烤烟刺激性和杂气的影响因素及主要改善措施

摘要 刺激性和杂气是衡量烤烟品质最主要的感官质量指标，综述影响烟叶刺激性和杂气的主要研究，重点对烟叶化学成分（含氮化合物、糖类、氯元素等）及其影响因素（生态环境、品种、pH）、物理性状、栽培和加工（栽培、初烤、复烤、陈化）3个方向和多个维度的研究现状进行了跟踪分析，现阶段的研究结果表明：烟叶刺激性和杂气感官评吸质量是受多种因素共同作用的结果，但本质上是受化学成分含量及比例的影响。总结了降刺除杂的主要农艺措施和工艺措施，为烤烟行业降刺除杂以提高感官质量提供了一定的理论依据。

关键词 烤烟；刺激性；杂气；农艺措施；工艺措施

中图分类号 TS41+1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）17-0006-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.002

Influencing Factors and Countermeasures of Tobacco Irritancy and Offensive Odor

LI Yuan-hao1， YANG Jin-rui1， YUE Xiao2 et al

（1. Tobacco College of Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201;2.Sichuan Tobacco Rebaking Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan 610096）

Abstract Irritation and odor are the most important sensory quality indexes for evaluating flue-cured tobacco quality. This paper reviewed the main researches involved in affecting irritation and odor in tobacco leaf. The current research status of tobacco chemical composition （including nitrogen compounds， sugars， chlorine elements， etc.） and its influencing factors （ecological environment， variety， pH ）， physical properties， cultivation and processing （cultivation， pirmary-curing， aging， flue-curing） and many dimensions were tracked and analyzed. The current research results indicated that the smoking quality of tobacco leaf is affected by many factors， but it is essentiCtq6pLALZc5X7iEjo/rStFZGSuAJe0hZoCTGWjf/Ijo=ally affected by the content and proportion of chemical components. The main agronomic measures and technological measures for reducing thorns and removing impurities were summarized in this paper， which provided a theoretical basis for improving the sensory quality of flue-cured tobacco industry.

Key words Flue-cured tobacco;Irritation;Offensive odor;Agronomic measures;Technological measure

基金项目 中国烟草总公司四川省公司科技计划项目（SCYC202210）；云南省烟草公司昭通市公司科技项目（ZT20235301002）。

作者简介 李元昊（1997—），男，山东聊城人，硕士，从事烟草产质量研究。

通信作者，教授，博士，从事土壤与植物营养研究。

收稿日期 2023-08-28；修回日期 2023-11-20

在烟草产业中，刺激性是指烟支燃吸时烟气对口腔、鼻腔、喉部的刺激反射状态。杂气是指烟支燃烧时，烟气里除产生香气外，还伴随有青杂气、生杂气、木质气、枯焦气、土腥气或土怪气、松脂气以及地方性杂气等不良气味，这些不良气味统称为杂气。随着时代的发展和社会的进步，广大烟民对健康的追求和烤烟的品质要求越来越高。为提高烤烟品质，可以采取增加香气质、香气量、改善余味等正面措施，还可以采取降低刺激性（降刺）、清除杂气（除杂）等辅助措施。当下对烤烟的刺激性和杂气的系统性研究仍然较少，该研究探讨影响烤烟刺激性和杂气的因素和降刺除杂措施的研究现状，以期为烤烟行业降刺除杂以提高感官质量提供一定的理论依据。

1 化学成分物理性状与烟叶感官性状的关联

1.1 化学成分

化学成分是影响烟叶品质的内因，常规化学成分和致香成分的含量及比例决定了烟草的质量［1］。感官质量反映烟叶的内在成分［2］，刺激性和杂气与烟叶内部的化学成分相关［3-4］，且与烟叶的质量风格特征紧密相关［5-6］。学界对含氮化合物、糖类、氯元素的研究比较深入，结果表明其是影响烟叶化学成分的主要因素。

1.1.1 含氮化合物。

氮是影响烤烟质量的重要元素，也是烟草中许多化合物的组成元素［7］。刺激性主要与挥发碱类等含氮化合物有关，王明锋等［8］在研究烤烟型卷烟主流烟气中的游离烟碱对感官舒适性影响时，对刺激性进行了细致的划分，感官性状的相关系数绝对值越高，相关度越大（表1）。燃吸时，主流烟气烟碱含量越高，卷烟劲头越大；当游离烟碱含量越低，卷烟舒适性越好，刺激性越弱。杂气得分主要受总氮、钾的含量以及主流烟气pH的影响，总氮的量越高杂气越小［9］。崔英［10］发现，在一定范围内氮碱比与刺激性相关性达到极显著相关水平，随着氮碱比下降，感官评吸质量刺激性减弱，故适度降低氮碱比有利于提升感官评吸质量［11］。

