烘烤中烟叶生理生化变化及其影响因子研究进展

陈少鹏,汪代斌,郎定华,邓大庆,何仕虎,冉茂亮

(重庆市烟草公司万州分公司,万州 404000)

烟叶烘烤是把绿色或黄绿色、含水量高的鲜烟转变成具良好香气和吃味的干烟叶,是烟叶脱水干燥的物理过程和内部生物化学变化的统一,其任务是创造和应用适宜的温湿度条件,控制和促进酶的活动,巩固和发展田间烟叶成熟时所积累的优良性状,促进烟叶的外观色泽、物理性状和内部化学成分及香吃味向着有利于提高烟叶质量的方向转变,同时排除水分实现干制,烤出符合卷烟工业需要的原料[1,2]。本文综述了温湿度(烘烤环境)、成熟度、烘烤设备、采收与烘烤方式等对烘烤中烟叶生理生化变化的影响,以期对烘烤中烟叶生理生化的研究有所启示。

1 烘烤中温湿度对烟叶生理生化变化的影响

温湿度是烘烤环境的最重要因子。烟叶中的一切生理生化活动都是以水为介质进行的。烤房内的温湿度对烟叶水分和温度的影响直接决定着烟叶组织细胞内生化变化的速度和方向,最终影响烟叶的烘烤质量[3]。烘烤过程中淀粉酶活性变化出现两个高峰,即变黄的中后期和定色后期至干筋期,淀粉大量降解的温度范围为 38～ 44℃,不同部位的烟叶具有相同的变化规律[4]。但是蔡宪杰等[5]研究认为,高峰分别出现在36℃和38℃;小卷筒状态下,在37～40℃范围内烟叶淀粉酶的活性随温度升高而增加,随相对湿度的增大而逐渐升高。王怀珠等[6]研究认为,烘烤过程中淀粉酶和淀粉磷酸化酶活性均出现2次高峰,分别处于烘烤的变黄中期和定色前期,与前者的研究结果也不一致。在整个烘烤过程中采用低温低湿变黄、慢速升温定色的烘烤方案,烟叶内淀粉酶和淀粉磷酸化酶活性较高,有利于烟叶淀粉的降解和还原糖的提高[6,7]。烘烤中随着烘烤湿度的提高,干物质损失量、淀粉降解量、可溶性糖的含量都有增大的趋势,不同部位的烟叶具有相似的规律[8]。淀粉的降解,总糖和还原糖的累积主要发生在变黄期和定色初期。烟叶中的还原糖含量和还原糖/总糖比值呈现出随着变黄温度的降低而增大的现象。烤烟变黄期温度31～35℃处理烤后烟叶还原糖含量和还原糖 /总糖比值较高[9]。采用低温中湿变黄及中湿定色烘烤工艺,烤后烟叶质量最优。在低温中湿变黄条件(变黄阶段干球温度38℃,相对湿度85%～ 80%)下,淀粉酶、蛋白酶、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性较高,丙二醛(MDA)积累较少,有利于烟叶内含物质的分解转化[10,11]。低温中湿变黄处理能提高烟叶中性致香物质的含量,对烟叶香气有重要贡献的草酸、苹果酸、硬脂酸等酸性致香物质,以及一些中性致香物质均有不同程度的提高[12,13]。

烘烤前 48 h,低湿处理淀粉酶活性较高,淀粉降解快,之后,则以高湿处理淀粉酶活性较高,淀粉降解快,最后淀粉残留量最低[14]。宫长荣等[15]研究认为,烘烤过程中在35～ 38℃变黄,并在烟叶变黄后延长 12 h和在 42℃条件下凋萎 12 h,有利于淀粉降解和烟叶品质改善。类胡萝卜素含量随烘烤过程推进逐渐降低,慢速升温烘烤类胡萝卜素各组分降解量相对较大,但处理间差异不显著。烘烤条件对酶活性影响显著,并且对烟叶烘烤质量的影响是双向的,定色前期相对较高的酶活性有利于生成更多的香气前体物质[16]。

