烤烟密集烘烤过程中色素及主要致香成分含量的变化

1.中国农业科学院烟草研究所/农业部烟草生物学与加工重点实验室,山东青岛266101

2.中国农业科学院研究生院,北京100081

3.山东烟草研究院,山东济南250000

4.山东潍坊烟草有限公司诸城分公司,山东诸城262200

烤烟密集烘烤过程中色素及主要致香成分含量的变化

矫海楠1,2,许家来3,王传义1,崔志军4,任杰1,王爱华1,王春凯1,2,徐秀红1，3*

1.中国农业科学院烟草研究所/农业部烟草生物学与加工重点实验室,山东青岛266101

2.中国农业科学院研究生院,北京100081

3.山东烟草研究院,山东济南250000

4.山东潍坊烟草有限公司诸城分公司,山东诸城262200

为探讨烤烟密集烘烤过程中主要香气物质及香气重要前体物质体色素的变化规律，以改善和提高烤后烟叶香气质量，分别采用分光光度法、气相色谱法对鲜烟叶和烘烤过程中烟叶质体色素、主要致香成分进行检测与分析。结果表明：密集烘烤过程中，叶绿素较类胡萝卜素降解快且彻底，色素中类胡萝卜素占的比例逐渐上升，烘烤后期达到80%以上。致香物质中叶绿素降解产物总量变化是“先升后降”，最大值出现在45℃，其中新植二烯含量明显最高且所占比例变化不大；类胡萝卜素降解产物总量、类西柏烷类致香物质和美拉德反应产物总量的变化整体上都呈上升趋势；苯丙氨酸类致香物质含量变化呈倒“V”字型，其变化趋势与致香成分总量和叶绿素降解产物总量相似。

烤烟;密集烘烤;色素;致香成分;变化

烟叶香气是评定烟叶质量的一项重要指标，烟叶中的致香成分许多可直接进入烟气，对烟气口感有着重要影响[1]。烟叶调制过程是香气前体物降解、香气形成和转化的主要时期［2-4］。质体色素作为烟叶致香成分的重要前体物，其降解产生的许多致香成分对于消除烟叶刺激性，提高香吃味有着决定性的作用[4-9]。国内外对于烟叶香吃味的研究主要集中在不同工艺条件或者烘烤环境对于香气量的影响，且多数为简单的烤后烟叶致香成分含量比较[10-17]，对于烘烤过程特别是密集烘烤过程中烟叶致香成分的变化规律还缺乏研究。本文以烤烟品种NC55为试验材料，对密集烘烤过程中主要香气前体物质体色素及主要致香成分含量的变化规律进行研究，以期探讨烟叶烤香机理，为改善密集烘烤烟叶香气质及香气量奠定理论和应用基础。

1 材料与方法

1.1试验材料

本研究于2012～2013年进行。供试烤烟品种为NC55，烟叶采自山东省诸城市辛兴烟站农场，选取生产管理规范、烟叶长势一致的烟田，采收正常成熟的中部烟叶（9～11叶位）进行试验。

1.2烘烤处理及取样

使用电热式温湿度自控密集烤烟设备，采用“8点式精准密集烘烤工艺”[18]进行烘烤，按照烘烤过程中关键温度点均匀取样3份，液氮保存留待检测。

1.3测定项目及方法

叶绿素和类胡萝卜素的测定采用分光光度法[19]。主要致香成分由农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心用气相色谱法进行定量分析，少量物质是半定量分析，半定量分析物质名称带“＜＞”。每份样品进行3次平行试验，各关键温度点色素及致香成分数据为3份样品的平均值。

2 结果与分析

2.1密集烘烤过程中烟叶质体色素含量的变化

在烟叶密集烘烤过程中，烟叶色素含量发生了明显变化。由图1可知，开始烘烤后，烟叶叶绿素迅速降解，且降解比较彻底，45℃稳温结束时，已降解90%以上，烘烤结束时，叶绿素含量已较低。类胡萝卜素相对降解缓慢，47℃稳温结束时，降解量达到40%以上，但至烘烤结束，降解量变化很小。类胡萝卜素占色素含量的比例不断上升，烘烤前是27.48%，在47℃前上升比较快，47℃稳温结束时类胡萝卜素含量所占比例达到了80%，烘烤结束时达到86%。

图1 密集烘烤过程中主要质体色素含量及比例变化Fig.1 Content and proportion of major pigments during bulk curing

