CN104839884B - 一种高效降解烟叶淀粉的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效降解烟叶淀粉的工艺方法，该方法在是鲜烟叶经过高温诱导处理激发酶活、经过变黄前期、变黄中期、变黄后期、定色期、干筋期得到干片干筋的烟叶，达到降解烟叶中淀粉的目的。本发明所述方法在高温诱导激发酶活处理阶段，通过激发酶活使大分子物质提前加速降解，优化温湿度和稳温时间达到降低烟叶淀粉含量，进一步分析烤烟调制过程中淀粉含量的动态变化规律，以及淀粉酶活力和淀粉含量变化之间的关系，为进一步调控烟叶内淀粉等大分子物质转化提供依据，对生产安全高品质烟叶具有一定的理论和实践意义。

Description

一种高效降解烟叶淀粉的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种烟叶的烘烤方法，特别涉及通过高温诱导酶预激活降解烟叶中淀粉和改善其感观品质的方法。

背景技术

烤烟调制过程是一个复杂的生化变化过程，该过程是通过烘烤把绿色、含水量高的鲜烟叶转变成色泽金黄、具有良好香气的干烟叶，制作出符合卷烟工业需要的原料。烟叶原料内在质量的好坏是烟叶品质的衡量标准，当前，烟叶淀粉含量普遍偏高，以淀粉形式存在的糖类在烟支燃吸时会影响燃烧速度和燃烧完全性，且燃烧时产生糊焦气味会使烟草香味变坏。

目前，烟叶的烤制采用三段六步式制备方法，其烟叶中的淀粉含量普遍偏高，对烟叶内在质量影响不利，主要是由于烟叶在调制过程中淀粉转化不够造成的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效降解烟叶淀粉的工艺方法，该方法通过高温诱导酶预激活降解烟叶中淀粉，同时还改善了烟叶的感观品质。本发明所述方法在高温激发酶活处理阶段，通过激发酶活使大分子物质提前加速降解，优化温湿度和稳温时间达到降低烟叶淀粉含量，进一步分析烤烟调制过程中淀粉含量的动态变化规律，以及淀粉酶活力和淀粉含量变化之间的关系，为进一步调控烟叶内淀粉等大分子物质转化提供依据，对生产安全高品质烟叶具有一定的理论和实践意义。

实现的技术方案是：

烟叶中淀粉的降解方法，有以下步骤：

高温激发酶活处理：

烟叶装房后，检查烤房气密性，设置干球温度42～44℃、湿球温度41～43℃，干湿差为1～2℃，快速升温至设置的温度，打开风机，风速为900～960转/分条件下，高温处理时间0.5h—3h，当烟叶出汗，将风机转速调至1400～1460转/分，缓慢避火使温度在1—2h内降至36℃；

变黄前期：

干球温度35～36℃，湿球温度33～34℃干湿差为2℃，以风速为1440转/分条件下，风干2.5～3.5h后，调低风机为960转/分，顶层烟叶边缘变黄达到5成，且青黄斑点密集；

变黄中期：

干球温度以0.5℃/h的速度升温至干球38～39℃，湿球温度37℃，保温10～14h至后排烟叶湿至湿球温度34～35℃，保温至所有的烟叶全部达到黄片青筋；

变黄后期：

干球温度以0.5℃/h的速度升温至干球温度41～43℃，湿球温度36～37℃，干湿差5～6℃，保温至顶层4成的烟叶呈黄片黄筋，剩余的烟叶为黄片白筋，全部烟叶勾尖、叶边缘微卷；

定色期：

干球温度以0.5℃/h升温至45～47℃，湿球温度37～38℃，保温至全部烟叶9成以上黄片黄筋，干球温度以0.5℃/h升至52～54℃，湿球温度38～39℃，保温至全部烟叶叶片干燥，主脉干≥1/2后开始进入干筋阶段；

干筋期：

以1℃/h快速升温升温至干球温度68℃，湿球温度40-41℃，稳温至全房烟叶干片干筋。

高温激发酶活处理前将烟叶进行编烟后，再进烤房，其编烟的具体操作为：烟杆分上、中、下三层每根烟杆编烟120—140片，上层烟杆距13cm、中层烟杆距15cm、下层烟杆距17cm(杆距指两烟杆之间的距离)。

