雪茄外包皮烟人工发酵过程中香气物质变化规律研究
2010-09-14 20:06:12 来源:本站原创 评论:0 点击:
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时向东 张晓娟
(河南农业大学 国家烟草栽培生理生化研究基地 郑州市文化路95号,450002)
摘 要 以雪茄外包皮烟为材料,在温度49℃,相对湿度为60%的条件下在恒温恒湿箱中进行发酵,发酵天数为40天,结果表明:发酵开始后,大部分香气物质成分的含量上升,在发酵15天-25天时,烟叶香气物质含量最高,而后又开始下降。本实验条件下,发酵15-25天雪茄外包皮烟的香气物质达到最高值。
关键词 雪茄外包皮烟 发酵 香气物质 变化规律
The Changings of Aroma Matter in Cigar-Wrapper Tobacco
During Artificial Fermentation
Abstract: Under the condition of 49℃, RH 60%, through the 40-day artificial fermentation, we can see that: With the artificial fermentation beginning, most of the aroma matters are increasing, at 15th-25th day the content is the highest, but then it begins to decrease. So under this experiment condition, the flavor quality was the best between 15 and 25 days during fermentation.
Keywords: cigar wrapper tobacco, artificial fermentation, aroma matter, changing characteristics
烟叶发酵是烟草加工过程中最关键的环节之一。实践证明,在制造卷烟之前,烟叶必须经过自然陈化和发酵,其内在香吃味质量才能得以充分显现和发挥,使用价值才会有所提高。有关烤烟成熟、烘烤及醇化过程中烟叶香气物质成份的变化曾有过一些研究[1-4],但对雪茄烟发酵过程中香气物质的变化规律在国内几乎没有报道。本文以雪茄外包皮烟为材料,研究了在发酵过程中烟叶的香气物质变化规律,旨在为雪茄外包皮烟的合理应用提供一些理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂和仪器
1.1.1 材料和试剂
以雪茄外包皮烟在恒温恒湿箱中发酵,温度为49℃,相对湿度为60%,发酵40天。0天,15天,25天,35天,40天取样,用于香气成分分析。
1.1.2 试剂
萃取液:二氯甲烷(分析纯);内标:硝基苯(分析纯)。
1.1.3 仪器
同时蒸馏萃取仪,HP5890-5972气质连用仪。
1.2 样品前处理:
烟叶粉碎过60目筛→水蒸气蒸馏-二氯甲烷萃取(10.00g烟样+1.0g柠檬酸+350ml蒸馏水+0.5ml内标于500ml圆底烧瓶中,再加60ml二氯甲烷于另一250ml圆底烧瓶中,60℃水浴加热250ml圆底烧瓶,用同时蒸馏萃取仪蒸馏萃取。)→无水硫酸钠干燥有机相→60℃水浴浓缩至1ml左右即得烟叶的精油。
1.3 香气物质测定定性定量条件
经前处理制备得到的分析样品,由GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性。GC/MS分析条件如下:
(1)GC/MS条件
色谱柱:HP-5(60m×0.25mm. i.d.×0.25µm d.f.)
