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      酶制劑對陜南上部煙葉化學成分和香氣品質(zhì)的影響

      2022-01-08 09:26:04葉愛萍董洪旭鄧金華張立新
      煙草科技 2021年12期
      關(guān)鍵詞:酶制劑煙堿淀粉酶

      吳 薇,袁 帥,鄭 璽,葉愛萍,徐 磊,董洪旭,劉 偉,劉 祥,鄧金華,張立新*

      1.西北農(nóng)林科技大學生命科學學院,陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)西農(nóng)路22號 712100

      2.陜西中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心,陜西省寶雞市高新大道100號 721013

      隨著我國煙草行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,對優(yōu)質(zhì)煙葉原料的需求量進一步增加,對烤煙原料質(zhì)量的要求也逐步提高[1]。其中,烤煙上部葉占整株煙葉的30%~40%,但由于其成熟度不夠、葉片偏厚、組織結(jié)構(gòu)緊密、淀粉和煙堿含量偏高、糖堿比低、內(nèi)在化學成分不協(xié)調(diào)和刺激性較大等問題,使烤煙上部葉的工業(yè)可用性降低[2-5]。為了解決這一問題,前人曾通過完善栽培技術(shù)[1]、改變上部煙葉的采收方式[6]、使用先進烘烤設(shè)備[7]等措施,在一定程度上使上部煙葉的工業(yè)可用性有所提高。但因產(chǎn)量降低、費工費時、投資增加等問題,影響了技術(shù)的推廣應(yīng)用。劉勇等[8]通過改進烘烤工藝,提高了上部煙葉烘烤品質(zhì)和可用性,但由于只對烘烤環(huán)節(jié)中的烘烤溫度和時間進行調(diào)整,煙葉可用性的改善程度有限。

      煙葉的內(nèi)源酶在烘烤過程中對煙葉淀粉的轉(zhuǎn)化與香氣物質(zhì)的形成具有重要作用。有研究表明,在烘烤過程中煙葉淀粉含量在內(nèi)源酶的作用下顯著下降,香氣物質(zhì)含量顯著提高[9]。但煙葉內(nèi)源酶含量較低,在煙葉烘烤過程中依靠自身酶的作用不足以有效調(diào)節(jié)影響烤煙品質(zhì)的各種成分含量。因此,通過發(fā)酵的方法,利用酶降解煙堿,合成香氣物質(zhì)及改善煙葉、再造煙葉和煙梗品質(zhì)的技術(shù)已得到重視[10-11]。在煙葉烘烤過程中噴施果膠酶可降低煙葉的胞壁物質(zhì)和果膠含量,減少雜氣,減輕刺激性[12-14]。烘烤過程中噴施纖維素酶和果膠酶后烤煙煙葉香氣質(zhì)、香氣量增加,雜氣減少,刺激性降低,香氣協(xié)調(diào)[15-17]。噴施中性蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶等外源復(fù)合酶制劑后,烤煙蛋白質(zhì)含量降低,游離態(tài)和糖苷結(jié)合態(tài)中性香氣成分含量提高,煙葉總體香氣物質(zhì)種類增多,含量增加[18-21]。表明添加外源酶制劑對提高烤煙品質(zhì)具有一定效果。前人在烘烤過程中噴施酶制劑以提高煙葉品質(zhì)方面做了大量研究,但關(guān)于陜南煙區(qū)煙葉的相關(guān)研究報道則較少。為此,以陜南煙區(qū)生態(tài)條件為背景,以云煙87 為材料,烘烤前通過在煙葉上噴灑酶制劑后分析陜南上部煙葉化學成分的變化規(guī)律,旨在為陜南煙區(qū)通過添加酶制劑提高烤煙上部煙葉香氣品質(zhì)提供依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗地概況

      試驗于2017 年在陜西省安康市旬陽縣神河鎮(zhèn)豐家?guī)X村進行,種植土壤為黃棕土,基本理化性質(zhì)為pH 7.34,有機質(zhì)14.66 g/kg,速效氮55.03 mg/kg,速效磷10.62 mg/kg,速效鉀160.30 mg/kg。

      1.2 試驗品種與設(shè)計

      試驗所用酶制劑為天津市諾奧科技發(fā)展有限公司生產(chǎn),淀粉酶活力為4 000 U/g,纖維素酶活力為10 000 U/g,酶活力單位定義依據(jù)GB 1886.174—2016[22]。供試煙草品種為云煙87。將酶制劑按試驗設(shè)計(表1)與適量蒸餾水混勻,對照為等量蒸餾水,用小型噴霧器均勻噴灑在煙葉表面,以葉面濕露不滴水為原則,在陰涼通風處晾制6 h 后進行烘烤,每處理設(shè)置3 次重復(fù)。