2 成熟度对烟叶生理生化变化的影响

自20世纪80年代以来,世界优质烟主产国之间烟叶质量竞争的核心问题是烟叶的成熟度[17]。烟叶成熟度与烟叶的色、香、味密切相关。烟叶成熟度不同,其化学成分组成不同,而化学成分决定了烟叶的内在质量,尤其是糖、氮、烟碱等代表性常规成分,它们对烟叶和烟气的感官质量有重要影响[18]。王传义等[19]研究认为,烘烤中不同成熟度烟叶淀粉酶活性均呈双峰曲线的变化规律,变黄前、中期各处理烟叶淀粉酶活性的升高和淀粉相对降解量呈正相关,但后期相关性不高。烟叶淀粉和色素的降解规律一致,均在变黄期(45℃以前,含水量 30%以上)快速降解,特别是烘烤的前 48 h降解量最大。淀粉和叶绿素含量随成熟度的提高而明显降低。适熟鲜烟叶淀粉含量较高,烘烤中降解较快。在烘烤过程中成熟度适宜的烟叶 SOD和 POD等保护酶活性较高,而 PPO活性较低。

3 烘烤设备对烟叶生理生化变化的影响

烟叶的烘烤设备及其配套的烘烤工艺,其功能就是创造一个适宜的温湿度环境,使烟叶在变黄期、定色期朝着有利于改善烟叶品质的方向转化,从而提高烟叶的烘烤质量。李春乔等[20]研究认为,巴西式烤房在中上等烟比例、级别等方面优于其它各类型烤房,尤其对下部烟叶烘烤效果较好。立式正面分火烤房烘烤效果也比较好。对上部烟叶烘烤效果最好的是韩国式烤炉,控温控湿效果好,中部烟叶中上等烟比例高。

云烟 2000型烤房及其配套烘烤工艺比普通立式炉烤房及其配套烘烤工艺极显著地降低了烟叶的淀粉含量,在一定程度上改善了烟叶的评吸质量[21]。另外,采用热风循环普通烤房及配套烘烤技术和立式炉热风室烤房及其配套烘烤技术调制后的烟叶淀粉含量分别为6.83%和7.73%,其差异达到了极显著水平,而且热风循环烤房及配套烘烤技术调制出的烟叶评吸质量也有一定程度的改善[22]。

纳米涂料烤箱烘烤过程中烟叶的果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶(PG)及纤维素酶活性峰值分别出现在42,48和 38℃,其中 PG和纤维素酶活性峰值比普通烤箱(对照)提前出现,但烘烤后期细胞壁酶活性均比对照偏低。烘烤中处理纤维素含量明显高于对照,可溶性果胶、原果胶、总果胶含量 42℃以后也明显高于对照[23]。

4 采收、烘烤方式对烟叶生理生化变化的影响

在烘烤期间 24～48 h内带茎烟叶自由水含量有所增加,且失水速度明显低于不带茎烟叶。烘烤期间带茎烟叶淀粉含量低,可溶性总糖和还原糖的含量在 72 h前增加幅度较大,总氮变化不大,硝酸盐和亚硝酸含量表现为前期上升后期下降的规律[24]。顶叶带茎烘烤在变黄 12～ 24 h时叶绿素、类胡萝卜素降解速度快于不带茎采收烘烤,且类胡萝卜素的降解量大。带茎采收烘烤的PPO,POD活性和MDA含量总体上较低,SOD活性高。带茎采收烟叶的淀粉酶、转化酶活性均表现出较高的活性。烘烤过程中谷草转氨酶GOT活性常规采收>一次采收>带茎采收;谷丙转氨酶GPT活性带茎采收>常规采收>一次采收[25,26]。

