不同贮存库对巴西片烟醇化质量的影响

刘远上，梁永伟，许春平，龚梅秋，吴 攀，刘亚龙，李立鹏，张碰元

（1.河北中烟工业有限责任公司，石家庄 050000；2.郑州轻工业大学烟草科学与工程学院，郑州 450000）

为了提高生产前的烟叶质量并满足生产要求，需要将复烤后的烟叶进行醇化处理，使其香气散发出来，吃味更加醇和，减少杂质的刺激、改善余味，提高切丝后烟丝的填充力和弹性，提高卷烟的燃烧性，从而实现片烟原料的有效利用，该过程实质上是在某些环境条件下通过一系列化学和生物反应将不利于烟叶质量的成分转换为有助于改善烟叶质量的成分的过程［1-5］。然而，自然醇化的周期对于烟草来说时间较长，并且烟草的自然醇化对存放的环境条件具有很高的要求，而北方自然环境温差大，不适合烟叶的醇化。人工醇化是采用适当的片烟醇化条件和材料来加速片烟的醇化过程，包括恒温恒湿库和机械调控库。

烟叶的醇化效果依赖于烟叶的贮存环境，自然醇化在实际的生产应用中存在很多问题，提高烟叶醇化后的质量成为烟草行业研究的重点。赖成连等［6］的研究表明，15 ℃的低温贮存方法是有效的。管恩森等［7］发现，与自然醇化相比，人工醇化方式对提高烟叶品质的效果更好。陈颐［8］的研究发现，在不同的醇化库条件下，不同香型片烟的还原糖、总糖含量都会减少。总生物碱在醇化过程中，受到不同醇化库的影响很小，糖碱比呈下降趋势。杨欣玲等［9］将烟叶进行气调贮存和自然醇化两种方式处理，对比两种处理方式下片烟的外观质量和常规化学成分，结果表明气调贮存片烟的化学成分更加协调。

现有工作主要集中在醇化条件对烟叶常规化学成分或香味物质的研究，对醇化过程中贮存库的选择以及常规化学成分和重要挥发性香味物质的研究较少，为此本研究选取巴西L10AT 片烟，分别使用不同贮存库（自然醇化库、恒温恒湿库、机械调控库）醇化烟叶，研究对比烟叶的常规化学成分和重要挥发性香味物质的变化，确定巴西L10AT 片烟合适的醇化方式。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

供选烟叶：2020 年巴西L10AT 复烤片烟（河北中烟工业有限责任公司提供）。

主要试剂：盐酸、对羟基苯甲酸肼、柠檬酸、氯化钙、硝酸、硫氰酸汞、九水硝酸铁、柠檬酸钠、磺胺硫氰酸钾、二氯异氰尿酸钠（上海国药集团化学试剂有限公司），聚乙氧基月桂醚（阿拉丁试剂（上海）有限公司），甲醇（天津市四有精细化学品有限公司），磷酸氢二钠（天津市科密欧化学试剂有限公司），冰乙酸（郑州派尼化学试剂厂），氢氧化钠（天津市恒兴化学试剂制造有限公司），葡萄糖、氯化钠、无水硫酸钠（天津市光复科技发展有限公司），烟碱（梯希爱（上海）化成工业发展有限公司），二氯甲烷（天津市富宇精细化工有限公司），标样乙酸苯乙酯（北京百灵威科技有限公司）。

仪器与设备：SANPLUS 8505 型连续流动仪（荷兰SKALAR 公司）；SKALAR HZQ-211C 型落地振荡器（上海一恒科学仪器有限公司）；DHG-9143B5-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）；6890GC/5973MS 气质联用仪（美国Agilent公司）；YB-150 型高速多功能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；分析天平（重庆银河试验仪器有限公司）；98-1-B 型调温电热套（北京中兴伟业仪器有限责任公司）；HH-2 型电热恒温水浴锅（北京市科伟永兴仪器有限公司）；SW-CJ-2FD 型洁净工作台（苏净集团苏州安泰空气技术有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 片烟醇化 取供试烟叶，每件净重200 kg，醇化地点选择在河北中烟工业有限责任公司的机械调控库（机械库）、自然醇化库（自然库）、恒温恒湿库（保湿库）进行。在机械库中，库内温度使用暖气设备控制，烟垛使用塑料膜包封，塑料膜内使用空气循环设备调整烟垛内部小环境，并通入高湿度空气，温度控制在17.8～29.2 ℃，湿度控制在54.5%～61.0%，在4—6 月通氮气用于烟垛杀虫。自然库的温湿度条件大致与河北全年的温湿度变化保持一致，烟垛使用磷化铝杀虫，温度在2.7～31.4 ℃，湿度在36.5%～59.5%。保湿库安装加湿装置和暖气设备，温度控制在20.0～30.4 ℃，湿度控制在52.0%～61.2%，烟垛使用磷化铝杀虫。不同贮存库的温湿度变化如图1 所示。

