定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶质量的影响

胡彬彬 付丽美 杨丽平 董天学 赵英佑 李超玲 唐石云 陈颐

摘 要：以烤煙品种K326为试验材料，以“七步进阶式”烘烤为对照（CK），比较了延长稳温时间定色工艺（T1）和缓慢升温定色工艺（T2）下初烤烟叶常规化学成分、香气前体物质、致香成分、棕色化反应产物、芳香族氨基酸产物的含量和感官评吸质量，为加热卷烟在低温体系下的品质提升提供依据。结果表明：T1和T2均可以显著提高“潜香型”物质（绿原酸、芸香苷和莨菪亭）、“调香型”物质（新植二烯、巨豆三烯酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮、香叶基丙酮和类胡萝卜素产物）和棕色化反应产物（糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃和5-甲基糠醛）的含量（P＜0.05）；T1处理的加热卷烟烟叶香气香味得分和感官评吸质量总分最优，表明定色期关键温度点（48和54℃）延长稳温时间能有效提高加热卷烟烟叶的质量；偏最小二乘模型（PLS-PM）表明，质体色素降解产物新植二烯、巨豆三烯酮、大马酮、紫罗兰酮等正向作用于加热卷烟烟叶感官评吸质量。综上所述，在定色期关键温度点（48和54℃）延长稳温时间可有效提高类胡萝卜素及其降解产物的含量，从而更有利于提升加热卷烟的烟叶品质。

关键词：加热卷烟；烘烤工艺；致香成分；感官质量

中图分类号：TS443文献标识码：A文章编号：1006-060X（2023）10-0063-07

Effect of Curing Process Optimization in Color-Fixing Stage on Quality of Heated Tobacco Product Leaves

HU Bin-bin1， FU Li-mei2， YANG Li-ping3， DONG Tian-xue3， ZHAO Ying-you3， LI Chao-ling4， TANG Shi-yun5， CHEN yi1

（1. Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences， Kunming 650021， PRC; 2. Lincang Municipal Tobacco Company of Yunnan， Lincang 677000， PRC; 3. Qujing Municipal Tobacco Company of Yunnan， Qujing 655000， PRC; 4. Honghe Prefecture Tobacco Company of Yunnan， Mile 652300， PRC; 5. China Tobacco Yunnan Industrial Co.， Ltd.， Kunming 650201， PRC）

Abstract：With the "seven-step" curing as the control （CK）， the contents of conventional chemical components， aroma precursors， aroma components， browning reaction products， and aromatic amino acid products， and sensory evaluation quality of flue-cured tobacco variety K326 were compared between the color fixing process of prolonging the time of stabilizing temperature （T1） and the color fixing process of slowly heating up （T2）， so as to provide a basis for improving the quality of heated tobacco product in low temperature system. The results show that both T1 and T2 could significantly increase the contents of "latent aromatic" substances （chlorogenic acid， rutin and scopoletin）， "flavoring" substances （neophytadiene， megastigmatrienone， β-damascenone， β-ionone， geranyl acetone and carotenoid products） and brown-reaction products （furfural， furfuryl alcohol， 2-acetyl furan and 5-methyl furfural） （P＜ 0.05）. Aroma score and the total score of sensory evaluation of smoking quality of the heated tobacco product leaf in T1 treatment were the highest， indicating that extending the temperature stabilization time at the key temperature points （48℃ and 54℃） during the color fixing period could effectively improve the quality of the heated tobacco product leaf. Partial Least Squares Path Modeling （PLS-PM） showed that the degradation products of plastid pigment like neophytadiene， megastigmatrienone， damascenone and ionone had positive effects on the sensory quality of heated tobacco product leaves. In conclusion， extending the temperature stabilization time at the key temperature points （48℃ and 54℃） during the color fixing period can effectively improve the contents of carotenoids and their degradation products， which is more conducive to the improvement of the quality of heated tobacco product leaves.

