谭 舒,曾 旸,曾剑平,吕 吉,白 玉,张华述,廖 琅,雷云康

(四川省烟草公司德阳市公司,四川德阳 618400)

特殊的烟制品雪茄是全部用烟叶卷成的可吸用烟卷[1]。雪茄烟香气独特、吃味良好,高烟碱、低焦油,对人体危害相对较小。雪茄烟叶包括茄芯、茄套和茄衣,即常说的芯叶、内包皮和外包皮[2]。雪茄外包皮保护了整只雪茄,提升了雪茄口味,还是消费者直观评价雪茄档次及品质的重要因素,因而对雪茄外包皮烟叶的品质把控至关重要。茄芯要求具有浓郁的雪茄香气风格,它决定了一支雪茄在吸用时的味道与香气层次[3]。雪茄茄衣与茄芯的质量与雪茄品种[4]、栽培技术[5-8]、成熟采收以及调制[9]等要素密不可分,发酵对雪茄品质的提升作用同样不容忽视。

发酵是雪茄烟叶在田间栽培及调制等工序完成后的自然延续过程,雪茄烟叶一经发酵,颜色加深,青杂气减小,香气显露,吃味和缓,刺激性降低,抗霉菌感染能力增强[10]。目前,雪茄烟叶栽培与调制技术是国内对雪茄烟叶的主要研究方向[5-8],2004年以来我国逐渐开始研究雪茄发酵,2017年研究数目达到巅峰,后续呈下降趋势,但总体比2014年以前研究数量多。该研究综述了我国雪茄烟发酵的研究进展,并对未来的发展方向展开讨论,以期为后续的雪茄烟生产与研究提供方向。

1 发酵对雪茄烟叶品质的影响

1.1 发酵对雪茄烟叶外观质量的影响发酵过程中雪茄烟叶内部发生了一系列生理生化变化[11],内部的反应引起相应的外观变化,主要表现为颜色、油分及光泽、色度。外观质量的变化能够不同程度地反映雪茄烟叶内在质量和发酵过程中质量演变过程。雪茄烟叶发酵过程中残留叶绿素降解,因此烟叶颜色由青黄色逐渐转变为深褐色,叶色由浅及深、逐渐均匀,调制后所附有的青斑、杂色减轻甚至消除。雪茄烟叶油分一定程度增加而后下降,光泽随着发酵时间增长而有差异地减弱,色度随发酵时间先升高再降低[12]。由此可见,把握好发酵时间和发酵程度有利于改善雪茄烟叶外观质量。

1.2 发酵对雪茄烟叶物理性质的影响烟叶经过调制后往往存在易碎、霉变率高不易存放、物理性质不协调等问题,但经过发酵后的雪茄烟叶果胶质会被降解,叶片变得柔软且细腻,弹性大大增强,燃烧性提高、阴燃持火能力增强,平衡含水率增加、霉变率降低,便于存放[13-14]。在一定时间内,发酵时间越长,烟叶品质改善效果越好[15]。

1.3 发酵对雪茄烟叶化学成分的影响雪茄烟叶发酵内部化学成分的改变会引起烟叶外观质量和物理性质的改变,因此对发酵时烟叶中化学成分改变的研究至关重要,对改善烟叶质量、提高工业可用性大有裨益。常规的化学成分有总氮和烟碱、总糖、氯和钾等,品质指数有钾氯比、糖碱比、糖氮比以及氮碱比。

1.3.1发酵对雪茄烟叶中总氮、总糖和烟碱的影响。研究表明,发酵过程中雪茄烟叶的总氮、总糖和烟碱的含量显著下降,且烟叶品种和氧气条件对下降幅度存在一定的影响。杜佳[16]研究表明,雪茄烟叶有氧和无氧发酵时总氮、总糖和烟碱含量随着具体时间的改变而有所不同,但无论是有氧条件还是无氧条件下总体发酵后的烟叶总氮和烟碱含量均比发酵前的烟叶低,表明发酵能够降低雪茄烟叶总氮和烟碱含量。莫娇[17]对不同品种的马杜罗外包皮烟叶进行发酵,结果显示发酵后各品种烟叶总氮、总糖和烟碱含量均降低。