图1 三种贮存库温湿度变化情况

1.2.2 试验前处理 取500 g 样品烟叶撕成小形状的烟片，在45 ℃烘箱中干燥，干燥后用粉碎机打粉，将粉末装入洁净干燥的密封袋中密闭保存，备用。

1.2.3 常规化学成分的测定 参照烟草行业现行标准［10-12］对烟草中的烟碱、还原糖、总糖、氯含量用连续流动法进行测定。

1.2.4 水分的测定 参照烟草行业现行标准［13］用烘箱法对烟末水分进行测定，每个样重复做3 次。

1.2.5 重要致香成分的测定 在天平上准确称取25 g（精确至0.001 g）的待测样品，倒入500 mL 圆底烧瓶中，加200 mL 水；量取60 mL 的二氯甲烷倒入另一个小圆底烧瓶中，并加入2 粒沸石，使用同时蒸馏萃取装置提取烟叶中的香味物质，并使用内标法进行定量。样品使用GC-MS 气相色谱-质谱联用仪分析。色谱条件：载气：高纯氦气；流速：3 mL/min；分流比5∶1；进样口温度280 ℃；色谱柱HP-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序：开始温度50 ℃持续2 min，以4 ℃/min 升至280 ℃保持10 min；质谱条件：四级杆温度150 ℃，接口温度270 ℃，离子化方式EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，质量扫描范围35～550m/z。

1.3 数据分析

利用SPSS 软件对烟叶中的常规化学成分进行方差分析并进行LSD多重比较，使用GCMS 气质工作站和谱库NIST20 对照检索，采用面积归一化法对烟叶中的香气成分进行定量；使用SPSS、ORIGIN 软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 烟叶常规化学成分比较

表1 是以巴西L10AT 烟叶中的氯离子、烟碱、还原糖、总糖、糖碱比的值为响应变量，醇化库和醇化时间为影响因素进行的方差分析。由表1 可知，不同醇化库对巴西L10AT 烟叶中的还原糖、总糖含量和糖碱比有显著影响，对氯离子和烟碱含量没有显著影响。不同醇化时间对巴西L10AT 烟叶中氯离子、烟碱、还原糖、总糖含量和糖碱比有显著影响。

表1 烟叶常规化学成分多因素方差分析结果

表2 是巴西L10AT 烟叶中的氯离子、烟碱、还原糖、总糖、糖碱比在醇化3、9、12、15、18 个月后的变化情况以及LSD多重比较结果。在醇化18 个月之后，不同贮存库对巴西L10AT 烟叶中的氯离子、烟碱含量没有显著影响，就还原糖、总糖含量和糖碱比而言，自然库中醇化的烟叶与机械库和保湿库中醇化的烟叶均有显著差异，机械库中醇化的烟叶与保湿库中醇化的烟叶无显著差异。在醇化3～9 个月时，自然库中醇化的烟叶烟碱的含量最高，机械库中醇化的烟叶烟碱的含量最低，随着醇化后期时间的增加，烟碱的含量先升高后略微下降，最后趋于平缓。随着醇化时间的增加，巴西L10AT 烟叶中的还原糖和总糖降低，在机械库中醇化的烟叶的还原糖和总糖含量最低，在保湿库中醇化的烟叶的还原糖含量最高，在自然库中醇化的烟叶的总糖含量最高。水溶性糖多的烟叶柔软、弹性好、色泽鲜亮。在烟支燃吸时，还原糖的部分产物能有效中和部分碱性，使烟气的酸碱变得平衡，产生令人们感到满意的吃味。水溶性总糖与还原糖都对烟气的香、吃味有良好的作用，并能有效降低烟气的刺激性［14］。就糖碱比而言，一般认为烤烟的糖碱比在6～10 的范围较为合适，这个比例常常被用于评价烟质的劲头和舒适程度［15］，在醇化后期机械库中的巴西L10AT 烟叶的糖碱比为6.94，大于在自然库和保湿库中醇化的烟叶。

