硃砂烟醇化过程中生物碱与致香成分变化规律研究

张 涛，蒋 弢，赵正雄，王保兴，李世琛，李鑫磊，和智君*

（1.云南农业大学，云南 昆明 650201；2.云南中烟工业有限责任公司 技术中心, 云南 昆明 650231）

0 引言

硃砂烟是由于烤烟中的烟碱向降烟碱大量转化而形成的，因此硃砂烟与普通烤烟相比具有“低烟碱、高降烟碱”的特征［1-3］，国外也将硃砂烟称之为“樱桃红”［4］，因其独特的“糯米香”风味而受到烟草工业的关注。但仅仅经过打叶复烤的烟叶不能直接进行工业生产，其烟气存在一定缺陷，需要通过醇化来消除烟气青杂气、减轻刺激性及改善余味等。醇化指的是在一定的温湿度条件下，通过放置来使得烟叶理化性质改变，最终引起烟叶香气和吸味品质得到改善的过程。微生物、酶以及化学物质贯穿于烟叶醇化过程中，对烟叶品质的改善起重要影响作用。烟气杂气消除、香气显露的内在原因是烟叶内的酶促作用，其中包括烟叶自身所含的各种活性酶以及由微生物分泌而来的多种酶类［5］。同时，烟叶醇化也是一个物理与化学共同起作用的复杂生理生化过程。在烟叶醇化过程中，烟叶干物质重量不断下降、大量二氧化碳气体产生，且在氧气与酶的作用下，烟叶内大分子有机物质与化学成分被持续分解转化以及消耗，小分子有机物得以积累，最终引起烟叶香气质量的变化。硃砂烟与非硃砂烟的生物碱含量及香气质量存在较大差异，因此，本文重点研究了不同醇化时间下，硃砂烟生物碱及致香成分的变化情况，旨在更好地掌握硃砂烟的醇化特性，为提高硃砂烟的工业可用性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验烟株采自云南省玉溪市试验烟田，其经烘烤后显现出硃砂烟特征，取其上部一类烟叶(B1F)及中部一类烟叶(C1F)为供试材料。

1.2 试验时间及地点

供试材料在云南中烟玉溪卷烟厂烟叶仓库内进行醇化，醇化仓库内年平均气温为11.0～21.5 ℃，年平均相对湿度为76%～87%。起始醇化时间为2019年12月，醇化时间为18个月。

1.3 取样及测定方法

将烘烤的硃砂烟放置于试验仓库中，放入仓库前取一次样，之后以放入时间为起点，每隔6个月取一次样，每次取样1 kg左右，共计取样4次。烟草特有生物碱按《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动法》(YC/T 160—2002)测定；致香物质按照《烟草及烟草制品 致香成分的测定》(TCJCZY-014—2012) 中的同时蒸馏萃取—气相色谱质谱联用法测定。

2 结果与分析

2.1 不同醇化时间硃砂烟烟草特有生物碱变化情况

通过对不同醇化时间硃砂烟中部及上部烟叶中烟草特有生物碱含量及烟碱转化率情况跟踪分析检测，分别于醇化0、6、12、18个月时进行取样，统计烟叶中烟碱、降烟碱、麦斯明、假木贼碱、新烟碱的含量，其含量变化情况见图1。

图1 硃砂烟上部及中部烟叶不同醇化时间生物碱含量的变化情况

由图1a可知，硃砂烟在醇化过程中不同部位烟叶的生物碱含量存在一定差异，硃砂烟上部烟叶在醇化过程中降烟碱含量呈现先上升后下降的变化趋势；烟碱含量呈现持续下降的趋势，这与前人的研究结果相同［6］；麦斯明及新烟草碱含量无明显变化，含量基本保持平稳；假木贼碱在醇化过程中则呈现先上升后下降的变化趋势(图1a)。由图1b可知，在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶的降烟碱含量呈现出先下降后上升的变化趋势；烟碱含量仅在醇化6～12个月时呈现出下降趋势，其余时间烟碱含量变幅较小；麦斯明和假木贼碱含量则无明显变化；新烟草碱含量在醇化0～6个月期间变化不明显，但在醇化12～18个月时其含量下降较为明显(图1b)。