1.3.2发酵对雪茄烟叶中钾和氯的影响。 氧气条件对发酵过程中的钾、氯含量变化影响很大,有氧发酵时雪茄烟叶中氯含量先下降后上升最后趋于平稳,无氧发酵时情况则不同,总体变化幅度不大;有氧和无氧条件下的雪茄烟叶发酵后氯含量变化均不太明显,但在具体时间段有所降低,可以根据需要控制发酵进程[16]。有氧发酵时雪茄烟叶中钾含量呈整体增加的趋势。有氧条件下钾含量变化增加,无氧条件下钾含量变化不明显[16]。烟叶身份对氯含量的变化也有一定影响,中厚马杜罗外包皮烟叶氯含量整体呈下降趋势[17]。不同条件下和不同品种雪茄烟叶钾和氯含量变化规律各有不同,因此应该根据具体的生产需求采用不同品种、采取不同条件来满足实际需要,达到烟叶的高效利用。

1.3.3发酵对雪茄烟叶品质指数的影响。雪茄烟叶燃烧性与钾和氯的含量至关重要。钾对烟叶的燃烧性和阴燃持火能力起到明显增强的作用,氯则相反,能够降低烟叶燃烧性,因此钾和氯的比值恰当才能够满足工业需求,钾氯比则被用来作为判断燃烧性的标准[18-19];含糖量高的雪茄烟叶吃味好、烟气细腻、刺激性减小,因此糖氮比、糖碱比、钾氯比以及氮碱比可以用来作为评价烟叶内在质量的指标。研究表明,雪茄烟叶发酵过程中钾氯比先升高后降低,24 d时比值最大;糖碱比和糖氮比随着发酵时间的增加而减小;氮碱比全程未出现较大波动[16-17,20]。发酵后的雪茄烟叶糖碱比、糖氮比降低,有利于改善烟叶吃味和劲头;钾氯比升高,有利于改善烟叶的燃烧性;氮碱比无明显变化。

1.4 发酵对雪茄烟叶香气成分的影响研究表明,很多香气物质都能够作为烟叶增香剂[21-22],对香气成分的研究很有必要。时向东等[23]定性定量测出的香气物质有28种,它们可被分为苯丙氨酸转化产物、棕色化反应产物、西柏烷类降解产物、类胡萝卜素降解产物、叶绿素降解产物和其他类别。雪茄烟叶发酵过程中所有的香气物质在总量上变化规律一致,呈现先上升后下降的趋势,在14 d达到最大值。

叶绿素中降解产物新植二烯不仅是叶绿素降解产物中含量最高的香气成分还是所有香气物质中含量最高的成分。新植二醇对于增加烟叶香吃味、减少刺激性有很重要的作用。新植二烯的含量在发酵过程中呈先升高后降低的趋势,14 d含量最高[23]。

苯丙氨酸转化产物苯甲醛、苯乙醇、苯甲醇、苯乙醛在14 d含量最高,其中苯乙醇的含量最高,苯乙醛其次。苯丙氨酸的4种产物也都呈现出先增加后降低的变化规律[23]。苯甲醇和苯乙醇已被史宏志等[24]证实可用于烟叶加香。

棕色化反应产物糠醛、糠醇和5-甲基糠醛含量总体呈先增高后降低变化趋势,其中糠醛含量最高;糠醇以及5-甲基糠醛含量也是先升高后降低,在第14天和第21天出现最大值[23]。

雪茄烟叶发酵过程中西柏烷类降解产物茄酮随发酵时间的增加先增加后降低,14 d出现最大值[23],发酵结束后含量与发酵前变化不大。

类胡萝卜素降解产物总体呈先增加后减少的趋势,其中法尼基丙酮、β-紫罗兰酮、3-羟基-β二氢大马酮在14 d最大值,其余的β-大马酮、巨豆三烯酮和巨豆三烯酮2在21 d有最大值[23]。

1.5 发酵对雪茄烟叶TSNAs及前体物质的影响烟草中重要的有害成分之一TSNAs,即烟草特有亚硝胺,生物碱、硝酸盐是其前体物[25]。生物碱主要有烟碱(NIC)、降烟碱(NOR)、 新烟草碱(ANAT)、假木贼碱(ANAB)4种类型。这4种生物碱在调制中或调制后形成亚硝基烟碱(NNK)、亚硝基降烟碱(NNN)、亚硝基新烟草碱(NAT)和亚硝基假木贼碱(NAB)[8],研究证实,NNN和NNK对龋齿动物具有强致癌性,被列为 Ⅰ 类致癌物[26]。自然贮存1年烟叶TSNAs含量显著增加,生物碱略降低[27]。烟叶TSNAs增加比例随着硝酸盐含量的增加而增加,同种雪茄烟叶含水率不同TSNAs含量也不同,因此这些有害物质含量可通过一定的发酵条件降低到最小程度[26]。