散叶密集烘烤因装烟方式与常规挂竿烘烤不同,影响烟叶质量形成的主要变化因素为变黄后期烟叶失水速度较快,定色阶段烟叶失水速度较慢,所需定色时间相应较长[27]。在烘烤过程中,烟草上二棚叶和顶叶中叶绿素(Chl)含量和多酚氧化酶(PPO)活性都有不同程度的下降,而淀粉酶活性和丙二醛含量则呈上升趋势。一次性带茎采烤的烟叶中上二棚叶和顶叶中的PPO活性和 MDA含量均下降,淀粉酶活性则增高[28]。不同密集烘烤方式(散叶和挂竿密集)烟叶叶绿素a、叶绿素b的降解都呈现前期下降快而后期趋于稳定的趋势,类胡萝卜素变化不稳定;挂竿密集烘烤烟叶的含水率比散叶下降快,且下降的规律性更强,呈现先缓慢下降,然后急剧下降,随后又缓慢下降的规律[29]。

5 其它烘烤生理变化研究

烘烤过程中过氧化氢酶活性的变化呈抛物线型。变黄中期活性较大,变黄初期及定色期活性较低。中部烟叶与上部烟叶、下部烟叶之间有极显著差异,但不同品种之间差异不显著[30]。在烘烤不当的条件下,被多酚降解抑制剂处理的烟叶多酚含量明显高于对照,其中对烤烟多酚降解抑制作用最强的是 NaDiCa,聚乙烯吡咯烷酮相对弱些但无异味,它们可能是防止不当烘烤导致烟叶褐变的有效抑制剂[31]。烟叶总酚、绿原酸含量在烘烤开始后的前 24 h呈增加趋势,之后降低,至60 h或72 h降到最低,72 h后又迅速升高直到烘烤结束;芸香苷含量随烘烤进程的推进基本呈递增趋势,多酚氧化酶、过氧化物酶活性变化趋势相反。在烘烤过程中芸香苷的含量变化与总糖含量呈极显著正相关(r=0.822**),与淀粉、烟碱和蛋白质含量呈极显著负相关[32]。

6 展 望

在烘烤过程中烟叶处于动态变化的温湿度环境,而烟叶酶活性又受多种因素影响,如成熟度,因此烘烤过程中烟叶的生理生化反应规律并不是完全一致的。但目前密集烤房烘烤的烟叶生理生化机理研究结论有太多迥异之处(如淀粉酶),因此,还有待深入研究。温湿度环境在很大程度上决定了烟叶内部各种生理生化变化和各种大分子生物化合物的转化。烘烤变黄温度影响烟叶中主要酶类的活性和作用时间,从而影响大分子物质的降解。通过调控温湿度环境,改善烘烤条件和工艺,改善烟叶品质的主要化学成分,减少香气物质的损失,使烟叶内在各种成分的比例更趋于协调,达到提高烟叶品质的目的。

成熟度是烟叶质量的核心因素。从当前生产情况看,由于成熟不够而导致烤后烟叶等级质量不高,青筋、浮青、颜色偏淡、结构较紧密、香吃味不好依然是亟待解决的主要问题之一。商品烟叶成熟度不够是影响我国烟叶品质的最主要因素之一,主要表现在烤后烟叶组织不够疏松,叶片僵硬,杂色和挂灰烟叶多,工业可用性差。提高烟叶成熟度,依然是研究烟叶烘烤生理变化和提高烟叶质量的前提条件。此外,采收、烘烤方式在一定程度上也能够改善烟叶的品质,但是从综合效益上分析,有没有推广的价值,还有待探讨。

烤房作为烘烤工艺的载体,是烟叶烘烤的关键设备。由于烘烤设备陈旧等原因,导致烟叶感观质量一般,化学成分不太协调,烟叶可用性降低。烘烤设备对烘烤中烟叶生理生化变化具有不可忽视的影响。烤房温湿度场分布均匀性,升温的灵敏性,风机、电源的稳定性等依然是影响烟叶烘烤质量不可忽视的因素。提高设备的耐用性,完善烘烤工艺,也是提高烟叶生理生化转化程度和烟叶品质的重要因素。

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