雪茄烟叶发酵过程中颜色变化与主要含氮化合物及评吸质量的关系

刘路路　郭文龙　胡希　丁松爽　向欢　叶小辛　黄明月　柴志顺　时向东

摘要：【目的】分析雪茄煙叶发酵过程中颜色变化与主要含氮化合物（总氮、烟碱、蛋白质、氨基酸、硝酸盐、亚硝酸盐、叶绿素a和叶绿素b）及评吸质量的关系，为提升雪茄烟叶发酵品质提供参考依据。【方法】以德雪1号上部叶为试验材料，采用人工堆积法进行发酵，测定发酵过程中雪茄烟叶颜色、主要含氮化合物及评吸质量的变化，探究烟叶颜色变化与主要含氮化合物、评吸质量的关系并建立动态变化预测方程。【结果】雪茄烟叶发酵过程中总氮、烟碱、蛋白质、氨基酸、叶绿素a、叶绿素b含量与颜色参数L*、a*、b*、C值均呈缓慢降低的变化趋势，发酵0～10 d雪茄烟叶含氮化合物降解速率较快，发酵25～30 d差异不显著（P>0.05），发酵30 d时，总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b含量分别降解18.8%、23.5%、42.5%、31.8%、42.2%和41.4%，L^*、a^*、b^*和C值分别为30.245、8.305、14.350和16.580。硝酸盐、亚硝酸盐含量和H0值呈先升高后降低的变化趋势，△E值呈缓慢上升的变化趋势，发酵30 d时，硝酸盐含量、亚硝酸盐含量、H0和△E值分别为5.78 mg/g、21.11 μg/g、30.060和62.303。发酵25 d时烟叶评吸质量较好，雪茄烟风格彰显，烟叶香气透发，烟气醇和感、饱满度和干净度明显提升，杂气和刺激性明显降低，余味舒适，烟气平衡感较好，各评吸指标均优于未发酵烟叶。相关分析结果表明，发酵过程中雪茄烟叶颜色参数与主要含氮化合物、评吸质量的相关性达显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）水平。回归分析结果表明，总氮、蛋白质、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b对发酵过程中雪茄烟叶颜色变化有直接影响，评吸质量与颜色参数关系密切。【结论】发酵过程中颜色参数与主要含氮化合物及评吸质量关系密切，通过建立发酵过程中评吸质量变化模型来提高雪茄烟叶发酵过程中的可控性，获得评吸质量较好的雪茄烟叶。

关键词： 雪茄烟叶;颜色参数;含氮化合物;评吸质量

中图分类号： S572                              文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2022）02-0497-08

The relationship between the color change of cigar tobacco leaf and the main nitrogen compounds and smoking quality

during fermentation

LIU Lu-lu GUO Wen-long HU Xi DING Song-shuang XIANG Huan YE Xiao-xin HUANG Ming-yue CHAI Zhi-shun SHI Xiang-dong

（1Sichuan China Tobacco Industry Co.， Ltd. Great Wall Cigar Factory， Deyang， Sichuan  618400， China; 2Tobacco College， Henan Agricultural University， Zhengzhou  450002， China; 3Sichuan Tobacco Company