Key words：heated tobacco product; curing processes; aroma components; sensory quality

收稿日期：2023–05–17

基金项目：云南省技术创新人才项目（202305AD160036）；中国烟草总公司重大专项[110202001015（XX-11）]；云南省烟草专卖局科技项目（2020530000241004；2021530000241008）

作者简介：胡彬彬（1989—），男，河南鹤壁市人，助理研究员，主要从事烟叶调制工作。

通信作者：陈 颐

加热卷烟是一种新型烟草制品，使用外置热源加热烟草物料从而在非燃烧状态下产生供消费者吸食的烟雾[1]。与传统卷烟的燃烧特性相比，具有以下3个优势：第一，危害性小，不需要燃烧，极大减少了因燃烧产生的焦油和其他有害成分[2]；第二，二手烟气减少，不会对公共环境和他人健康产生影响，在一定程度上缓解了吸烟和公共场所禁烟的矛盾[3]；第三，保障生理需求，因其含有烟草成分，能适应和满足消费者的生理需要[4]。因此，加热卷烟的推广应用趋势向好。随着全球范围控烟力度的持续增大，加热卷烟在减小环境污染和避免吸烟对健康的潜在风险方面存在的明显优势，国际烟草领域认为该类产品是未来烟草产品发展的重要方向，各大跨国烟草公司不断加大研究力度，为抢占国际烟草产品未来市场做技术储备。近来，加热卷烟的国际市场份额不断加大，已经形成与传统卷烟齐头并进的态势[5-6]。

当前，加热卷烟技术研发处于关键发展阶段，设备、工艺、原料3方面都成为各大烟草公司极力想攻克的研究领域[7-8]。云南作为中国乃至世界烟草原料的主要供应方[9]，笔者借此契机开展加热卷烟原料保障技术体系研究。现阶段，针对加热卷烟原料体系研究较少，存在较多未知问题。目前，主流加热卷烟产品所使用的烟草原料仍是传统卷烟所使用的烟叶原料，对其适合性尚无定论。虽然目前国外市场上较成熟的产品主要以烟草再造烟叶为发烟体，但究其根本，除去调香等因素，烟支的抽吸质量在很大程度上取决于发烟段的烟草物料[10]；新型烟草原料凸显本香、风格特色、香气物质释放规律等一系列难题均与品种、调制技术密切相关[11]。同时，因为中式传统卷烟燃烧温度是以热裂解为主，部分采用热蒸馏[12]方式；而新型烟草是以热蒸馏为主，部分采用热裂解方式，加之加热卷烟燃烧方式（炭加热、电加热和化学反应加热）不一致[13]，导致香气物质释放规律（量与时间）有所差异。因此，在烟叶调制上，通过烘烤工艺变化进行适用性调整，让烟叶原料香气物质释放规律与加热卷烟燃烧方式进行合理搭配，对于提高加热卷烟烟叶原料质量尤为重要。

烘烤是烟叶从农产品转化为工业原料的重要加工环节，是卷烟工业化生产的第一道工序，烟叶烘烤质量直接决定了卷烟原料的质量水平，也影响着卷烟加工后续环节的工艺设计[14-15]。近年来，随着不同品牌卷烟的多元化发展，对烟叶原料加工过程中的个性化需求越来越多，尤其是加热卷烟，受燃吸方式低温加热体系的制约，烟叶原料需具有较高的浓度和香气量，以满足抽吸人的感官需求[16]。目前，由于受烟叶烘烤定色期稳温时间过短、升温速率过快、关键参数组合不科学、致香成分积累不足等的影响，烤后烟叶会出现易僵硬、变软慢、香气不足、杂色重、叶面部分光滑和橘色烟减少等问题。这将严重影响卷烟（加热卷烟）的质量，进而阻碍烟叶原料使用价值更好地发挥[17]。因此，笔者以烤烟品种K326 为材料，开展了定色期不同升温速率和时间参数的烘烤工艺研究，按加热卷烟感官评价方法进行综合评价，并对比分析优化烘烤工艺后烟叶的常规化学成分、香气前体物和中性香气成分，以期构建加热卷烟烟叶原料感官评吸质量与加热卷烟烟叶物质转化模型，为提高加热卷烟烟叶在低溫体系下感官评吸质量提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验于2020年在玉溪市红塔区研和试验基地进行，试验田地处102°29'E、24°14'N，海拔1 635 m，供试土壤为水稻土，肥力中等，质地较疏松。供试品种为烤烟K326（前期试验得出结果，K326适宜用作加热卷烟原料），选取田间长势一致、正常成熟落黄的中部叶（自下而上第9～11片）为材料进行烘烤。

配置3台热泵自动控温控湿中型可视化密集烤箱（国产，云南中海路德清洁技术有限公司）（容量2 000～2 400片）进行烘烤试验，编烟装烤时每个智能控制烤烟箱装烟20～24竿，共2层，每竿编烟 100 片左右，确保处理间装烟密度一致，烘烤过程中严格按处理方案及时准确升温排湿，风速调控由温控仪自动控制执行，为气流下降式烤房。

