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烤烟调制过程中香气成分的研究及其应用技术探讨


  中国烟草科学  1997, ( 2) : 39—41                                  

烤烟调制过程中香气成分的研究及其应用技术探讨
孙福山
中 国农业科学院烟草研究所  山东青州 262500 中国烟草总公司青州烟草研究所

  摘 要 本文概述了烟叶调制过程中香气成分形成与变化

, 以及调制条件对烟叶香气影响的研究概况。 提出 了提高烟叶香气的调制关键技术。 主题词 烤烟 调制 香气成分   近十多年来, 随着我国烤烟生产 “三化” 技术的推广与普 及, 烟叶质量有了很大提高。 但与国外相比, 香气不足仍是影 响我国烟叶质量的突出问题。 本文根据国内外有关烤烟调制 与香气关系的研究, 进一步探讨提高烟叶香气的调制关键技 术。 种、 呋喃类 11 种、 吡喃类 2 种、 吡嗪类 14 种、 吡咯衍生物 7 种, 其它 3 种, 共计 68 种[1~ 3, 7, 19, 20 ]。 美拉德反应过程很复杂, 许多反应机理尚不清楚。 J 1E ?Hodge 提出了美拉德反应路 还原酮类或脱氢还原酮类, 这些酮类经环化或裂解形成各种 化合物。 其中酮类和氨基酸的反应即斯脱雷克尔 ( Strecher ) 美拉德反应中产生的各种杂环化合物是烟草的重要香气成 分 [1, 4 ]。
112 烟叶香气成分的变化

1 烟叶调制过程中香气成分的形成与变化
111 烟叶香气成分与其前导物的转化关系
[1 ]

m ado ri) 和海因氏 (H eyn s) 重排得到中间物, 可产生糖醛类和

烟叶中许多化学成分与香气有关。 有些成分含量虽然很

低, 但对烟叶香气起着很大作用 。 烟叶的香气成分主要是 在调制过程中转化形成的。 许多香气成分与色素的降解产物有关 [1~ 9 ]。新植二烯在

调制初期大量增加, 据推测它由叶绿素的分解物植醇脱水产 生。 类胡萝卜素是烤烟香气成分的重要前导物质, 降解时因 键断裂位置不同, 形成不同的香气成分
[1, 2, 4, 6, 11, 12 ]

。 叶表面的

蜡质物在烘烤中降解形成许多重要的香气成分。 如西柏三烯 的 a+ c、 e、 + e+ c+ e 位断裂分别得到 C 18、 15、 14、 13 a+ b C C C 的降西柏烷类化合物, 这个 C 13 就是茄尼酮。 而西柏三烯—4,
6—二醇的降解产物进一步转化也可以形成茄尼酮。 茄尼酮

本身就是烟草的重要香气成分, 它又可进一步转化形成其它 香气成分。 在调制过程中有两个主要化学变化, 即蛋白质水解形成

氨基酸; 淀粉水解形成糖。 而氨基酸和糖的非酶棕色化反应 即美拉德 (M a illa rd ) 反应, 被认为是香气成分形成的重要过 程之一 [1~ 4, 16, 18 ]。 莱芬韦尔 (L effing W ell) 报道, 在调制过程 中, 氨基酸可直接与糖发生非酶棕色化反应, 形成阿马杜里
(Am ado ri) 化合物, 如 1—脱氧—1—L —脯氨酸—D —果糖,

以及天冬酰胺、 谷氨酰胺、 甘氨酸、 丙氨酸、 缬氨酸、 苯丙氨酸 和酪氨酸等氨基酸的同系物, 估计这些物质约占烤后干烟重 的 2%~ 3% , 可给予调制后烟叶特有的香气。并概述了棕色 化反应已发现的化学成分有羟酸 4 种、 醛类 15 种、 酮类 12

