秦烟96 在烘烤过程中的化学成分与香气物质变化及其相关性研究

刘晓迪，钟 莉

（红云红河烟草（集团）有限责任公司 红河卷烟厂，云南 弥勒 652399）

0 前言

香气物质是衡量烟叶品质和可用性的重要因素，也是评价烤烟品质的重要指标［1］。烤烟中的香气物质种类多、含量低，但对卷烟的香气和吃味具有重要贡献［2］。20世纪30年代，国外学者已经开始对烤烟的香气物质进行研究，并逐步剖析香气物质的组成。目前，烤烟香气物质成分可根据香气前体物的不同进行分类，主要分为五大类：类胡萝卜素类降解产物、芳香族氨基酸类降解产物、美拉德反应产物、类西柏烷类降解产物和新植二烯［3-5］。不同种类的香气物质具有不同的香味特征，直接影响到烤烟的香气质和香气量。研究显示，叶绿素降解产物新植二烯占烤烟中性挥发性香气物质总量的85%以上，是决定不同基因型烤烟之间挥发性香气物质总量高低的关键致香成分［6-8］，因而叶绿素在烘烤过程中应尽量完全降解，以便增加香气物质的总量；类胡萝卜素降解物含量占烤烟中性挥发性香气物质总量的8%~12%，是影响烤烟香气质量重要的潜香型萜烯类化合物，其降解和热裂解产物可生成近百种香气化合物，是形成烤烟细腻、高雅和清新香气的主要成分［9-10］。

对烤烟中的香气物质的研究已经成为学者们广泛关注的话题。叶协峰等［11］研究显示，烤烟中的巨豆三烯酮含量与中性香气成分含量呈极显著相关关系；李恒等［12］研究表明，烟叶中各类致香物质之间具有很强的正相关关系；薛超群等［13］研究表明，烤烟的香气质、香气量与其总挥发酸含量具有极显著正相关。根据前一阶段的研究表明，香气物质的研究主要集中在不同品种［1,14-15］、生态环境［16-17］、栽培技术［18-21］和烘烤技术［22-23］等方面。在烘烤过程中，对中性香气物质动态变化以及中性香气成分与烟叶重要化学物质在烘烤过程中的相关分析等研究较少。烘烤过程是烟叶内含化学物质转化与降解的关键时期［24-25］，是烟叶形成香气物质的重要时期。本文通过对烘烤过程中化学成分和中性香气成分含量的动态变化进行研究，旨在探究香气物质在烘烤过程中的形成机理，为实现烟叶提质增香提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验田设置在洛阳伊川，供试品种为秦烟96。该地区土壤有机质含量为12.30 g/kg，碱解氮含量为46.86 mg/kg，速效磷含量为12.29 mg/kg，速效钾含量为187.53 mg/kg，pH值为8.04。洛阳烟叶于2019年6月5日移栽，种植行距120 cm，株距50 cm。施纯氮45.00 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O＝1∶2∶3。田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行。以中部叶（第11~12叶位）为试验材料，烟叶成熟时，严格按照叶位单叶采收。

1.2 试验设计

采用河南农业大学设计制造的电热式温湿自控密集烤烟箱进行烘烤，装烟密度为70 kg/m3，烘烤过程按照三段式烘烤工艺技术进行。分别于烤前（下文图表中表示30 ℃）及开烤后干球温度达到38 ℃（干球温度38 ℃结束时，烟叶八成黄）、42 ℃（干球温度42 ℃结束时，叶片全黄）、48 ℃（干球温度 48 ℃结束时，烟筋全黄）、54 ℃（干球温度54 ℃结束时，叶片全干）和烤后（下文图表中表示68 ℃）取样。每次分别于烤箱内不同位置随机取24片，3次重复，剔除主脉和支脉，取叶中部用于各成分含量的测定。样品在100 ℃杀青5 min，之后60 ℃烘干、粉碎，过孔径 0.25 mm 筛，密封保存。

1.3 试验方法

1.3.1 化学成分测定 总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、蛋白质和氯含量采用连续流动法测定，依据标准分别为YC/T 159—2002、YC/T 216—2007、YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 173—2003、YC/T 249—2008和 YC/T 162—2002；采用高效液相色谱法（YC/T 382—2010）测定烟草中的质体色素含量；采用高效液相色谱法（YC/T 202—2006）测定烟草中的总酚含量。