1.2 试验设计

试验共设3个处理，以定色前期48℃和定色后期56℃关键温度点进行稳温时间和升温速率优化，分别为延长稳温时间定色工艺（T1）、缓慢升温定色工艺（T2）和常规工艺“七步进阶式”烘烤（CK）。“七步进阶式” 烘烤各阶段的参数及目标见表1，烘烤总时间为178 h。T1和T2处理的具体操作如下。

T1：进入定色前期，以0.5℃/h的速度将干球温度升至48℃，湿球温度36～37℃，控制干湿差为11～12℃，稳温28 h；目标为低温层烟叶支脉全黄、小卷筒结束，风机高速档；进入定色后期，以0.5℃/h 的速度将干球温度升至54℃，湿球温度37～38℃，控制干湿差为16～17℃，稳温28 h；目标为低温层烟叶叶片干燥，大卷筒结束，风机高速档；变黄期和干筋期按“七步进阶式”正常烘烤；烘烤总时间为214 h。T2：进入定色前期，以0.25℃/h的速度将干球温度升至48℃，湿球温度36～37℃，控制干湿差为11～12℃，稳温18 h；目标为低温层烟叶支脉全黄、小卷筒结束，风机高速档；进入定色后期，以0.25℃/h的速度将干球温度升至54℃，湿球温度37～38℃，控制干湿差为16～17℃，稳温18 h；目标为低温层烟叶叶片干燥，大卷筒结束，风机高速档；变黄期和干筋期按“七步进阶式”正常烘烤；烘烤总时间为202 h。

1.3 测定方法

1.3.1 常规化学成分含量测定 在烟叶烘烤结束后取样，将样品置于－10℃冰箱保存待检。样品中的淀粉、总糖、还原糖、总氮、烟碱含量采用连续流动法测定[18]，蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定[19]。

1.3.2 香气前体物含量测定 质体色素类（β-胡萝卜素和叶黄素）采用乙醇–分光光度计法测定[20]，多酚类（绿原酸、莨菪亭和芸香苷）采用高效液相色谱法测定[21]。

1.3.3 致香成分含量测定 将烟叶样品磨碎，过40目筛，在平衡箱中于温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%条件下平衡24 h，称取2 mg样品粉末装入热裂解坩埚中，热裂解采用氮气作为保护气体，气流速度275 mL/min；裂解温度300℃，加热时间5 min；解吸温度280℃。气相色谱质谱条件：HP-5MS 毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为氦气，流量为1 mL/min；采用分流模式，分流比为50∶1；进样口温度250℃；升温程序为40℃保持3 min，以10℃/min的速率升高温度到280℃，保持15 min；溶剂延迟2.5 min；电离方式为电子轰击源（EI）；电离能量70 eV；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；全扫描，扫描范围29～400 amu。采用NIST2008和WILEY07这2个标准谱库进行定性分析，采用面积归一法进行定量分析。

1.3.4 加热卷烟制品感官评价 加热卷烟烟叶感官评价由具有卷烟感官质量评吸资质的5～7位评吸专家完成。按照云南中烟企业标准“新型卷烟感官评价方法”（Q/YNZY.J04.022—2015）进行，从烟雾量（10分）、香气香味（30分）、劲头（10分）、协调性（10分）、刺激性（15分）、口感（25分）6个指标进行评价打分，最小分度值0.5分，烟雾量、香气香味、劲头越大、协调性和口感越好，打分越高；刺激性越小，打分越高。每个指标达到相应要求时，按照评分标准对试样各单项计分，加热卷烟感官质量计分采用百分制。

1.4 数据统计

试验数据采用 Excel 2020和SPSS 22.0软件进行方差分析、计算和统计作表。利用Python软件，通过Scikit learn机器学习程序包构建偏最小二乘路径模型（PLS-PM），系统分析多组变量数据之间的关系。

2 结果与分析

2.1 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶常规化学成分的影响

由表2可知，定色期延长稳温时间工艺（T1）、缓慢升温工艺（T2）和对照工艺（CK）的加热卷烟烟叶还原糖含量存在显著性差异（P＜0.05），而其他常规化学成分指标差异均不显著；还原糖含量表现为CK＞T2＞T1，表明定色期烘烤工艺优化关键温度点（48和54℃）有利于加热卷烟烟叶还原糖消耗和转化，而对其他常规化学成分影响不大。

2.2 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶香气前体物含量的影響

由表3可知，定色期延长稳温时间工艺、缓慢升温工艺和对照工艺的加热卷烟烟叶绿原酸、莨菪亭和芸香苷含量存在显著性差异（P＜0.05），其他指标差异不显著；绿原酸和芸香苷含量表现为T1＞T2＞CK，表明烘烤过程中定色期增香烘烤工艺（延长稳温时间和缓慢升温）有利于绿原酸和芸香苷含量的转化和积累。