2.2 不同醇化时间硃砂烟不同部位烟叶烟碱转化率比较

由图2可知，在醇化过程中，硃砂烟不同部位烟叶的烟碱转化率存在明显差别，具体表现在中部烟叶的烟碱转化率始终要高于上部烟叶的，这可能是由于上部烟叶的烟碱含量要高于中部烟叶的，而在烟碱的转化过程中，当底物分子烟碱含量高时，对酶的竞争性更强，导致一部分烟碱在有限期内无法及时转化成降烟碱；相反，当烟碱含量较低时，烟碱对酶的竞争性小，因而烟碱可以达到充分转化［7］。

图2 硃砂烟上部及中部烟叶不同醇化时间烟碱转化率的变化情况

降烟碱在烟叶中的占比决定着烟叶是否为硃砂烟，一般认为降烟碱占比在5%以上的烟叶就是硃砂烟，且其占比越高，硃砂烟特征越明显。因此，在本次研究中还需关注不同醇化时间对烟碱转化率的影响。结合图1、图2可知，中部烟叶烟碱转化率整体上要高于上部烟叶的，且各部位烟碱转化率与降烟碱含量变化趋势大致相符，总体上降烟碱含量变化幅度更大。上部烟叶在醇化12～18月时烟碱转化率及降烟碱含量均下降，这可能是由于醇化过程中在酶、微生物、氧气的共同作用下，烟碱被降解后含量下降，从而导致烟碱向降烟碱转化的量减少。除此之外，有研究指出烟碱转化是一个双向反应的过程，降烟碱也可能会向烟碱转化，从而引起降烟碱含量降低、烟碱含量升高，同时烟碱在醇化过程中又会被降解，最终导致烟碱转化率变化不明显。有研究显示，麦斯明含量与降烟碱含量间呈现显著的正相关关系［8］，而在本研究中麦斯明含量在醇化过程中呈现稳定的状态，这可能是由于麦斯明含量依然受到酶、微生物、氧气的共同作用而达到了一定的平衡。

2.3 不同醇化时间硃砂烟致香成分变化情况

烟草燃烧后产生的香气是烟草制品受欢迎的重要原因之一。烟草不同香气特征的产生来源于多种致香物质的综合作用，不同致香成分对于烟草燃烧时香气的贡献不同。烟叶中的致香物质多由香气前体物质降解转化而成，按香气前体物质将烟叶中的致香成分分为质体色素降解产物、苯丙氨酸降解产物、美拉德反应产物、类西柏烷类降解产物和其他五大类［9-10］。

2.3.1 醇化过程中质体色素降解产物含量变化情况 烟草质体色素指的是叶绿素和类胡萝卜素，其本身不具备香气特征，但其降解产物与烟叶的香气量和香气质密切相关。有研究表明，质体色素会直接或间接影响烟叶的外观质量及内在品质［11］。质体色素降解产物中的新植二烯是烤烟中性香气中含量最高的成分［12］，对烟叶品质具有较大的影响，且新植二烯可进一步降解为呋喃，其可增加烤烟烟气中的清香型特征，使烟气更为醇和［13］。本研究共检测出16种质体色素降解产物，硃砂烟上部及中部烟叶在醇化0、6、12、18个月时烟叶内质体色素降解产物累积情况见表1。

表1 不同醇化时间硃砂烟叶质体色素降解产物含量 μg/g

由表1可知，质体色素降解产物中巨豆三烯酮等主要香气物质含量的提升可能是“糯米香”风味形成的重要原因［14］，其是硃砂烟关键的致香成分。除此之外，巨豆三烯酮类物质、香叶醇、二氢猕猴桃内酯、新植二烯对刺激性指标有显著的促进作用。β-环柠檬醛、β-二氢大马酮、香叶基丙酮对烟叶感官质量有着显著的不利影响［15］。

随着醇化时间的延长，硃砂烟上部烟叶质体色素降解物中巨豆三烯酮A、巨豆三烯酮B、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D、β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯含量均呈现先上升后下降再上升的变化趋势，且均在醇化18个月时含量达到最高；反式-β-大马酮、β-环柠檬醛、α-紫罗兰醇含量呈现出先下降后持续上升的变化趋势，均在醇化0个月时含量最高；β-紫罗兰酮、芳樟醇、4-环戊烯-1,3-二酮含量呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化0个月时含量最高；香叶基丙酮、香叶基芳樟醇含量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，香叶基丙酮含量在醇化0个月时最高，香叶基芳樟醇在醇化18个月时含量最高；新植二烯、香叶醇含量呈现持续下降趋势，在醇化0个月时含量最高。致香物质的总量随着醇化的进行呈现出逐渐降低的趋势，其中新植二烯所占比重较大，对致香物质的累积造成较大的影响。本文还研究了除新植二烯外其他质体色素降解产物的累积规律，发现其含量呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高。因此，硃砂烟上部烟叶最适宜的醇化时间为18个月。