Deyang City Branch， Deyang， Sichuan  618400， China）

Abstract：【Objective】To analyze the relationship between the color change and the main nitrogen compounds（total nitrogen，nicotine，protein，amino acid，nitrate，nitrite，chlorophyll a，chlorophyll b） and the quality of smoking during the fermentation process of cigar tobacco leaves，so as to provide a reference for the improvement of the fermentation quality of cigar tobacco leaves. 【Method】Using the upper leaves of Dexue No.1 as the test material，the artificial stacking me-thod was used for fermentation，and the changes in the color，main nitrogen compounds and the quality of smoking cigar tobacco leaves during the fermentation process were measured，and the relationship between these parameters was investi-gated to establish a dynamic predictive equation. 【Result】The contents of total nitrogen，nicotine，protein，amino acid，chlorophyll a，chlorophyll b and color parameters L*，a*，b*，and C values all showed a slow decreasing trend during the fermentation of cigar tobacco leaves. The degradation rate of nitrogen compounds was rapid and there was no significant difference between 25th and 30th days of fermentation（P>0.05）. After 30 days of fermentation，the contents of total nitrogen，protein，nicotine，amino acid，chlorophyll a and chlorophyll b were degraded by 18.8%，23.5%，42.5%，31.8%，42.2% and 41.4%，with L*，a*，b* and C values of 30.245，8.305，14.350 and 16.580，respectively. The contents of nitrate，nitrite and H0 showed a trend of first increasing and then decreasing，while the △E value showed a slow increasing trend. At 30th d of fermentation，the nitrate content，nitrite content，H0 and △E values were 5.78 mg/g，21.11 μg/g，30.060 and 62.303，respectively. All evaluation indicators of fermented tobacco were better relative to unfermented tobacco leaves. However，when fermented for 25 days，the quality of the tobacco leaves was better than at 30 days; the cigar style was prominent，the aroma of the tobacco leaves was clear，the mellowness，fullness and cleanliness of the smoke were significantly improved，the miscellaneous gas and irritation were significantly reduced，the aftertaste was comfortable and the smoke balance was better. The results of correlation analysis showed that the correlations between the color parameters of cigar tobacco leaves and the main nitrogen compounds and the quality of smoking during the fermentation process were significant（P<0.05） or extremely significant（P<0.01）. The results of regression analysis showed that the contents of total nitrogen，protein，amino acid，chlorophyll a and chlorophyll b had a direct impact on the color changes of cigar tobacco leaves during the fermentation process and the evaluation of smoking quality was closely related to the color parameters. 【Conclusion】The co-lor parameters in the fermentation process are closely related to the main nitrogen compounds and the quality of smoking. By establishing a model of the quality of smoking during the fermentation process，the controllability of the fermentation process of cigar tobacco leaves is improved and cigar leaves with better quality of smoking are obtained.

Key words： cigar leave; color parameter; nitrogen compound; smoking quality

Foundation items： National Natural Science Foundation of China（31700270）; Sichuan China Tobacco Industry Co.，Ltd. Major Project（ctx201902）

0 引言

【研究意义】烟叶颜色是烟草内在品质的外在表现（邓小华等，2011），也是烟草质量评价的重要指标之一，烟草栽培技术（时向东等，2005）、調制技术（邓弋戈等，2021）和发酵技术（张倩颖等，2020）对烟叶颜色有很大影响。当前依靠感官评吸对烟叶发酵程度判断已无法满足企业生产需求，因此，实现雪茄烟叶发酵品质快速、准确地判断，将推动雪茄产业快速发展。【前人研究进展】烟草中不同的含氮化合物对烟叶感官质量评价指标有着不同程度的影响。烟叶中含氮化合物含量对感官质量有明显影响（沈晗等，2017），烟叶蛋白质可增加烟气的劲头和苦味，蛋白质含量过高会产生烧焦羽毛味，影响抽吸品质（王瑞新，2003）。烟碱对抽吸时的生理强度影响较大，烟碱含量过高会增加烟气的刺激性（任梦娟，2020）。氨基酸是烟叶香气的重要前体物质，在一定范围内适当提高氨基酸含量有助于增加香气，同时氨基酸也是非酶棕色化反映的前体物质（史宏志，2011）。硝酸盐和亚硝酸盐对烟叶香味也有一定的影响，对烟叶安全和人类健康有不利影响（冯雨晴等，2019）。色度学的不断发展，促进了我国烟草行业对烟叶色度方面的研究，张长云等（2007）研究表明，烤烟的总氮、烟碱和蛋白质等化学成分指标与颜色参数相关性较强，说明颜色参数与烟叶内在化学成分密切相关。宋朝鹏（2010）探究烤烟烟叶成熟和烘烤过程中颜色变化与色素的关系，发现成熟烟叶叶绿素a、叶绿素b与颜色参数相关性明显。霍开玲等（2011）研究表明，烘烤过程中烟叶颜色参数值的变化与质体色素含量存在明显的相关性，可通过颜色参数的变化快速判断烟叶成熟度。王涛等（2012）研究密集烘烤过程中烤烟颜色参数、形态特征变化与其主要化学成分的关系，发现烤烟颜色参数与其形态和化学成分各指标的回归方程拟合度较好，烘烤过程中烟叶颜色参数的变化可定量预测形态和主要化学成分的变化。李生栋等（2017）研究发现，烟叶外观颜色参数与含氮化合物存在相关性，且不同种类含氮化合物对烟叶颜色变化的影响程度不同，可根据烟叶颜色参数变化精准预测烟叶内在含氮化合物含量的变化。【本研究切入点】目前，已有研究人员对雪茄烟叶调制过程中颜色参数的变化及机理进行了研究（卢绍浩等，2019;范宁波等，2020;赵松超等，2020），而雪茄烟叶发酵过程中颜色参数变化与烟叶发酵质量的关系研究较少。【拟解决的关键问题】探究雪茄烟叶发酵过程中颜色参数与主要含氮化合物及评吸质量的关系，旨在为快速判断烟叶发酵程度提供监测依据，也为今后雪茄烟叶定向发酵提供科学参考。

