密集烘烤定色前期升温速度阈值与挂灰烟成因分析

张豹林,白 涛,韩 岗,尹光彬,王 娅,刘 芳,李紫燃,彭瑞琦,刘彦方,陈俊良,吴 彪,陈 彪,夏龙江,杨 建,蒋利明,唐荣禄,杨 晴,张 钊

(云南省烟草公司曲靖市公司,云南曲靖 655000)

密集烘烤作为一种简约化烘烤技术,具有节本降耗和提质增效的优点,是我国当前烤烟烘烤的发展方向之一[1-2]。不合理的烘烤工艺会导致烟叶出现含青、挂灰、品质降低等情况,难以满足“中式卷烟”的原料需求[3],影响我国卷烟的高质量发展。因此,优化密集烘烤工艺,提高烟叶质量是当前关注的重点[4]。烟叶烘烤调制过程中,烟叶内化学成分不断发生转化并趋于协调,是烟叶风格质量特色形成的关键环节[5-6],不同的烘烤条件对烤后烟叶的风格特点有着重大的影响[7-9]。在实际生产中,由于上部烟叶较厚或者成熟度不高,更容易受到烘烤工艺的影响[6]。烤烟三段式烘烤过程分为变黄期、定色期和干筋期3个主要阶段[10]。其中定色期是烟叶内部生理变化的关键时期,在此期间,烟叶变黄后的色泽和优良品质性状及时固定以增进烟叶香气[6],对烟叶品质的影响最为关键。因此,在定色阶段不适当的烘烤工艺会严重影响烟叶的质量和可用性。研究表明,通过定色期升温速度来调节烟叶内部各种生理生化反应,可以使烟叶的内在品质继续朝着较好的方向发展变化[2]。定色前期升温速度是指烟叶变黄结束(黄片青筋、勾尖卷边,多指42 ℃结束)升温至46～48 ℃时的升温速度,是影响烤烟品质形成的关键因素[11]。在烟叶在变黄结束时,由于同炉烟叶素质不同,烟叶变黄存在一定差异性,此时升温速度过快,变黄偏慢的烟叶易烤青(基部含青、青筋),烟叶素质较差的部分则易出现挂灰。同时,在烘烤过程中,定色期不同升温速度影响烟叶化学物质的转化与平衡[12]。袁芳等[13]通过调整定色期升温速度实现了烟叶品质的提高。詹军等[14]研究发现,定色期合理的升温速度能够显著改善上部烟叶化学成分的协调性。黄飞燕等[15]认为,定色期升温速度为2 h/℃时,烟叶经济性状最好,上部烟叶外观质量、内在化学成分协调性以及感官质量均显著改善。因此,研究适宜曲靖烟叶定色前期升温速度阈值,对显著降低烟叶青杂比例具有重要研究意义。

烟叶在定色阶段升温速度过快会造成热挂灰或烤青,但目前就造成烤坏烟的具体升温速度尚未报道。因此,该研究以曲靖上部烟叶为材料,开展了定色前期不同升温速度研究,明确造成挂灰烟的定色前期升温速度阈值和定色前期最适宜升温速度,以期为密集烤房烘烤过程温湿度参数智能预警和精准烘烤技术研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料、地点试验地点为曲靖市烟草公司烟叶烘烤培训基地(麒麟三宝),供试品种为云烟97,采用气流上升式模拟烤烟箱。选取大田管理规范、个体与群体生长发育协调一致、落黄均匀烟田的上部(15～17叶位)烟叶。

1.2 试验方法烘烤过程按照拟合的烘烤工艺曲线执行,在42 ℃下大部分烟叶黄片青筋(允许叶基部略微含青)、勾尖卷边时,升至48 ℃,设置4个升温速度处理(表1)。

表1 升温速度处理

1.3 测定项目及方法待烟叶烤干后,按照烤坏烟叶等级鉴定方案统计各处理的烤后烟叶主要烤坏烟类型、程度和比例的片数。取具有代表性的烤后烟叶2 kg用于常规化学成分、致香物质和感官质量的检测以及评价。

1.3.1烟叶外观质量鉴定。由云南省烟草公司曲靖市公司质检站组织分级专家采用GB 2635—1992标准对烤后烟叶进行外观质量评价[16],统计各处理烤后烟叶的上中等烟比例。

1.3.2主要化学成分测定。由云南三标农林科技有限公司采用流动分析法[17]测定烟叶中的总糖、还原糖、总氮(N)、烟碱、氧化钾(K2O)、氯离子(Cl-)、淀粉、蛋白质的含量。

1.3.3香气成分的测定。由云南三标农林科技有限公司使用二氯甲烷萃取烟叶中的致香物质,并使用旋蒸漏斗将溶液浓缩至1 mL,利用气相色谱-质谱法(GC-MS)进行香气质的分析[18]。

1.3.4感官质量的评价。由云南三标农林科技有限公司组织评吸专家对烤后烟叶进行感官质量评价。

1.4 数据分析所有数据均采用 Microsoft Excel 2013进行统计和计算。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤后烟叶含青的影响由表2可知,不同定色前期升温速度对烤青烟数量和程度有一定的影响。随着升温速度的增快,烤青烟叶数量和烤坏烟程度呈明显上升趋势;对比常规DZ3处理(2 h/℃)和DZ4处理(3 h/℃),DZ4升温速度较慢,但烤青烟叶比例略有增加,推测可能是由于鲜烟叶素质之间存在一定差异导致的。DZ2处理(0.5 h/℃),烟叶出现少量含青,烤青比例为4.85%;而升温速度提高至0.3 h/℃时,烟叶烤青程度和比例显著增加。

