打叶复烤强度及陈化时间对烟叶挥发性有机酸的影响

胡志刚，王建民，罗海涛

(1.郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，河南 郑州 450002；2.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明 650106；3.江西中烟工业有限责任公司，江西 南昌 330096)

打叶复烤、陈化是烟叶初加工的两个重要环节，承担着卷烟生产中重要的原料准备任务。由于打叶复烤过程中剧烈的热、湿处理及陈化期间环境条件的自然变化，烟叶的化学成分均会发生相应的变化，进而影响烟叶的感官品质。因此，打叶复烤、陈化期间烟叶化学成分变化规律研究一直是人们关注的热点问题，已有大量的文献报道。其中，研究较多的化学成分包括各种常规化学成分[1-5]、香味及其前体物质[6-8]。挥发性有机酸是对烟叶品质影响较大的一类化学成分[9]，然而，针对打叶复烤、陈化期间挥发性有机酸含量变化规律进行的研究较少[10-11]。另外，已有研究均是将打叶复烤、陈化作为两个独立的过程进行的，既无两个过程间的对比研究，也缺乏前一过程对后一过程的影响方面的研究。

随着卷烟“大工艺”理念的提出，从打叶复烤、陈化到制丝、卷接包系统性地研究不同加工过程中烟叶质量特性的变化已然成为一种趋势。例如，从卷烟机对烟丝结构的要求出发，研究制丝过程中烟片结构与烟丝结构的关系[12-13]，倒推出打叶复烤过程对烟片结构的要求。为此，本文以烟叶中挥发性有机酸为对象，从含量和组成方面对比研究了打叶复烤强度、陈化时间对烟叶化学特性的影响程度，并研究了打叶复烤强度对烟叶陈化程度的影响，希望能为科学设计烟草各加工阶段的目标、要求提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

江西石城B1F和B2F混打烟叶(配方比例 51∶49)。

四打十一分打叶复烤生产线(江西省烟草公司赣州分公司石城烟叶复烤厂)；7890B/5977A 气相色谱-质谱联用仪，(美国 Agilent 公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 打叶复烤强度设计

以常规打叶复烤参数为对照，在保证成品烟片结构、含水率基本不变的前提下通过适当调整一、二润出口含水率和温度，以及干燥1～4区温度，设置2套打叶复烤强度依次升高的参数，分别记为试验1、试验2。参数设计见表1。

表1 打叶复烤工艺参数设计

1.2.2 取样及检测

在保持其它参数不变的情况下按表1改变打叶复烤强度进行生产，并抽取对应成品片烟 5 kg。将不同打叶复烤强度下生产的成品片烟样品置于仓库中进行自然陈化，在陈化时间分别为0、2、4、6、8、10、12、14、16、18月时抽样检测挥发性有机酸含量，每次每种样品取样 100 g 作为待检样品。

检测项目包括已戊酸、2-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、己酸、苯甲酸、辛酸、苯乙酸等8种挥发性有机酸。

1.2.3 挥发性有机酸的检测方法

将样品用旋风粉碎机粉碎，过60目筛，所得烟末在平衡箱中于 22 ℃、相对湿度为60%的条件下平衡 24 h。称取 0.50 g 烟末样品放入锥形瓶中，加 1.0 mL 混合内标溶液、5.0 mL 酯化溶液，于 55 ℃ 下酯化 1 h，冷至室温，加 20 mL 正己烷，振荡萃取 15 min，静置分层后，取上层正己烷清液 1 mL，进行GC/MS分析。采用质谱定性、双内标法定量测定方法[14]。采用的分析条件为：色谱柱，DB-5MS(30 mm×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度 260 ℃；载气He，1.0 mL/min；程序升温，50 ℃ 下保 1 min，以 5 ℃/min 的速率升至 275 ℃，保持 3 min；进样量1.0 μL，分流比10∶1，恒流模式；接口温度 280 ℃；离子源温度 230 ℃；电离能70 eV，质量扫描范围35～350 amu。