硃砂烟中部烟叶中巨豆三烯酮 A、巨豆三烯酮B、β-紫罗兰酮含量在醇化过程中呈现出先上升后下降的变化趋势，在醇化6个月时含量最高；巨豆三烯酮 C、巨豆三烯酮 D、反式-β-大马酮、二氢猕猴桃内酯、4-环戊烯-1,3-二酮含量在醇化期间呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高。此外，醇化期间硃砂烟中部烟叶致香物质累积总量呈现先上升后下降的变化趋势，而且在醇化6个月之后含量急剧下降，但除新植二烯外的质体色素降解产物含量在醇化期间呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高。综上所述，硃砂烟中部烟叶最适宜的醇化时间为18个月。

2.3.2 醇化过程中苯丙氨酸类降解产物含量变化

情况 苯丙氨酸类降解物的主要来源是氨基酸类物质的降解，主要包括苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇等含有苯环的香味物质。其中苯甲醛和苯乙醇是烟气中的主体香气，也是烟气中坚果香、甜香、爆米花香及玫瑰花香的重要来源，如苯甲醛、苯乙醛等主要香气物质含量的提升为“糯米香”风味形成的重要原因［16］。本文共检测出不同醇化时间下硃砂烟叶中苯丙氨酸类降解产物9种（表2）。

表2 不同醇化时间硃砂烟叶苯丙氨酸降解产物含量 μg/g

由表2可知，在醇化过程中，硃砂烟上部烟叶苯甲醛含量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在醇化12个月时含量最高；苯乙醇含量呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化0个月时含量最高；苯乙醛含量呈现先下降后上升的变化趋势。总体上看，醇化0个月最有利于硃砂烟上部烟叶苯丙氨酸降解产物的累积。从总量上看，在醇化6个月时硃砂烟上部烟叶苯丙氨酸降解物含量最低，醇化0个月及18个月时的含量最高，且醇化0个月时苯丙氨酸降解产物含量高于醇化18个月时的，因此，醇化时间过长不利于硃砂烟上部烟叶苯丙氨酸降解产物的积累。

在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶苯甲醇含量呈现先上升后下降的趋势，在醇化6个月时含量最高；苯乙醛含量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在醇化12个月时含量最高；苯甲醛、苯乙醇含量整体呈现上升趋势，分别在醇化18、12个月时含量最高。总体上看，醇化12个月有利于硃砂烟中部烟叶苯丙氨酸类降解产物累积。

2.3.3 醇化过程中美拉德反应产物含量变化情况美拉德反应产物指的是氨基酸与碳水化合物之间的非酶棕色化反应，是由氨基酸的游离氨基与还原糖的羰基缩合形成的氨基糖重排得到的中间产物。美拉德反应产物可以增加卷烟烟气中的清甜、花香及烤烟本体香［17-19］。本研究中共检测出不同醇化时间下硃砂烟叶中美拉德反应产物12种（表3）。

表3 不同醇化时间硃砂烟叶美拉德反应产物含量 μg/g

由表3可知，在醇化过程中，硃砂烟上部烟叶中糠醛、吲哚、吡啶、2,3,4,5-四甲基呋喃、3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮、2,6-二甲基-3-羟基吡啶含量呈现先下降后上升的变化趋势，其中糠醛、吲哚、2,3,4,5-四甲基呋喃、2,6-二甲基-3-羟基吡啶均在醇化18个月时含量最高，3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮在醇化0个月时含量最高；2-甲基二氢-3（2H）-呋喃酮含量呈现先上升后下降的趋势，在醇化6个月时含量最高；其余美拉德反应产物含量，如3-（4,8,12-三甲基十三烷基）呋喃等含量均呈现出持续下降的趋势。在各种物质综合作用下，硃砂烟上部烟叶美拉德反应产物总量呈现先下降后上升的变化趋势，但仍以醇化0个月时的总量最高，因此长时间醇化对硃砂烟上部烟叶美拉德反应产物的积累不利。

