茄衣晾制过程中烟碱和主要化学成分动态变化及相互关系

杨月先，李宗平，饶雄飞，付庆灵，吴哲宽，李 浩

（1. 华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070；2. 湖北省烟草科学研究院，湖北 武汉 430030）

雪茄是一种特殊的烟草制品，由茄衣、茄套、茄芯组成[1]，具有香气馥郁、吸味丰满、劲头大、有害成分含量低等特点[2]。工业上一般采用优质晒烟或白肋烟作为雪茄外包皮烟，但因其色泽暗淡、叶片厚而成为限制雪茄品质的主要因素[3]。

烟碱作为雪茄烟叶化学成分的重要组成物质[4]，直接影响烟草制品的生理强度、烟气特征和安全性[5]。适量的烟碱能为吸食者带来良好的体验感。总烟碱含量低会使烟气平淡、味不足；而总烟碱含量过高会出现杂气，使刺激性增强，而且会危害雪茄吸食者的健康[6]。

烟叶的内在化学成分在晾制过程中会发生变化，影响烟叶品质。其中，以淀粉、糖为主要代表的碳代谢是最基本的生理代谢，对烟叶化学成分组成、含量和比例也有较大影响[7]。Weeks[8]的研究表明，调制后烟叶残留淀粉会对烟叶色、香、味产生不利影响。

矿物元素也是烤烟生长必需的营养元素，对维持烟株的正常生理代谢和酶活性至关重要[9-10]。目前，前人关于烤烟、白肋烟的化学成分及吸食品质的研究较多，而关于雪茄茄衣叶片烟碱及其他主要化学成分动态变化及相互关系的研究较少。

笔者以晾制天数作为固定因子，侧重分析了雪茄茄衣叶片内烟碱含量的变化，并研究了其在自然晾制状态下与烟叶内部其他化学成分的相互影响，可根据恩施地区晾烟次生代谢产物含量的变化，为优质烟叶晾制提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年8月在恩施七里坪智能茄衣晾房内进行，供试品种为CX-07，以中部叶为供试材料。试验田土壤pH 值6.43，土壤碱解氮含量159.23 mg/kg，有效磷含量58.18 mg/kg，速效钾含量268.41 mg/kg，小区面积约200 m2，土壤类型为黄棕壤。按照当地常规优质雪茄烟叶生产技术规范进行统一管理，挑选生长正常、无任何破损的完好烟叶，品种、部位、批次等保持一致。

主要仪器有API 微量连续流动式自动化学分析仪（美国Astoria-Pacific International 公司）、原子吸收分光光度计（KCHG-GGX900）、火焰光度计（Sherwood410）。

1.2 样品晾制及采集设计

1.2.1 晾制工艺 （1）凋萎期：时间3～5 d，叶片完全变软凋萎、叶尖叶缘变黄，保持相对湿度80%～85%，温度26～28℃，避免阳光直射、高温灼伤。（2）变黄期：时间5～8 d，叶色绿色完全减退、变黄，保持相对湿度75%～80%，通过开关门窗调节湿度，必要时调整烟杆距离来辅助调节。（3）变褐期：时间10～15 d，烟叶由变黄完全变褐，叶尖叶缘开始干燥，控制相对湿度为70%～80%，调控方法同变黄期。（4）干筋期：烟叶颜色进一步加深，主脉完全干燥，晾房内相对湿度应保持在40%～50%，时间约15 d。

1.2.2 采样设计 对萎凋后在晾房晾制的烟叶，每2 d 取样1 次，每次取样5 片，直至下架。去主脉后立即105℃烘干，制成粉末样品，进行化学成分检测。

1.3 测定项目与方法

分别采用烟草行业标准方法测定烟叶烟碱[11]、淀粉[12]、总糖和还原糖[13]、钾[14]、钙[15]、镁[16]、氯[17]的含量（以质量分数计）。各处理样品重复测定3 次，取平均值作为最终测定结果。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0 和Excel 2019 软件对数据进行处理和统计分析，利用origin 2018 软件作图。