2.3 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶质体色素降解产物的影响

由表4可知，定色期延长稳温时间工艺、缓慢升温工艺和对照工艺的加热卷烟烟叶新植二烯、类胡萝卜素产物、巨豆三烯酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮和香叶基丙酮含量均存在显著性差异（P＜0.05），而二氢猕猴桃内酯含量差异不明显；除新植二烯和二氢猕猴桃内酯外，其他质体色素降解产物的含量均表现为T1＞T2＞CK。这表明定色期关键温度点（48和54℃）延长稳温时间和缓慢升温均促使了质体色素降解产物的积累和转化，其中延长稳温时间处理效果更好。

2.4 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶棕色化反应产物的影响

由表5可知，定色期延长稳温时间工艺、缓慢升温工艺和对照工艺的加热卷烟烟叶棕色化反应产物、糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃和5-甲基糠醛含量均存在显著性差异（P＜0.05），而2-乙酰吡咯和β-环柠檬醛含量差异均不明显；除β-环柠檬醛外，其他棕色化反应产物的含量均表现为T1＞T2＞CK。这表明定色期关键温度点（48和54℃）参数优化与烟叶烘烤过程中美拉德反应程度相关，延长稳温时间和缓慢升温处理，美拉德产物含量也随之增加，消耗的还原糖和氨基酸含量也增多。

2.5 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶芳香族氨基酸产物的影响

由表6可知，定色期延长稳温时间工艺、缓慢升温工艺和对照工艺的加热卷烟烟叶芳香族氨基酸产物含量差异除苯乙醛外均不显著，表明定色期参数优化对芳香族氨基酸产物影响不大。

2.6 定色期烘烤工艺优化对加热卷烟烟叶感官评吸的影响

由表7可知，定色期延长稳温时间工艺、缓慢升温工艺和对照工艺处理下加热卷烟烟叶感官质量评吸总分、香气香味得分和口感得分存在显著性差异（P＜0.05），感官品质评价总分由高到低排列依次为T1＞T2＞CK。这表明，定色期关键温度点缓慢升温和延长稳温时间处理有利于提高加热卷烟烟叶香气香味得分、口感得分和总分，其中延长稳温时间处理效果更好。

2.7 加热卷烟烟叶关键香气成分指标与感官评吸质量偏最小二乘路径模型构建

如图1所示，偏最小二乘路径模型结构方程式的拟合优度为0.871，说明潜变量之间关系的性质和密切程度方面可靠性好、精度高，同时也说明模型整体拟合效果较好，具有一定的参考价值。从模型的结果图中可以看出，在定色期烘烤工艺优化过程中，烟叶叶绿素降解产物正向作用香气香味总分（通径系数1.14，P＜0.01），类胡萝卜素产物正向作用香气香味总分（通径系数1.82，P＜0.01），多酚类正向作用香气香味总分（通径系数1.50，P＜0.01），而棕色化反应产物影响香气香味总分不显著；烟叶香气香味总分正向作用于感官评吸总分（通径系数1.06，P＜0.01）和口感（通径系数0.75，P＜0.01）。这表明烟叶叶绿素降解产物（新植二烯）、类胡萝卜素产物（巨豆三烯酮总量、大马酮总量和紫罗兰酮总量）和多酚类（绿原酸和芸香苷）之间能互相影响，主要作用于加热卷烟烟叶香气香味总分，最终共同提高加热卷烟烟叶原料的感官评吸质量。

3 小结与讨论

3.1 小 结

以烤烟品种K326 为材料，开展了定色期不同升温速率和时间参数的烘烤工艺研究，结果表明：（1）定色期延长稳温时间和缓慢升温处理均可显著提高“潜香型”物质和“调香型”物质含量，具体表现为绿原酸和芸香苷等（“潜香型”物质）和新植二烯、巨豆三烯酮、β-大马酮、β-紫罗兰酮等（“调香型”物质）含量增加；（2）定色期延长稳温时间处理后的加热卷烟烟叶香气香味得分和总分较优于定色期缓慢升温处理，定色期关键温度点（48和54℃）延长稳温时间处理对加热卷烟烟叶质量的提升效果最佳；（3）质体色素降解产物新植二烯、巨豆三烯酮、大马酮、紫罗兰酮等正向作用于加热卷烟烟叶感官评吸质量。