2.2密集烘烤过程中主要致香成分的变化规律

2.2.1 烟叶香气物质总量及种类的变化烟叶中致香成分十分复杂，按主要代谢途径可分为叶绿素降解产物、类西柏烷类、类胡萝卜素降解产物、苯丙氨酸类、美拉德反应产物及其他类。由图2可知，密集烘烤过程中，烟叶致香成分总量的变化呈“先升后降”的变化规律，在45℃时有一个明显的最大值。各类致香成分总量比例的变化趋势不同。叶绿素降解产物尤其是其中的新植二烯占了绝对比例，各关键温度点的新植二烯含量皆为最高且显著高于其余组分，从鲜烟至烘烤结束，其所占比例变化不大。鲜烟中各类致香物质含量所占比例由高到低依次是叶绿素降解产物（特别是新植二烯）、苯丙氨酸类、类胡萝卜素降解产物、类西柏烷类和美拉德反应产物、其他类。鲜烟中类西柏烷类致香成分和美拉德反应产物虽然所占比例都较低，但是随着烘烤的进行，这两类物质整体呈上升趋势。类胡萝卜素降解产物在鲜烟中所占比例较高，45℃以前所占比例变化不大，47℃以后，所占比例逐步上升。苯丙氨酸类虽然在鲜烟叶中所占比例较高，45～47℃以前略有上升，但之后所占比例呈下降趋势，烘烤结束时其所占比例低于烘烤前。烘烤结束时各类致香物质含量所占比例由高到低依次是叶绿素降解产物、类胡萝卜素降解产物、美拉德反应产物、苯丙氨酸类、类西柏烷类和其他类。

图2 密集烘烤过程中致香成分总量及各类致香成分比例变化Fig.2 The total amount of aroma substance and the proportions of its major kinds during bulk curing

2.2.2 叶绿素降解产物含量变化规律由图3可知，从鲜烟叶至烘烤结束，叶绿素降解产物含量的变化是“先升后降”，45℃前急剧上升，至45℃达最大值，45℃后急剧下降，烘烤结束时含量降至最低。其中新植二烯含量表现出相同的变化趋势，但烘烤结束时含量比烘烤前略有增加。而叶绿醇含量整体上呈明显下降态势，54℃时略有回升，至烘烤结束时含量已远低于烘烤前。

图3 密集烘烤过程中叶绿素降解产物含量变化Fig.3 Content of major products of chlorophyll degradation during bulk curing

2.2.3 类胡萝卜素降解产物含量变化规律由图4可以看出，整个烘烤过程中，烟叶中类胡萝卜素降解产物总量呈逐渐上升趋势。这类物质中含量比较高的是β-大马酮和巨豆三烯酮。由图5可知，β-大马酮含量的变化是“先升后降”，最大值出现在45℃，烘烤结束时含量与鲜烟叶中差异不大。巨豆三烯酮整体上都呈上升态势，烤后含量达到最高。类胡萝卜素降解产生的其他致香物质烘烤过程中变化不大，但大多都在45～47℃达到最大值，在47～54℃有所下降，54℃后又有所回升，且多数烘烤后比烘烤前含量略有增加。

图4 密集烘烤过程中类胡萝卜素降解产物总量的变化Fig.4 Content of the product of carotenoid degradation during bulk curing

图5 密集烘烤过程中类胡萝卜素降解产物主要组分含量的变化Fig.5 Content of the product of carotenoid degradation and its major components during bulk curing

2.2.4 类西柏烷类含量变化规律由图6可知，随着烘烤的进行，烟叶中类西柏烷类致香物质含量明显增加，47～54℃前逐步上升，54℃后急剧上升，烘烤结束时这类物质含量达到最大。类西柏烷类致香物质主要是茄酮，茄酮含量在烘烤过程中的变化趋势和类西柏烷类致香物质的变化趋势是一致的。含量较低的降茄二酮变化总体呈现下降趋势，烤后含量低于鲜烟叶；而3-羟基-2-丁酮含量变化趋势是“先升后降”，47℃时有1个最大值，47℃前逐步增加，之后又下降，至烘烤结束时含量高于鲜烟叶。

图6 密集烘烤过程中类西柏烷类致香物质总量及主要组分含量变化Fig.6 Content of cembranenoids and its major components during bulk curing

2.2.5 美拉德反应产物含量变化规律由图7可以看出，烟叶烘烤过程是美拉德反应产物含量不断增加的过程，47℃前缓慢增加，47℃后急剧增加，部分含量在烘烤结束前略有下降。这类致香成分中，含量最高的是糠醛，其次是糠醇和吡啶。其中糠醛含量整体上呈上升趋势，烘烤结束时，糠醇含量较烘烤前增加，而吡啶含量较鲜烟叶有所下降，其余产物在烘烤过程中整体呈上升趋势，且烘烤结束后含量明显高于烘烤前。