1 材料与方法

1. 1 试验环境及试验材料

试验于2020年7—8月在四川德阳烟叶中心进行，试验环境温度控制在（30±3）℃，湿度（72±3）%，以德雪1号上部二级未发酵的雪茄烟叶为试验材料。

1. 2 试验设计

试验采用堆积发酵法，发酵时烟叶回潮含水率为（29±1）%，烟堆长、宽、高分别为3.75、2.0和1.3 m。翻堆温度为50 ℃，烟叶按照上层翻到下层、外层翻到内层的原则进行翻堆（郭文龙等，2021）。发酵持续30 d，进行4次翻堆，从堆垛开始每隔5 d取一次样，每次取样2 kg，直至发酵结束。烟叶样品按照半叶法取样，其中一半样品在40 ℃干燥箱中烘干，粉碎后过60目筛，用于颜色参数和主要含氮化合物测定，另一半样品用于卷制评吸。

1. 3 测定项目及方法

1. 3. 1 颜色参数测定 测定前对色差仪进行校对（Long et al.，2017），取15 g样品烟末于压样器中压平（高辉等，2020），对L*（亮度值）、a*（红度值）和b*（黄度值）进行测定。测定完成后烟末打散重新压制测定，每个样品3次重复。按照公式计算C（饱和度）、H0（色相角）和△E（总色差值）（贺帆等，2014）。在一定程度上，△E值越大则所测样品颜色越深。

1. 3. 2 含氮化合物测定 采用烟草行业标准YC/T 161—2002测定总氮含量，YC/T 246—2008测定烟碱含量，YC/T 166—2003测定蛋白质含量，YC/T 282—2009测定氨基酸含量，YC/T 296—2009测定硝酸盐含量，叶绿素a和叶绿素b采用分光光度法测定（邹琦，2010）。

1. 3. 3 评吸质量评价 将烟叶样品卷制成4.33英寸长、35环径的雪茄烟支，并将烟支置于18 ℃、相对湿度70%的Binder恒温恒湿箱中养护。样品由四川中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂评吸专家完成，对烟叶香气特征、口感特性和燃烧特性等10个指标进行评价，评吸质量评价标准如表1所示。

1. 4 统计分析

利用SPSS 21.0和DPS 7.05对试验数据进行统计分析，并以Excel 2016制图。

2 结果与分析

2. 1 雪茄烟叶发酵过程中颜色参数的变化

雪茄烟叶发酵过程中颜色参数的变化趋势如表2所示，发酵前后颜色参数差异性显著（P<0.05，下同）。发酵过程中颜色参数H0值呈先上升后下降的变化趋势，△E值呈持续上升趋势，其余颜色参数值则呈持续降低趋势。发酵前期（0～10 d）颜色参数变化幅度相对较大，此时烟叶颜色为浅褐色;发酵中期（10～20 d）颜色参数变化幅度逐渐降低，烟叶颜色以褐色为主;发酵后期（25～30 d）颜色参数变化幅度最小，此时烟叶为深褐色。表明在一定时期内随发酵时间延长，雪茄烟叶颜色越来越深。

2. 2 雪茄烟叶发酵过程中含氮化合物的变化

2. 2. 1 总氮、烟碱、蛋白质和氨基酸含量的变化

由图1可知，4种含氮化合物含量在发酵过程中均随发酵时间推进呈逐渐下降的变化趋势，发酵前期（0～10 d）下降幅度较大，发酵后期（25～30 d）下降幅度较小。发酵前，总氮、蛋白质、烟碱和氨基酸含量分别为4.95、11.25、1.79和11.63 mg/g，发酵第30 d时，4种化学成分含量分别为4.02、8.61、1.03和7.93 mg/g，分别显著下降18.8%、23.5%、42.5%和31.8%。