3.2 讨 论

烟草的风味特征往往是由几种表征化合物或关键化合物共同决定的，这些表征化合物通常在烟草种子、生长、成熟及贮藏过程中形成，或是在原料调制加工过程中形成[22]。史宏志等[23]就烟叶在调制过程中主要致香前体物的含量变化及化学转化进行了综述，指出烟叶调制过程是香气前体物降解、香气物质形成和转化的主要时期。烟叶烘烤中的香气成分分为2类：一类是以多酚类物质为主的“潜香型物质”[24]；另一类是以类胡萝卜降解产物为主的“调香型物质”，这些物质在卷烟配方中配伍性较强，可直接影响烟叶的感官质量[25]。

“潜香型物质”绿原酸和芸香苷属于烟草中多酚类化合物，是烟草中重要香气前体物，其含量与烟叶色泽、等级及卷烟的香气味、感官质量有密切联系，对烟叶风味特征和卷烟配方品质有较大的影响[26]，因此，多酚类物质是热加工烟草中表征风味的物质。该研究表明，在烘烤过程中，定色期延长稳温时间和缓慢升温均可适当提升烟叶多酚类物质含量，有利于烟叶绿原酸和芸香苷含量的转化和积累[27]。

叶绿素是烟叶调制过程中变化最剧烈的标志性物质，叶绿素降解产物新植二烯含量达到所测定的挥发性香气成分总量的75%～87%[28]。新植二烯本身具有清香气且刺激性较强，而叶绿素和叶绿醇则具有青杂气[28]。在调制过程中， 随着叶绿素和叶绿醇大量转化成新植二烯， 烟叶的青杂气被消除，清香气产生。此外，调制技术掌握不当的情况下，烟叶中叶绿素降解形成新植二烯的转化率不高，是导致烟叶产生青杂气的主要原因。该研究表明，在烘烤过程中，定色期延长稳温时间和缓慢升温均可适当提高烟叶新植二烯含量，有利于烟叶叶绿素降解和转化。

类胡萝卜素是烟草香气中重要的萜烯类化合物[29]。烟叶挥发性香气物质中有很多化合物与类胡萝卜素的降解产物有关，其中许多都是烟草中关键的致香成分。在烟叶总挥发性香气成分中，类胡萝卜素降解产物的含量仅次于叶绿素降解产物（占8%～12%）[30]，类胡萝卜素降解产生的香味物質阈值相对较低，刺激性较小，香气质较好，对烟叶香气贡献率大，是影响烟叶香气质和香气量的重要组分[31]。

类胡萝卜素的降解因双键断裂的部位不同可产生很多致香物质，如大马酮、紫罗兰酮、巨豆三烯酮、二氢猕猴桃内酯、柠檬醛等，这些物质对于烟叶香味的呈现有十分重要的作用[32]。其中，巨豆三烯酮又名“烟酮”，天然存在于白肋烟、烤烟中，呈液体状，通常是由4个同分异构体组成的混合物，对烟叶的香味有着极为重要的贡献。巨豆三烯酮是烟叶中天然存在的物质，能增加烟感，改善烟香和吃味，掩盖杂气，让烟香更加柔和丰满[33]。巨豆三烯酮具有类似可可一样的宜人香味，呈现持久甜润的烟草香、干果香和辛香底韵，其香气与烟草协调一致，对卷烟的增香提调、去除杂气有明显的作用。大马酮和紫罗兰酮对烟草香味有增强作用，最早在玫瑰花的精油中发现，后来在白肋烟中也有发现，赋予烟叶木香、花香、果香和甜的香味，特别是大马酮能赋予烟草充分成熟的香味特征[34]。紫罗兰酮具有紫罗兰花香，可增进烟草的花香，它还具有柏木香气特征，是烟草香气的重要组成部分，起主要的致香作用，能显著增强烟香，改善粗劣气，增加自然感和厚实感，调和烟气，并减少刺激感[35]。该研究表明，定色期关键温度点（48和54℃）延长稳温时间和缓慢升温均促使了类胡萝卜素降解产物的积累和转化，其中延长稳温时间处理效果更好。

研究还通过偏最小二乘模型得出了巨豆三烯酮、大马酮和紫罗兰酮能直接正向作用于香气香味总分和感官评吸总分的结果。此外，近年来的研究表明，类胡萝卜素及其降解产物具有抑制和清除自由基的作用，这对改善烟叶品质、降低烟气自由基伤害具有重要意义[36]。因此，在加热卷烟产品开发中，类胡萝卜素及其降解产物的含量，将是配方设计和烟叶原料调香配伍形成香气风格的重要化学组分，也是下一步研究的重点方向。

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（责任编辑：张焕裕）