林 云 羅思維 歐陽璐斯 陳森林賴燕華 陶 紅林寶敏 賈立山

(1. 廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廣東 廣州 510385；2. 廈門大學(xué)，福建 廈門 361005)

煙葉在生長過程中會(huì)累積淀粉和蛋白質(zhì)作為其重要的生物質(zhì)來源[1]，若煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)含量過高則會(huì)導(dǎo)致卷煙感官品質(zhì)下降。目前，中國煙葉普遍存在經(jīng)烤制加工后淀粉和蛋白質(zhì)殘留量仍然過高的問題[2-5]，使得煙葉在吸食過程中有難聞的焦油氣味和辛辣、苦澀感，燃燒性能不好[6]。雜氣與煙葉淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，煙葉淀粉含量越大，雜氣越重[7]。現(xiàn)有降解淀粉和蛋白質(zhì)的主要方法為發(fā)酵法、臭氧法和紫外光法，這些方法雖可降低淀粉和蛋白質(zhì)含量，但有一定的缺陷[8-11]。發(fā)酵法引入的其他成分與煙葉分離工藝復(fù)雜，殘存的一些成分會(huì)影響卷煙的食味[12]。臭氧法和紫外光法容易使煙葉宏觀織構(gòu)產(chǎn)生變化，降低其可加工性。實(shí)際生產(chǎn)中，煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)的降解不但要考慮結(jié)果的有效性[13-15]，同時(shí)更要注重處理過程對(duì)煙葉品質(zhì)整體性的改善。

甲酸是煙氣中本身就存在的關(guān)鍵酸味物質(zhì)之一，與煙葉的相容性好，在煙葉燃燒過程中不會(huì)產(chǎn)生新的有害煙氣成分[16]。GB 2760—2014中，甲酸為允許使用的食品用合成香料，其對(duì)食品中的細(xì)菌性病原體有抑制或降低作用。研究擬利用甲酸有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)，觀察煙葉的外觀質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)變化，并對(duì)降解后煙葉的感官品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為提升煙葉品質(zhì)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與原料

甲酸：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

復(fù)烤煙：2個(gè)濃香型(2015湖南B2F，2015湖南C3F)、2個(gè)中間香型[2015貴州B2F(B2)，2014貴州C3F]和2個(gè)清香型(2015云南普洱B2F，2015云南普洱C3F)，廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：BS-124-S型，北京賽多利斯股份公司；

空氣壓縮機(jī)：ACO-003型，廣東日生集團(tuán)有限公司；

雙制式生化培養(yǎng)箱：SPX-150A-JBS型，上海天恒醫(yī)療器械有限公司；

掃描電鏡：Hitachi S-4800型，日本日立公司；

壓片機(jī)：GS15011 SPECAC LTD型，英國能譜公司；

傅里葉變換紅外光譜儀：Nicolet Avatar 330型，賽默飛世爾科技有限公司；

雙光束紫外可見分光光度計(jì)：TU-1901型，北京普析通用儀器有限公司；

酶標(biāo)儀：Spectra Max M5 SMP 500-1725型，美谷分子儀器有限公司；

實(shí)驗(yàn)室煙葉切絲機(jī)：QS-2A型，鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 煙葉的甲酸處理 煙葉樣品置于濕度為(60±2)%，溫度為(22±2) ℃的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h，取出，50 ℃下分別將5%，10%，20%的甲酸—水溶液通過壓縮空氣輸送均勻噴淋在煙葉上，相對(duì)于煙葉的甲酸溶液噴淋量為0.2 mL/g，處理時(shí)間5 min，處理后將煙葉轉(zhuǎn)移至上述恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h。以噴淋等量純水的煙葉作為對(duì)照組。

1.3.2 煙葉品質(zhì)分析

(1) 煙葉外觀質(zhì)量與微觀結(jié)構(gòu)：按GB 2635—1992的方法對(duì)煙葉的葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分和色度進(jìn)行評(píng)估。采用SEM法進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)掃描。

