不同炒制程度糊米水发酵对雪茄烟叶化学成分和香味品质的影响

张炳峰，赵园园，秦艳青，任梦娟，张蓝月，曾代龙，张瑞娜，雷云康，史宏志*

1. 河南农业大学烟草学院 烟草农业减害研究中心，郑州市金水区文化路95 号 450002

2. 四川省烟草公司，成都市高新区世纪城路936 号 600041

3. 四川中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂，四川省什邡市经济开发区蓥华山路南段128 号 618400

4. 四川省烟草公司德阳市公司，四川省德阳市旌阳区长江东路176 号 618000

雪茄是一种特殊的烟叶制品，多为纯手工卷制，主要原料为雪茄风格较为明显的晾晒烟，具有香气醇厚馥郁、吃味香苦透甜、劲头大、满足感强的特点［1］。当年收获调制后未经发酵或陈化的烟叶烟气粗糙，香气质和香气量不足，杂气较重，刺激性较大［2］，不适用于工厂加工制造雪茄，必须经过3～5周的高温发酵、18～36 个月的醇化，以改善其吸食品质和加工性能［3］。雪茄烟叶发酵是雪茄加工过程中的重要环节，烟叶通过酶和微生物的作用，使烟叶内含物质发生一系列生化反应，进一步转化或分解，香味成分增加，吸食品质提高。目前的发酵方式主要分为自然发酵和人工发酵两种。人工发酵具有发酵周期短、成本相对低的优点，因此工业企业多采用人工发酵烟叶的方法。人工发酵方法主要有堆积发酵法、装箱发酵法、压力发酵法、蒸汽发酵法和糊米水发酵法等［4］。目前已有研究表明，烟叶发酵后其化学成分、香气物质含量变化明显，感官质量及安全性都有较大提高［5］，烟叶还原糖、蛋白质、烟碱和总氮含量均降低［6］，香气物质含量较发酵前有不同程度增加［7］。此外，加料发酵在改善烟叶品质、提高烟叶工业可用性方面效果更明显［8］。外源添加植物乳杆菌［9］、米曲霉和黑曲霉发酵烟叶，可显著降低烟叶淀粉含量，明显改善燃吸品质，显著提高感官质量［10］。四川什邡是我国雪茄烟的重要生产基地，生态优势明显，雪茄种植历史悠久，尤其是特有的糊米水发酵工艺，对什邡雪茄风格特色的形成起到了重要作用。糊米水发酵是一种传统的人工添加物料的发酵方法，主要流程是在铁锅中将大米炒焦，而后加水熬煮成糊米水，将糊米水过滤冷却后浸泡烟叶，最后进行码堆发酵［11］。目前雪茄烟叶糊米水发酵仍然依靠经验进行操作，工艺流程尚不规范，糊米水特色发酵的机理尚不清楚，不利于优质特色发酵工艺的完善。因此，设置了不同炒制程度的糊米水处理雪茄烟叶发酵试验，并分析发酵过程中烟叶化学成分和香气物质的变化，旨在为优化糊米水发酵工艺、进一步彰显四川雪茄烟叶风格特色及提高雪茄烟叶品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烟叶为什烟1号（S1）（中部二级）、德雪1号（D1）（中部二级），均为2021年四川德阳市种植和调制后品质均匀一致的烟叶，由四川省德阳市烟草公司提供。调制方式为晾制（烟叶采收后采用晾棚晾制，晾制温湿度为当地自然环境温湿度）。大米为本地粳米。

1.2 试验设计

1.2.1 糊米水的制作

以m（烟叶）∶m（大米）=10∶1 称取大米3 kg，待铁锅预热至200 ℃时将大米放入铁锅中炒制并开始计时，达到设定炒制时长时停止。糊米炒制后随即转移到已准备好的热水锅内。以炒制前大米质量计糊米质量，糊米和水以1∶3（质量体积比，g/mL）的比例在锅中熬煮10 min 左右，最终得到的糊米水呈深褐色、带黏性，将其过滤、冷却。使用波美度比重计（冀州市耀华器械仪表厂）测定制作成的糊米水溶液质量浓度，将其调至8%左右。根据大米不同的炒制程度设置3个处理，以清水作为对照（CK），见表1。