表2 不同贮存库醇化烟叶的常规化学成分变化

2.2 重要致香成分比较

表3、表4、表5 分别为巴西L10AT 烟叶在机械库、自然库、保湿库醇化3、9、12、15、18 个月后的重要挥发性香味物质变化情况。巴西L10AT 烟叶在醇化3、9、12、15、18 个月后，挥发性香味物质总量（除新植二烯）、新植二烯在不断增加，在9 个月和15个月醇化时期的烟叶香味物质变化较快。对比醇化18 个月之后不同贮存库醇化的巴西L10AT 烟叶，挥发性香味物质总量（除新植二烯）大小依次为机械库、自然库、保湿库，新植二烯的含量大小依次为机械库、保湿库、自然库。

表3 在机械库中醇化的巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质变化情况

表4 在自然库中醇化的巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质变化情况

表5 在保湿库中醇化的巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质变化情况

在机械库、自然库、保湿库中醇化的烟叶的重要挥发性香味成分分别有31、29、28 种。在机械库中醇化后的烟叶出现了β-大马酮和2-正戊基呋喃2种香味物质，其含量分别为1.993、0.348 μg/g；β-大马酮是β-胡萝卜素的降解产物，具近似玫瑰的强烈芳香；2-正戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香韵。在保湿库中醇化的烟叶的挥发性香味物质种类最少，在自然库中醇化的烟叶与在保湿库中醇化的烟叶相比，在自然库中醇化的烟叶出现了金合欢基丙酮和异佛尔酮，含量分别为6.755、0.191 μg/g，金合欢基丙酮具有甜、青、烤烟香，异佛尔酮具有泥土气息可以增加丰满度。

本研究把重要挥发性香味物质分为7 类［16-18］，分别为醇、醛、酮、酯、酚、酸、其他类。就醇类和酚类物质而言，香味物质含量大小依次为保湿库、机械库、自然库；醛类、酮类、酯类物质的香味物质含量大小依次为机械库、自然库、保湿库；酸类、其他类香味物质含量大小依次为保湿库、自然库、机械库。

酮类物质具有使烟气丰满、醇香和细腻的作用，同时赋予烟气甜美的香气以及成熟烟草的特征香气［19］，而巨豆三烯酮带有香豆素样香气，并有麝香样气息。在保湿库中醇化的烟叶的巨豆三烯酮的含量最高，为76.076 μg/g，在自然库中醇化的烟叶巨豆三烯酮的含量最低，为67.451 μg/g；茄酮含量最高的是在机械库中醇化的烟叶，含量最低的是在保湿库中醇化的烟叶，茄酮有类似胡萝卜的香味和甘草、茶样芳香，其降解产物茄酸及其酯类具有酸甜气息，加入卷烟中可以醇和烟香，增加香气。

2.3 不同贮存方式烟叶重要挥发性香味物质的主成分分析

表6 是不同贮存库醇化的巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质主成分的特征值与贡献率，主成分1、2 累计贡献率达100%，可以用主成分1、2 代表三种醇化方式的重要挥发性香味物质。表7 是烟叶的挥发性香味物质的主成分载荷表，反映了各变量对主成分的贡献大小和贡献方向，其绝对值越大，表明该变量对主成分的贡献越大［20，21］。以醇化18 个月之后三种不同贮存库醇化的烟叶的挥发性香味物质含量为指标进行主成分分析。通过表7 因子载荷矩阵可知，主成分1 反映的指标主要有异佛尔酮、愈创木酚、2，6，6-三甲基-2-环己烯-1，4-二酮、巨豆三烯酮、2-乙酰基呋喃、乙酸苄酯、苯甲醛、吲哚、beta-紫罗酮等，主成分2 反映的指标主要有糠醇、芳樟醇、ALPHA-大马酮、苯乙醇等。