2. 2. 2 硝酸盐和亚硝酸盐含量的变化 由图2可看出，雪茄烟叶发酵过程中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化差异显著，均呈先升高后降低的变化趋势。发酵0～15 d硝酸盐和亚硝酸盐含量呈逐渐上升趋势，2种化学成分发酵至第15 d含量达最大值，分别为9.49 mg/g和27.74 μg/g;发酵15～30 d硝酸盐和亚硝酸盐含量呈逐渐下降趋势，其中发酵15～20 d下降最快，发酵30 d时硝酸盐和亚硝酸盐含量分别为5.78 mg/g和21.11 μg/g，显著低于未发酵的雪茄烟叶。

2. 2. 3 叶绿素a和叶绿素b含量的变化 由图3可知，雪茄烟叶发酵过程中叶绿素a和叶绿素b含量均呈逐渐降低趋势，其中在发酵0～10 d下降较快，发酵25～30 d变化较缓慢且差异不显著。发酵第30 d时，叶绿素a和叶绿素b含量均显著低于未发酵的雪茄烟叶，整个发酵过程中叶绿素a含量降低42.2%，叶绿素b含量降低41.4%。

2. 3 雪茄烟叶发酵过程中评吸质量的变化

由表3可知，未发酵的雪茄烟叶评吸时香气不透发，烟气不醇厚，香气质稍差，香气量不足，烟气劲头、浓度适中，有残留余味不舒适，杂气和刺激性稍大，吃味稍差。发酵过程中烟葉香气的醇香感、烟气的醇和感和余味的醇净感均有不同幅度提升。发酵25 d左右，雪茄烟风格彰显，烟叶香气透发，烟气醇厚，杂气和刺激性较小，余味舒适，烟气平衡感较好。

2. 4 雪茄烟叶发酵过程中颜色变化与含氮化合物的关系

由表4可知，发酵过程中雪茄烟叶含氮化合物与颜色的关系较密切。颜色参数L^*、a^*、b^*和C值分别与总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b之间呈极显著正相关（P<0.01，下同），H⁰和△E值与总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b之间呈极显著负相关。

在相关分析的基础上，选用颜色参数L^*、a^*、b^*和△E值为因变量，总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b为自变量进行回归分析，并筛选出相对应的回归方程：Y_L*=19.889-2.489X_总氮-0.164X_蛋白质+ 1.957X_氨基酸-0.074X_叶绿素a+0.108X_叶绿素b（R²=0.968）;Y_a*=8.917-0.437X_总氮-1.144X_蛋白质+0.429X_氨基酸-0.033X_叶绿素a+0.084X_叶绿素b（R²=0.970）;Y_b*=7.997-2.064X_总氮-1.733X_蛋白质+2.800X_氨基酸-0.030X_叶绿素a+0.080X_叶绿素b（R²=0.992）;Y_△E=68.590+1.407X_总氮+0.106X_蛋白质-1.037X_氨基酸+0.085X_叶绿素a-0.106X_叶绿素b（R²=0.973）。

由上述分析可知，总氮、蛋白质和叶绿素a对L*、a*和b*值有较强的直接负向影响，氨基酸和叶绿素b对L*、a*和b*值有直接正向影响;总氮、蛋白质和叶绿素a对△E值有直接正向影响，氨基酸和叶绿素b对△E值有负向影响。方差分析结果表明，总氮、蛋白质、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b对雪茄烟叶颜色影响较大。

2. 5 雪茄烟叶发酵过程中颜色参数与评吸质量的关系

雪茄烟叶发酵过程中颜色参数与评吸质量的关系如表5所示，H⁰、△E值与10个评吸指标间呈显著或极显著正相关，而其余颜色参数与10个评吸指标均呈极显著负相关。根据蔡宪杰等（2020）研究中的赋值法，德阳雪茄烟叶发酵过程中颜色参数a*、b*和C值在一定范围内越小，△E值越大，表明烟叶的香气特性、口感特性、烟气特性及燃烧特性越好，雪茄烟叶品质得到有效提升。