      表1 試驗設(shè)計Tab.1 Experimental design

      1.3 測定項目與方法

      1.3.1 樣品處理

      煙葉烘烤結(jié)束后,依據(jù)GB 2635—1992[23]在各處理中挑取B2F 等級的樣品,一部分由陜西中煙工業(yè)有限責任公司制作成卷煙用于評吸,另一部分將煙葉主脈去除后放入烘箱中于45 ℃干燥2 h,取出后用小型粉碎機粉碎并過0.180 mm 篩,裝入塑封袋中并標記,用于化學成分和香氣物質(zhì)含量(質(zhì)量分數(shù))的測定。

      1.3.2 煙葉化學成分測定

      參照YC/T 159—2002[24]、YC/T 216—2013[25]、YC/T 161—2002[26]、YC/T 217—2007[27]、YC/T 468—2013[28]標準方法分別測定煙葉總糖、還原糖、淀粉、總氮、鉀和煙堿含量(質(zhì)量分數(shù))。

      1.3.3 煙葉香氣物質(zhì)測定

      采用減壓蒸餾萃取法(VDE 法)[29]提取煙葉中香氣物質(zhì),采用Trace-1310-ISQLT 氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國賽默飛世爾科技有限公司)進行定性分析。分析條件:

      色譜柱:TG-5MS 毛細管柱(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm);程序升溫:初始溫度40 ℃,保持3 min,以4 ℃/min 升溫至300 ℃;進樣口溫度310 ℃;載氣及流速:He,流速1.000 mL/min;不分流進樣。傳輸線溫度:290 ℃;離子源溫度:300 ℃;電離方式:EI;轟擊電壓:70 eV。利用隨機Excalibur 工作站和NIST2002 標準譜庫檢索定性,定量用內(nèi)標法(硝基苯)計算,內(nèi)標校正因子為1,計算公式:

      ms=(mi×As)/(m0×Ai) (1)

      式中:ms為香氣物質(zhì)含量,μg/g;mi為內(nèi)標物含量,μg;As為香氣成分的峰面積;Ai為內(nèi)標物的峰面積;m0為粉碎煙樣的質(zhì)量,g。

      1.3.4 煙葉感官品質(zhì)鑒定

      依據(jù)YC/T 415—2011[30],由陜西中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心具備煙草行業(yè)評吸資質(zhì)的9人組成評吸小組,對添加酶制劑后煙葉的感官品質(zhì)進行評吸鑒定,對烤后煙葉香氣質(zhì)、香氣量、濃度、勁頭、雜氣、刺激性和余味等7 項指標進行打分,各指標評吸總分以9 名評吸員的評分加權(quán)平均值為最后分值。

      1.4 數(shù)據(jù)分析

      使用Excel 2010 軟件進行數(shù)據(jù)整理及制圖,用SPSS 20.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析,用Tukey 法進行數(shù)據(jù)間差異的顯著性檢驗。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 酶制劑對上部煙葉常規(guī)化學成分的影響

      煙葉化學成分含量的高低與煙葉品質(zhì)密切相關(guān)[31]。不同酶制劑處理下煙葉常規(guī)化學成分含量結(jié)果見表2。與CK 相比,噴施酶制劑后,煙葉總糖和還原糖含量升高至適宜范圍內(nèi)或更接近適宜范圍,總糖較CK 增加1.3%~10.7%,還原糖較CK增加2.7%~15.0%;煙葉總氮與鉀含量增加,總氮含量較CK 增加2.8%~9.1%,鉀含量較CK 增加6.2%~17.7%,且均表現(xiàn)出高濃度酶處理的增加效果好于低濃度酶處理;煙葉煙堿含量下降,降幅為6.3%~13.2%。結(jié)合前人文獻報道,煙葉總氮含量的提高可能與酶本身含氮、酶制劑的噴施激活了氮代謝相關(guān)酶活性以及煙葉的干基質(zhì)量減少有關(guān),煙葉鉀含量增加可能與酶制劑噴施后干物質(zhì)總量損失有關(guān)[12];煙堿含量降低可能與酶制劑的噴施影響煙堿代謝相關(guān)的酶活性,進而促進煙堿降解有關(guān)[29,32]。

      表2 不同酶制劑處理對煙葉常規(guī)化學成分含量的影響①Tab.2 Effects of treatments with different enzyme preparations on chemical components of tobacco leaves

      2.2 酶制劑對上部煙葉香氣品質(zhì)的影響

      不同酶制劑處理下煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物含量見表3。質(zhì)體色素降解產(chǎn)物中新植二烯、類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、香葉基丙酮、巨豆三烯酮和二氫獼猴桃內(nèi)酯對烤煙香氣影響較大[33-34],與CK 相比,噴施酶制劑后煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物含量提高,60 U/g 纖維素酶(T4)處理的煙葉新植二烯、香葉基丙酮、巨豆三烯酮含量較CK 增加最顯著,分別增加35.5%、30.1%和75.7%。30 U/g 纖維素酶處理的煙葉二氫獼猴桃內(nèi)酯較CK 增加最顯著,增加27.8%。