图7 密集烘烤过程中主要美拉德反应产物总量及主要组分含量的变化Fig.7 Content of the product of Maillard reaction and its major components during bulk curing

2.2.6 苯丙氨酸类含量变化规律从图8可知，苯丙氨酸类致香物质烘烤过程中呈倒“V”型变化，先升后降，最大值在45℃，且烘烤结束时含量低于烘烤前。这类致香成分中占绝对量的是苯甲醇，其他含量比较高的是苯乙醇和4-乙烯基愈创木酚，含量比较低的有邻苯二甲酸二丁酯、苯甲醛和苯乙酮等。苯甲醇的变化趋势和总量的变化趋势相同；苯乙醇含量变化也呈先升后降的变化趋势，最大值在45℃，结束时含量最低，但烘烤前后整体上变化较小；4-乙烯基愈创木酚含量烘烤过程中有升有降，总体上是一个明显增加的趋势。

图8 密集烘烤过程中苯丙氨酸类致香物质总量及主要组分含量的变化Fig.8 Content of phenylalanines and its major components during bulk curing

2.2.7 其他类致香成分含量变化规律从图9可知，烟叶密集烘烤过程中，其他类致香物质含量总体变化呈现出“上升—下降—上升—下降”的趋势，最大值出现在45℃时，烘烤后较烘烤前含量稍有降低。其他类致香物质中含量较高的是异戊醇，其次是戊醇。烘烤过程中异戊醇的变化与总量的变化一致，戊醇的变化趋势也相似，但相对来说烘烤前后变化较小。其余致香成分如棕榈酸甲酯、γ-丁内酯等变化差异虽然较大，但是由图中可以看出，其总体趋势是增加的，烤后烟叶中含量高于鲜烟叶中的含量。

图9 密集烘烤过程中其他类致香成分总量及各组分含量的变化Fig.9 Content of other aroma substance during bulk curing

3 讨论

(1)烟叶质体色素叶绿素和类胡萝卜素是烟叶中重要的香气前体物，烘烤过程中色素的降解既直接关系到烟叶外观颜色的变化，也关系到香气物质的生成和转化[5-9]。烟叶密集烘烤过程中，叶绿素和类胡萝卜素均发生了不同程度的降解，烘烤开始后，叶绿素迅速降解，且降解较彻底，类胡萝卜素降解相对缓慢，且所占比例不断上升。叶绿素大量降解发生在42～47℃，45℃时已降解90%以上，其降解的主要产物新植二烯，也是低分子质量香气成分的前体物，本身具有清香气且刺激性小，能有效增进烟叶香吃味，具有减少刺激、醇和烟气的作用[1]。新植二烯含量显著高于其他香气物质，随着烘烤的进行，新植二烯含量先升后降，45℃前达到最高峰，这可能是新植二烯在45℃后开始继续氧化降解，产生其他小分子致香成分，这也与Hendry经典的叶绿素降解理论相符合[20]。类胡萝卜素降解产物的香气阈值较低，对烤烟的香气贡献率大，是形成烤烟细腻高雅和清新香气的主要成分[21]。其中含量比较高的是β-大马酮和巨豆三烯酮，β-大马酮具有玫瑰特征的香气，而巨豆三烯酮对于烤后烟叶的香气值贡献也较为明显，两者在卷烟加香方面具有广泛应用[1]。烘烤过程中，β-大马酮含量在45℃之后下降，可能是继续发生降解，产生其他小分子致香成分。β-紫罗兰酮、氧化沉香醇等致香成分虽然含量很少，但大多具有消除烟叶刺激性、提高香吃味的功能，对于烤后烟叶的香吃味有很大贡献[1,6]。

类西柏烷类致香物质中含量最大的茄酮是目前作为单体香用于卷烟香料的重要物质之一，可以明显改善香吃味[1,22]。含量较小的降茄二酮和3-羟基-2-丁酮在47℃后含量逐渐下降，说明他们可能继续降解而产生其他物质。随着烘烤的进行，尤其在47℃后，美拉德反应大量发生，致香成分含量急剧升高，且增幅较大，这说明参与美拉德反应的物质可能是许多大分子物质的降解产物。苯丙氨酸类降解产物在烘烤过程中变化幅度较大，说明其在烘烤过程中可能参与较多其他的生理生化反应，许多生成物也会进一步降解。