蛋白质是烟叶的主要结构物质，蛋白质增加会导致抽吸时会产生更多的杂气并使刺激性增大，烟草中适量的氨基酸对烟气劲头的提高有利，但过量则具有刺激性和苦涩味［12］。通过灰色关联度分析，中低海拔（<1 600 m），对杂气刺激性影响较大的为甲硫氨酸、苯丙氨酸和半胱氨酸；高海拔（>1 600 m），对杂气刺激性影响较大的则是丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸以及赖氨酸，这些种类氨基酸的含量下降可减少烟叶杂气、烟气浓度和刺激性［13］。

1.1.2 糖类。

石凤学等［14］研究发现，杂气和刺激性得分与还原糖含量呈极显著相关，烟叶原料中总糖和还原糖含量增加，可提高香气质、香气量、余味并降低刺激性、杂气。烟叶中还原糖和可溶性总糖降低，淀粉、纤维素、半纤维素含量升高时，会加重烟叶燃吸时产生刺激性的呛咳和“烧纸”杂气，掩盖烟叶的香气，使烟叶感官品质下降［15-16］。

1.1.3 氯元素。

烟叶的香气质、香气量、杂气、刺激性等指标受氯含量的影响［17］。许自成等［18］研究表明，烤烟氯含量在0.01%～1.20%的范围内，氯含量与杂气存在显著的二次曲线回归关系，杂气随氯含量增加先减少后增加，这与李长江等［19］的研究结果一致。

1.1.4 烟叶pH。

烤烟的pH直接影响其感官质量，烤烟pH在4.5～5.5范围内，刺激性和杂气得分均与烤烟pH呈正相关［20］，随着烤烟pH的提高，香气质变好，杂气变轻，刺激性变小，余味变得更舒适。

1.2 影响烟叶化学成分的因素

1.2.1 生态环境。

生态环境是影响烤烟风格特色的重要外因［21-23］，生态环境的变化对一个烤烟品种的经济性状和品质性状都有很大的影响［24］，其中气候条件对烟叶品质的影响起主要作用，不同种植区域的气候条件对烟叶中的代谢产物产生很大影响，进而改变烟叶化学成分的含量及比值。同时适宜的气候条件也是优质烟叶形成的基础条件［25-27］。

研究发现，气候条件中平均相对湿度及日照时数与刺激性和杂气关联度高［28］。刺激性与气候因子的关系方程如表2所示，采烤期70 d积温与感观评价分数呈负相关，积温上升，感官评价分数下降，刺激性和杂气增加，以此类推。结果表明烤烟刺激性随烟季第5月日照时数、日照百分比和采烤期70 d积温、采烤期旬平均温度、烟季第5月日均温的增加而增加，随烟季第1月日均温、烟季第2月降水量的增加而降低［29］。

由表3可知，杂气受伸根期和旺长期气温日较差显著影响，其他因素与杂气关系不明显：整个大田期日照时数和气温日较差与刺激性关系显著，刺激性受旺长期降水量和相对湿度显著影响［30］。烟草旺长期降水量与烟叶刺激性呈负相关，与烟叶香气量呈正相关；随着大田中、后期雨水增加，香气质逐渐变好，余味较舒适，但会使得烤烟刺激性增加［31］。

1.2.2 土壤pH。

土壤pH对烟叶的化学成分和感官评吸质量造成显著的影响。土壤pH在5.8～7.8时，化学成分中水溶性糖类含量增加和蛋白质含量降低，导致烟叶糖蛋比提高，改变了烟叶的酸碱平衡，使烟气的劲头和刺激性降低。在土壤pH为4.2的酸性条件下，烟叶化学成分中淀粉、蛋白质等含量过高，而总多酚等香气前体含量较低，烟气的香气质较差，香气量不足，刺激性较大［32］。

1.2.3 品种。

品种是影响烤烟风格特色的一大内因［21-23］，不同品种在同一地区生产的烟叶的刺激性也有所不同。品种间遗传特性不同，受到外界影响也不同，导致外观和内在化学成分存在差异，进而影响烤烟的感官品质。研究表明，毕节烟区最适种植品种为云烟87，其主要特征表现为香气质尚好，香气量尚足，烟气稍细腻，劲头和浓度稍大，刺激性稍有，微有杂气，整体优于其他品种［33］。在同一个地区，不同品种间刺激性和杂气不同，可通过比较筛选出适合当地种植的高产优质品种。