表1 糊米炒制程度试验设置Tab.1 Experimental design for frying rice

1.2.2 烟叶处理与发酵

试验于2021年在四川省烟草公司德阳市公司的发酵仓库内进行。将烟叶样品混匀后扎把，浸泡在清水及不同处理的糊米水中，使糊米水充分沾湿烟叶，浸泡处理1 min 后取出，将烟叶倒置控制含水率在30%左右。挂牌标记，将标记好的样品烟叶分散放置在烟堆内不同位置，采用堆积发酵法发酵。在烟堆内不同位置处放置温湿度自动记录仪，当堆垛内温度达到45～50 ℃时进行翻堆。按照上翻下、内翻外的原则，将烟叶重新堆垛，整个发酵过程28 d，共翻堆3～4次。发酵环境温度为25～30 ℃，相对湿度70%～80%。发酵开始后定期从固定位置取样，直至发酵结束。

1.2.3 取样

取未发酵烟叶，叶片充分混匀作为处理前样品。之后按照温湿度要求及不同处理发酵时长，分别在0、7、14、21 和28 d 取样为发酵过程中样品。烟叶取样后进行冻干处理，密封保存，用于各项指标的测定，并对发酵前后样品进行感官质量评价。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 发酵烟叶样品的常规化学成分测定

采用连续流动分析仪（AA3，德国布朗卢比公司），按照标准YC/T 159—2019［12］方法测定总糖和还原糖含量（质量分数）；按照标准YC/T 161—2002［13］方法测定总氮含量；采用乙醇提取，蒽酮比色法测定淀粉含量［14］；按照标准YC/T 166—2003［15］方法测定总蛋白质含量；采用气相色谱质谱联用仪，按照标准YC/T 559—2018［16］方法测定烟碱含量。

1.3.2 发酵烟叶样品中性香气物质测定

中性香气成分前处理采用水蒸气蒸馏-二氯甲烷溶剂萃取法，所得样品使用GC/MS 气质联用仪（7890A-5975C，美国安捷伦科技公司）进行分析，采用内标法（硝基苯）定量［17］。

1.3.3 发酵烟叶样品感官质量评价

将不同处理的烟叶卷制成单料烟，由四川中烟工业有限责任公司具备烟草行业评吸资质的9名雪茄工业企业评吸专家组成评吸小组，对糊米水发酵后烟叶进行感官质量评吸鉴定，并对烟叶香气质、香气量、浓度、细腻性、杂气、劲头、刺激性、余味和甜润感等9项指标采用9分制进行打分。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件进行制图和数据统计分析，采用IBM Statistics SPSS 22.0 软件对数据进行相关分析和方差分析，采用LSD 法进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同炒制程度糊米水发酵对烟叶常规化学成分含量的影响

如表2、表3 所示，两个品种的烟叶发酵过程中化学成分含量变化规律基本一致。糊米水处理后烟叶总糖、还原糖和淀粉含量显著提高，随着发酵的进行，烟叶总糖、还原糖和淀粉含量逐渐降低。在发酵的0～14 d，烟叶总糖、还原糖和淀粉含量下降显著；在发酵的14～28 d，烟叶总糖、还原糖和淀粉含量下降速率趋于平缓；各处理发酵28 d 后，烟叶总糖、还原糖和淀粉含量均高于发酵前。其中，T3 处理发酵后，总糖和还原糖含量增幅最小；T2处理发酵后，淀粉含量增幅最小。CK 发酵过程中，总糖、还原糖和淀粉含量均呈下降趋势，且降幅平缓。

表2 不同处理发酵过程中什烟1号烟叶化学成分含量的变化①Tab.2 Contents of chemical components in Shiyan No. 1 tobacco leaves during the fermentation under different treatments

表3 不同处理发酵过程中德雪1号烟叶化学成分含量的变化Tab.3 Contents of chemical components in Dexue No. 1 tobacco leaves during the fermentation under different treatments

各处理烟叶总氮和烟碱含量显著降低，尤其在发酵前、中期降低较多。在发酵的0～14 d，烟叶总氮和烟碱含量显著下降；在发酵21 d之后，烟叶总氮和烟碱含量下降速率趋于平缓。CK发酵过程中，总氮和烟碱含量降低幅度较小。与CK相比，糊米水处理发酵后其降幅更大，且糊米炒制程度越重，发酵后烟叶总氮和烟碱含量越低。处理间相比表现为T3＞T2＞T1，T3处理发酵后烟叶总氮含量较发酵前分别降低25.05%（S1）和21.78%（D1），烟碱则降低34.47%（S1）和43.66%（D1），显著低于T1、T2 处理。各处理发酵后烟叶蛋白质含量显著降低，前中期降低速率较快，发酵14 d 后趋于平稳，其中T3 处理发酵后蛋白质含量降低最多。

