不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中生物碱含量的变化

张嘉雯，卢绍浩，赵 喆，钟 秋，张瑞娜，赵铭钦

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.四川省烟草公司 德阳市公司，四川 德阳 618400)

生物碱是一类存在于生物体中的含氮有机化合物，是烟草中最重要的化学成分之一，对烟草的内在品质具有重要的影响[1-2]。烟草生物碱主要包括烟碱、降烟碱、新烟草碱和假木贼碱，其次是微量生物碱，包括麦斯明、N-甲基假木贼碱、二烯烟碱、可替宁、2,3′-联吡啶等。烟碱又称尼古丁，是烟草特有的化学成分。在抽吸过程中，烟碱挥发使烟气呈碱性而产生刺激性气味，对烟草品质不利[3]。在调制和陈化过程中，降烟碱易形成对烟叶香味品质有负面影响的麦斯明，降烟碱、新烟草碱和假木贼碱还可转化成烟草特有亚硝胺(TSNA)，对人体具有危害作用[4-5]。因此，在日益重视降焦减害的情况下，晾制后的烟叶作为直接卷制雪茄的原料，其生物碱含量变化对烟叶感官品质和安全性有着重要意义。

田间鲜烟叶成熟度对烤后烟叶外观质量和内在品质有重要影响，充分成熟的烟叶不仅易于烘烤，烤后烟叶外观质量高，而且醇化效果好，吃味好，香气量足[6]。赵铭钦等[7]研究表明，中部尚熟-适熟烟叶的糖含量高，总氮、烟碱含量适宜，各种化学成分比值协调，而成熟不够或者过熟的烟叶，其内在质量明显降低。蔡宪杰等[8]定量验证了烟叶成熟度越好，烟叶质量越高的结论。目前关于不同成熟度对烤烟烤后物理特性、化学成分、香气成分的影响以及和烟叶质量的关系进行了较多研究[9-15]，而生物碱含量变化相关研究甚少；对生物碱含量的研究也只是集中在烤烟方面，雪茄烟这一特色烟叶生物碱的变化规律研究尚未见报道。因此，通过对雪茄烟叶设置不同的成熟度处理，分析研究在晾制期间9种生物碱含量的变化规律，为雪茄烟叶的适熟采收及降焦减害提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2018年在四川省什邡市师古镇大泉坑村雪茄烟叶生产基地进行，该地试验田土壤为水稻土，pH值5.8～7.0、有机质含量3.01 g/kg、速效钾含量89 mg/kg、速效磷含量38.1 mg/kg、速效氮含量120 mg/kg，按照当地雪茄烟叶生产技术规范进行统一管理。试验品种为什烟1号，采收时选取大田长势基本一致的中部叶(第10～12叶位)进行晾制，各成熟度处理严格按照试验要求，采摘标准见表1。将采摘后的烟叶编杆挂入晾房晾制(晾房规格为长×宽×高=12 m×6 m×2.5 m)，挂杆长150 cm、杆距15 cm，每杆挂30～32片烟叶，晾房温湿度参照邹宇航等[16]的方法进行设定。

表1 不同成熟度处理雪茄鲜烟叶采摘标准Tab.1 Plucking standards for fresh cigar leaves of different maturity degree

1.2 取样方法

分别在晾制初期、凋萎期、变黄期、定色期和干筋期进行取样，共取5次，各成熟度处理每时期取3个重复，用于生物碱含量的测定，液氮速冻后，-80 ℃超低温冰箱保存。

1.3 测定方法

样品经冻干机冷冻干燥72 h后粉碎，各样品称取0.02 mg，采用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)测定烟叶中9种生物碱含量(包括烟碱、降烟碱、新烟草碱、假木贼碱、麦斯明、N-甲基假木贼碱、二烯烟碱、可替宁、2,3′-联吡啶)，具体操作及参数设定参照LI等[17]方法进行。烟碱转化能力用烟碱转化率表示，根据测定结果计算烟碱转化率，即降烟碱含量占烟碱与降烟碱含量之和的百分比[5]。

1.4 数据处理

采用Excel进行作图及数据统计，利用SPSS 21.0对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中主要生物碱含量的变化