1.3 数据处理方法

主要数据处理方法包括方差分析、秩和检验、距离相关分析等，在SPSS11.5中进行。

2 结果与分析

2.1 打叶复烤强度及陈化时间对挥发性有机酸含量的影响

2.1.1 挥发性有机酸含量检测结果的描述统计

经不同强度打叶复烤、不同陈化时间陈化后烟叶的8种挥发性有机酸含量检测，结果见表2。由陈化前烟叶样品的检测结果看出，随着打叶复烤强度升高挥发性有机酸总量减少，最大变化率为13.12%，与总量变化趋势相同的是已戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基戊酸，最大变化率分别为20.52%、23.24%、17.65%，其它五种挥发性有机酸含量则无明显变化。由陈化前、后的检测结果看出，陈化后挥发性有机酸总量明显升高，三个打叶复烤强度下的变化率分别为42.13%、45.35%、42.34%，各种挥发性有机酸含量的变化趋势与总量一致，但变化率则因有机酸种类而异，三个打叶复烤强度下变化率均较高的是戊酸和2-甲基丁酸，变化率分别介于75.68%～91.57%和60.31%～69.21%之间，变化率均较低的是3-甲基戊酸和已戊酸，变化率分别介于0～9.68%和22.93%～29.65%之间。相比之下，打叶复烤强度对挥发性有机酸含量的影响小于陈化，表现为影响到的挥发性有机酸种类少，变化率也较低。

表2 挥发性有机酸检测结果 w/μg·g-1

表2(续)

2.1.2 挥发性有机酸含量检测结果的方差分析

以挥发性有机酸含量为变量，分别以打叶复烤强度、挥发性有机酸种类和陈化时间为影响因子，采用一般线性模型[15]进行多因素方差分析，结果见表3。打叶复烤强度的影响显著、挥发性有机酸种类和陈化时间的影响极显著。由表3中均方差的大小可知，3个因素影响的主次顺序为：挥发性有机酸种类>陈化时间>打叶复烤强度。针对每种挥发性有机酸进行打叶复烤强度、陈化时间的双因素方差分析，结果见表4。陈化时间对所有挥发性有机酸含量均有极显著影响，打叶复烤强度则仅对已戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基戊酸有极显著影响，对其它5种挥发性有机酸含量的影响均不显著。

方差分析结果进一步证明，打叶复烤强度会对挥发性有机酸含量产生一定影响，但影响程度弱于陈化。

表3 挥发性有机酸含量的多因素方差分析表

表4 各种挥发性有机酸含量的双因素方差分析结果(p值)汇总表

2.2 打叶复烤强度及陈化时间对挥发性有机酸组成的影响

为了消除量纲差异对分析结果的影响，将各种挥发性有机酸含量的检测结果转换为T得分，然后做雷达图，直观分析打叶复烤强度及陈化时间对挥发性有机酸组成的影响，结果如图1所示。由于打叶复烤强度会显著影响部分挥发性有机酸含量，陈化前、后各种挥发性有机酸含量的变化幅度也不同，经不同强度打叶复烤后烟叶中各种挥发性有机酸的相对含量发生了变化(图1a)，相同强度打叶复烤后的烟叶经陈化后各种挥发性有机酸的相对含量也发生了变化、且变化更明显(图1b、c、d)，说明打叶强度及陈化不仅会影响挥发性有机酸的含量，也会影响其组成。

(a) (b) (c) (d)

