过熟烟叶和极度过熟烟叶在2种干湿球烘烤温度下挥发性成分差异分析

刘桔 刘晓辉 栾新博 汪军 李文才 黎平 俞雯雯 颜健 熊飞 陈泽鹏

摘要 为了解过熟烟叶和极度过熟烟叶挥发性成分差异，对其充分利用提供一定依据。本研究以干球温度40 ℃、湿球温度36 ℃及干球温度43 ℃、湿球温度39 ℃条件下的过熟烟叶和极度过熟烟叶为对象，采用气相-质谱联用仪（GC-MS）分析烟叶挥发性成分。结果表明，不同干湿球温度下的过熟和极度过熟烟叶挥发性物质组成具有差异。通过主成分分析可将4种烟叶明显分为4簇，发现在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的条件下，过熟烟叶的烟碱、二十碳五烯酸甲酯、西伯三烯二醇等物质显著高于在干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃的条件下的过熟烟叶；在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的条件下，极度过熟烟叶的呋喃酮和4-酮庚二酸含量显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下的极度过熟烟叶。另外发现同干湿球温度下，过熟烟叶的1，4-苯二酚、丁二酸、5-羟甲基糠醛和十五烷酸等物质含量显著高于极度过熟烟叶，且干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的條件下的含量显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃的条件下的含量；西伯三烯二醇和麦斯明与其有相反趋势。

关键词 过熟烟叶；极度过熟烟叶；干湿球温度；挥发性成分

中图分类号 S572   文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）11-0117-06

烟叶作为卷烟工业的基础原料，其质量优劣直接影响甚至决定着卷烟产品的品质和风味，在影响烟叶品质的诸多因素中，烟叶成熟度被认为是首要因素[1]。因此，以过熟烟叶与极度过熟烟叶为对象，进行挥性成分分析，对其充分利用具有重要意义。诸多学者对烟叶成熟度进行了研究：叶科媛等[2]研究结果表明，雪茄烟叶随着成熟度增加，叶质重、厚度、平衡含水量、总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯、新植二烯等减少，拉力、淀粉、类胡萝卜素类降解产物、西柏烷类降解产物、苯丙氨酸类降解产物、美拉德反应产物等增加；李峥等[3]研究结果表明，随成熟度提升，鲜烟叶组织结构疏松度显著提升，SPAD值和色素含量显著降低，类胡萝卜素含量占比呈增长趋势，含水量呈降低趋势，叶片水分游离状态增强，总糖、还原糖、烟碱、总氮、蛋白质含量先增长后降低，淀粉含量显著降低，易烤性变好，耐烤性变差。过熟烟叶烤后化学成分协调性较好，评吸得分和均价最高；彭隆基等[4]研究结果表明随着采收成熟度提高，各品种烤后烟叶等级质量均呈先变好后逐渐变差的趋势。但是缺乏对过熟和极度过熟烟叶挥发性致香成分的研究。基于此，本试验对过熟烟叶和极度过熟烟叶进行挥发性物质差异分析，为其充分利用奠定基础。

烘烤工艺直接影响烟叶香气的含量与组成，最终影响香气质量和风格的彰显，而通过完善烘烤工艺来提高烟叶香气质量，已成为烟叶生产中亟待解决的问题。烘烤过程中的温、湿度在很大程度上决定了烟叶内部各种生理生化变化和生物大分子的转化[5]，其影响甚至决定着烤后烟叶的质量。詹军等[6]研究结果表明：在干筋前期干球温度54～60 ℃、湿球温度38 ℃，干筋后期干球温度60～68 ℃、湿球温度41 ℃条件下进行烘烤能极显著提高烟叶致香物质的含量，烟叶的香韵较好，香气量充足，香气质纯净，烟气浓度和劲头适中，刺激性较小，杂气较少，口感较好，感官评吸质量得分最高；张维军等[7]研究表明，在变黄期干球温度为38 ℃、干湿球温度差为1.5 ℃时可以增强烟叶化学成分协调性和致香物质含量，明显改善外观质量和感官评吸质量，促进烤后烟叶各项经济性状上升，从而有利于提高上部烟叶的产质量。因此，进一步优化烘烤工艺，合理、严格控制各烘烤阶段的干湿球温度，成为烟叶品质提升的重要因素。本试验以过熟烟叶和极度过熟烟叶为对象，分析了烟叶分别在干球温度40 ℃、湿球温度36 ℃和干球温度43 ℃、湿球温度39 ℃条件下的挥发性成分，以期为烟叶的烘烤提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂与材料