2 结果与分析

2.1 烟叶晾制过程中烟碱含量变化

如图1 所示，雪茄茄衣烟叶在整个晾制过程中烟碱含量在1.8%～4.0%之间波动，均值为2.4%，这与刘国顺[4]的研究结果成熟的雪茄烟叶烟碱含量可达2%～4%大体一致。烟碱含量随着晾制天数的变化呈现先升高后降低的趋势，在晾制0～4 d 内变化幅度不明显，晾制第6 天，烟碱含量急剧上升，晾制第8 天达到最大，为4.0%，之后其含量逐渐降低并趋于稳定。王小东等[18]研究了烤烟叶片不同区位化学成分含量，结果表明，烤烟内、中、外缘的烟碱含量均在2.5%左右。孙雨琦等[19]分析了4 个不同产区和类型雪茄烟的生物碱含量，发现茄衣烟碱含量为0.66%～2.36%。邓小华[20]的研究表明，当烤烟烟叶中烟碱含量为2.5%～3.5%时，香味和吃味较佳，烟碱含量为3.0%时，评吸质量最佳。胡建军等[21]对4 个省份烤烟烟叶主要化学成分及其吸食品质进行了灰色关联分析，结果表明，烟碱含量与香气质、香气量、余味、燃烧性和评吸总分呈负相关，尤其对劲头的影响最为显著。

图1 雪茄茄衣晾制过程中烟碱含量变化

2.2 雪茄茄衣晾制过程中糖分含量变化

如表1 所示，淀粉、总糖和还原糖的含量在整个晾制过程中变化趋势大体上较为一致，均呈现先上升后下降之后趋于稳定的趋势，含量分别集中在0.4%～1.1%、0.6%～1.1%、0.3%～0.6%，均值分别为0.6%、0.7%、0.4%。在晾制前2 d，还原糖含量基本保持不变，而总糖和淀粉的变化呈相反趋势，总糖含量逐渐上升，而淀粉含量有所下降。这可能是因为晾制初期烟叶失水而导致机体系统不能正常运作，为了维持原来的代谢状态，植物体内储存能量的物质如淀粉开始分解转化为多糖来提供能量。因此，在短时间内出现淀粉含量下降，而总糖含量上升的情况。晾制第8 天，3 种糖分含量均急剧上升，且均在晾制第10天达到最大值；而晾制第12 天3 种糖分含量均迅速回落至急剧上升前水平，随后逐渐趋于稳定。

糖是烟草中碳水化合物的主要代表物质，淀粉是烟叶最主要的能量存储形式。董维杰[22]认为，烟叶中淀粉的含量与叶片成熟度、油分以及总糖含量呈正相关，且淀粉含量高于3.8%时会对烟叶内外品质产生较大影响。闫克玉等[23]对河南省各等级烤烟样品吸食品质与主要理化指标的逐步回归分析结果表明，总糖和还原糖主要影响香气量和浓度。李海林等[24]研究表明，总糖与烟叶透发性显著负相关；而还原糖与焦甜香显著正相关，但其对刺激性有显著负影响。

常爱霞等[25]认为，两糖比与烟叶的感官质量密切相关，可以作为评价烟叶质量的指标。可见糖类也是决定烟气醇和度的重要因素，糖含量与烟叶香气、吃味密切相关。范幸龙等[26]的研究也表明，降低糖碱比、提高氮碱比值可显著改善滇东生态区烟气的综合品质。从表1 中可以看出，还原糖与总糖比例在整个晾制过程中维持在0.47～0.57 之间，晾制前和晾制第10 天均达最大值。糖碱比在整个晾制过程中大体呈现先降低后升高的趋势；晾制0～6 d 内，糖碱比相对于晾制前有所升高，增加了0.03，可能是由于晾制初期，淀粉短时间内分解成为多糖，糖含量提高，而烟碱含量在晾制0～6 d 有所下降，致使糖碱比在晾制前期有所升高；晾制8～18 d 时，糖碱比、淀粉、总糖、还原糖均下降。这是因为晾制期间烟叶没有外源能量物质的供给，茄衣叶片开始大量消耗自身糖分来提供能量，而烟碱的降解速率低于总糖，所以糖碱比会呈现下降趋势。之后，糖碱比逐渐上升并趋于稳定，维持在0.37 左右。