以不同打叶复烤强度及陈化前、后烟叶为对象，以各种烟叶的8种挥发性有机酸含量为变量计算不同烟叶间的欧氏距离和pearson相关系数，如表5所示。陈化前的参照样与试验1、试验2间的欧式距离分别为1.260、2.092，陈化后的参照样与试验1、试验2间的欧式距离分别为1.252、3.147，均呈现随着打叶复烤强度增加欧式距离增大的趋势，且陈化前、后的变化幅度基本一致；3种不同打叶复烤强度下陈化前、后烟叶间的欧式距离分别为6.496、6.588、5.148，均明显大于不同打叶复烤强度烟叶间的欧式距离。上述结果表明，随着打叶复烤强度增加挥发性有机酸组成的不相似性增大，陈化对挥发性有机酸组成相似性的影响程度大于打叶复烤强度。如表6所示，陈化前的参照样与试验1、试验2间的pearson相关系数分别为0.892、0.327，陈化后的参照样与试验1、试验2间的欧式距离分别为0.479、0.576，随着打叶复烤强度增加相关系数减小，但相关的方向未改变；3种不同打叶复烤强度下陈化前、后烟叶间的pearson相关系数分别为-0.254、-0.495、-0.297，相关系数的绝对值减小、相关的方向也发生了变化。上述结果表明，随着打叶复烤强度增加挥发性有机酸组成的相似性降低，陈化对挥发性有机酸组成相似性的影响程度大于打叶复烤强度。

表5 不同烟叶样品间的欧氏距离

表6 不同烟叶样品间的pearson相关系数

综合雷达图及欧式距离、pearson相关系数分析结果可知，打叶复烤强度和陈化对挥发性有机酸的组成均会产生一定的影响、且陈化的影响更大。由于不同种类的挥发性有机酸对烟叶感官品质的影响不完全相同[16-17]，这种现象应当引起关注。

2.3 打叶复烤强度对烟叶陈化程度的影响

如图2及表5、表6所示，陈化前的参照烟叶与陈化后、实验1陈化后、实验2陈化后间的欧氏距离分别为6.496、6.649、5.205，pearson相关系数分别为-0.254、-0.688、-0.772。随着打叶复烤强度增强欧式距离呈减小趋势，说明低强度打叶复烤时，烟叶经相同时间陈化后各种挥发性有机酸含量的增幅最大，高强度打叶时，烟叶经相同时间陈化后各种挥发性有机酸含量的增幅最小，即烟叶陈化的程度会随打叶复烤强度增强而减弱；随着打叶复烤强度增强负相关程度呈增加趋势，说明低强度打叶复烤时，烟叶经相同时间陈化后挥发性有机酸组成的变化最小，这可能是由于陈化程度较高、各种挥发性有机酸含量均明显升高所致，高强度打叶时，烟叶经相同时间陈化后挥发性有机酸组成的变化最大，这可能是由于随着陈化程度降低、各种挥发性有机酸含量增加的幅度出现了明显的分化。

图2 打叶复烤强度对烟叶陈化程度的影响

如表7所示，陈化前后8种挥发性有机酸含量的增加幅度随打叶复烤强度变化而变化，平均增幅随打叶复烤强度增大呈降低趋势，配对t检验结果表明参照与实验1之间的差异不显著(p=0.706)，参照与实验2(p=0.033)、实验1与实验2(p=0.045)之间则存在显著差异。可见，打叶复烤强度对烟叶陈化成度的影响具有统计学意义。

3 结论

1)打叶复烤强度、烟叶陈化时间均会显著影响烟叶中有机性挥发酸的含量，相比之下，打叶复烤强度的影响程度较小，表现为影响到的挥发性有机酸种类少、变化率也较低。

2)打叶复烤强度及陈化时间不仅影响挥发性有机酸的总量，还会影响其组成，即各种挥发性有机酸的相对含量会随着打叶复烤强度的变化、及陈化过程的进行出现明显变化。

3)打叶复烤强度会显著影响烟叶陈化的程度，随着打叶复烤强度增强，烟叶经相同时间陈化后各种挥发性有机酸含量的平均增幅降低，但不同挥发性有机酸含量增幅的差异加剧，导致挥发性有机酸的组成变化更大。

综上所述，打叶复烤强度不仅会直接影响烟叶中有机酸的含量及其组成，且其影响会传到至陈化过程。因此，合理控制打叶复烤强度对于提升陈化后烟叶的品质和可用性均有重要意义。