1.6 发酵对雪茄烟叶评吸质量的影响雪茄烟叶只经调制后燃烧气味往往不尽人意[13],而雪茄烟叶发酵后叶片青斑杂色消失,烟气异味如青杂气等也渐渐减少,苦涩味减轻,吃味醇和,香气质好量足,余味更加舒适纯净,雪茄烟香气凸显,刺激性降低,评吸质量显著改善[28]。

2 影响雪茄烟发酵的因素

发酵后的雪茄烟叶不仅外观质量、物理性质、化学成分有了很大的提高,而且香气成分、评吸质量、安全性也有了明显的改善。发酵对于雪茄烟叶的改良和完善效果可见一斑,所以对影响发酵的因素的探讨同样不可缺少,适宜的发酵条件能够使雪茄烟叶发酵效果达到最大,更加满足雪茄卷制工艺环节的需要。

2.1 发酵工艺的影响不同的发酵条件发酵效果也不同,发酵工艺的好坏直接决定着雪茄烟叶质量的好坏,改良发酵工艺,采用更合适的发酵湿度、发酵温度[29-30]能够更加提高对发酵进程的控制从而提高雪茄烟叶的质量。

2.1.1温度的影响。研究发现,在0～55 ℃时随着温度的升高,烟叶颜色逐渐均匀,从微青黄、浅褐色转变为深褐色,油分由稍有转变为有,成熟度从尚熟转变为成熟雪茄烟叶外观质量逐渐变好。55～60 ℃烟叶颜色从深褐色转变为黑色,外观质量变差[16-17,30]。

烟叶的含梗率、厚度随着温度的降低而增加,抗张力、叶面密度随温度的变化不明显,平衡含水率随着温度的升高而降低[30]。

40～60 ℃时烟碱含量和氯含量随着温度升高而降低,总糖含量、总氮含量、钾含量、氮碱比和钾氯比随温度升高而增加[30]。

48～55 ℃香气量足,香气浓度增加,余味渐渐舒适,劲头增加,55～65 ℃香型风格逐渐明显,评吸质量变好[16,30]。

温度对TSNAs的贡献率为28.33%,TSNAs含量随着发酵温度的增加而增加,42 ℃时最为明显[31]。不同温度可以产生不同的发酵效果,可以根据生产需要调节温度。

2.1.2湿度的影响。调制时烟叶颜色随着湿度增加而加深,湿度过高则无光泽,湿度过低则烟叶颜色不均匀,只有相对湿度在80%左右颜色均匀有光泽、弹性较好、成熟度高,外观质量变好[30]。

研究表明,雪茄烟叶含梗率、厚度随着湿度的降低而增加,叶面密度、抗张力随湿度变化不明显,平衡含水率随湿度增加而增加[30-31]。

在一定湿度范围内,随着湿度的增加,酶活性、碳水化合物、氨基酸含量先增加后减少,淀粉含量、蛋白质含量先减少后增加,烟碱含量增加,总氮含量减少[30-31]。在实验室条件下,雪茄烟叶化学成分最协调和物理性质最好的湿度为75%,最有助于香气成分合成的湿度是85%[31]。

中湿条件下香气质好量足,高湿条件下刺激性和劲头减小、余味舒适,低湿时杂气小[30]。整体来看,中湿条件下评吸质量好。

不同含水率的雪茄烟叶自然贮存1年后,TSNAs含量随着含水率的增多而减少[27]。TSNAs含量受湿度的影响很大,随着发酵湿度从70%增加至90%,TSNAs含量显著下降[32],发酵时调整发酵湿度可以改善雪茄烟叶安全性,使物理性质变好、化学性质协调。