如图1a所示，不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中烟碱含量均呈现先增加后降低的趋势。在晾制初期随着成熟度的提高，烟碱含量逐渐降低。随着晾制的进行，尚熟烟叶在凋萎期略有增加，之后缓慢降低；适熟和过熟烟叶均在变黄期达到峰值，此时各成熟度雪茄烟叶烟碱含量表现为过熟>适熟>尚熟，之后适熟烟叶烟碱含量迅速下降，而过熟烟叶烟碱含量匀速下降。干筋期时适熟烟叶烟碱含量最低，其次是过熟和尚熟烟叶，与晾制初期相比下降幅度幅度分别为32.81%、0.23%、26.04%。晾制后烟叶烟碱含量低有利于降低烟草特有亚硝胺(TSNA)含量。

图1 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中主要生物碱含量的变化Fig.1 Changes of main alkaloids content of cigar leaves with different maturities during air-curing

晾制期间，不同成熟度雪茄烟叶降烟碱含量变化趋势一致，均呈单峰曲线(图1b)。过熟烟叶降烟碱含量在变黄期达到峰值，此时比晾制开始时增大至1.24倍，之后迅速下降；尚熟、适熟烟叶则在凋萎期最高，分别比晾制开始时增大至1.17倍、1.24倍。晾制过程中不同成熟度雪茄烟叶降烟碱含量始终为过熟>尚熟>适熟，且适熟与过熟差异始终达到显著水平(P<0.05)，尚熟与适熟烟叶降烟碱含量除在变黄期达到显著差异外(P<0.05)，其他时期差异不大。干筋期与晾制初期相比，尚熟、适熟、过熟烟叶降烟碱含量下降幅度分别为60.87%、65.18%、48.80%。

由图1c可知，晾制过程中不同成熟度雪茄烟叶新烟草碱含量变化略有不同，尚熟烟叶新烟草碱含量在晾制过程中基本不变，在末期略有下降；而适熟和过熟烟叶在凋萎期后快速上升，在变黄期达到峰值(分别为3.698、4.014 mg/g)，此时均与尚熟烟叶达到显著差异(P<0.05)，之后下降，至定色期后又开始上升。除定色期尚熟烟叶新烟草碱含量高于适熟烟叶外，整个晾制过程均表现为过熟>适熟>尚熟。干筋期不同成熟度处理雪茄烟叶新烟草碱含量均达到显著差异(P<0.05)，与晾制初期相比，新烟草碱含量变化不明显。

与烟碱、降烟碱和新烟草碱含量相比，晾制过程中烟叶假木贼碱含量较低。随着晾制的进行，不同成熟度雪茄烟叶假木贼碱含量先升高后降低(图1d)。适熟、过熟烟叶假木贼碱含量均于变黄期最高，分别达到0.066、0.069 mg/g，之后降低；尚熟烟叶假木贼碱含量在凋萎期最高(0.059 mg/g)，之后降低。干筋期与晾制前相比，不同成熟度雪茄烟叶中假木贼碱含量变化不明显。

2.2 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中其他生物碱含量的变化

如图2a所示，晾制期间各成熟度处理雪茄烟叶麦斯明含量具有相同的变化趋势，先降低后升高。尚熟和适熟烟叶中麦斯明含量在变黄期达到最低值，分别为0.033、0.033 mg/g，随后逐渐升高，且适熟烟叶升高速率较快。过熟烟叶麦斯明含量则在凋萎期最低(0.035 mg/g)，之后逐渐上升，与尚熟和过熟烟叶在变黄期和定色期达到显著差异(P<0.05)。干筋期时，各成熟度烟叶麦斯明含量表现为适熟>过熟>尚熟，且适熟、过熟烟叶均与尚熟烟叶达到显著差异。

晾制期间，N-甲基假木贼碱在烟叶内含量较低、变化幅度较小(图2b)。随着晾制的进行，尚熟烟叶N-甲基假木贼碱含量在变黄期前缓慢降低，在定色期略有回升又逐渐下降；适熟烟叶N-甲基假木贼碱含量呈逐渐下降趋势，在定色期下降幅度相对较快；过熟烟叶N-甲基假木贼碱含量则呈单峰波动趋势，在变黄期最高。在整个晾制过程中，随着成熟度的增加N-甲基假木贼碱含量增加，且尚熟与过熟烟叶始终达到显著差异(P<0.05)。

由图2c可知，随着晾制的进行，适熟、过熟烟叶二烯烟碱含量变化趋势基本相同，呈先增加后降低的趋势，均在变黄期达到峰值(分别为0.015、0.016 mg/g)，随后适熟烟叶二烯烟碱含量逐渐下降，至定色期后趋于平缓，而过熟烟叶在变黄期后趋于平缓。整个晾制过程中，适熟和过熟烟叶二烯烟碱含量始终达到显著差异(P<0.05)。与适熟和过熟烟叶不同，尚熟烟叶二烯烟碱含量持续上升，且在变黄期与其他处理达到显著差异(P<0.05)。晾制结束时，各成熟度烟叶二烯烟碱含量表现为过熟>尚熟>适熟。