以雪茄烟叶发酵过程中6个颜色参数值为自变量，10个评吸指标为因变量进行回归分析，筛选出以下方程：

Y_香气质=2.524+0.086X_L*-0.470X_a*+0.105X_H0+0.029X_△E（R²=0.903）

Y_浓度=47.658-0.465X_L*+0.095X_a*+0.154X_H0- 0.525X_△E（R²=0.977）

Y_刺激性=-60.839-0.033X_L*+0.997X_a*-0.110X_H0+1.001X_△E（R²=0.956）

Y_吃味=-65.073+0.341X_L*+0.170X_a*+0.948X_△E（R2=0.951）

上述分析表明，顏色参数L*、a*和△E值对香气质、浓度、刺激性和吃味影响较大，H0值对香气质、浓度和刺激性影响较大。根据L*、a*、H0和△E赋值方法，可知L*值对香气质和吃味有正向影响，对浓度和刺激性有负向影响;a*值对香气质有负向影响，对浓度、刺激性和吃味有正向影响;H0值对香气质和浓度有正向影响，对刺激性有负向影响;△E值对烟气浓度具有负向影响，对烟叶的香气质、刺激性和吃味有正向的积极影响。

3 讨论

烟叶化学成分的降解和转化是颜色变化的主要原因，说明发酵过程中烟叶颜色参数变化与内在化学成分的变化息息相关（王瑞新，2003）。本研究结果表明，总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b含量随发酵时间的延长而降低，且均在发酵前期下降幅度较大，可能是发酵前期温度较高，烟叶内含物质剧烈反应，且翻堆过程中增加了烟叶与氧分子的接触，促进含氮化合物的降低和转化。硝酸盐和亚硝酸盐含量在发酵过程中先升后降，可能是由于一部分挥发性的含氮化合物分解产生氨气，氨气散失到空气中从而使硝酸盐和亚硝酸盐含量相对增加，后期的下降可能是由于硝酸盐和亚硝酸盐产生的NOx与生物碱发生亚硝化反应（王瑞云等，2014）。

本研究中，发酵过程中颜色参数L*、a*、b*、C值与总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a、叶绿素b含量的变化趋势相似。相关分析结果表明，L*、a*、b*、C值与总氮、蛋白质、烟碱、氨基酸、叶绿素a和叶绿素b含量含量呈极显著正相关，说明发酵过程中烟叶颜色的变化与主要含氮类化合物蛋白质、氨基酸、叶绿素a、叶绿素b含量密切相关，与贺帆等（2014）研究在烘烤过程中烟叶颜色变化与主要化学成分关系的结果一致。发酵前期颜色参数变化幅度相对较大，一部分原因是发酵前期叶绿素a和叶绿素b含量相对较高，质体色素降解和转化使烟叶颜色参数变化较大，另一部分原因是氨基酸与糖类发生美拉德反应（王荣浩等，2019），生成类黑素，使烟叶颜色参数变化幅度较大。

雪茄烟叶发酵过程中除H0和△E值外，其余颜色参数与10个评吸指标均呈极显著负相关，回归分析结果表明雪茄烟叶颜色参数指标与评质量关系密切。发酵25 d左右雪茄烟叶颜色为深褐色，烟叶评吸质量最好，此时颜色参数L*、a*、b*和C值分别为30.566、8.469、14.530和16.818，H0值为30.235、△E值为62.053。尽管发酵是影响雪茄烟叶的重要因素，但影响雪茄烟叶质量的因素较多，可通过合理控制栽培密度、单株留叶数和施肥量提高烟叶采收成熟度，在雪茄烟叶发酵或醇化过程中添加一些酶和微生物，能有效调控烟叶醇化和发酵时间，提高烟叶质量和安全性（李秀妮等，2019）。

4 结论

发酵过程中颜色参数与主要含氮化合物及评吸质量关系密切，通过建立发酵过程中评吸质量变化模型来提高雪茄烟叶发酵过程中的可控性，获得评吸质量较好的雪茄烟叶。以发酵25 d左右雪茄烟叶评吸质量最好，烟叶香气透发，烟气醇厚，可燃吸指标平衡感较好，此时雪茄烟叶颜色为深褐色。

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（责任编辑 罗 丽）