2.2 发酵方式的影响自然发酵和人工发酵是雪茄烟叶的两种发酵方式[33]。自然发酵是将烟叶放在仓库内贮存一定时间,缓慢地使烟叶内部发生生理生化反应。自然发酵很温和,耗费时间长,占用仓库,市场周转慢。人工发酵是将调制后的烟叶在人为控制下,通过选择不同的发酵方法,控制发酵温度、湿度改变,加快发酵进程,缩短发酵时间,改良吸食品质的方法。常用的雪茄烟人工发酵方法有堆积发酵和压力发酵[34]。此外还有装箱发酵法、蒸汽发酵法、糊米发酵法等方式,烟叶用途不同,采用方式不同[35]。

2.2.1堆积发酵法。堆积发酵法是雪茄烟叶发酵的常用方法,指在一定含水量下,烟叶被堆为一定体积的烟堆从而自我发酵的方法[36]。堆积发酵法适用于雪茄外包皮、内包皮和芯叶[37],适用性强,但对于温度的把控很重要,且要控制翻堆次数。雪茄烟叶采用这种发酵方式时完整性得不到很好的保证,容易降低质量和减少工业可用性[16,38]。

2.2.2装箱发酵法。装箱发酵法也是雪茄烟叶发酵的一种常用方法,是将雪茄烟叶或烟把装入木箱然后堆积在仓库发酵的方法[39]。雪茄外包皮适用于此法,此法需要低温长时间的发酵,烟叶的水分需要注意,否则烟叶易发生霉烂[40]。此外还需要注意发酵时的箱子材质、体积以及装烟量。

2.2.3压力发酵法。压力发酵法是人为给堆积发酵法的烟堆上施加压力从而把烟叶压紧的方法。此法能够发酵出深褐色、油分大的烟叶,因此适用于色深、油分大、含糖量高的Maduro烟叶[41]。压力发酵法过程复杂,温湿度要随时掌握,温度过高会发生自燃现象[16]。

2.2.4其他发酵方法。其他方法还有蒸汽发酵法、糊米发酵法、红米发酵法等。糊米发酵法是四川什邡特有的方法,适用于芯叶,和堆积发酵法操作方法相同,不同的是喷洒的水分不同,一个是蒸馏水,另一个是糊米水[42]。蒸汽发酵法是将雪茄烟叶放进蒸汽房中发酵的方法,适用于刺激性大、杂气重的烟叶,温度和时长需要严格把控[42]。红米发酵法是初步发酵后喷洒红米水的方法,适用于芯叶的发酵[16]。

2.3 微生物的作用雪茄叶中存在着众多不同种类的微生物。早期研究表明,烟叶上存在大量的细菌和霉菌,分离出的细菌有巨大芽孢菌群,霉菌主要是青霉和曲霉[43],后又分离出芽孢杆菌和球菌[44]。微生物的数量随着发酵过程的进行而减少,发酵后微生物数量减少了90%[39]。烟叶中微生物的存在可以加快发酵反应的进程,令发酵更彻底,改善香气甚至产生香气,降低总糖含量和提高pH,还能使烟碱和总氮含量发生变化[44-45]。因此雪茄烟叶发酵与微生物密不可分,研究微生物能够促进发酵,使烟叶发酵更完全。

芽孢杆菌是雪茄烟叶人工发酵过程中的优势菌种,可能是因为不耐高温的酵母菌在调制期间脱水死亡,而芽孢杆菌具有耐高温的特性[46]。在所有的芽孢杆菌中,占总量50%的巨大芽孢杆菌和占总量19%的枯草芽孢杆菌是雪茄烟叶发酵过程中烟叶表面微生物优势菌种[39]。李宁等[46]通过发酵试验发现,蜡样芽孢杆菌x-2在发酵中能够降低蛋白质、总氮、总植物碱和挥发碱,可以降低烟叶刺激性和劲头,青杂气减轻、香味凸显。短小芽孢杆菌SMXP-03可以使雪茄烟叶香气质提高、香气量增加、舒适度增加和品质提升[47]。汪长国等[48]研究表明,芽孢杆菌能够降低烟叶蛋白质含量、提高感官质量并且缩短发酵时间。枯草芽孢杆菌和羧状芽孢杆菌能够使雪茄烟叶发酵时产生一种令人愉悦的香气。从烟叶中分离的烟叶源细菌在发酵中可降低烟碱含量从而改善雪茄烟叶的安全性[49]。