  孙福山, 助理研究员, 多年从事烟草调制与分级研究工作。   收稿日期: 1997—4—22

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

线, 即氨基酸与糖的非酶棕色化反应的第一步是氨基酸的游 离氨基与还原糖的羰基缩合, 形成的氨基糖经阿马杜里 (A 2 在调制过程中, 随着叶内物质代谢与转化, 直接或间接 形成烟叶香气成分; 同时, 随着调制进程的推移, 调制条件的 不同, 直接影响着烟叶香气成分的消长变化。 瓦尔伯格 (w ah lberg ) [21 ] 等研究认为, 烟叶调制后, 挥发 性碱减少, 挥发酸增加, 许多香气成分产生和增加。 酸性成分 变化与脂类和苯丙氨酸的代谢有关, 烟叶中一些正构脂肪酸 含量有不同程度的增加, 其它很多酸含量在调制过程中基本 不变。 类胡萝卜素降解产物如巨豆三烯酮的四个异构体中, 有 三个在烤前含量很低, 另一个在变黄期产生, 调制后烟叶中
[1, 有三个异构体含量显著增加。 22 ]

降解反应生成的醛类和氨基酮类是杂环化合物的重要来源。

由无环异戊二烯类物质氧化分解转化的产物, 如香叶基

丙酮、 茄尼醇、 茄尼基丙酮和六氢茄尼基丙酮的相对含量都 有所增加 [1, 3 ]。

与脂类代谢相关的香气成分中。 许多结构较简单的醇、

醛、 酸和酯, 如 C 4 —C 10 的饱和正构醇, 2—甲基丁醇和 酮、
4—甲基戊醇等在调制过程中减少或变化不大。 不饱和醇中, 3—甲基—2—丁烯醇和 3 ( Z ) —已烯醇在调制前含量较高,

调制后减少。 有 11 种无环醛、 种无环酮在调制前含量低, 6

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http://www.cnki.net

中国烟草科学 表 1 烘烤过程中化学成分变化 ( % )
烘烤阶段 烘烤前 变黄末 定色末 干片时 干筋时 淀粉
36167 10117 9167 8155 9134

总糖
9151

还原糖
9101

总氮
2101 2119 2134 2127 2129

蛋白质氮
11010 01828 01874 01850 01909

烟碱
3149 3164 3188 3182 3168

绿原酸
1149 2129 2182 2177 2173

芸香甙
01995 11250 11270 11180 11160

新植二烯
01068 01126 01125 01133 01130

茄呢醇
1140 1174 1181 1189

调制中进一步减少或消失 [1 ]。 施帕茨 (A. T. Schep a rts) [23 ] 等研究了烤烟调制过程中类 脂化合物的变化。结果表明, 在调制过程中, 烟叶中的大部分 类脂物发生了显著的变化, 已烷提取物、 茄尼醇、 烃蜡和新植 二烯含量显著增加, 脂肪酸含量减少, 尤其是 C 16 脂肪酸和
C 18 不饱和脂肪酸含量下降明显。 P. cho tinuch it [32 ] 等研究认为, 烟叶调制期间酚类物质的

变化也很剧烈, 由于酚糖甙的热解作用和酶促分解, 酚类物 质总量明显增加。W a lker 和 L ee ( 1968) 研究指出, 烟叶在调 制过程中绿原酸由原来的 33% 增加到 50% , 在调制的烟叶 中咖啡酸含量不超过干重的 0105% , 莨菪甙及其葡萄糖甙较 烟叶发生了棕色化反应之后, 使多酚类物质在很短时间里就
1 也说明了调制期间两者增加 40% 以上, 这对于改进烟叶香

鲜烟叶中有所升高, 其含量约占干重的 0103% , 如果调制时 会减少 85% , 其原因主要是多酚氧化酶对绿原酸作用的结 果。 cho tinuch it ( 1987) 等对绿原酸和芸香甙的测定结果, 表 P. 吃味将是有利的。 许多研究表明, 在调制过程中, 美拉德反应产物增加, 其 中 2—甲酰吡咯、 —甲酰—5—甲基吡咯在调制时产生, 丙基 2 吡咯增加, 乙酸吡咯增加最大, 约增加 8 倍。2—乙酰呋喃、 乙 吡嗪和 2—甲基吡啶均有所增加 [1, 3 ]。 宫长荣 [1, 24, 25 ] 等研究了调制过程中烟叶香气成分的变化 表明, 低温变黄慢定色在变黄期烟叶中大多数香气成分高于 高温变黄快定色。干筋期前者烟叶中大分子香气成分含量较 高, 后者烟叶中小分子香气成分较高, 表明高温变黄, 叶内高 抑制, 使小分子物质积累。而且低温变黄慢定色, 调制后烟叶 有利于提高烟叶香气成分。 分子有机物质转化快, 定色期快升温, 叶内生化变化过早被 中有 12 种重要的香气成分含量较高。 说明低温变黄慢定色