1.3.2 中性香气成分含量测定 准确称取烟样25 g置于1000 mL平底烧瓶中，加入 350 mL蒸馏水、90 g氯化钠，将烧瓶放置于同时蒸馏萃取仪的左侧，在250 mL平底烧瓶中加入45 mL二氯甲烷，置于同时蒸馏萃取仪的右侧，待同时蒸馏萃取仪中出现分层，开始计时萃取2.5 h，结束后向试验所得的二氯甲烷萃取液中加入10 g无水硫酸钠，并干燥过夜。将干燥后的萃取液转移至浓缩瓶中浓缩至 1 mL，再加入10 μL内标乙酸苯乙醋（酯），即GC/MS分析液［26-27］。

GC条件：色谱柱为HP-5MS(60 m×0.25 mm× 0.25 μm)，载气为He，流速0.8 mL/min，进样口温度250 ℃；初始温度50 ℃，保持2 min，以2 ℃/min的速率升至120 ℃，保持5 min，然后再以2 ℃/min的速率升至240 ℃，保持30 min；分流比为1∶15，进样量为2 μL，质谱检测。

GC/MS条件：GC条件同上；传输线温度280 ℃，离子源温度177 ℃，电离能70 eV，载体为He，流速为0.8 mL/min，质量数范围为35~500 u，MS谱库为NIST 0.5aL。

1.4 数据处理

应用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理及作图，应用SPSS 21.0软件统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 烘烤过程中烟叶主要化学成分的动态变化

由表1可知，烤烟中重要的化学成分在烘烤过程中的变化差异较大。在烘烤过程中，钾、氯、烟碱含量没有明显的变化规律，在烤前与烤后烟叶中的含量没有显著差异。秦烟96烟叶中，还原糖和总糖含量随着烘烤的进行而持续增加，38 ℃前迅速上升，38 ℃以后缓慢上升，以烤后烟叶中含量最高；蛋白质含量在38 ℃之前迅速下降，之后又缓慢上升，以38 ℃时含量最低，烤前烟叶中含量最高；总氮含量随着烘烤的进行，变化起伏不定，但整体呈下降趋势；总酚含量以烤前烟叶中最低，随着烘烤的进行整体呈上升趋势，烘烤过程中没有明显的变化规律，在烤后烟叶中含量达到最高，比烤前烟叶中增加1.294个百分点；叶黄素和β-胡萝卜素含量在38 ℃前迅速下降，在38~42 ℃之间略有上升，之后呈现缓慢下降趋势，降解率分别达67.13%和74.03%。

表1 烘烤过程中烟叶主要化学成分含量

2.2 烘烤过程中烟叶香气物质含量变化

烤烟中的香气物质种类较多，根据香气前体物进行分类，将中性香气成分分为类胡萝卜素降解产物、芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应产物和叶绿素降解产物（新植二烯），另外根据本试验中的中性香气成分测定方法，还检测出几种其他种类的中性香气成分，暂归为其他类。表2为试验检测的各种中性香气物质成分含量。

表2 烘烤过程中烟叶中性香气物质成分含量变化 μg/g

2.2.1 烘烤过程中烟叶各类降解产物含量变化 由图1可以看出，类胡萝卜素类降解产物在烘烤过程中整体呈上升趋势。秦烟96烤前烟叶中类胡萝卜素降解产物含量为35.19 μg/g，之后略有下降；38~42 ℃该类香气物质含量迅速上升，42 ℃之后增加缓慢，在48 ℃时达到最高。根据数据显示，烤后烟叶中类胡萝卜素降解产物含量比烤前烟叶中增加了74.28%；在烘烤过程中形成的类胡萝卜素降解产物含量约占烤后烟叶中该类香气物质总量的42.62%；烤烟中该类香气物质总量占中性香气物质（除新植二烯）总量的57.80%。