在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶丁内酯、吡啶、2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮等含量呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高；糠醛含量呈现先上升再下降再上升的变化趋势，在醇化6个月时含量最高；2,3,4,5-四甲基呋喃含量呈现持续上升的趋势，在醇化18个月时含量最高；但中部烟叶美拉德反应产物总量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，且以醇化0个月时含量最高，这是由于3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮含量在美拉德反应产物中的占比较高，且在醇化0～6个月期间大幅下降所导致。因此，醇化时间过长同样会对硃砂烟中部烟叶美拉德反应产物的积累不利。

糠醛可能是硃砂烟特征形成的重要原因，在烟叶醇化过程中，硃砂烟上部烟叶糠醛含量呈现先下降后持续上升的趋势，在醇化18个月时含量最高；中部烟叶糠醛含量呈现先上升后下降再上升的变化趋势，在醇化6个月时含量最高，说明醇化时间有利于糠醛的积累，且醇化时间长对美拉德反应产物总量无明显影响，因此，硃砂烟适宜的醇化时间为18个月。

2.3.4 醇化过程中类西柏烷类降解产物含量变化情况 类西柏烷类的来源是烟叶腺毛分泌物，可降解为茄酮、西柏三烯二醇等香味物质。茄酮可使烟气更加丰满醇和，具有新鲜胡萝卜的香味；西柏三烯二醇本身没有浓重的香气，但其作为香气前体物质对烟叶香气的影响很大［20-22］。本研究共检测出不同醇化时间下硃砂烟叶中类西柏烷类降解物2种（表4）。

表4 不同醇化时间硃砂烟叶类西柏烷类降解产物含量 μg/g

由表4可知，在醇化过程中，硃砂烟上部烟叶茄酮含量呈现先上升后下降的变化趋势，在醇化6个月时含量最高；西柏三烯二醇含量及类西柏烷类降解产物总量呈现持续下降的趋势，在醇化0个月时含量最高。综上所述，虽然茄酮在醇化6个月时含量最高，但与醇化0个月时的相差不大，而西柏三烯二醇在醇化0～6个月时的含量降幅较大，对烟叶香气质量产生了较大影响，因此，长时间醇化对硃砂烟上部烟叶类西柏烷类降解产物累积不利。

在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶中茄酮含量呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高；西柏三烯二醇含量和类西柏烷类降解产物总量呈现先上升后下降的变化趋势，在醇化6个月时含量最高，但此时的茄酮含量过低，对烟气香味产生了不利影响，为均衡好茄酮及西柏三烯二醇两者对烟气香味的影响，硃砂中部烟叶最适宜的醇化时间应为12个月。

2.3.5 醇化过程中其他致香物质含量变化情况

其他致香物质指的是由其他类物质代谢而来的香味物质，本研究中共检测出不同醇化时间下硃砂烟叶中其他类香味物质37种（表5）。

表5 不同醇化时间硃砂烟叶其他致香物质含量 μg/g

由表5可知，在醇化过程中，硃砂烟上部烟叶中其他致香物质总量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在醇化0个月时含量最高，其次是醇化12个月时的。因此，醇化不利于硃砂烟上部烟叶其他类致香物质的积累。硃砂烟中部烟叶中其他类致香物质总量在醇化过程中呈现先降低后上升再降低的变化趋势，在醇化12个月时含量最高，因此醇化12个月最有利于硃砂烟中部烟叶其他类致香物质的累积。

3 讨论

与普通烤烟相比，硃砂烟具有烟碱含量低、降烟碱含量高、香气突出的特点。因此本文聚焦于烟草特有生物碱及致香成分，研究了不同醇化时间下的变化情况。

研究表明，在醇化过程中，硃砂烟中部及上部烟叶中烟碱含量基本上呈持续下降趋势，这与前人的研究结果一致［23-25］。但硃砂烟上部烟叶与中部烟叶中降烟碱的积累情况却不一致，上部烟叶的降烟碱累积趋势为先上升后下降，在醇化12个月时含量最高，中部烟的累积趋势为先下降后上升，在醇化18个月时含量最高。硃砂烟上部烟叶在醇化0～12个月时降烟碱含量上升、烟碱含量在下降，说明硃砂烟叶片中的烟碱在醇化过程中，不只是在氧化、微生物及酶催化作用下被分解［25-27］，而且还存在烟碱正在向降烟碱转化的过程［28-29］。而在醇化12～18个月时，降烟碱、烟碱含量同时在下降，这可能是由于降烟碱向烟碱转化的逆向过程在这个阶段所起到的作用远远大于烟碱向降烟碱的转化作用，引起了降烟碱含量的下降，而被转化过来的烟碱又在醇化过程中被分解，导致其含量也在下降。