表1 雪茄茄衣晾制过程中糖分含量的变化

2.3 雪茄茄衣晾制过程中矿质营养元素含量变化

如表2 所示，茄衣叶片内各矿质元素含量除氮外，其余成分随晾制天数的变化，变幅波动均较为平缓，其中钾和钙含量的变化趋势呈波浪形，镁和氯含量在晾制过程中基本保持不变。雪茄茄衣叶片内钾的含量主要集中在4.86%～6.11%范围内，晾制第10 天和第28 天分别达到最低和最高。氮含量在晾制18～20 d 时急剧上升，第20 天达到最大值。镁含量主要集中在0.37%～0.48%范围内，均值为0.4%，这与王宝林等[27]对烤烟中镁含量的分布研究结果较一致。

表2 雪茄茄衣晾制过程中矿质营养元素含量的变化

钾是烟草中含量较高的矿质元素之一，不但能显著改善烟叶的燃烧性和烟叶香吃味，提高烟叶油分与弹性，还能降低烟叶焦油产生量[28]。总氮是烟叶中各种含氮化合物的总称，对香气量的影响较为明显，主要影响烟叶的浓度和余味，烟叶中总氮含量为1.6%～2.2%时，香味和吃味均较佳，总氮含量为3.0%时，评吸质量最优[20]。而此试验中，茄衣烟叶钾含量在4.86%～6.11%、氮含量在0.13%～5.56%之间变化，在晾制的各个时期，氮含量始终低于钾含量，这可能是钾含量的提高增加了烟草的生物学产量，对氮形成一个稀释效应，从而降低氮的含量；也可能是受烤烟品种、生态环境、施肥量和土壤质地多方面的影响。

钾和氯的含量关系对烟叶的燃烧性和吸湿性有着重要的影响。有研究表明，维持烟叶燃烧性的关键因素是有机钾（是指与有机酸结合的钾）含量。有机钾含量较低时，即使总钾含量在较高水平下，烟叶的燃烧性也比较差；而氯和钾的结合会降低钾和有机酸的结合比例，从而使有机钾的含量降低[29]。张嘉雯等[30]认为钾氯比在4 以上时烟叶才具有较好的燃烧性，韩富根[31]也赞同此观点。试验测定了雪茄茄衣叶片的钾和氯含量，发现钾氯比在晾制过程中呈现出先下降后上升再下降的趋势，主要在17.30～42.70 之间波动，晾制第8 天时达到最低。晾制结束相较于晾制开始时钾氯比有所降低，减少了约0.5，雪茄茄衣整个晾制过程中钾氯比均高于4。而氮碱比在晾制过程中呈现出先下降后上升的趋势，主要集中在1.10～2.77范围内，晾制第10 天时降到最低，接近于1，到后期氮碱比有所上升，相比于晾制起始增加了0.70，可能与后期叶片内氮含量急剧上升有关。这说明此试验所选品种有着平衡的矿质营养，在燃烧和吃香味性质上具有优良的品质，可以作为一个较好的原料品种。

2.4 雪茄茄衣晾制过程中化学成分指标间的相关性

以雪茄茄衣叶片晾制天数、烟碱、3 个糖分指标（总糖、还原糖、淀粉）、5 个矿质元素指标（总氮、钙、镁、钾、氯）和4 个化学成分指标（两糖比、糖碱比、钾氯比、氮碱比）这14 项指标为变量，对供试茄衣品种进行了内部化学成分的相关性分析，结果如表3所示。

