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1、汤朝起, 硕士, 从事烟叶储存养护及自然陈化研究。收稿日期: 19990715烟叶自然陈化研究进展及设想汤朝起 许建铭 张 俊 姚衡洲( 上海烟草( 集团) 公司技术中心 上海 200082)摘 要 阐述了烟叶陈化机理和标准, 并介绍了国内外烟叶陈化发酵技术的研究进展。 提出应在确定科学便捷的取样方法基础上, 从物理和生物因素的角度开展烟叶自然陈化的时间与质量效应、 生物技术在烟叶储存养护中的应用等方面的研究。关键词 烟叶 陈化 进展 设想烟叶陈化是卷烟工业的一种初加工方法。当年收获的新烟, 其品质都存在不同程度的缺陷, 不宜直接用于制造卷烟, 必须进行陈化处理。 在陈化发酵过程中, 烟叶主要
2、化学成分发生变化, 青杂气和刺激性大大减轻, 香气显露, 吃味醇和, 色泽均匀并加深 1。因此, 陈化发酵是卷烟工业提高烟叶质量的一个重要环节。目前对烟叶储存陈化技术的研究还比较粗浅, 烟叶储存主要是围绕防虫防霉这一中心而开展工作。 对烟叶陈化的机理和标准, 以及烟叶在储存过程中的物质变化与烟叶香吃味改善、 杂气及刺激性减少的关系缺乏深入的研究。如果这方面的主题有所突破, 烟叶陈化发酵技术将会有一个飞跃。1 烟叶陈化的机理与标准关于烟叶陈化发酵的机理, 目前有 3 种不同学说 1: ( 1) 纯化学变化; ( 2) 微生物作用; ( 3) 酶催化。1867 年俄罗斯的涅斯列尔和什列晋格首先提出
3、烟叶发酵原因假说, 认为烟叶中所含的无机催化剂( 铁、 镁) 是促使烟叶发酵的主要原因。 这些元素与空气中的氧进行催化作用, 发生化学反应, 烟叶调制后水分缺乏, 颜色变黄, 大部分细胞死亡, 多数酶失去活性, 残留酶对陈化的作用不大。另外, 烟叶发酵时耗氧量与温度同步变化, 即较高的温度在定量上导致更多的化学变化, 这不符合酶催化的特征; 烟叶表面的微生物, 往往对烟叶质量产生不良影响, 如霉变等。19 世纪 80 年代, 小什列晋格提出一种新假说 2, 认为引起发酵的最初原因是微生物的参与, 发酵的后期过程在无机催化剂的作用下进行。 Reid 等人在研究雪茄烟发酵过程中发现, 微生物活动比
4、较活跃, 并与发酵过程和发酵质量有一定关系 1。同时, 列夫理论 2认为是烟叶本身所含的氧化酶类引起发酵作用, 并指出主要是氧化酶、 过氧化氢酶、 过氧化物酶等作用所致。周冀衡, 等 1、 肖协忠,等 3也认为, 发酵是烟叶在其本身酶参与下的生化过程, 影响烟叶发酵的内在因素是烟叶本身细胞内 所含有的酶, 它是促进烟叶发酵的原动力, 烟叶发酵是多种酶联合作用的结果。 在陈化发酵过程中, 由于酶的催化, 烟叶内部各种化学成分发生剧烈变化; 这些变化伴随着强烈的氧化过程, 具体表现为烟叶强烈地从空气中吸收氧气, 发生回潮并放出热量。 影响烟叶发酵的最重要的外在因素是温、 湿度, 烟叶中酶的催化作用
5、受限于周围空气的温、 湿度变化, 在干燥条件下, 酶具有很强的耐热性, 即使升至 100, 酶仍能保持活性。关于烟叶陈化发酵的机制, 目前尚未定论, 不过有些问题是比较肯定的。 发酵过程主要是氧化反应,主要特征是消耗氧气, 放出 CO2和热量。烟叶发酵与其它植物的酒精发酵作用完全不同, 两者之间没有联系 1。 烟叶在陈化发酵中的变化, 不是调制过程中各种生理生化变化的延续, 两者之间有很大的区别 1。另外, 烟叶自然陈化的适宜含水率为 10% 17中国烟草科学 1999, ( 3) : 1719 13%, 温度为 035。 陈化期约13 年, 但主要的 内在化学成分变化在前 12 个月内进行