1.2.4 代谢通路改良。

叶面喷施亚精胺能够降低衰老标志基因（NtCPI）的表达量，提高烤后上部叶两糖比和氮碱比［34］，使烤后烟叶香气量更充足，杂气减少。烟草NtERF32、NtERF221/ORC1和NtMYC2a TFs基因的过表达导致T2转基因K326烟草植物在打顶前尼古丁积累显著增加［35］，进而使得烟草刺激性增加。除了上述影响基因表达水平的措施外，还可以对基因进行编辑。对植株进行PCR扩增和测序比对，结果表明编辑株系在NtCPS2基因开放阅读框第239位置插入单个碱基，使得8306编辑系较野生型顺－冷杉醇含量及NtCPS2相对表达量均显著降低［36］。当冷杉醇含量降低时，杂气减少，晾晒叶特征香气减弱并且刺激性降低。

2 物理性状

烟叶物理性状与刺激性和杂气也有一定的内在联系。烟叶底色越偏灰，烟叶感官评吸中枯焦气和木质气越强，刺激性越大；厚度越厚，烟叶感官评吸中枯焦气越凸显、浓度越大；光泽与刺激性呈显著负相关，光泽越鲜明，烟叶感官评吸刺激性越小［37］。填充值、平衡水分和叶面密度对刺激性和杂气均有显著影响，表现为叶面密度和填充值越小，平衡水分越大，烤烟的刺激性和杂气也越小；刺激性还显著受叶片长度影响，叶片长度变小，刺激性也越小［38］。在叶长与感官质量关系的研究方面，刘扣珠等［39］研究更为细致，通过调查比对，发现“中烟100”的上3片与下3片烟叶各有其最优叶长，此时烟叶刺激性较小，余味较舒适，青杂气较轻。

3 栽培和加工

3.1 栽培措施

良好的栽培措施可改善烟叶品质。合理施肥并配以现蕾打顶的措施，可生产出优质烟叶［40］，该处理烟叶的化学成分协调，刺激性低杂气轻，工业可用性强。种植密度方面，张渝婕［41］研究发现，烤烟上部和中部烟叶刺激性和杂气与种植密度关系显著，表现为随种植密度增大而增大，这与宋莹丽等［42］的研究结果一致。施肥是调控烟叶品质的重要手段，具体指施肥量、施肥种类、施肥方法等。研究表明，氮肥施用量直接影响烟叶化学成分，进而影响烤后烟叶的感官质量。随着施氮量的增加，烟碱、总氮、蛋白质基本呈现增加趋势，杂气与刺激性呈现先减小后增大的趋势［7］。

杨宁等［7］研究发现，适宜的施氮量有助于减少烟叶的杂气和刺激性。李良木等［43］研究发现，烤烟钼含量随着土壤有效钼的增加而增加，当土壤缺钼时，应注意补施，烟叶杂气、刺激性得分随烟叶钼含量的升高而呈现先降低后升高的趋势。随着施磷量的减少，杂气、刺激性都表现出先减小后增大的变化趋势［44］，所以控制磷肥施用有助于提高烟叶品质。宋亮［45］在高碳基土壤修复肥研究中发现，中部叶各处理感官评吸总分随高碳基土壤修复肥与减氮量的增加而提高，感官评价表现为香气质、香气量提升，杂气刺激性减小。齐永杰等［46］研究表明，菜籽饼、芝麻饼、豆粕饼三饼合一生物有机肥、植物秸秆有机肥根区施用在改善烟叶刺激性和杂气方面具有优势。王卫民等［47］在研究微生物叶面肥对烤烟生长及品质的影响中发现，喷施“肥万钾”叶面肥的烟叶烤后其刺激性、杂气均低于未喷施的处理。因此，科学喷施“肥万钾”利于降刺除杂。土壤改良方面，研究人员主要针对常见的烟田酸化土壤采取措施。施用石灰将强酸性土壤pH提高至6.0～7.0，可以修复酸性土壤［48］，改善土壤理化性状和土壤养分状况，有利于烤烟根系生长［49］，为上部烟叶充分发育打下基础，从而有利于上部烟叶优良品质的形成［50］。施用酸性土壤改良剂可提高上部烟叶评吸质量，说明适宜的土壤环境可降低烟叶的刺激性和杂气。