表3 茄衣晾制过程中内部化学成分相关分析

雪茄茄衣晾制过程中，叶片内烟碱与淀粉、总糖、还原糖、钙和氯呈极显著正相关关系，与总氮、钾含量呈极显著负相关关系；3 种糖分含量均与钙、氯呈极显著正相关，与总氮、钾呈极显著负相关关系，与镁呈显著负相关关系。而Mothes[32]的研究表明，白肋烟烤烟中氮与烟碱含量在高氮条件下呈极显著正相关关系。这与此研究结果相反，可能与Mothes 的试验所用白肋烟烤烟材料有较高的氮水平，并且烟草内部化学成分含量在生育过程中受品种、生态以及栽培调控措施的影响比较大有关。而该研究发现，虽然氮与烟碱含量极显著负相关，但是在晾制过程中，氮的含量与烟碱的累积表现并不同步，在晾制前期和中期，氮的含量基本无较大波动，而烟碱的累积变幅波动很明显，这表明烟碱含量的变化不仅受到氮的影响，还与其他因素有关。

烟叶内部各化学成分的比例，两糖比（还原糖/总糖）、糖碱比（总糖/烟碱）、钾氯比（总钾/氯）、氮碱比（总氮/烟碱）之间两两相关，相关性均达到了极显著水平；其中，两糖比与糖碱比、钾氯比、氮碱比均呈极显著负相关关系；糖碱比与钾氯比呈极显著负相关，与氮碱比呈极显著正相关；钾氯比与氮碱比呈极显著正相关关系。烟碱、淀粉、还原糖三者均与两糖比呈极显著正相关，与钾氯比、氮碱比呈极显著负相关；钾氯比与镁之间相关性不显著，与其他各原生指标均达到极显著相关，可能是由于该地区降雨量比较大，土壤中的氯元素主要以游离态存在，导致氯的利用率比较低所致。

根据表3 的相关性分析结果，选取了茄衣烟碱、还原糖、总糖、淀粉、氮、钙、镁、钾、氯等化学成分指标进行了主成分分析，结果如图2 所示，展示了第一，第二主成分的投影值聚类的结果。从图2 中可以看出，各成分投影紧密接触，说明各成分之间相关性比较好；烟碱、淀粉、还原糖、总糖、氯、钙均在第一四象限内，说明两两呈正相关，相关性的密切程度依次排列；钾、总氮、镁在第二象限内，说明三者均与烟碱、淀粉、还原糖、总糖、氯、钙呈负相关。综上所述，雪茄茄衣在晾制过程中，各化学成分之间关系比较密切，其中烟碱与其他化学成分相关性最显著，其次是淀粉。

图2 茄衣晾制过程中内部化学因素主成分分析

3 结 论

以恩施市崔坝镇马炮山CX-07 品种中部叶为原料进行雪茄茄衣晾制，探究晾制过程中烟叶烟碱、还原糖、总糖、淀粉等物质和钾、氯、钙、镁、总氮等矿质元素的含量变化，并分析各化学成分指标之间的相关性。结果表明：在雪茄茄衣晾制过程中，烟碱含量先上升后下降，主要集中在1.8%～4.2%，均值为2.4%，晾制第8 天时达到最大值；淀粉、总糖、还原糖含量分别集中在0.4%～1.1%、0.6%～1.1%、0.3%～0.6%，均晾制第10 天达到最大值，三者变化趋势与烟碱大体一致；矿质元素钾含量相对较高，在4.86%～6.11%之间波动；雪茄茄衣在晾制过程中各化学成分之间关系比较密切，其中烟碱与其他化学成分相关性最好；烟碱含量与淀粉、总糖、还原糖、钙和氯含量均呈极显著正相关关系，与总氮、钾含量呈极显著负相关关系；烟碱、淀粉、还原糖三者均与两糖比呈极显著正相关，与钾氯比、氮碱比呈极显著负相关。