载气及流速:He 0.8ml/min
近样口温度:250℃
传输线温度:280℃
离子源温度:177℃
升温程序:50℃(2min) 2℃/min 120℃(5min) 2℃/min 240℃(30min)
分流比和进样量:1:15,2µl
电离能:70eV
质量数范围:50~500amu
MS谱库:NIST02
(2)定量分析
假定相对校正因子为1,采用内标法定量。
2 结果与分析
2.1 发酵期间烟叶主要香气成分的变化规律
烟叶的香气成分是烟叶香吃味形成的重要因素,且烟叶内部的香味物质十分复杂,各种成分对香吃味的影响也很复杂。对发酵期间雪茄外包皮烟香气物质的主要成分进行测定,定性测出31种香气物质。苯丙氨酸类4种,棕色化产物3类,西柏烷和赖百当类2种,类胡萝卜素类11种,其它类别的有10种,还有含量最高的新植二烯。
烟叶发酵后香气物质总量呈上升趋势,第25天时达到最大,之后逐渐下降。新植二烯的变化规律和香气物质总含量的变化规律是一致的。在雪茄外包皮烟发酵过程中,含量最高的是新植二烯,其次是植醇,再次是茄酮。其它含量较多的物质为:巨豆三烯酮,六氢法尼基丙酮,西柏三烯二醇,合金欢基丙酮,大马酮,假紫罗兰酮,二氢猕猴桃内酯,苯乙醇,苯乙醛,苯甲醇,糠醛,糠醇,5-甲基-2庚醛。而且随着发酵过程的推移,其中有13种成分的含量在发酵初期是增加的,到中期时达到最大值,后期逐渐下降。如:苯乙醇、苯乙醛、大马酮、香叶基丙酮、二氢猕猴桃内酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮等6种成分的含量在15天时达到最大值,新植二烯、苯甲醇、5-甲基-2-糠醛、西柏三烯二醇、合金欢基丙酮、吲哚、黑松醇等7种成分的含量在25天时达到高峰。而糠醇、茄酮、巨豆三烯酮1、巨豆三烯酮2、巨豆三烯酮3和3-羟基-β-二氢大马酮、巨豆三烯酮4等6种成分在发酵过程中呈现下降趋势。邻苯二甲酸二辛酯、六氢法尼基丙酮、植醇(异物体)、邻苯二甲酸二丁酯、植醇等5种成分的含量呈“锯齿”状变化。上述成份含量的多样性变化反映了烟叶香气成份的复杂性,烟叶中大多数香气物质成份在发酵的前、中期增加可能是烟叶中大分子物质分解、转化的结果,后期的减少可能是这些物质是代谢的中间产物,随着发酵时间的延长,这些物质进一步转化或挥发丧失所致。
表1 烟叶发酵期间主要香气物质成分含量的变化(单位:µg/g) |
香气物质名称 | 发酵天数 | ||||
0d | 15d | 25d | 35d | 40d | |
苯丙氨酸类 |
|
|
|
|
|
苯甲醛 |
1.906452 |
1.2411 |
0.759857 |
0.857903 |
0.985 |
苯甲醇 |
10.73968 |
13.6521 |
14.56393 |
12.86855 |
9.788438 |
苯乙醛 |
6.799677 |
8.865 |
7.725214 |
6.958548 |
5.355938 |
苯乙醇 |
8.515484 |
11.61315 |
10.00479 |
9.913548 |
7.202813 |
总计 |
27.96129 |
35.37135 |
33.05379 |
30.59855 |
23.33219 |
棕色化产物 |
|
|
|
|
|
糠醛 |
6.481935 |
7.2693 |
7.598571 |
6.577258 |
12.37406 |
糠醇 |
5.655806 |
5.4963 |
4.939071 |
3.717581 |
- |
5-甲基-2-糠醛 |
6.354839 |
18.6165 |
19.62964 |
17.92065 |
18.77656 |
总计 |
18.49258 |
31.3821 |
32.16729 |
28.21548 |
31.15063 |
类西柏烷和赖百当类 |
|
|
|
|
|
茄酮 |
59.79903 |
60.1047 |
55.08964 |
50.13968 |
51.28156 |
西柏三烯二醇 |
26.81742 |
80.93745 |
133.4816 |
117.1515 |
110.0122 |
总计 |
86.61645 |
141.0422 |
188.5712 |
167.2911 |
161.2938 |
类胡萝卜素类 |
|
|
|
|
|
6-甲基-5-庚烯-2-酮 |
0.635484 |
6.2055 |
1.773 |
1.525161 |
2.154688 |
大马酮 |
20.90742 |
23.049 |
20.00957 |
15.72823 |
10.15781 |
假紫罗兰酮 |
16.45903 |
14.5386 |
15.83036 |
11.43871 |
2.031563 |
香叶基丙酮 |
2.732581 |
11.25855 |
4.179214 |
3.050323 |
4.001563 |