高温激发酶活处理的全程为2.5～3h。

变黄前期风干时的风速为960转/分钟。

干筋全程的时间为15—30h。

采用本发明所述的技术方案，在高温激发酶活处理阶段，通过激发酶活使大分子物质提前加速降解，加速了烘烤过程中烟叶内的生化反应，淀粉、蛋白等大分子物质降解速率提高，烟草中有很大一部分含香物质是由于氨基酸和糖类的化学变化而产生的，生成致香物质的前体物质总量增加，为致香物质的合成奠定了较好的物质基础，同时定色期到干筋期采用快速升温，减少了在较高温度下致香物质的挥发散失，采用本发明方法制得的烟叶与现行烘烤工艺烟叶香吃味更佳，评吸结果优良，所得的成品烟叶色度饱满,有光泽,烟叶弹性强,挥发出的香味浓郁。

本发明与已有烟叶的三段六步式烘烤方法相比较，本发明耗时、耗电、劳工、耗煤分别为144h、210kw/h、352kg、6个工作日,已有方法耗时、耗电、耗煤、劳工分别为169h、280kw/h、400kg、7个工作日。本发明与已有的制备方法相比较其单房烘烤全程节约耗时14.79％、耗电25.00％、劳工14.28％，后续大烤房工艺验证性试验中，耗煤节约12.00％。因此，本发明所述方法可有效节约烘烤成本，提高经济效益。

本发明所述方法突破了现有三段六步式烘烤方法初始阶段低温慢烤的工艺特点，通过对烟叶内酶的生化反应动力学研究，确立了有利于提高淀粉酶酶活同时保证烟叶品质的最佳诱导温度。采用本发明所述方法，对同质鲜烟叶(与对照实验)进行烘烤，通过对样品进行碘显色法、DNS还原糖法分析烟叶烘烤过程中淀粉、淀粉酶活性变化规律，并对烟叶进行感观鉴定和评吸分析。结果表明：本发明所述方法与现行三段六步式工艺相比较可在烘烤前期提高淀粉酶活，使成品烟叶淀粉含量比对照工艺降低1～2％，中、上等烟比例增加5.5％，烟叶感观品质得到明显改善，节约烘烤时间18-24h，烘烤过程中新型烘烤工艺的烟叶在每个阶段达到相应状态较对照工艺均有提前，有利于烟叶内淀粉酶活的提高和淀粉的降解，有效地提高烟叶外观及品质，使得烟叶香吃味优良，烘烤成本降低，对生产安全、高品质、高经济效益的烟叶具有一定的理论研究和实践指导意义。

附图说明

图1为对照烘烤工艺烘烤3h后烟叶细胞结构和淀粉颗粒显微观测图(显微镜放大倍数：640倍，蓝色颗粒为淀粉)；

图2为本发明所述方法烘烤3h后烟叶细胞结构和淀粉颗粒显微观测图(显微镜放大倍数：640倍，蓝色颗粒为淀粉)；

图3为烘烤3h淀粉酶活变化；

图4为烘烤3h淀粉含量比较；

图5为对照工艺烘烤全程淀粉降解与淀粉酶酶活的关系图；

图6为本发明工艺烘烤全程淀粉降解与淀粉酶酶活的关系图；

图7为烟叶中淀粉含量-时间关系拟合图。

具体实施方式

1.材料

云烟97下部、中部、上部。烟叶性状优异，叶片成熟度一致，物理性状统一。

2.技术要求

烤房：标准上升式电烤房；烘烤条件均匀一致。

烤房分为两类，主要实验烤房为重庆市烟草科学研究所建设的实验电烤房，烤房规格为3m×1.4m×1.87m,容量为50-60杆烟，采用上升式气流。另一种为重庆市武隆县烟草公司推广兴建的大型密集式挂杆烘烤烤房，烤房型号为KH-3，烤房编号为09-512326KF00270。烤房规格为8m×3m×5m,采用下降式气流。容量为300-360杆烟。