对于硃砂烟中部烟叶，则在醇化0～6个月时，降烟碱含量下降，而烟碱含量基本保持不变，这可能是因为在醇化过程中，降烟碱向烟碱转化的速率大于烟碱向降烟碱转化及烟碱被降解的速率。而在醇化6～18个月时，硃砂烟中部烟叶中降烟碱的含量持续升高，而烟碱含量开始下降，这可能是由于烟碱去甲基酶的活性提高，使得烟碱向降烟碱转化的同时其自身被降解所导致。

硃砂烟上部烟叶质体色素降解产物总量随着醇化的进行呈现出逐渐降低的趋势，且除新植二烯外其余质体色素降解产物的累积规律呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高。上部烟叶苯丙氨酸降解物在醇化6～12个月时含量最低，醇化0个月及醇化18个月时含量最高，因此，醇化18个月最有利于对硃砂烟上部烟叶苯丙氨酸降解产物累积。在醇化过程中，在各种致香物质的综合作用下，上部烟叶美拉德反应产物总量呈现先下降后上升的变化趋势，虽然醇化0个月时美拉德反应产物的总量要高于醇化18个月时的，但糠醛作为硃砂烟风格形成的重要原因，其含量在醇化过程中呈现持续上升的趋势，因此，醇化18个月最有利于硃砂烟上部烟叶美拉德反应产物的累积。类西柏烷类降解物中茄酮在醇化6个月时含量最高，但与醇化0个月时的相差不大，而西柏三烯二醇在醇化0～6个月时含量出现大幅度下降，对烟叶香气质量产生了不利影响，因此，长时间醇化对硃砂烟上部烟叶类西柏烷类降解产物的累积不利。其他致香物质总量在醇化过程中呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在醇化0个月时含量最高，其次是醇化12个月时的含量。

在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶质体色素降解产物累积总量呈现先上升后下降再上升的变化趋势。除新植二烯外的质体色素降解产物在醇化期间呈现先下降后上升的变化趋势，在醇化18个月时含量最高。因此，醇化时间为18个月最有利于硃砂烟中部烟叶质体色素降解产物的累积。在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶苯丙氨酸降解产物总量呈现先下降后上升再下降的变化趋势，在醇化12个月时含量最高。因此，醇化12个月最有利于中部烟叶苯丙氨酸降解物的累积。中部烟叶美拉德反应产物总量呈现先下降后上升再下降的趋势，且以醇化0个月时含量最高，这是因为3-甲氧基-4-苯基-2（5H）-呋喃酮含量占比高，但其在醇化0～6个月期间大幅下降所导致。硃砂烟中部烟叶类西柏烷类降解产物总量的累积呈现先上升后下降的趋势，在醇化6个月时含量最高。虽然在醇化6个月时西柏三烯二醇及总量含量最高，但茄酮含量过低会对烟气香味产生不利影响，为均衡好茄酮及西柏三烯二醇两者对烟气香味的影响，最有利于硃砂烟中部烟叶类西柏烷类降解产物累积的醇化时间为12个月。在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶其他类致香物质总量呈现先降低后上升再降低的变化趋势，在醇化12个月时累积量最高，因此醇化12个月最有利于中部烟叶其他类致香物质的累积。综上所述，硃砂烟上部烟叶最适宜的醇化时间是18个月，中部烟叶最适宜的醇化时间是12～18个月。

4 结论

通过研究硃砂烟上部烟叶及中部烟叶在自然醇化过程中生物碱及致香成分含量的变化情况，探讨了硃砂烟的醇化规律，并分析了硃砂烟最适宜的醇化时间，为提高硃砂烟工业可用性提供理论依据。研究发现：在醇化过程中，硃砂烟中部烟叶及上部烟叶烟碱含量均呈现下降趋势，降烟碱含量变化规律存在差异，麦斯明含量稳定，且在醇化过程中中部叶烟碱转化率始终高于上部烟叶。中部烟叶及上部烟叶致香成分在醇化过程中变化情况有所不同，通过对不同香气前体物质降解产物进行分析后可知，玉溪地区硃砂烟上部烟叶最适宜的醇化时间是18个月，硃砂烟中部烟叶最适宜的醇化时间是12～18个月。