糊米水处理后，烟叶总糖、还原糖和淀粉含量显著升高，随后在发酵过程中逐渐下降，发酵后含量显著高于发酵前；总氮和烟碱含量随着糊米炒制程度加重，降低幅度越大，发酵后含量越低；发酵后蛋白质含量显著降低。

2.2 不同炒制程度糊米水发酵对烟叶中性香气成分含量的影响

两个品种烟叶不同处理发酵前后的中性香气成分含量如表4 所示，共检出31 种对烟叶香气成分有所影响的中性香气物质。按香气前体物的不同，可分为类胡萝卜素降解产物、芳香族氨基酸降解产物、棕色化反应产物、西柏烷类降解产物和叶绿素降解产物。不同类别的香气物质变化趋势不同，烟叶样品中含量最高的中性香气成分是新植二烯，约占中性香气成分总量的50%以上，新植二烯含量的降低是导致中性香气物质总量较低的主要原因。除新植二烯外，其他各类香气成分中类胡萝卜素降解产物总量最多，其中含量较高的是巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮4 和法尼基丙酮，糊米水发酵后这3 种物质含量升高，T2 处理发酵后类胡萝卜素降解产物总量相对较高。与发酵前相比，经过糊米水发酵后西柏烷类降解产物茄酮含量显著升高。芳香族氨基酸降解产物总量在发酵后显著升高，其中含量较高的是苯乙醛和苯乙醇。棕色化反应产物总量较少，T2 处理发酵后含量显著高于其他处理。综合分析可知，糊米水发酵前后除新植二烯总量降低以外，其他香气成分总量显著升高。对于两个品种的烟叶而言，均是T2 处理后中性香气成分总量显著高于T1和T3处理。

表4 不同处理发酵后烟叶中性香气成分含量①②Tab.4 Contents of neutral aroma components in different fermented tobacco leaves（μg/g）

2.3 不同炒制程度糊米水发酵对烟叶感官质量的影响

两个品种烟叶在发酵后烟叶感官质量评价如表5所示。糊米水发酵后的烟叶香气质变好，香气量和浓度显著增大，烟气较为细腻柔和，余味舒适，甜润感显著增强，杂气、劲头和刺激性显著降低。与发酵前烟叶相比，S1 品种的T1、T2、T3 处理的香气质、劲头、刺激性、余味和甜润感得分，CK、T1、T2、T3处理的香气量、浓度、细腻性和杂气得分差异显著（P＜0.05）；D1 品种的T1、T2、T3 处理的香气质、香气量、杂气得分，CK、T1、T2、T3 处理的浓度、细腻性、劲头、刺激性、余味得分以及T2 处理的甜润感得分差异显著（P＜0.05）。两个品种烟叶各处理当中，均是T2处理各项指标得分最高。

表5 不同处理发酵后烟叶的感官质量比较①②Tab.5 Sensory quality of different fermented tobacco leaves（分）

3 讨论

糊米水发酵对雪茄烟叶品质改善明显，但大米炒制程度差异会导致糊米水最终内含物质含量差异，进而影响处理发酵后烟叶的最终品质。本研究结果表明，对照组烟叶糖含量在发酵过程中持续降低，这是因为在发酵过程中，微生物的作用以及叶片细胞消耗糖类物质，致使雪茄烟叶糖含量低于烤烟［1］，同时糖类物质受氧化作用以及发生棕色化反应等致使其含量逐渐下降［18］；糊米水处理后烟叶的总糖、还原糖和淀粉含量大幅增加，在发酵过程中逐渐下降，发酵后含量显著高于发酵前。这与普通发酵方式中烟叶糖含量的变化规律不同［19-20］，原因可能是大米中富含的主要营养物质为糖类、淀粉等［21］，制成糊米水后处理烟叶，会使烟叶中糖类、淀粉含量升高，虽然在后续发酵过程中有所消耗，但发酵后的烟叶总糖、还原糖和淀粉含量仍处于较高水平。总氮含量的变化规律与烟碱相同，在发酵过程中均呈降低趋势，因为在发酵的高温环境下，一部分挥发性含氮化合物分解为氨类物质，并通过空气的流通进一步挥发［22］，也是发酵环境中氨味较重的原因之一。这与赵奕熹［23］的研究结果一致，说明糊米水发酵有助于降低烟叶的烟碱和总氮含量。发酵后烟碱含量的降低，可能是因为其在发酵过程中氧化降解，与硝酸盐类物质发生亚硝化反应进而生成烟草特有亚硝胺（TSNAs）等［24］，还可能被一些以烟碱为底物的微生物分解［25］。蛋白质在发酵过程中分解为氨基酸，并进一步参与到香气物质形成的化学反应中［23］，因此其含量降低。