酸糠脂、 甲基糠醛、 5—二甲基吡嗪、 —甲基吡嗪、 —甲基 2, 3 4

2 调制条件对烟叶香气的影响

20132 20184 21130 20184

20109 20171 21110 20145

水过快、 过慢的程度越大, 烟叶香吃味降低越严重。

在调制过程中, 由于烟叶脱水排湿和升温速度不同, 调

制后烟叶香气有很大差异。日本等国对调制条件与烟叶香气 研究。

的关系做了许多研究。 近年来, 我国学者也开始对此进行了

日本岗山烟草试验场的原口胜 [1, 7, 17, 18 ] 研究了烟叶脱水

过程与品质的关系, 结果表明, 不论变黄期或定色期, 烟叶脱

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通风与烟叶脱水干燥关系密切, 并均影响烟叶的香吃 味。日本学者研究发现, 风速高时, 调制后烟叶颜色趋于柠檬 黄, 香气淡 , 辛辣味重, 刺激性大; 风速低时, 调制后烟叶颜色 趋于深, 香气和吃味浓郁。堆积烤房挂一层烟时, 烤后烟叶香 气, 风速以 011m m is 的最好; 挂二层烟时, 风速以 012m m is 的最好; 风速大于 013m m is 时, 香气、 吃味明显下降, 且以定 色期和干筋前期风速高时, 对烟叶香气影响最大。 据富田 [1, 7, 18 ] ( 1968) 研究报道, 氨基酸与糖反应生成的缩 合物产生烤烟特有的香气, 并使烟气柔和具甜味。 变黄期限 制叶片脱水, 则显著地抑制氨基酸含量的增加, 而淀粉水解 酶的活性, 只有在叶片水分亏缺时才有高的活性, 所以变黄 期脱水不充分、 变黄期温度低或 40℃ 43℃条件下历时短, ~ 将影响合成香气成分的前导物—糖和氨基酸的形成量, 从而 影响烟叶香气。 和田 [1, 2, 17, 18 ] 等研究证明, 烤烟在干片定色末 期, 温度升至 50℃时, 烟叶才出现烤烟特有的香气, 而糖—氨 基酸类缩合物恰好在 50℃ 55℃下大量合成。 美国学者认 ~ 为, 38℃变黄最适宜 [27, 28 ]。这与我们的研究结果一致, 38℃变 黄调制后烟叶香气较好, 评吸得分最高 [29 ]。 宫长荣 [24, 25 ] 等研 究结果表明, 低温变黄 ( 35℃ 38℃变黄) 、 ~ 慢定色 ( 0133℃ h 升温定色) , 烤后烟叶香气质好, 香气量足, 杂气和刺激性小。 日本学者对干筋温度及升温方法与香气的关系的研究 表明, 在 50℃干片时 , 产生香气, 但有残余青生味; 60℃时, 香气变浓, 青生味消失; 67℃时, 香气变淡, 且随着时间的推 移, 香气愈加变淡, 15h 后比 7h 后, 香气明显变淡。 认为在干 筋最高温度下, 持续时间不超过 10 小时, 对烟叶香气影响不 大 [1, 11, 30 ]。 岗山、 鹿儿岛、 宇都宫烟草试验场 ( 1982) 的研究表 明, 当 烟 叶 干 片 后, 以 2℃ h 的 升 温 速 度 分 别 升 到 60℃、 65℃、 ℃干筋, 调制后烟叶香气浓淡顺序为 60℃> 65℃> 70 70℃。 但 60℃干 筋 时, 时 间 延 长 15~ 20h, 消 耗 燃 料 较 多 [1, 7, 11, 18 ]。 干筋期升温方法试验表明, 各种升温法处在最高 温度 68℃下干筋的时间差异很大。 慢行升温法 ( 50℃干片后, 以 2℃ h 升至 68℃) 为 15h。 阶梯升温法 ( 50℃干片后, 按 3℃ h 保持 3h 依次升至 68℃) 为 10h; 50℃干片后, 按 3℃ 以阶梯升温法 烤后烟叶香 h 保持 5h 依次升至 68℃) 为 5h。 吃味最佳 [18, 30 ]。这与我们的研究结果一致 [17, 18, 31 ]。美国约翰 逊 (John son ) 认为, 干筋期温度超过 71℃, 则引起糖分焦化, 但不会过于影响香吃味 [7, 30 ]。 可以看出, 各产烟国调制时干筋 温度有一定差异, 这可能与鲜烟叶素质有关。