烤房要求在原烤房的基础上，进一步要求烤房具有良好的保温保湿性能，房内温度均匀，稳温阶段上下棚温差不超过2℃，排湿顺畅：

2.1烤房结构密封性好，保温保湿性能高，内外墙粉刷、抹平、房顶结实、烤房天花板前后高度差为40cm，门与门框之间用橡胶皮密封。

2.2烤房配置有型号为MJK-C的智能烟叶烘烤操控仪、最大功率为1440W风机、电感式干湿球温度计、KH系列烤烟热风炉、2T-120120W离心式吹风机。

2.3电烤房中底棚高1.0m，杆长1.4m，两个干湿球温度计分别挂在顶层和底棚。

3.编烟和装烟

烟杆上编烟不能过密，烤房装烟稀密需一致：一般一根烟杆编烟60—70对(120—140片)，装烟过程中上层杆距13cm、中层杆距15cm、下层杆距17cm(杆距指两烟杆之间的距离)。同一烤房装烟多少需根据烟叶和天气情况作相应调整。

4.具体降解方法

高温激发酶活处理：

烟叶装房后，检查烤房气密性，以中部烟叶为例：点火后，在操控仪上设置干球温度42℃、湿球温度41℃(上部叶温度稍高约44℃/43℃)，干湿差在1℃左右，打开风机，快速升温至上述设置的温度，风速为960转/分条件下，高温处理时间0.5h—3h(中部烟叶较上部烟叶要薄一点，处理时间不宜太长，避免烤出蒸片，相反，上部烟叶时间得稍微延长一些)，当叶肩部微黄或出现青黄斑点、叶片和观察窗上有部分小水珠聚集时(烟叶出汗)，将风机转速调至1440转/分，并且缓慢避火使温度在1—2h内降至36℃。高温预处理全程3—5h；

变黄前期：

干球温度36℃、湿球温度34℃，干湿差2℃，风机为1440转/分条件下运转3h左右，随后调低风机档位至960转每分钟，使顶层烟叶边缘变黄达到5成，且青黄斑点密集。

变黄中期：

干球温度以0.5℃/h升温至38℃，(上部叶一般到39℃)，湿球温度37℃，干湿差1℃，稳温10～14h后排湿至湿球温度34～35℃，稳温至全房烟叶全部达到黄片青筋。

变黄后期：

干球温度以0.5℃/h升温至41～43℃，湿球温度36—37℃，干湿差5～6℃，稳温至顶层4成黄片黄筋，剩余的黄片白筋，全房烟叶勾尖、叶边缘微卷。

定色期：

干球温度以0.5℃/h升温至45～47℃，湿球温度37～38℃，稳温至全房烟叶9成以上黄片黄筋。干球温度以0.5℃/h升温至52～54℃，湿球温度38～39℃，稳温至全房烟叶叶片干燥，主脉干约1/2以上后开始进入干筋阶段。

干筋期：

干筋其需快速升温，球温度以1℃/h升温至68℃，湿球温度40～41℃。稳温至全房烟叶干片干筋。在此过程中干球温度不宜超过70℃，湿球温度不宜超过42℃。温度太高一方面会使烟叶香气物质挥发太多，降低了烟叶香吃味；另一发面会使烟叶烤红，影响烟叶色泽。

干筋全程15—30h。

4.对比实验

烘烤过程中取样：相同时间点(前72h，3h/次，后期6h/次)在实验烤房和对照烤房里相同位置各采集两片烟叶，去筋、保鲜膜包裹、标记、液氮速冻保藏。

回潮结束后，对烟叶按国家42级制烤烟标准分级并分堆放置。对各级烟叶称重，并计算其占全房烟叶的比重。

评吸样品：分别从实验烤房和对照烤房中随机采集烟叶1kg，装于样品袋中，排气、封口、标记、保藏。

烟叶中淀粉含量采用碘显色法测定，淀粉酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定；对烟叶组织进行碘染色后用光学显微镜观察；烟叶感观评吸委托红云红河烟草(集团)有限责任公司技术中心负责评吸分析；利用EXCEL和SPSS-19数据统计软件对所测定数据进行分析。