杨夏孟等［51］研究表明，通过“双条施基肥”的方法，烟叶中类胡萝卜素等中性致香物质的含量得到了提高，同时糖、氮、碱的比例更加协调，刺激性和杂气得到了改善。

3.2 调制和加工措施

3.2.1 初烤调制。

张迪等［52］研究发现，不同调制方式对总氮和总植物碱含量有显著影响，划筋晒制其总氮和总植物碱含量最高，总氮含量高，则产生浓烈辛辣的烟气，刺激性较大。张广东等［53］研究发现，烤烟在晾制条件下烤烟风格、香气质和甜感下降，刺激性增加，而白肋烟在烘烤条件下香气质改善，刺激性减少，甜感增加，但白肋烟风格程度明显下降。由表4可知，与箱式堆积烘烤相比，常规挂杆烘烤后的烟叶其刺激性、杂气得分均较高，能实现降次除杂，并且其综合得分为74.1，高于箱式堆积烘烤（72.6），是实现降刺除杂的烘烤方式［54］。

杨宁等［55］研究表明，与“烟夹”密集烘烤方式相比，常规挂杆密集烘烤方式的香气质、香气量、杂气、刺激性、余味等较优。黄志宏等［56］通过对三层、三层改四层、加高四层3种类型的气流上升式密集型烤房的研究发现，三层改四层的密集型烤房中的烟叶杂气小、稍有刺激性，感官质量评价最好。根据王先伟等［54］的研究，用箱式堆积烘烤代替传统的烘烤方式，能降低成本，提高烟叶的烘烤质量，但是通过此方法烘烤出来的烟叶其刺激性、杂气得分均低于常规挂杆烘烤，在降刺除杂方面，箱式堆积烘烤不如常规挂杆烘烤。因此，在烘烤方式上，常规挂杆烘烤和气流上升式三层改四层密集烤房烘烤均能实现降刺除杂，气流上升式三层改四层密集烤房烘烤耗工大，强度大；为实现降刺除杂同时又兼顾经济效益，可采用常规挂竿烘烤。

沈建平等［57］研究发现，新绿原酸和绿原酸对提高香气质、降低杂气和劲头等具有积极作用。酚类化合物在烟草燃烧时可发生酸性反应，中和部分碱性成分，使吸味更加醇和，提高烟叶整体的感官质量。所以烟草调制时可以加入新绿原酸和绿原酸或其替代物来降刺除杂。

根据石凤学等［14］的研究，调制过程中人工加入糖类调味剂，可显著提高香气质、香气量、余味并降低刺激性、杂气。在烟叶中加入适量的含糖物质或酸的混合物，可以降低卷烟的刺激性，减轻杂气和改善吸味，同时，又具有降低烟气焦油和烟碱量的作用，还可增加烟叶的柔韧性，减少工艺加工中的造碎［15，58］。

3.2.2 打叶复烤。

研究表明，在打叶复烤过程中，杂气呈现下降趋势，刺激性在一润明显下降；二润和复烤过程中，香气总量在逐渐降低，但同时烟叶中的杂气也在挥发［59］。加工过程中高温可以去除烟叶中的部分青杂气和辛辣气味，使烟叶品质得到提高［60］。伴随烟叶加工的持续进行，烟叶杂气与刺激性不断减少，香气量不断增加［61］。乔学义等［62］研究表明，在气流干燥工序加工强度范围内，随着加工强度的增大，烤烟烟叶香气质、香气量、杂气、刺激性等改善的烟叶样品比例先升高后降低。

由表5可知，4种样品经过低温慢烤后，感官评价说明低温慢烤能够在去除烟叶青杂气等不良气息的基础上，减少易挥发致香成分的散失，从而达到保留香气的目的；除此之外，还能够加速大分子致香成分的降解，从而使其他致香成分的含量有所增加，提升烤后烟叶的香气量。经过低温慢烤，烟叶的青杂气、生青气等不良气体挥发，含量降低，从而使刺激性减小，杂气降低，余味更加舒适，同时清甜香韵更加凸显［63］。复烤时增大气流干燥工作强度，也可以达到降刺除杂的目的。

3.2.3 陈化作用。

初烤烟叶中含有对烟叶品质有负面影响的大分子物质如纤维素等，必须进行陈化和发酵以减轻其对烟叶品质的影响。但自然发酵周期长，占地面积大，经济效益低。鲜烟叶经历烘烤与打叶复烤过程后，烟叶质量虽有一定的改善与提高，但仍然存在青杂气过重、刺激性高、香气质单调和香气量不足等缺陷。陈化期间烟叶主要变化表现为：物理性状更加利于制丝加工、各项化学成分含量逐渐趋于协调。并且陈化可以降低烟叶总氮含量和氮碱比值，降低烟叶杂气、劲头和刺激性［64］。在烟叶感官评吸质量方面，经陈化后的烟叶感官评吸指标均显著提升［65］。