6、3, 以后的时间变化缓慢。由于陈化的机理不清, 目前对烟叶陈化的标准 也就缺乏理论依据, 仅凭感官评吸、 经验判断。2 国内外烟叶陈化发酵技术研究进展目前对烟叶陈化技术的研究还比较粗浅, 至今 没有突破性进展。一些卷烟工业发达国家比较重视仓储温湿度对陈化质量的影响。 为缩短陈化时间, 美国北部的卷烟 厂把烟叶运到气温较高的南方搞“ 异地陈化” 1。巴西的烟厂实行烟叶标准化库房贮存, 仓库温度常年保持 19, 相对湿度恒定在 60% , 陈化效果很好。 意 大利的 Carotenuto R. 4为了探索仓储温度和贮存时间对烟叶陈化的影响, 经过多年试验, 初步探讨了温度时间效应与烟叶亮度、 还原
7、糖含量、 烟丝填充力以及相对湿度之间的函数关系式, 为有效调控烟 叶陈化的进程奠定了数理基础。同时, 国外研究者为寻求陈化的理论标准, 对贮存过程中烟叶内部化学成分的变化规律进行了比较 细致的研究。例如, 通过对主要化学成分的分析发现 1, 在烤烟陈化发酵中, 总糖、 烟碱、 氨基酸含量,pH 值一般呈下降趋势; 有机酸总量, 甲基苯酚、 乙 烯基苯酚等简单酚类物质含量略有增加; 由于类胡萝卜素的部分降解, 中性和酸性香气物质增加, 而碱 性成分将有所减少。但是始终未找到某种化学成分变化与烟叶评吸质量之间的高度相关性, 因此很难以陈化过程中几种化学成分的变化来判断陈化效 果。日本学者 T ak
8、eshi Sakaki 5发现烟叶顶空挥发物的组分变化与烟叶陈化进程有一定相关性, 从而为判断陈化是否完成提供了新思路。 此外, 国外研究者对微生物及酶在烟叶陈化技术上的应用也做了积 极尝试。50 年代初我国烟叶供应紧张, 从前苏联等国引进了人工发酵技术, 直到 80 年代还在全国普遍采用 1, 所以对烟叶自然陈化研究相对薄弱。 人工发酵 虽有不少优点, 但对烟叶品质改善的效果无法与自然陈化相提并论。 到了90年代烟叶生产水平长足进步, 烟叶供应比较充足, 各地卷烟厂先后摒弃人工发 酵而相继采用自然陈化, 对烟叶自然陈化技术的研究才真正展开。余校芳, 等 6对烤烟 K326 及广西晒黄烟二级烟
9、叶在密封仓库内进行了 30 个月的贮存陈化试验, 通过对烟叶养护、 管理和外观质量、 内在质量的评定及化学分析, 确定不同等级烟叶的最佳贮存期分别为: C2F 复烤烟 1320 个月, B3F 复烤烟 1523 个月, 广西晒黄烟二级 1320 个月。 郭俊成, 等 7进行了皖南烤烟陈化研究, 结果表明, 中三、 中四烟叶陈化时间两年为宜, 上二烟叶需 3 年时间品质才能达到要求, 各等级烟叶陈化时间最长不宜超过 3 年, 否 则烟叶香气将逐渐减少; 同时还发现, 随着烟叶陈化时间的延长, 其填充力有逐年增加的趋势, 且与总糖、 总氮和烟碱呈极显著负相关。据张广周 8报道,室温 25、 相对湿
10、度 65% 是白肋烟最佳贮存条件。 国内一些卷烟厂还尝试利用“ 密闭降氧” 技术进行烟叶储存, 其主要作用是减少储存过程中烟叶造碎和走油的损失, 对陈化不一定有利。 微生物及酶原先应用于人工发酵低次烟叶 9,目前国内研究者正在试验这一技术在烟叶自然陈化上的应用, 韩锦峰, 等 10、 罗家基, 等 11在这一课题 上进行了成功尝试。其方法是筛选分离烟叶表面的优势菌种, 通过人工培养快速增殖, 然后按一定比例配制成微生物及酶制剂喷施于烟叶表面, 这样能显 著提高陈化质量, 改善烟叶香吃味, 技术难点是菌种的稳定性问题。 但也有人发现, 仅有微生物难以提高陈化质量, 必须加其它料液才能显著改善香吃
11、味。此外, 国内研究者还积极探索烟叶陈化的机理, 以及进一步改进人工发酵技术的可能性。韩锦峰,等 12测定了不同陈化时期烤烟中 ? -淀粉酶、 多酚氧化酶等 5 种酶活性, 结合相关化学成分分析表明, 烤烟陈化过程在 1218 个月内已基本完成。朱大恒,等 13比较研究了烤烟自然陈化与人工发酵前后化 学成分的变化, 结果发现, 烤烟经自然陈化或人工发酵后, 还原糖、 总氮、 烟碱、 蛋白质、 氨基酸和总脂质含量均下降, 其下降幅度以自然陈化烟叶较大; 总有机酸、 挥发性酸和粗糖苷含量均上升, 也以自然陈化 烟叶的上升幅度较显著。 由此可见, 促进烟叶大分子化合物的降解和转化以及小分子香气物质的