2.4 酶的作用微生物在雪茄烟叶发酵中起了重要的作用,而酶的作用同样令人无法忽视。烤烟自然醇化时酶活性变化与微生物群落演替间存在着紧密的相关关系[50]。目前国内外对于酶在雪茄烟叶发酵中的作用已经有了大量研究。在雪茄烟叶发酵过程中添加酶制剂可以提高发酵质量、增加总糖含量和糖氮比、减少蛋白质含量、增加烟碱含量、减少发酵时间、减少青杂气和刺激性甚至消除苦辣涩味[51]。

2.4.1多酚氧化酶和琥珀酸氧化酶。多酚氧化酶在雪茄烟叶发酵时具有一定活性,4 d时活性达到最大值,因此可看出发酵可以提高多酚氧化酶的活性以及加速氯原酸和芸香苷的降解[39]。多酚氧化酶和琥珀酸氧化酶的活性在陈化一年内有明显下降趋势,后又趋于稳定[52]。多酚氧化酶经铜离子激活后可缩短发酵时间[53]。糖苷酶可将糖转化为多种香味物质从而降低糖分[54]。李祥麟等[55]用淀粉酶和过氧化氢酶混合溶液在发酵过程中喷洒以加快发酵速度。

2.4.2蛋白酶和生物酶。烤烟中蛋白酶活性随着陈化过程的进行而渐渐增大[51]。Frankenburg等[56]研究发现,在烟叶发酵的不同阶段中烟叶中约50%的蛋白质被水解为氨基酸,大部分的氨基酸脱氨基形成氨逐渐逸出到空气中,其他氨基酸产生水溶性低的缩合产物。蛋白酶在发酵过程中可以降低蛋白质含量、减少恶臭味杂味和苦涩味、增加香甜感和改善余味[57]。研究表明,用蛋白酶发酵可以提升雪茄烟叶的香气[58]。

2.4.3酶制剂。近年来国内关于酶制剂改善烟叶品质的研究越来越多。在发酵试验中添加淀粉酶能够降解烟叶中淀粉[59],烟叶发酵时添加风味蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶、过氧化物酶可以增加烟叶香气和产品舒适性,减少刺激性[60],使用主要含中性蛋白质、果胶酶和纤维素酶的酶制剂处理烟叶,结果表明卷烟香气明显得到改善,刺激性减少,青杂气减轻,烟叶等级提高[61],在某种条件下向烟叶定量施加淀粉酶和糖化酶,能够把叶中淀粉降解为水溶性糖[62]。经评吸后发现处理后的烟叶香气充足且质量好,香甜感倍增,刺激性减小,余味干净舒适,烟叶品质得到有效改良。后又添加酶制剂使烟叶蛋白质降低,水溶性糖含量增加,与未添加酶制剂的烟叶相比,品质明显改善[63-64]。Spann等[65]向发酵烟叶加入纤维素酶35后发现水溶性物质、还原性物质和还原糖含量增加,纤维素、草酸铵可溶物和氯化钠含量降低,刺激性减小但劲头不足。醇化烟梗时加入一定量的多糖水解酶(果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶),醇化后的烟梗变软,形变增大,方便切丝使用,填充力增大,挥发物质增多,普遍被人喜爱接受[66]。硝酸盐还原酶和蔗糖转化酶处理烟叶,能够使调制后的烟叶添加干草甜香和香豆素的味道,涩味减轻,经酶处理发酵后的烟叶弹性较好[67-68]。

3 展望

随着经济发展以及生活观念的改变,国内雪茄烟市场日趋增长,这无疑是一种机遇,但挑战仍然不能忽视。我国地域辽阔,晾晒烟种植历史悠久,然而真正适合制造雪茄烟的烟叶并不多,国产原料不足以支撑国内雪茄行业的稳定发展,雪茄市场不够完善,雪茄氛围不够浓郁[2]。由于优质雪茄对外包皮的要求较高,相应烟叶和技术也较严格,因此雪茄外包皮价格较芯叶和内包皮高,国内对于雪茄外包皮烟叶发酵的研究较多,对于芯叶的研究则不够充分。国内企业生产高端全叶卷雪茄仍以国外原料为主,更加不利于芯叶的种植和发展[38]。国内对于雪茄发酵微生物菌群、温湿度、风味物质、发酵工艺以及安全性等都有研究,但报道内容单一,没有系统地联系起来。因此发展中国雪茄采用中国原料,将发酵各因素联系起来形成系统化理论并应用于工业生产势在必行,这样才能为中国雪茄工业及产品指明方向、创造出中国的雪茄文化。