表6 主成分的特征值与贡献率

表7 因子载荷矩阵

根据醇化18 个月后3 种不同贮存库醇化烟叶的重要挥发性香气成分的含量，以及表7 中的重要挥发性香味物质的载荷值，计算3 种不同贮存库醇化烟叶的第1、第2 主成分值，然后以第1 主成分值为X轴、第2 主成分值为Y 轴作散点图［21］。由图2 可知，3种醇化方式所代表的点相距较远，说明3 种醇化方式得到的烟叶的重要挥发性香味成分通过主成分分析表现出了明显的差异。

图2 不同贮存库醇化巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质载荷分析

结合图2 和表7 分析可知，在机械库中醇化的烟叶的香气主成分主要集中在主成分1 的正半轴，对其挥发性香味物质影响较大的包括苯甲醛、beta-紫罗酮、2，6，6-三甲基-2-环己烯-1，4-二酮、苯甲醇、5-甲基呋喃醛、糠醛、法尼基丙酮、螺岩兰草酮；在自然库中醇化的烟叶的香气主成分主要集中在主成分1 的负半轴，主成分2 的正半轴，影响其香味特征较大的有苯乙醇、芳樟醇、巨豆三烯酮、肉豆蔻酸、2-乙酰基呋喃、苯乙醛；在保湿库中醇化的烟叶的香气主成分主要集中在主成分1 的负半轴，主成分2 的负半轴，对其挥发性香味物质影响较大的有ALPHA-大马酮、二氢香芹醇、金合欢基丙酮、香叶基丙酮。

3 小结与讨论

将巴西L10AT 烟叶分别在三种不同贮存库（机械库、自然库、保湿库）中醇化，研究烟叶在醇化过程中常规化学成分和重要挥发性香味物质的变化。结果表明：①在醇化过程中，不同贮存库对巴西L10AT烟叶中的氯离子、烟碱含量没有显著影响，对烟叶中的还原糖、总糖含量以及糖碱比有显著影响；醇化时间对巴西L10AT 烟叶中的氯离子、烟碱、还原糖、总糖含量和糖碱比有显著影响。②在醇化过程中，不同贮存库的巴西L10AT 烟叶中的烟碱、还原糖和总糖含量均呈下降趋势。在机械库中烟叶的烟碱含量最低，在自然库中烟叶的烟碱含量最高，在机械库中醇化的烟叶的糖碱比更接近于10，说明在机械库中醇化的烟叶的化学成分的协调性更好。烟碱含量下降可能是烟叶内的游离烟碱在醇化过程中逐渐从结合烟碱中产生并逐步降解为中性成分烟酸和其他类似物，可以消除强烈刺激性和不良残留余味。而机械库中的温度和湿度更利于这个过程的进行。Maillard 反应是还原糖与氨基酸产生糠醛、酮、呋喃衍生物等香味物质的过程，其中在机械库中醇化的烟叶还原糖和总糖的含量下降幅度更大，说明Maillard 反应更加充分。③在机械库中醇化的烟叶的重要致香物质总量和新植二烯含量最高，符合常规化学成分测定时，在机械库中醇化的烟叶的还原糖含量最低，说明机械库中的条件使巴西L10AT 烟叶产生了更多的香味物质。④对分别在三种贮存库中醇化的巴西L10AT 烟叶的重要挥发性香味物质进行主成分分析，三种醇化方式代表的点距离甚远，说明三种不同贮存库醇化的烟叶的重要挥发性香味物质具有明显的差异。⑤根据图1 中的温湿度跟踪记录可知，自然库中的温湿度在全年的范围内变化最大，保湿库和机械库中的温湿度变化较小，机械库中的温湿度变化波动最小。有研究表明，使用塑料膜包封烟垛建立相对可控的小环境，烟叶的醇化效果更好［3，22］。

本试验通过对不同贮存库醇化的巴西L10AT烟叶的氯离子、烟碱、还原糖、总糖和糖碱比以及重要挥发性香味物质进行分析，不同贮存库醇化烟叶的效果不同，最后得出在机械库中醇化的烟叶的质量更好，为巴西L10AT 片烟的醇化提供了一种合适的醇化思路。