（1）由广东省烟叶南雄科学研究所专家按照《中华人民共和国国家标准：烤烟（GB 2635—1992）》规定要求将烟叶划分为过熟烟叶及极度过熟烟叶：干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃过熟烟叶（G40-39），干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃极度过熟烟叶（J40-39），干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃过熟烟叶（G43-36），干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃极度过熟烟叶（J43-36）；在华南农业农业大学测试中心进行监测分析，于2022年6月至2022年7月份进行。

（2）色谱纯有机试剂甲醇、二氯甲烷、乙腈、甲酸、购买自美国Thermo Fisher 公司；标准正构烷烃C8-C40、环己酮、无水硫酸钠、超纯水；7890A/5975B-MSD气-质联用仪（美国安捷伦科技有限公司）；GT-S超声清洁仪（宁波双嘉仪器有限公司）。

（3）GC-MS前处理：将烤烟磨成粉末，称取50 mg放入离心管中，加入甲醇和二氯甲烷混合溶液（3∶2），提取终浓度为50 mg/mL，50 ℃下超声10 min，经0.25 ?m过滤后进行GC-MS测定。

（4）GCMS分析：气相色谱仪使用Agilent HP-5气相色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 ?m）色谱柱，进样口温度250 ℃，检测器280 ℃，起始温度80 ℃保持2 min，然后以2 ℃/min升至100 ℃，再以5 ℃/min升至180 ℃，保持1 min后，再以2 ℃/min升至200 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃，保持15 min。进样体积为0.5 ?L，不分流。MS条件：EI离子源，电离能源70 eV，扫描范围m/z 30～500 amu，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃。

1.2 数据处理和分析

GC-MS下机原始数据由MSDIAL 4.60软件[8]进行峰对齐、矫正、去噪、解卷积等处理，获导出的数据及谱图，其中GC-MS图谱数据由NIST 2014数据库进行检索匹配鉴定。采用MetaAnalysist 5.0、SIMCA 14.0、SPSS 14.0进行多元统计分析。

2. 试验结果

2.1 过熟和极度过熟烟叶在不同干湿球温度下挥发性成分总体状况

为探究过熟和极度过熟烟叶分别在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃和干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃下化学成分差异，首先对各处理烟叶发性成分进行含量占比分析。由表1可知，不同处理烟叶挥发性化学成分含量范围如下：醇类化合物0.87%～1.15%，含氮化合物71.87%～84.69%，酸类化合物2.80%～4.46%，醛酚酮类化合物6.60%～14.09%，烷烃类化合物3.65%～5.13%，脂类化合物1.17%～3.29%。含氮化合物占比最高。

4种烟叶除醇类和烷烃类化合物没有显著差异，其余类化合物均具有显著差异。醇类化合物含量占比以43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶最高，极差为0.28%；含氮化合物含量占比以40 ℃干球温度、39 ℃湿球温度下的极度过熟烟叶最高，极差为12.82%；酸类化合物含量占比以43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶最高，极差为1.66%；醛酚酮类化合物含量占比以43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶最高，极差为7.49%；烷烃类化合物含量占比以43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶最高，极差为1.48%；脂类化合物含量占比同样是以43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶最高，极差为2.21%。

含氮化合物极差最大，为12.82%；醇类化合物含量极差最小，仅为0.28%。43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶的醇类化合物、酸类化合物、醛酚酮类化合物、烷烃类化合物和酯类化合物的含量占比最高，除烷烃类化合物没有显著差异，酸类化合物、醛酚酮类化合物和脂类化合物均显著高于其余3组烟叶，但是其含氮化合物显著低于其余3组。极度过熟烟叶的含氮化合物含量占比高于过熟烟叶，干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃下的烟叶含氮化合物含量占比高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃。醛酚酮类化合物、烷烃类化合物和脂类化合物有相同趋势，皆是过熟烟叶含量占比高于极度过熟烟叶，干球温度43 ℃、湿球温36 ℃下的烟叶含量占比高于干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃。而醇类化合物与酸类化合物有相同趋势。