烟叶香气成分是反映烟叶及其制品品质的重要指标。在发酵过程中，糖类物质与氨基化合物间发生棕色化反应［26］、氨基酸和生物碱反应生成氧化衍生物［27］、大分子物质降解为挥发性香气物质等过程都在形成香气物质。有研究表明，西柏烷类降解产物和类胡萝卜素降解产物作为重要的中性致香成分，其含量的积累对于香型风格的形成和内在品质的提升具有促进作用［28］。本试验中，糊米水发酵后烟叶中西柏烷类降解产物总量和类胡萝卜素降解产物总量显著高于发酵前及对照组烟叶，其中茄酮（新鲜胡萝卜香味，增加烟草香气，使烟气醇和细腻［26］）、巨豆三烯酮类（甘甜香气，改善烟香，掩盖杂味［26］）、β-大马酮（木香、花香、果香和甜香［26］）、法尼基丙酮（甜的青烤烟味［26］）和二氢猕猴桃内酯（轻凉爽、消除刺激性）含量增加。芳香族氨基酸降解物中苯甲醛（杏仁香、樱桃香［26］）、苯乙醛（花香、皂香，强烈［26］）、苯甲醇（弱花香，平和［26］）、苯乙醇（甜、玫瑰花香［26］）含量增加。棕色化反应产物虽然总量低微，但对香味的形成至关重要［29］，其中糠醛（甜，面包香、黄油香［26］）、5-甲基糠醛（甜，增加浓度［26］）、2-乙酰基吡咯（坚果、烤甜、焦甜香［26］）、糠醇（谷香、油香，增加浓度［26］）含量相对较高，在糊米水发酵后均有所增加。在所有香气物质成分中，新植二烯（增进烟叶吃味和香气，降解转化形成致香成分［26］）占比最高，其含量的降低是导致中性香气物质总量降低的主要原因，可能是由于糊米水的加入促进了微生物的活动，加速了其进一步的降解。大米中富含的淀粉、蛋白质、脂肪等大分子化合物在炒制和糊化过程中可降解成为小分子物质，其中包括糖类、氨基酸等［30］。这些物质一方面可为微生物活动提供基质，另一方面在加热过程中可产生糖-氨基酸缩合物，进一步降解转化为挥发性香味成分，进而直接或间接影响发酵烟叶的香味品质。另外，大米中含有多种挥发性物质，在这些挥发物中，2-AP（2-乙酰-1-吡咯啉）、醛类、杂环类、醇类对大米香气品质具有重要影响［31-32］，但对烟叶香味品质的影响还有待进一步试验。

经过糊米水发酵后的烟叶感官质量得分显著提高，烟叶评吸品质显著改善。各项指标中劲头和刺激性较发酵前明显降低，是因为发酵过程中高温高湿的环境促进了刺激性物质的分解和转化，尤其是烟碱、总氮含量的降低使香气更加柔和。糊米水发酵后的烟叶吃味醇和，香气浓而纯净，甜润感显著增强，可能与发酵后多种富有甜香味的香气物质含量增加有关。

本研究中糊米水发酵过程持续28 d，此时烟叶含水量已显著降低。发酵结束后，烟叶经过分选加工再醇化，烟叶质量有望进一步得到改善。关于醇化过程中糊米烟香味品质的变化有待进一步研究。对于发酵烟叶而言，由于烟叶的厚薄、长宽等指标不同，还需根据烟叶类型和叶片品质确定相适宜的糊米炒制方式和糊米水浓度，从而提升糊米水发酵后烟叶质量。对于糊米水而言，其液态环境复杂，含有丰富的糖类、淀粉等物质，这些物质为微生物提供了充足的养分，对生化反应的活性也有所影响，进而直接影响发酵进程。因此，糊米及糊米水的成分和组成后续需进一步分析，糊米在发酵过程中对烟叶品质改善的机制还有待深入研究。

4 结论

糊米水发酵后的烟叶化学成分协调，除新植二烯外，其他类胡萝卜素降解产物、西柏烷类降解产物、芳香族氨基酸降解产物和棕色化反应产物含量显著升高，感官质量明显提升。从不同处理糊米水发酵后的烟叶品质来看，什烟1号和德雪1号较适宜的糊米炒制程度为：铁锅预热至200 ℃后加入大米，炒制时间10 min，大米炒制成黑色团状，手捻米芯尚白为止。使用此方式制作成的糊米加水熬煮后浸渍烟叶发酵，发酵后的烟叶品质较好，化学成分含量适宜，香气成分含量高，感官质量好。