二氢猕猴桃内酯 |
13.6629 |
17.10945 |
10.38471 |
12.10597 |
7.264375 |
巨豆三烯酮 1 |
5.020323 |
2.57085 |
2.152929 |
2.192419 |
0.985 |
巨豆三烯酮 2 |
9.341613 |
6.9147 |
8.358429 |
7.721129 |
4.247813 |
巨豆三烯酮 3 |
6.990323 |
4.4325 |
4.4325 |
5.52871 |
3.878438 |
巨豆三烯酮 4 |
12.07419 |
7.53525 |
9.118286 |
7.625806 |
4.370938 |
合金欢基丙酮 |
23.64 |
38.6514 |
46.22464 |
38.31968 |
40.8775 |
异辛二烯酮 |
|
3.45735 |
|
|
|
总计 |
111.4639 |
135.7232 |
122.4636 |
105.2361 |
79.96969 |
其它 |
|
|
|
|
|
3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮 |
1.58871 |
4.16655 |
2.279571 |
2.001774 |
2.524063 |
吲哚 |
10.73968 |
10.638 |
12.03107 |
9.341613 |
3.20125 |
1,4,6-三甲基-1,2-二氢萘 |
1.906452 |
2.21625 |
2.532857 |
- |
- |
1,1,6-三甲基-1,2-二氢萘 |
2.287742 |
2.92545 |
3.799286 |
- |
- |
邻苯二甲酸二丁酯 |
13.47226 |
10.1061 |
20.51614 |
19.25516 |
22.53188 |
植醇 ( 异物体 ) |
14.42548 |
6.0282 |
12.91757 |
10.00887 |
9.419063 |
植醇 |
361.2726 |
240.8621 |
393.2261 |
343.7332 |
315.5078 |
黑松醇 |
5.719355 |
6.7374 |
9.7515 |
8.48371 |
7.3875 |
邻苯二甲酸二辛酯 |
8.896774 |
7.092 |
11.90443 |
11.91532 |
17.91469 |
六氢法尼基丙酮 |
57.13 |
41.57685 |
50.78379 |
37.93839 |
49.68094 |
总计 |
420.309 |
332.3489 |
519.7423 |
442.6781 |
428.1672 |
所有总和(除去新植二烯) |
676.7903 |
686.8602 |
912.4618 |
788.2224 |
746.7531 |
新植二烯 |
635.4839 |
737.2134 |
990.8537 |
953.2258 |
615.625 |
注:总计为上边一类物质含量的总和,“-”代表物质的含量为痕量。 |
2.2 发酵过程中雪茄外包皮烟各类香气物质的变化规律
从图1、图2中我们可以明显看出,在所有的香气物质中,新植二烯的含几乎相当于其它所有香气物质含量的总和,最高含量为991ug/g。二者在整个发酵过程中的含量变化规律一致,随着发酵过程的进行,含量开始上升,到25天时达到最大值,25天后又开始下降。而其它类别的总含量次于新植二烯,在25天前呈V字形变化,25天后开始下降,在发酵25天时含量最大。类西柏烷和赖百当类与类胡萝卜素类含量变化规律一样,上升―下降,但前者在25天达到最大值,含量为188ug/g,后者在15天达到最大值,含量为136ug/g。苯丙氨酸类和棕色化产物含量较低,变化不太大,变化趋势为上升―下降,都是在15天时含量达到最大值。
2.2.1 发酵过程中苯丙氨酸类香气物质的变化规律
一些醇类物质如沉香醇、苯甲醇、苯乙醇等烟草的香味作用很明显。在烤烟的挥发油中,最重要的致香化合物是苯甲醇和苯乙醇,它们可使烟气增加花香的香味[5]。图3显示苯丙氨酸类物质的含量除去苯甲醛外都为上升——下降,而苯甲醛的变化为先下降后上升。苯甲醇含量最高,在25天时达到最大值14ug/g,而苯乙醇、苯乙醛在15天时含量最高,含量分别为10ug/g、8ug/g。苯甲醛的含量在发酵过程中总体含量是有所下降的。
2.2.2 发酵过程中棕色化产物的变化规律
棕色化反应产物中含有不少优质烟草的致香成分,自70年代以来,美国、日本、西德都已出现过以棕色化反应产物作为烟草增香剂的专利、文献[6]。由图4可知,在发酵过程中,糠醇一直处于下降趋势,而糠醛在25天前变化不明显,在25天后呈“V”字形变化。5-甲基-2-糠醛在发酵前阶段明显上升,后阶段有所下降,而下降幅度不太明显。
2.2.3 类西柏烷和赖百当类物质的变化规律