5.高温激发酶活处理改变细胞、淀粉颗粒结构

对烘烤3h后的烟叶组织进行制片和碘液染色，进行显微观察。从图1可见，对照工艺烘烤3h后，细胞结构较完整，在胞外可清楚的看到少数膨胀泛白被染成浅蓝的淀粉颗粒，但整体而言，胞内外淀粉颗粒被染色程度很低；从图2可见，较对照烘烤工艺，高温激发酶活处理后烟叶细胞形态发生了变化，结构不规则，其中淀粉颗粒明显大量外溢被碘液染成蓝色；相比而言，对照烘烤工艺对烟叶结构影响甚微，而高温激发酶活处理能更高效、强烈地刺激烟叶，改变细胞结构和淀粉颗粒的形态以及所处环境。

烘烤3h后，对照工艺使淀粉酶活比鲜烟提高了0.06个单位，期间淀粉含量降低了1.6％，占淀粉降解总量的7.3％；本发明方法在完成高温激发酶活处理后使淀粉酶活相对鲜烟提高了0.24个单位，期间淀粉含量降低了4.21％，占淀粉降解总量的18.1％；综上可知，本发明方法较对照工艺能提前提高淀粉酶活，促进淀粉的降解。

6.淀粉降解趋势与酶活动态变化的关系

结合烘烤参数，从图5可知：对于对照工艺，其淀粉降解速度在烘烤36h内为最快，在60h和90h左右淀粉降解速度较快，但在36-100h内淀粉总体降解速度逐渐放缓；烘烤后期淀粉含量维持稳定；在烘烤36h内淀粉酶活由0.25mg/g.min上升到5.13mg/g.min，淀粉酶活性与淀粉含量变化呈负相关，相关系数为-0.886，达到0.01极显著水平；在36-100h内淀粉酶活出现两次峰值，第一峰值对淀粉降解速度有一定影响，第二次峰值的出现对淀粉降解作用不大；烘烤后期淀粉酶活急速下降。

对于本发明方法，烘烤前24h淀粉急速降解；在烘烤24-48h，淀粉降解速度平稳，但24-80h内淀粉总体降解速度较前24h降低明显，淀粉含量呈缓慢降低；同时，在烘烤36h内淀粉酶活从0.25mg/g.min上升到6.46mg/g.min，并在烘烤36h时出现第一个峰值，期间淀粉酶活性与淀粉含量变化呈负相关，相关系数为-0.929，达到0.01极显著水平；在烘烤122h时淀粉酶活出现第二个峰值。但是由图可知，在烘烤60-132h内淀粉降解量很少，淀粉酶活对淀粉降解速度作用甚微；烘烤后期，同对照工艺一样，淀粉酶活急速下降。相比之下，在烘烤前期，本发明方法淀粉降解速度更快，淀粉酶活性与淀粉含量变化相关性更强；淀粉酶活第一峰值出现和淀粉降解基本结束的时间更靠前。

7.本发明方法烘烤烟叶淀粉全程降解规律

利用SPSS 19数学统计软件对全程淀粉含量与时间的关系分析得到：随着时间得变化淀粉降解呈三次曲线趋势(见图6)。曲线方程参数估计见表1。

淀粉降解过程中淀粉含量随时间变化的三次曲线方程为：

Y＝-14.668T³+1.286T²－0.036T+61.073 ①

对①求导得到：

Y^/＝-44.004T²+2.572T－0.036 ②

方程②在烘烤时间0-15T内单调递减，其单调性与淀粉降解趋势一致，表明此过程烟叶内部生化环境受烘烤温湿度的影响明显。方程①中R²为0.952，趋势线吻合度在95％以上，表明趋势线可用于对烟叶中淀粉含量变化进行数学分析，同时可以通过方程对本发明方法不同烘烤阶段的淀粉含量进行数学估计。

表1 淀粉降解模型和参数估计值

注：方程中1T＝8h

8.烟叶感观、品质对比

8.1烟叶感观对比

由表2可见，对照工艺中中上等烟叶所占比例为86.1％，杂色烟为11.5％；其成品烟叶黄色分布不很均匀,光泽和弹性稍不足。本发明方法的中上等烟叶所占比例为90.8％，杂色烟为7.6％，其成品烟叶色度饱满,有光泽,烟叶弹性强,而且挥发出的香味很浓。相较于对照工艺，本发明方法的上等烟叶和杂色烟叶所占单房烟叶重量的比例分别升高5.5％和下降33.9％，其烟叶色度、油分等指标都有不同程度的改善。