微生物在烟草陈化过程中起重要作用。Ning等［66］从初烤烟叶上分离出菌株并用于烟叶发酵，与对照相比，微生物发酵可提高还原糖含量，调节蛋白质、淀粉、纤维素的含量，降低烟碱，提高总香气物质的含量。陈伦旺［67］通过烟叶微生物分离鉴定，筛选出包括真菌、细菌、放线菌在内的多个菌种，并筛选出具有降解能力的5株菌株。将这些菌株用于陈化过程，处理的烟叶的感官评价有明显提升；对增香菌株发酵烟叶的主要化学物进行检测，经增香菌株发酵后，处理烟丝总糖含量下降，还原糖含量增加。通过气质联用色谱检测其香气物质的含量，处理后的烟丝相对于对照样品的含氮物质、酮类、醇类含量均有增加，而酸类、酯类物质及酚类物质含量降低。Huang等［68］为提高陈年烤烟感官品质，在陈年烤烟叶片上接种枯草芽孢杆菌，系统分析不同发酵时间烟叶的特征香气物质变化。结果表明，在35 ℃、25%水分条件下处理24 h后，烟叶的香气成分含量和感官品质均有显著提高。发酵后烟中酮类、醛类等大多数中性风味成分的含量均高于发酵前。发酵24 h后，3-糠醛、5-甲基糠醛、二氢猕猴桃内酯和巨氯三烯酮分别提高了71.42%、49.19%、21.09%和10.56%。

Li等［69］为筛选有利于发酵的微生物群和代谢物，在适宜温度的基础上，监测发酵过程中微生物和代谢物的变化，通过感官评价，筛选出了最佳发酵条件。感官品质分析表明，45 ℃发酵42 d为最佳条件。随着发酵时间的延长（14～42 d），l -苯丙氨酸和鞘氨醇的浓度升高，甜菜碱和植物鞘氨醇的浓度降低。李石头等［70］分析微生物、酶基因与中性香味成分的相关性，筛选烟草源功能微生物。结果表明，烟叶陈化，表面优势菌属会时间发生变化，陈化过程中烟叶的中性香味成分总体呈增长趋势。在烟叶陈化第3、6、9和12个月时，其表面优势菌属分别为鞘氨醇单胞菌属、肠杆菌属泛菌属和不动杆菌属；陈化过程中烟叶的中性香味成分如苯甲醇、苯乙醛、2-乙酰基吡咯、茄酮、大马酮、巨豆三烯酮等总体呈增长趋势，糠醛和β-环柠檬醛则呈现先增加后降低的趋势，烃类化合物含量呈下降趋势。Zhou等［71］通过测序技术，对2个不同城市烟叶在24个月的陈化过程中微生物群落的组成、多样性和共现情况进行了分析，并用分光光度法测定了几种酶的活性，采用网络分析法分析了菌群与酶活性的相关性，结果表明细菌群落的香农多样性和Chao丰富度在前18个月逐渐增加，而真菌群落的香农多样性和Chao丰富度则逐渐下降。变形菌门的相对丰度降低，放线菌门和拟杆菌门的相对丰度增加。子囊菌的比例在前18个月逐渐上升，然后迅速下降，而担子菌的比例则完全相反。

4 小结和展望

前人从多方面分析了各种因素与刺激性和杂气之间的关系，但缺少专项针对刺激性和杂气的综合性的研究。只有清楚认识影响刺激性和杂气的因素，才能对症下药降刺除杂。研究人员通过改进农艺措施或工艺措施，使得烟叶内化学成分含量、比值得到优化，进而影响烟叶的感官评析。刺激性和杂气的变化是各种因素共同作用的结果，各因素之间的关系又极为复杂，所以不能单看某一方面。可综合各种因素，运用数据统计分析的方法，选出影响烟草刺激性和杂气的最优因子，建立数据模型，进一步研究刺激性和杂气产生的机理，为降刺除杂提供理论依据，提高卷烟质量。

目前在研究肥料类型和施肥方式实现降刺除杂的问题上，缺乏针对性，需要因地制宜，并结合各地不同的生态因素，探寻适合本地区的施肥方式和肥料类型。寻找可将刺激性和杂气量化的化学指标，建立感官评析数据模型，制作指示工具，可量化对烟叶刺激性和杂气的评析，这对科学评价烟草质量有巨大帮助。烤烟的刺激性和杂气受其化学成分的影响，而这可以通过生物技术来进行调控，目前，生物技术在烟草加工和生产上的应用时间还不长，范围也还不广，并且，目前运用生物技术对烟草品质改良多立足于实验室研究，还处于探索阶段，成功应用于生产的例子很少，如何利用生物技术来实现降刺除杂，甚至改良烟草的品质，满足人们对烟草品质的需求，仍然是需要研究和突破的一个重大课题。

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