11180

3 提高烟叶香气的调制关键技术

根据上述烟叶调制过程中香气成分的形成与变化以及 http://www.cnki.net

  中国烟草科学  1997, ( 2) : 39—41                                   调制条件对烟叶香气的影响等研究进展, 结合我国烤烟三段 式烘烤, 提出提高烟叶香气应掌握的调制关键技术。
311 坚持低温变黄, 视鲜烟叶素质定变黄温湿度 312 掌握好变黄期和定色期烟叶脱水程度
~ 100
12   Goodw in, T. W. et al 1983. In troduction of p lan t b iochem istry

~ N ew Yo rk, Pergam e P ress, 1983: 304 306
13 李树正等 1 国际烟用香精香科研究的最新进展 1 中国烟草学会

正常气候、 规范化生产条件下形成的含水量适中烟叶,

以 38℃变黄为宜, 干湿球温差为 2℃左右; 而含水量多、 叶片 薄、 干物质较少的烟叶 ( 如下二棚叶) , 以 40℃变黄为宜, 最高 温度不超过 43℃, 干湿球温差 3℃ 4℃; 含水量少、 ~ 叶片厚、 干物质多的烟叶, 以 36℃ 38℃变黄为宜, 干湿球温差 1℃ ~ ~ 2℃。这样可使烟叶变黄与脱水同步协调进行, 促使叶内生 理生化变化向有利于香气成分及其前导物形成的方向转化。 变黄期烟叶脱水量为烟叶含水量的 25%~ 30% , 即变黄

第二次会员代表大会会刊, 1992: 315 325 ~ 草, 1996 (1) : 36 38 ~

后烟叶应充分凋萎、 主脉变软; 定色期脱水量为烟叶含水量 的 50%~ 55% , 即烟叶呈卷筒状态。 而烟叶脱水过多或过少 将对烤后烟叶香气有极大的影响。 间
313  定色期慢升温, 适当延长烟筋变黄和干片温度下的时

以每 2 3h1℃升温, 延长 45℃ 48℃时间 ( 可按每小时 ~ ~

升 1℃, 稳温 3 5h) , 使升温速度与自然通风烤房排湿, 稳定 ~ 湿球温度 38℃左右相吻合, 有利于叶内物质充分分解转化, 促使烟筋变黄。 之后以每 2h1℃升至 54℃ 55℃, 稳温 8 ~ ~ 德反应, 形成丰富的香气物质。 间

10h 干片, 湿球温度不超过 40℃, 促使糖和氨基酸发生美拉 314  干筋期采用阶梯式升温法, 缩短烟叶处在高温下的时

改常用的急火刹筋升温法为阶梯式升温法。 55℃干片 即

后, 以每 h 升 3℃, 保持 5h; 再以同样的升温方法逐渐升至 最高温度下的时间, 减少香气成分的挥发或破坏, 这是提高 调制后烟叶香气的有效措施之一。 参考文献

68℃, 湿球温度不超过 43℃, 稳温干筋。 可缩短烟叶处于干筋

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烟草科技, 1990, (4) : 39 41 ~

( 责任编辑 王华彬)

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