西柏烷类通过一定的降解途径可形成多种醛、酮等致香成分,如茄酮在烟叶中存在数量较大,赋予一种醇和的酮的烟味[5]。茄酮在发酵过程中15天以前变稍微有所上升,含量最大是在15天时,含量为60ug/g,以后有所下降;而西柏三烯醇在发酵的25天以前快速上升,25天以后开始下降,最高含量为133ug/g,而发酵前含量仅为26ug/g。
2.2.4 类胡萝卜素类物质的变化规律
一些高沸点的酮,如4-甲基苯乙酮、β-大马酮、β-二氢大马酮、β-紫罗兰酮等具有明显的致香作用,不少已用于烟草制品的加香中[5]。由图6中我们可以看出,大马酮、合金欢基丙酮、二氢猕猴桃内酯、香叶基丙酮的含量都可以通过合适的发酵时间而大幅度提高。大马酮、二氢猕猴桃内酯、香叶基丙酮的含量都在15天时达到最高值,15天以后开始有所下降。合金欢基丙酮在25天时达到最大值。而异辛二烯酮只有在25天时含量才能测定出来,含量为3ug/g,而在25天前后它的含量都为痕量。
3 结果与讨论
雪茄外包皮烟是烟叶制品中较为名贵的一类,其用途十分特殊,仅用于卷制雪茄烟的外包皮,是烟支品质和档次的象征,因此世界上高档雪茄对所使用的外包皮烟叶都十分讲究。 而皮烟占雪茄烟的10%,皮烟香气的要求与芯烟配伍,所以雪茄外包皮烟在使用前必须经过2~3次的发酵过程,来改善烟叶的颜色、色泽、弹性、香吃味和配伍性等,以期满足工业的要求。但包皮烟的发酵设备、发酵工艺和发酵环境条件等技术参数,各个厂家一般作为核心技术秘而不宣。目前,国外有关这方面的研究报道十分少见,国内基本没有开展这方面的工作[7、8、9]。
关于自然醇化和发酵过程中香气物质的动态变化规律,在烤烟上已经有很多研究报道。朱大恒、韩锦峰[10]等对烤烟自然醇化和人工发酵过程中的香气成分研究发现,随着醇化和发酵时间的延长,烟叶挥发性酸、挥发性羰基化合物含量以及烟叶精油中绝大多数香气成分含量显著增加。两种方法相比,自然醇化法对烟草香气成分含量的提高作用明显大于人工发酵法的作用。烤烟自然醇化18~24个月时,内在香气成分含量达到最高值。赵铭钦,汪耀富等[4]指出,随着陈化时间的延长,烟叶中大多数香气物质成分的含量持续上升,尤其是低分子量的成份上升明显,在不同的陈化阶段,烟叶中香气物质和化学成份在12个月以前含量变化最为激烈,之后趋于缓慢。
香气是构成烟叶香吃昧质量的主要内容[11、1、12],烟叶中香气物质成分十分复杂,其中有些物质的含量虽然很小,但对烟叶的香吃味有较大影响[13、3、14]。有关雪茄外包皮烟发酵期间香气物质含量的变化特点尚未见到报导。本试验结果表明,烟叶中绝大多数香气物质含量在陈化过程中呈上升起势,少部分香气物质表现为下降趋势。同时,随着陈化时间的延长,多数香气物质成份在15天-25天含量达到高峰,之后持续下降。因此,在本实验条件下,雪茄外包皮烟的发酵时间在15天-25天为好。
参考文献
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2Chakraborty M K.Improvement of tobacco aroma and smoke flavor by post-curing processing.Indian J Tech,1965,3[11]; 371—372
3.Long E C. et a1.Major Chemical Changes during senescene and curing. Rec Adv Tob Sci,1981,40-74
4.赵铭钦 汪耀富等。陈化期间烟叶香气成份消长规律的研究。中国农业大学学报, 1997,2(3):73-77
5.史宏志,刘国顺. 烟草香味学. 北京;中国农业出版社,1998
6.许萍,宁敏.非酶棕色化反应在烟草增香中的应用研究 合肥工业大学学报(自然科学版),1997(4):140-145
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10.朱大恒,韩锦峰等. 烤烟自然醇化和人工发酵过程中香气成分变化的研究 . 中国烟草学报,1999(4):6-11
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12.姚益群等.云南烟草香气研究.烟草科技,1988,(4)24—27
13.宫长荣,王能如,汪耀富等.烟叶烘烤原理.北京;科学出版社,1994
14.Weeks,W.W Chemistry of tobacco constituents influencing flavor and aroma.Rec.Adv.Tob.Sci.,1985.11:175—200
* 本研究由国家烟草专卖局资助,合同号:110200201012
第一作者简介:时向东,男,38岁,理学博士,副研究员。主要从事烟草栽培生理研究。
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