(2) FTIR：將煙葉樣品與溴化鉀以質(zhì)量比1∶50混合后研磨成粉末，經(jīng)壓片機(jī)壓片后，采用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行FTIR檢測(cè)分析。光譜采集范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64。

(3) 淀粉和蛋白質(zhì)含量：分別采用碘顯色法[17]和三氯乙酸沉淀法[18]。

(4) 感官評(píng)吸：用切絲機(jī)將煙葉切成(0.9±0.1) mm的煙絲后制備卷煙樣品，參照YCT 138—1998進(jìn)行感官評(píng)吸。評(píng)吸人數(shù)不少于7人，依照勁頭、濃度、細(xì)膩柔和程度、成團(tuán)性、香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、余味及回甜等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，記錄抽吸過程中的感官感受。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙葉外觀質(zhì)量與微觀結(jié)構(gòu)

2.1.1 外觀質(zhì)量 試驗(yàn)表明，經(jīng)5%，10%，20%甲酸—水溶液噴灑處理后煙葉的葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分與對(duì)照樣品幾乎沒有差別，僅色度略微變深，但不影響煙葉的宏觀結(jié)構(gòu)，甲酸處理后的葉片沒有出現(xiàn)傳統(tǒng)紫外或臭氧處理常見的葉片變脆的問題，仍維持了良好的加工性能。煙葉顏色變深可能是甲酸作用于煙葉生成的中間產(chǎn)物糖類與氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生了棕色色素。實(shí)際生產(chǎn)中，美拉德反應(yīng)是卷煙香味激發(fā)的一個(gè)重要方式；而現(xiàn)有工藝中，美拉德反應(yīng)通常依賴于糖料的添加，但有研究[19]指出，隨著煙葉外加糖的增加，焦油量會(huì)逐漸增大，雙糖和多糖還易使卷煙出現(xiàn)易吸濕、燃燒不完全的問題。甲酸的添加則不同于直接添加糖料，后續(xù)的感官評(píng)吸過程中并沒有發(fā)現(xiàn)上述問題，可能是因?yàn)榧姿崴l(fā)的美拉德反應(yīng)是一個(gè)相對(duì)間接且動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)的過程，中間產(chǎn)物糖類生成時(shí)便可與氨基酸逐步反應(yīng)生成致香成分，能較好地避免糖料量及種類添加不當(dāng)所導(dǎo)致的各種問題。

2.1.2 微觀結(jié)構(gòu) 由圖1可知，經(jīng)5%，10%甲酸—水溶液噴灑處理后的煙葉與對(duì)照組無明顯區(qū)別，但當(dāng)甲酸濃度增加至20%時(shí)，煙葉表面組織平滑度下降，細(xì)胞輪廓變模糊，析出一些小顆粒物質(zhì)，并出現(xiàn)膠溶聚集現(xiàn)象。說明瞬時(shí)酸濃度過大會(huì)對(duì)葉片細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，但對(duì)煙葉的宏觀結(jié)構(gòu)和加工性能無影響。為排除潛在的不良影響，甲酸溶液的噴灑濃度原則上以5%～10%為宜。

圖1 煙葉經(jīng)甲酸處理前后的SEM(2015湖南B2F)

2.2 FTIR分析

a. 甲酸 b. 對(duì)照組煙葉 c. 經(jīng)10%甲酸處理后的煙葉

2.3 淀粉和蛋白質(zhì)含量

由表1可知，選用的6種煙葉經(jīng)甲酸處理后，淀粉和蛋白質(zhì)含量都有一定程度的下降，且其降解率與甲酸溶液濃度呈正相關(guān)。經(jīng)5%甲酸處理后煙葉的淀粉和蛋白質(zhì)含量顯著低于(P<0.05)對(duì)照組。隨著甲酸濃度的增加，煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)的降解幅度更大。相同濃度的甲酸溶液對(duì)6種煙葉樣品的淀粉和蛋白質(zhì)的降解效果不一，以經(jīng)5%甲酸溶液處理的煙葉為例，6種煙葉中淀粉降解率為4.30%～29.48%，蛋白質(zhì)降解率為16.11%～34.84%。從香型而言，濃香型煙葉本身的淀粉含量較高，在相同的甲酸濃度下，其降解率略低于中間香型和清香型。從煙葉部位而言，上部煙的蛋白質(zhì)降解率普遍低于中部煙，可能是由于不同部位煙葉的表面吸附程度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異所致?？傮w而言，甲酸能夠有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)，實(shí)際生產(chǎn)中，可通過調(diào)整甲酸溶液的濃度來調(diào)整醇化強(qiáng)度。