2.2 过熟和极度过熟烟叶在不同干湿球下挥发性成分差异分析

表1-2可知不同过熟烟叶的挥发差异。由表1可以看出，不同处理烟叶大部分挥发性成分均存在显著性差异，为了进一步明确不同成熟度及不同干湿球温度下烟叶挥发性成分的差异，进行主成分分析（图1a）。从PCA得分图中可以看出不同干湿球温度下的过熟和极度过熟烟叶明显分为4簇，说明它们的挥发性成分不足。

首先利用火山图（图1b）对40 ℃干球温度、39 ℃湿球温度下的过熟烟叶与43 ℃干球温度、36 ℃湿球温度下的过熟烟叶进行差异比较。过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的条件下，烟碱和二十碳五烯酸甲酯的含量（图1c）显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下的过熟烟叶；在干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下，其2，5-二甲酰基呋喃和24-Norursa-3，12-diene含量（图1c）显著高于干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下的过熟烟叶。同样对极度过熟烟叶也进行差异比较，发现极度过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下，其呋喃酮和4-酮庚二酸含量（图1d）显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下的极度过熟烟叶；在干球溫度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下，其对甲氧基乙基苯酚和丁二酸二丙酯含量（图1d）显著高于干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下的极度过熟烟叶。

另外，过熟烟叶在干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下，其1，4-苯二酚、丁二酸、5-羟甲基糠醛、十五烷酸和丁二酸二丙酯等物质含量显著高于干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下的过熟烟叶，而极度过熟烟叶也有相同趋势；同时过熟烟叶在相同干湿球温度条件下，其1，4-苯二酚、丁二酸、5-羟甲基糠醛和十五烷酸的含量显著高于极度过熟烟叶。极度过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39℃条件下，其西伯三烯二醇和麦斯明的含量显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下的极度过熟烟叶，而过熟烟叶也有相同趋势。

3 讨论

西柏三烯二醇在烟草腺体分泌物中含量丰富，约占烟叶分泌物含量的60%[9]，在西柏三烯二醇降解产物中，茄酮、降茄二酮、茄尼呋喃等被认为是烟草香味的主要来源[10]，有研究显示香烟中加入西柏三烯二醇可以显著提升烟草香味和口感[11]。西柏三烯二醇经酶促反应或者加热降解后的产物主要为C8～C18不同原子数的香味成分[12-17]。目前主要观点认为[18]西柏三烯二醇生物降解产物主要成分为茄酮，茄酮经过进一步降解可以生成茄尼呋喃以及其他香味物质。此外，西柏三烯二醇在抗肿瘤、保护神经系统等方面也有广阔的应用前景，可抑制肝癌细胞株增殖、降低细胞克隆形成并使细胞呈现凋亡形态[19-20]，也可用于帕金森病、阿尔兹海默病、抗肿瘤等药物的开发[21-23]。韩延等[24]通过研究香料烟生长发育过程中香气物质的变化规律发现，在香料烟生长发育过程中，香气物质的总量随烟株的形成逐渐上升，移栽后70～80 d是香气物质积累的关键时期。其中西柏三烯二醇移栽后的含量在生长前期逐渐上升，80 d左右达到最大值，呈先上升后下降趋势。与本实验结果成相反趋势，可能与其烟草品种有关。本实验结果显示，极度过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下，其西伯三烯二醇显著高于其他三组处理烟叶，可提高西伯三烯二醇的提取利用率。

4 结论

本研究采用气相-质谱联用仪（GC-MS）分析了过熟烟叶和极度过熟烟叶分别在干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃和干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃条件下的挥发性成分。结果表明，不同成熟度及干湿球温度挥下的烟叶挥发性物质组成具有差异。通过主成分分析可将4种烟叶明显分为4簇；过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的条件下，其烟碱、二十碳五烯酸甲酯、西伯三烯二醇等物质含量显著高于在干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃的条件下的过熟烟叶；极度过熟烟叶在干球温度40 ℃、湿球温度39 ℃的条件下，其呋喃酮和4-酮庚二酸含量显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃条件下的极度过熟烟叶；另外发现同干湿球温度下，过熟烟叶的1，4-苯二酚、丁二酸、5-羟甲基糠醛和十五烷酸的含量显著高于极度过熟烟叶，且干球温度40 ℃，湿球温度39 ℃的条件下的含量显著高于干球温度43 ℃、湿球温度36 ℃的条件下的含量；西伯三烯二醇和麦斯明与其有相反趋势。本研究对过熟烟叶和极度过熟烟叶致香物质积累提供了研究基础。

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（责编：张 蓓）