(2)普通烤房的传统烘烤模式虽然存在设施较差、升温排湿反应不灵敏等缺点，但其变黄、定色时间长，在一定程度上保证了酶促反应和物质转化的时间。有研究[23,24]表明，与传统烤房相比，密集烤房在烟叶失水速度、改善化学成分协调性、提高优质烟比例方面有明显的提升作用，但其质体色素降解物总量及致香物质总量上均有所降低，而美拉德反应产物则极显著高于普通烤房。这说明密集烤房可能有利于提高烟叶美拉德反应产物的含量，在改善和提高烟叶致香成分上还有上升潜力，这值得我们进一步探索。

(3)根据密集烘烤过程中烟叶致香物质含量的变化规律和特点，可以将烤烟密集烘烤香气物质的产生和转化分为五个阶段：一是以38～40℃为主变黄温度的“酝香”阶段，此时香气前体物开始降解；二是42℃的“产香”阶段，香气前体物开始大量降解，一些致香成分开始生成；三是45～47℃的“提香”阶段，主要是香气前体物的大量降解及香气物质的大量生成；四是50～54℃的“增香”阶段，此时大量的致香成分进一步生成和转化；五是68℃左右的“固香”阶段，此时温度较高，要尽量减少挥发性香气物质的损失。密集烘烤过程中，不同致香物质含量的变化规律不同，对烤后烟叶的香气贡献作用及作用大小也不同[1,6]，应有针对性地调控各关键温度点的相对湿度及稳温时间等，促进有益香气物质的产生和积累。

4 结论

烟叶密集烘烤过程中，叶绿素降解迅速且彻底，类胡萝卜素降解相对缓慢，叶绿素和类胡萝卜素的大量降解发生在42～47℃；类胡萝卜素在色素中所占比例不断上升，烘烤后期达到80%以上。

鲜烟中各类致香物质含量所占比例由高到低依次是叶绿素降解产物、苯丙氨酸类、类胡萝卜素降解产物、类西柏烷类和美拉德反应产物、其他类。随着密集烘烤的进行，致香物质总量、叶绿素降解产物和苯丙氨酸类总量的变化都呈“先升后降”的趋势；类胡萝卜素降解产物、美拉德反应产物及类西柏烷类总量整体上都呈上升趋势；各类致香物质有的组分在45℃或47℃或54℃有高峰值或小峰值。烘烤结束时各类致香物质含量所占比例由高到低依次是叶绿素降解产物、类胡萝卜素降解产物、美拉德反应产物和苯丙氨酸类、类西柏烷类、其他类。

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VariationofMajorPigmentsandAromaComponentsinFlue-CuredTobacco DuringtheBulkCuringProcess

JIAO Hai-nan1,2,XU Jia-lai3,WANG Chuan-yi1,CUI Zhi-jun4,REN Jie1, WANGAi-hua1,WANG Chun-kai1,2,XU Xiu-hong1,3*
1.Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing,Ministry of Agriculture,Qingdao266101,China
2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100081,China
3.Shandong Tobacco Academy,Ji'nan250000,China
4.Zhucheng Branch,Weifang Tobacco Company Limited,Zhucheng,Shandong262200,China

In order to explore the variation of the major aroma substance during bulk curing and improve the aroma of bulk cured tobacco,the contents of the major aroma components and the pigments as important aroma precursors of fresh and curing leaves were determined by spectrophotograpgy and gas chromatography,respectively.Results showed that chlorophyll degraded more quickly and thoroughly than carotenoid,the ratio of carotenoid in the pigemnts increased with the curing process and reached over 80%at late stage.Total products of chlorophyll degradation first increased and then decreased with the peak at 45℃,while neophytadiene(one of chlorophyll degradation products)maintained the dominate content and proportion.Total products of carotenoid degradation and Maillard reaction and the content of the cembranenoids were generally increased,respectively.The content of phenylalanines expressed an inverted"V"pattern change,which was similar to the variation of total amount of aroma substance and total product of chlorophyll degradation.

Flue-cured tobacco;bulk curing;pigment;aroma substance;variation

S572

A

1000-2324(2014)05-0761-07

2013-03-11

2013-03-22

国家公益性行业(农业)科研专项(201203091);中国烟草总公司山东省公司科技重大专项(201101);中国烟草总公司山东省公司科技重点项目(201105)

矫海楠(1989-),男,硕士研究生,研究方向为烟草调制加工.E-mail:jhn_1989@126.com

*通信作者:Author for correspondence.E-mail:xuxiuhong@caas.cn