如图2d所示，晾制过程中各成熟度处理下，雪茄烟叶可替宁含量呈单峰曲线变化。尚熟烟叶可替宁含量在变黄期之前逐渐增加，达到峰值后缓慢下降；适熟和过熟烟叶可替宁含量则在定色期含量最高，之后降低，适熟下降幅度较大。各成熟度烟叶在定色期之前无明显差异，干筋期差异显著(P<0.05)，此时可替宁含量表现为过熟>尚熟>适熟。干筋期时，尚熟和过熟烟叶可替宁含量比晾制开始时分别增加了2.16%和36.81%，适熟烟叶则降低了6.86%。

晾制期间雪茄烟叶不同成熟度处理2,3′-联吡啶含量呈“V”型变化曲线(图2e)，且均在变黄期达到最低值，此时表现为过熟>适熟>尚熟，分别比晾制开始时降低了13.22%、12.99%、23.52%。随后各成熟度烟叶2,3′-联吡啶含量逐渐上升，适熟烟叶上升幅度较缓慢，干筋期时随着成熟度的提高分别上升了42.23%、23.67%、29.73%，表现为过熟>尚熟>适熟。晾制期间，各成熟度烟叶2,3′-联吡啶含量在定色期达到显著差异(P<0.05)。

2.3 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中烟碱转化率的变化

由表2可知，不同成熟度烟叶烟碱转化率随晾制过程整体呈先上升后下降趋势，适熟、过熟烟叶在凋萎期略有升高，而尚熟烟叶在变黄期最高。晾制过程中，各成熟度烟叶烟碱转化率表现为过熟>尚熟>适熟，且适熟和过熟烟叶烟碱转化率除定色期外均达到显著差异。

2.4 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中各生物碱含量之间相关性分析

如表3所示，分析了不同成熟度雪茄烟叶晾制期间各生物碱含量之间相关性。结果表明，不同成熟度处理各生物碱含量之间相关性存在明显差异，适熟烟叶的相关性较优于尚熟、过熟烟叶。不同成熟度处理烟碱、降烟碱、新烟草碱、假木贼碱、N-甲基假木贼碱含量两两之间均呈正相关关系，而这些生物碱均与2,3′-联吡啶含量呈负相关，且适熟处理均达到显著水平。不同成熟度烟叶新烟草碱含量与麦斯明含量均呈负相关关系但未达到显著水平；可替宁含量与新烟草碱、二烯烟碱含量之间均为正相关，而与N-甲基假木贼碱含量之间呈负相关但不显著；不同成熟度烟叶麦斯明、二烯烟碱、可替宁含量与其他生物碱含量关系不明显。

图2 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中其他生物碱含量的变化Fig.2 Changes of other alkaloids content of cigar leaves with different maturities during air-curing

表2 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中烟碱转化率的变化Tab.2 Changes of nicotine conversion rate of cigar leaves with different maturities during air-curing %

注：同一列中不同小写字母表示不同成熟度烟叶之间差异显著(P<0.05)。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different maturity tobacco leaves (P<0.05) .

表3 不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中各生物碱含量之间相关性分析Tab.3 Correlation analysis of alkaloids contents of cigar leaves with different maturities during air-curing

注：*表示在P<0.05水平相关性显著，**表示在P<0.01水平相关性显著。
Note:*indicates a significant correlation atP<0.05 level, and**indicates an extremely significant correlation atP<0.01 level.