表2 烤青烟叶等级鉴定

2.2 不同处理对烤后烟叶挂灰的影响为探索定色前期不同升温速度处理烤后烟叶对挂灰的影响,该研究对不同处理对烤后烟叶挂灰的数量和程度进行了统计分析。结果如表3所示,随着升温速度的增快,挂灰烟叶比例和程度大致呈上升趋势,DZ2处理(0.5 h/℃)烤后烟叶挂灰烟比例和程度开始较常规DZ3处理显著增加。挂灰比例最高的处理为DZ1,最低的为DZ3, DZ4处理较DZ3处理略有增加。

表3 挂灰烟叶等级鉴定

2.3 不同处理对烤后烟叶经济性状的影响影响烟叶经济性状的因素很多,为探索不同定色前期升温速度对烤烟经济性状的影响,对不同处理烤后烟叶经济性状进行分析,由图1可知,随着升温速度的增快,烤后烟叶上中等烟比例和均价均呈整体下降趋势。其中,DZ1处理上等烟比例和均价最低,分别为7.09%和11.21元/kg;DZ3处理上等烟比例和均价最高,分别为71.73%和22.63元/kg。

图1 不同处理烤后烟叶经济性状Fig.1 Economic characters of flue-cured tobacco leaves with different treatments

2.4 不同处理对烤后烟叶常规化学成分的影响为探索不同定色前期升温速度对烤烟化学成分的影响,该研究在DZ1、DZ2、DZ3、DZ4 4个处理条件下的烤烟化学成分进行统计分析,如表4所示,不同处理烤后烟叶常规化学成分无明显规律。总体分析,DZ3处理下烟叶化学成分协调性较好,升温速度过快和过慢,总糖和还原糖均有所降低;淀粉和蛋白质随着升温速度的增快,含量呈增加趋势。

表4 烤后烟叶常规化学成分

2.5 不同处理对烤后烟叶香气物质的影响香气物质是影响烤烟品质的重要因素之一,为探索不同定色前期升温速度是否对烤后烟叶香气物质有影响,该研究设置了4个处理,并且取各处理烤后烟叶检测香气成分,共检出64种香气成分,其中中性香气成分57种、酸性香气成分2种、碱性香气成分5种。香气含量较高的有新植二烯、茄酮、西柏三烯二醇、棕榈酸等。

2.5.1不同工艺处理对烤后烟叶中性香气成分含量的影响。中性香气成分是烤烟中种类最多、最主要的香气成分。由表5可知,在该研究中,烤后烟叶的中性香气表现为DZ1>DZ3>DZ2>DZ4。新植二烯是叶绿素的降解产物,对中性致香物质有巨大贡献。在该研究中,烤后烟叶测得的中性香气成分中,新植二烯的含量最高,并且新植二烯的变化规律也呈现为DZ1>DZ3>DZ2>DZ4,与中性香气的总含量变化规律相一致。

表5 不同升温速度烤后上部烟叶中性香气物质含量

2.5.2不同工艺处理对烤后烟叶酸性香气成分含量的影响。烤烟中的酸性香气主要来自挥发性有机酸,对烟叶的香气质起着非常重要的作用。在该试验中,烟叶的酸性香气成分和含量如表6所示,DZ3处理下烟叶酸性香气物质含量最高,DZ2处理下烟叶酸性香气物质含量最低。表明适宜的升温速度有利于酸性香气成分的形成。

表6 不同升温速度烤后上部烟叶酸性香气物质含量

2.5.3不同工艺处理对烤后烟叶碱性香气成分含量的影响。烤烟中的碱性香气成分含量虽然较低,却能够赋予烟叶浓香的特征,因此测定烤烟中碱性香气成分含量对烟叶香气特征具有重大意义。在该研究中,碱性香气具体成分以及含量如表7所示,表现为DZ2>DZ4>DZ1>DZ3。

表7 不同升温速度烤后上部烟叶碱性香气物质含量

3 结论与讨论

烟叶烘烤是烟叶内部大分子物质不断分解、氧化,小分子物质不断形成的一个复杂过程[19]。烟叶烘烤定色期升温速度过快,进而缩短了烟叶变黄时间,导致烟叶内在大分子物质转化、分解不够充分[20],最终在一定程度上降低了烟叶的香气物质含量,增加了烟叶的杂气和刺激性,大大降低了烟叶抽吸过程中的体验感[21-22]。同时,如果升温速度较慢,变黄时间过长,则会导致烟叶所含物质过度消耗,最终导致烤后烟叶内在化学成分不协调,香气量不足,抽吸品质变差[23]。因此,优质烤烟的前提和基础是要保证适宜的变黄时间[24-26]。在烘烤过程中,不同的定色期升温速度,对烤烟内在化学成分的协调性、香气物质含量和感官抽吸品质表现出不同的影响[10]。因此,在烘烤过程中,最佳的变黄程度、最佳的转火升温速度对于提高烟叶的烘烤质量具有重要意义[27]。

该研究通过对定色前期升温速度设置4个处理,并对烤后烟叶含青和挂灰、经济性状、常规化学成分、香气成分和感官质量等进行综合分析。结果表明,适当延长升温时间,尤其当升温速度在2～3 h/℃时,烟叶颜色、身份、组织结构等外观质量有很大的改善,上等烟和中上等烟比例显著提高,化学成分趋于协调,香气量增加,抽吸品质提高。因此密集烘烤过程定色前期(42 ℃结束至46/47/48 ℃)最适宜的升温速度为2～3 h/℃;升温速度快于1 h/℃时,烤后烟叶含青比例增加,内在质量下降;因此,定色前期升温速度预警值宜设置为2 h/℃,即上部叶升温时间不低于12 h。