      表3 不同酶制劑處理對煙葉質(zhì)體色素降解產(chǎn)物含量的影響Tab.3 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of plastid pigment degradation products in tobacco leaves (μg·g-1)

      不同酶制劑處理煙葉苯丙氨酸類致香物質(zhì)含量見表4。表4 表明,與CK 相比,不同處理煙葉苯丙氨酸類降解產(chǎn)物含量不同,總量均降低,這與王林等[18]的研究結(jié)果相悖,可能與施用酶的來源、種類和濃度不同有關(guān)。

      表4 不同酶制劑處理對煙葉苯丙氨酸類致香物質(zhì)含量的影響Tab.4 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of phenylalanine aroma substances in tobacco leaves (μg·g-1)

      不同酶制劑處理煙葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量見表5。表5 表明,與CK 相比,不同處理煙葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量均有提高,增幅6.5%~16.8%,與石志發(fā)等[35]的研究結(jié)果一致。

      表5 不同酶制劑處理對煙葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量的影響Tab.5 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of Maillard reaction products in tobacco leaves (μg·g-1)

      不同酶制劑處理煙葉類西柏烷類致香物質(zhì)降解產(chǎn)物含量見表6。表6 表明,與CK 相比,不同處理煙葉類西柏烷類致香物質(zhì)降解產(chǎn)物含量不同,60 U/g 纖維素酶處理的類西柏烷類致香物質(zhì)較CK 增加28.6%,其余酶制劑處理與CK 相比則顯著降低,與石志發(fā)等[35]的研究結(jié)果一致。

      表6 不同酶制劑處理對煙葉類西柏烷類致香物質(zhì)含量的影響Tab.6 Effects of treatments with different enzyme preparations on contents of cembrane aroma substances in tobacco leaves (μg·g-1)

      此外,煙葉中除檢測到的上述4 類主要的致香物質(zhì)外,還包括醇類和烷烴類等10 多種致香物質(zhì),但在2 種濃度的纖維素酶處理后的煙葉中均檢測到麥斯明,為0.80~0.90 μg/g;烷烴類物質(zhì)以2-甲基二十烷含量最高,且60 U/g 纖維素酶處理顯著高于其他處理,達89.59 μg/g,醇類中的寸拜醇含量以60 U/g 纖維素酶處理最高,為12.34 μg/g。

      2.3 酶制劑對上部煙葉感官品質(zhì)的影響

      不同酶制劑處理上部煙葉感官鑒定結(jié)果見表7。從表7 中可以看出,與CK 相比,噴施纖維素酶后煙葉香氣質(zhì)、香氣量與余味分值增加或持平,雜氣、刺激性降低,感官品質(zhì)提高,總分分別較CK 增加1.65 分和2.93 分。這可能是由于纖維素酶的噴施降低了煙葉纖維素含量,而纖維素含量的降低可減少刺激性與雜氣。這與李國棟等[15]的研究結(jié)果一致。噴施淀粉酶、淀粉酶與纖維素酶的復(fù)合酶制劑后煙葉的感官品質(zhì)下降,這與楊述元等[36]、王林等[18]的研究結(jié)果相悖??赡苁怯捎诘矸勖概c纖維素酶的噴施雖然在一定程度上降低了煙葉淀粉、纖維素含量,但同時也導(dǎo)致其他化學成分含量發(fā)生變化,這并不利于煙葉品質(zhì)的提高。例如樊文舉等[37]研究發(fā)現(xiàn),噴施外源淀粉酶后,煙葉淀粉含量下降,同時煙葉糖含量升高,總氮和總植物堿含量下降,煙葉總體品質(zhì)下降??傮w來看,以纖維素酶60 U/g 處理的煙葉評吸總分最高,效果較好。

      表7 不同酶制劑處理對煙葉感官品質(zhì)的影響①Tab.7 Effects of treatments with different enzyme preparations on sensory quality of tobacco leaves (分)

      3 結(jié)論

      ①同等酶用量條件下,不同酶制劑處理的效果依次為纖維素酶>淀粉酶>復(fù)合酶。②同種酶制劑不同用量條件下,60 U/g 纖維素酶制劑的處理效果優(yōu)于30 U/g 纖維素酶制劑;而淀粉酶制劑處理效果則相反,30 U/g 淀粉酶制劑的處理效果優(yōu)于60 U/g 淀粉酶制劑。③噴施纖維素酶、淀粉酶及復(fù)合酶制劑可顯著提高上部煙葉可溶性總糖、還原糖和鉀含量;噴施纖維素酶制劑可顯著降低上部葉煙堿含量,噴施淀粉酶制劑還可顯著降低上部煙葉淀粉含量。④纖維素酶處理可通過增加上部煙葉香氣質(zhì),降低雜氣和刺激性而提高上部煙葉的感官品質(zhì)。⑤總體來看60 U/g 纖維素酶制劑處理效果最好,可通過協(xié)調(diào)上部煙葉化學成分,增加致香物質(zhì)含量,改善感官品質(zhì),進而改善上部煙葉品質(zhì)。

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