表1 不同甲酸濃度下降解煙葉的淀粉和蛋白質(zhì)含量

2.4 感官評(píng)吸

由表2可知，與對(duì)照組相比，經(jīng)10%甲酸處理的煙葉的香氣質(zhì)、香氣量、雜氣和煙氣細(xì)膩程度顯著提升。主要原因有：① 由于淀粉和蛋白質(zhì)原本就會(huì)給煙氣帶來不良的吸食感覺，二者含量的降低能直接減少煙葉雜氣，降低刺激性；② 淀粉和蛋白質(zhì)分解后，降解產(chǎn)物為糖類和氨基酸，這些產(chǎn)物在一定的溫度下能發(fā)生美拉德反應(yīng)，使煙葉香氣質(zhì)和香氣量有所提升。從香型而言，各煙葉感官質(zhì)量改善的幅度有所區(qū)別，清香型的總體提質(zhì)效果不如濃香型和中間香型，僅為0.5分的提升，而濃香型和中間香型可達(dá)1.2～2.7分的提升。這可能是因?yàn)榍逑阈偷臒熑~淀粉含量基礎(chǔ)值低于濃香型和中間香型，且云南的煙葉普遍含糖量較高，品質(zhì)佳，可改善的空間相對(duì)較小。

表2 經(jīng)10%甲酸—水溶液處理的煙葉感官評(píng)吸值?

3 結(jié)論

研究利用不同濃度的甲酸處理煙葉，并分析其外觀質(zhì)量、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和感官評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

(1) 甲酸的添加能有效降解煙葉中的淀粉和蛋白質(zhì)，二者的降解率與甲酸溶液濃度呈正相關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，建議以5%～10%的甲酸為宜，過高的濃度會(huì)對(duì)煙葉微觀結(jié)構(gòu)和吸食感受產(chǎn)生不良影響。相同甲酸處理濃度下，不同煙葉的降解率差別較大，其確切機(jī)理和變化規(guī)律還需進(jìn)一步研究。

(2) 對(duì)于不同香型的煙葉，該方法的提質(zhì)效果有所區(qū)別，后續(xù)可對(duì)煙葉致香成分進(jìn)行分析，摸索不同香型煙葉香味的變化規(guī)律。

(3) 甲酸能與煙葉中的煙堿發(fā)生不同程度的中和反應(yīng)，當(dāng)酸濃度較低時(shí)，煙堿值的下降幅度對(duì)煙葉的感官風(fēng)格特征沒有明顯影響，加大酸濃度則會(huì)使得濃度和勁頭逐步下降。因此，可根據(jù)實(shí)際需求來控制甲酸濃度，對(duì)于煙堿適中的中部煙和上部煙，宜使用較低濃度的甲酸溶液，而對(duì)于個(gè)別煙堿過高，雜氣和刺激性強(qiáng)的上部煙而言，可適當(dāng)加大酸濃度。若加大酸濃度，則需要解決煙氣有酸味的問題，可在反應(yīng)一段時(shí)間后嘗試采用鼓風(fēng)或烘烤等方法去除部分甲酸。此外，由于下部煙的淀粉和蛋白質(zhì)含量普遍較低，不建議使用該方法對(duì)其進(jìn)行醇化處理。

(4) 適度的甲酸處理不會(huì)改變煙葉的加工性能，相較于以往研究中常用的加工方式，甲酸噴淋法能更好地兼顧加工過程的效率和結(jié)果的完整性。若應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，其可操作性強(qiáng)，易于流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，后續(xù)可優(yōu)化溫度、醇化時(shí)間等工藝參數(shù)，使該方法能更好地與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合。