图1 烘烤过程中烟叶各类香气物质的变化

根据图1所示，美拉德反应产物、芳香族氨基酸降解产物和新植二烯的含量变化趋势相同，在烘烤过程中均呈上升趋势，并在54 ℃时含量达到最高，且以烤前烟叶中含量最低。秦烟96烟叶中美拉德反应产物含量在烘烤过程中持续增加，其中以38~42 ℃间增速最快，在54 ℃前均表现为上升趋势，但在54 ℃之后略有下降。烤后烟叶中美拉德反应产物含量比烤前烟叶中增加了374.13%，烤烟中该类香气物质总量占中性香气物质（除新植二烯）总量的15.29%。烘烤过程是美拉德反应进行的关键时期，通过烘烤过程形成的美拉德反应产物含量占烤后该类香气物质总量的78.91%。烤后烟叶中芳香族氨基酸降解产物含量比烤前烟叶中增加了104.32%，在烘烤过程中形成的芳香族氨基酸降解产物约占烤后烟叶中该类香气物质总量的51.06%，烤烟中该类香气物质总量占中性香气物质（除新植二烯）总量的4.39%。在烘烤过程中形成的新植二烯含量约占烤后新植二烯总量的29.69%，烤后烟叶中该类香气物质含量比烤前烟叶中增加了42.22%，占中性香气物质（除新植二烯）总量的88.59%。

2.2.2 烘烤过程中其他香气物质动态变化 根据表3可知，在54 ℃之前，秦烟96烟叶中的面包酮含量缓慢上升，且在54 ℃时达到最高，之后迅速降低。秦烟96烟叶中愈创木酚含量整体呈上升趋势，但在烘烤过程中没有明显的变化规律。2,6-壬二烯醛含量在烘烤过程中没有明显的变化规律，以烤后烟叶中含量最高。烤后烟叶中藏花醛含量较烤前烟叶增加明显，但烘烤过程中变化起伏较大，在秦烟96烟叶中以54 ℃时含量最高。统计面包酮、愈创木酚、2,6-壬二烯醛及藏花醛4种香气物质总量在烘烤过程中的增加量占烤后烟叶中该类香气物质总量的30.57%；在烤后烟叶中4种香气物质总量比鲜烟叶中增加了43.92%，占中性香气物质（除新植二烯）的1.70%。

2.3 不同产区不同品种的烤烟香气物质与主要化学成分的相关性

由表4可知，烟叶中的香气物质与化学成分在烘烤过程中，表现出密切的相关性。在烘烤过程中，秦烟96烟叶中的还原糖、总酚、叶黄素和β-胡萝卜素含量与美拉德反应产物和其他类香气物质具有显著的相关关系；钾、氯含量与各类香气物质均呈现显著的相关关系，钾与其呈正相关，氯呈负相关；总糖、类胡萝卜素含量与美拉德反应产物、芳香族氨基酸降解产物、其他类香气物质、新植二烯及香气总量均具有显著的相关性；烟碱与其他类香气物质具有显著的正相关关系；蛋白质与香气物质没有明显的相关关系。

表3 烘烤过程中烟叶其他类香气物质的变化 μg/g

表4 烘烤过程中烟叶香气物质与主要化学成分含量的相关性

3 结论和讨论

随着秦烟96烟叶的烘烤，钾、氯和烟碱含量没有明显的变化规律；总糖、还原糖含量在38 ℃之前快速增加，之后增加缓慢；蛋白质和总氮含量在烘烤过程中呈现缓慢下降的趋势；叶黄素、β-胡萝卜素含量从开始烘烤到38 ℃之前迅速降低，烘烤后期下降速率缓慢。

在烘烤过程中，中性香气物质整体呈上升趋势；芳香族氨基酸降解产物和新植二烯含量在48 ℃前增加较快，之后较为稳定；烘烤过程中形成的各类香气物质含量平均占烤后烟叶中各类香气物质总量的52.58%，其中美拉德反应产物增量最高，占烤后美拉德反应产物总量的78.91%。

烘烤过程中总糖含量变化与香气物质含量的变化具有显著的正相关性，类胡萝卜素含量变化与香气物质含量的变化具有显著的负相关性，这反映了烘烤过程中淀粉水解、类胡萝卜素降解的过程。

综上，烘烤过程对于秦烟96品种的香气物质成分有一定影响，烘烤的关键温度点以及稳温时间对该品种的提质增香具有促进作用。