12、合成和积累, 是烟叶发酵的主要技术关键。遵循这一原理, 通过改进发酵工艺条件, 并结合有效的生化调控措施, 进一步提高烟叶发酵效果、 缩短发酵周期的目标是可能实现的。3 问题与展望烟叶自然陈化是环境温湿度和烟叶本身所含的18中国烟草科学酶、 叶面微生物等共同作用的结果。所以, 从理论上 讲开展烟叶陈化技术研究要从两方面入手: ( 1) 物理因素, 主要是温度、 湿度和时间三要素以及烟叶含水率对陈化的影响; ( 2) 生物因素, 研究叶面微生物和 烟叶本身所含的酶等生物活性物质对烟叶陈化的影响。我国每年生产烟叶 225 万吨左右, 中国烟草总公司要求全国烟草企业的烟叶储存以打叶复烤烟叶 ( 片烟
13、) 为主。 如何储存这些烟叶, 使其在质量最佳状态时用于卷烟, 这对于提高产品质量、 降低损耗具有直接促进作用。 因此, 有必要开展烟叶储存期品质变 化规律的研究, 确定不同特征烟叶的最佳储存期, 以指导烟叶采购、 储存和配方使用。要开展上述研究, 首先要确定科学便捷的取样方法。片烟由于压紧打包, 手工取样困难, 通常采用 机械打孔的方式。因此有必要做预备试验以搞清比较模糊的认识: ( 1) 打孔对周围陈化质量的影响; ( 2)按国标, 片烟烟箱要求 4 个堆高, 那么这些不同堆高层次的烟叶, 其陈化质量有何不同。 在搞清这些基础问题后, 应当着手开展烟叶自然陈化的时间与质量效应的研究。烟叶陈
14、化质量的跟踪测试包括感官评吸、 外观 质量评定、 理化成分分析、 生物活性物质检测等。感官评吸按单料烟评吸方法进行, 对每一项指标打分,并对烟叶质量特征进行文字描述, 香气、 杂气和刺激性的评定是感官评吸的重点内容; 外观质量评定以 肉眼判定为主, 同时尝试计算机视觉判定的可能性,判定的主要内容是烟叶颜色、 油分变化情况; 物理指标主要是烟丝的填充力, 在化学成分测试中不能仅 停留在糖、 氮、 烟碱等常规化学成分上, 应拓展检测范围, 重点放在香气物质和刺激性物质的检测上; 生物活性物质检测, 主要对象是烟叶本身所含的氧化酶种类、 活性检测( 如过氧化氢酶、 细胞色素氧化酶P450等) , 烟
15、叶表面微生物优势菌种的分离鉴定, 包括细菌、 放线菌、 霉菌、 酵母菌, 随着陈化时间的推移, 烟叶表面微生物优势菌种和烟叶本身所含氧化酶的种类和活性都可能发生变化。 同时, 还可以检测淀粉酶、 蛋白酶等酶的种类和活性。 根据感官评吸和外观质量判定结果, 确立不同地区、 不同着生部位、 不同等级片烟自然陈化的最佳储存期; 通过理化成分分析和生物活性物质检测, 初步掌握自然陈化过程中烟叶的物理、 化学、 生物指标 的变化规律。 对照感官评吸和外观质量评定结果, 运用统计学方法, 探讨经验判断与烟叶理化、 生物指标变化之间的相关性, 寻求烟叶自然陈化的质量评价 标准。还可以进行仓储温湿度人工调控试
16、验, 确立不同地区、 不同部位、 不同等级烟叶自然陈化的最佳温湿度条件。 此外, 应积极探索利用生物技术缩短储存 周期提高烟叶陈化质量, 目前对于生物技术在烟叶储存养护上的应用, 国内外尚未取得统一认识, 这是当前烟叶陈化技术研究的一个“ 热点” 。(上海烟草技术中心龚懿高工、 张建平博士、 郜强主任,贵州省烟草科学研究所唐远驹所长、 关国经研究员对本课题提出宝贵意见, 特此致谢! )参 考 文 献1 周冀衡, 朱小平, 王彦亭, 等 . 烟草生理与生物化学 . 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1996. 4634872 宫长荣, 于建军, 等 . 烟草原料初加工 . 北京: 中国轻工业出版社, 1993. 1832373 肖协忠 . 烟草化学 . 北京: 中国农业科技出版社, 1997. 1161264 Carotenuto R.T ime-temperature effects o