3 结论与讨论

雪茄烟是一种特殊的烟草制品，属于典型的晾晒烟，经晾制后的雪茄烟香气醇厚丰满，色泽均匀，叶片宽薄，弹性好，燃烧性好[18]。晾制后的雪茄烟叶可直接作为卷制的雪茄原料，因此，烟草生物碱的含量和组成对雪茄烟的香味品质、风格程度和安全性有重要影响。烟碱含量占总生物碱含量93%以上，具有兴奋中枢神经、消除疲劳等生理作用，适量能给吸烟者适当的生理刺激、愉快的香气和醇和的吃味[19]。而降烟碱的形成是烟碱去甲基作用的结果，对烟气质量有负面影响[20]。程森等[21]研究表明，烟碱、降烟碱、麦斯明、新烟草碱和假木贼碱均与烤烟感官评价指标都有显著的相关关系。杨焕文等[22]研究表明，深色晾烟品种KY171在晾制过程中，烟碱、降烟碱含量先增加后降低，新烟草碱在晾制开始稍有下降然后增加，直至2周后又逐渐下降，假木贼碱含量在晾制期间没有明显变化。本试验表现出相似的变化规律：晾制期间不同成熟度雪茄烟叶烟碱、降烟碱含量呈先升高后降低的趋势，均在变黄期达到峰值；适熟和过熟烟叶新烟草碱含量在凋萎期后快速上升，在变黄期达到峰值后下降，至定色期后又开始上升；假木贼碱含量则无明显变化。这也与顾会战[23]的研究结果相一致。这说明雪茄烟叶在晾制过程，酶的作用和非酶反应可在某种程度上造成烟草生物碱的降解转化。本研究结果显示，随着晾制的进行，不同成熟度烟叶烟碱含量在凋萎期有显著差异外，其他时期差异不显著；降烟碱含量始终保持过熟>尚熟>适熟的趋势。干筋期时，烟碱、降烟碱、假木贼碱含量均以适熟处理最低，其次是尚熟和过熟处理，而新烟草碱含量则以尚熟处理最低，这与前人研究结果基本一致[24]。

烟碱比较容易降解，在不同条件下烟碱的降解产物不同。FRANKENBURG等[25]深入研究了烟草生物碱的降解：宾夕法尼亚雪茄芯叶在陈化和发酵时，烟碱含量降低，同时增加了烟酸、麦斯明、2,3′-联吡啶、氧化烟碱、烟酰胺、N-甲基烟酰胺、可替宁等烟碱转化物。降烟碱在调制和陈化过程中易形成麦斯明，麦斯明的产生可改变烟叶和烟气化学成分的组成和含量，对烟叶的香味品质不利[26]。目前关于微量生物碱的研究较少，而有关雪茄烟叶晾制期间麦斯明、N-甲基假木贼碱、二烯烟碱、可替宁、2,3′-联吡啶等含量的研究尚未见报道。本试验结果显示，晾制期间麦斯明、2,3′-联吡啶含量呈先降低后升高的趋势，这可能与烟碱和降烟碱的转化有关。N-甲基假木贼碱含量在烟叶内较低、变化幅度较小，整体呈缓慢下降趋势；二烯烟碱含量则呈缓慢上升趋势；可替宁含量则表现为单峰变化趋势。干筋期时麦斯明、N-甲基假木贼碱含量均以尚熟处理最低，而其他几种非主要生物碱含量则以适熟处理最低。由此说明，不同采收成熟度对生物碱含量有不同程度的影响，中部叶适熟采收可有效降低生物碱的含量，从而提高晾制后雪茄烟叶的抽吸品质。

在烟草成熟过程中，一些转化株具有烟碱去甲基能力，使烟叶内烟碱转化为降烟碱，使烟叶呈现“樱红”[27-28]，对烟叶感官评吸品质和TSNA含量造成重要影响[29]。本研究结果表明，晾制过程中烟碱转化率整体呈下降趋势，且不同成熟度间表现为过熟>尚熟>适熟，进一步说明了烟叶适熟采摘有利于提高烟叶品质。一般认为，降烟碱由烟碱转化而来，在晾制过程中，如果烟碱只发生转化为降烟碱的变化，那么随烟碱含量降低，降烟碱含量应按一定比例升高。但相关分析表明，烟碱与降烟碱之间呈正相关，这可能由于在晾制期间烟碱和降烟碱还同时可能有其他复杂的转化和分解途径，如烟碱会被一些种类的微生物分解[30]，降烟碱也会进一步和亚硝酸反应形成NNN[29]。但烟碱与麦斯明和2,3′-联吡啶之间呈负相关，这可能与晾制期间烟碱降解有关。各生物碱含量之间相关性表明，不同成熟度烟叶降烟碱、新烟草碱、假木贼碱含量两两之间均呈正相关关系，且适熟处理均达到显著水平，这与陈卫国等[31]研究结果基本一致。说明晾制期间各生物碱并不是独立变化，而是相互影响、共同作用的[32-33]。

综合来看，不同成熟度处理对晾制期间雪茄烟叶生物碱含量变化有一定的影响，适熟处理下晾制后各生物碱含量均较适宜，其次是尚熟和过熟处理。由此可知，从生物碱含量分析雪茄烟叶采摘成熟度时，中部叶宜在适熟时进行采摘，烟叶感官品质和安全性较好。