/株晒制后含量增加幅度较小,为1214.82 ng/g,4种TSNA变化趋势与TSNAs总量变化趋势基本相同。由表6可以看出,对茄芯烟叶TSNAs含量变化主要受留叶数处理影响,其次为调制方式处理与互作效应。

表6 留叶数与调制方式及交互作用对TSNAs含量影响的贡献率分析Table 6 Contribution rate analysis of the influence of the number of leaves and the curing methods and the interaction on the TSNAs content (%)

2.3 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶中性香气成分含量和感官质量的影响

2.3.1 不同留叶数与调制方式对茄芯烟叶中性香气成分含量的影响 如表7所示,不同留叶数及调制方式调制后烟叶中性香气成分含量存在显著差异。留叶数14片/株时茄芯烟叶的中性香气成分总量较留叶数为18片/株的烟叶平均提高6.49%。

表7 不同留叶数与调制方式调制后茄芯烟叶中性香气成分含量Table 7 Neutral aroma content of cigar filler after modulation with different number of leaves and curing methods (μg/g)

相同留叶数的茄芯烟叶的类胡萝卜素降解产物总量、芳香族氨基酸降解产物总量、棕色化反应产物总量含量均在晾制后含量较高,留叶18片的晾制烟叶中性香气物质总量较晒制烟叶提高8.61%。茄芯烟叶的中性香气总量在留叶数为14片/株晾制后含量达到峰值,为930.66 μg/g。由表8可以看出,芳香族降解产物、棕色化降解产物和茄酮受调制方式处理影响最大,而类胡萝卜素降解产物、新植二烯和中性香气成分总量主要受留叶数处理影响,贡献率均达35%以上。

续表7 Continued table 7

表8 留叶数与调制方式及交互作用对茄芯烟叶中性香气成分含量影响的贡献率分析Table 8 Contribution rate analysis of the number of remaining leaves,the curing methods and the interaction to neutral aroma component content of cigar filler (%)

2.3.2 不同留叶数与调制方式对烟叶感官质量的影响 由表9可知,传统茄芯品种增加留叶数(单株留叶18片)可有效提升烟叶的雪茄风格和质量呈现,尤其是采用晾制方式调制的烟叶效果更好,表现为雪茄风格较为显著,香气质好,浓度较高,生理强度降低,刺激性减小。留叶14片的烟叶香气量较大,但劲头偏大,刺激性较强,以晒制方式调制的烟叶香气质量相对较优。

表9 不同留叶数与调制方式调制后茄芯烟叶感官质量Table 9 The sensory quality of cigar filler after different leaf numbers and curing methods

3 讨 论

留叶数是烟草生长种植期重要指标,留叶数不同则烟叶中各种化学成分及酶积累大不相同[16],烟叶的调制过程是一个复杂的生理生化过程,调制是烟叶质量形成的重要时期,而调制环境的温度、湿度、光照以及各调制阶段的调制时间对烟叶调制的生理生化变化过程影响很大[17],将留叶数与调制方式进行双因素互作试验是探究烟叶调制后品质及TSNAs形成机理的有效手段。

本研究结果显示,茄芯品种不同留叶数的烟叶在调制后烟叶物理性状变化显著,茄芯烟叶在留叶数14片/株时叶长、叶宽、叶面积、单叶重、叶质重和拉力较高,相同烟株留叶数少则叶片较肥厚,且叶质重等也会提高,进行贡献率分析的结果支持了这一结论,这与前人研究一致[18]。

不同留叶数与调制方式下茄芯烟叶生物碱、硝酸盐和亚硝酸盐含量差异显著,留叶数14片/株的茄芯烟叶的生物碱总量和烟碱含量均显著高于留叶18片/株的烟叶,这与留叶数14片/株时叶片物质积累量大,含氮化合物含量高有关。在留叶数14片/株晾制后降烟碱含量达到峰值,这可能是在晾制过程中由于酶活跃时间更长,烟碱可通过去甲基化酶转化为降烟碱,而晒制期间光辐照使得烟碱去甲基酶快速失活,使得烟碱向降烟碱这一过程被抑制[19]。茄芯烟叶硝酸盐含量在留叶数14片/株晒制后达到峰值,而亚硝酸盐含量在留叶数14片/株晾制后达到峰值,这与晾制期间低温环境使得硝酸还原酶活性更强有关[20]。

TSNAs是烟草生物碱与亚硝基在酶催化作用下的反应产物,大量研究认为,调制前的青烟不含TSNAs,随着调制过程进行,细胞膜结构被破坏,被细胞膜结构隔离的前体物质生物碱和亚硝酸盐形成TSNAs。不同留叶数与调制方式调制后烟叶TSNAs含量差异显著,茄芯烟叶为留叶数14片/株时,生物碱含量和亚硝酸盐含量叶片积累量最高,在细胞凋亡后,为TSNAs的形成创造适宜的温度,因此茄芯烟叶TSNAs含量在留叶数14片/株晾制后达到峰值,这与前人研究结果一致[21]。

留叶数14片/株的茄芯烟叶虽然在调制后中性香气成分含量较高,但烟叶含氮化合物含量高,生理强度大,刺激性强,杂气较重,掩盖了雪茄风格的彰显。增加留叶数,改善了烟叶的物理性状,香气质变好,雪茄风格更为显著。留叶数18片/株的晾制烟叶香气物质含量和感官质量显著优于晒制烟叶,这是因为晾制下烟叶环境条件较为温和,环境温度、湿度适宜,细胞内酶活性持续时间更长,有利于质体色素、蛋白质等大分子物质降解,降低青杂气,提升香气质量[22]。由于在留叶数14片/株时,什烟1号身份偏厚,叶片中的含氮化合物含量较高,物质转化缓慢,调制过程偏长,且宜在湿度大时发生霉变,因此采用晒制方式可以促进调制进程,有利于保证质量[23]。不同留叶数与调制方式下烟叶化学成分和中性香气物质种类基本相同,但含量和比例有显著差异,这可能是造成雪茄烟叶风格差异的原因之一。从评吸结果来看,茄芯烟叶在留叶数18片/株晾制条件下雪茄风格更为突出,香气质更优,而杂气较轻,余味最好,刺激性较小。

4 结 论

根据叶片身份确定相适宜的调制方式是提升雪茄烟质量和风格的重要途径,什邡传统茄芯烟叶在留叶数18片/株晾制条件下烟叶雪茄风格较为显著,化学成分协调,香味质量较优,感官品质较好,有害物质含量较低,有利于实现优质低害。