表2 烟叶感观对比

8.2烟叶评吸分析

经红云红河烟草(集团)有限责任公司技术中心评吸分析，本发明方法实验处理样品皆优于对照工艺处理样品(从表3可见)。本发明方法评吸结果均一性高，总分最高超过对照工艺6分，对于烟叶品质有较大提升。

Y-1(对照工艺样品):香气淡薄，延期舒适性弱；延期成团性较好、杂气较多，刺激性较大。

Y-2(本发明方法样品)：香气量较Y-1大；烟气丰富性、透发性中等，烟叶稍有甜感，成团性较不足，杂气有，刺激性小，劲头适中。

Y-3(本发明方法样品)：清晰度较弱；烟气透发性号，杂气有，劲头适中。

Y-4(本发明方法样品)：香韵丰富性较好；烟气愉悦性、丰富性较好，较柔和，烟气成团性较好，刺激较大，劲头适中。

总体评价：按Y-1、Y-2、Y-3、Y-4的顺序，香气质、香气量、烟气的丰富性程度、饱满程度、透性等品质特征逐步改善。

表3 烟叶样品评吸分析报告

烘烤成本比较

本发明方法与对照工艺耗时、耗电、劳工分别为144h、210kw.h、6个工作日和169h、280kw.h、7个工作日。本发明方法较对照工艺有显著的优越性：其中单房烘烤全程节约耗时14.79％、耗电25.00％、劳工14.28％。在后续大烤房工艺验证性试验中，本发明方法与对照工艺耗煤分别为352kg和400kg，相对节约12.00％。因此本发明方法可有效节约烘烤成本，提高经济效益。

结论

本发明所示方法与现行三段六步式工艺相比较，可在烘烤前期提高淀粉酶活，使成品烟叶淀粉含量比对照工艺降低1～2％，中、上等烟比例增加5.5％，烟叶感观品质得到明显改善，节约烘烤时间18～24h。

本发明所述方法突破了现有三段六步式烘烤工艺方法初始阶段低温慢烤的工艺特点，通过对烟叶内酶的生化反应动力学研究，确立了有利于提高淀粉酶酶活同时保证烟叶品质的最佳诱导温度。在高温诱导条件下，烟叶叶肉细胞结构较对照工艺变化程度大，淀粉外溢吸水膨胀颗粒增多，有效地增加了淀粉颗粒与淀粉酶的接触面积和频率，且经过高温诱导后，淀粉酶活力明显增强，从而加速了烟叶内淀粉的降解。

Claims (4)

1.一种烟叶中淀粉的降解方法，其特征在于，有以下步骤：

高温诱导激发酶活处理：

烟叶装房后，检查烤房气密性，设置干球温度42～44℃、湿球温度41～43℃，干湿差为1～2℃，快速升温至设置的温度，打开风机，风速为900～960转/分条件下，高温处理时间0.5h—3h，当烟叶出汗，将风机转速调至1400～1460转/分，避火，使温度在1—2h内缓慢降至干球温度36℃，湿球温度34℃，干湿差为2℃；

变黄前期：

干球温度36℃，湿球温度34℃，干湿差为2℃，以风速为1440转/分条件下，风干2.5～3.5h后，调低风机为960转/分，顶层烟叶边缘变黄达到5成，且青黄斑点密集；

变黄中期：

干球温度以0.5℃/h的速度升温至干球38～39℃，湿球温度37℃，保温10～14h至后排烟叶湿球温度34～35℃，保温至烟叶全部达到黄片青筋；

变黄后期：

干球温度以0.5℃/h的速度至干球温度41～43℃，湿球温度36～37℃，干湿差5～6℃，保温至顶层4成的烟叶呈黄片黄筋，剩余的烟叶为黄片白筋，全部烟叶勾尖、叶边缘微卷；

定色期：

干球温度以0.5℃/h升温至45～47℃，湿球温度37～38℃，保温至全部烟叶9成以上黄片黄筋，干球温度以0.5℃/h升至52～54℃，湿球温度38～39℃，保温至全部烟叶叶片干燥，主脉干≥1/2后开始进入干筋阶段；

干筋期：

以1℃/h快速升温至干球温度68℃，湿球温度40-41℃，稳温至全房烟叶干片干筋。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高温诱导激发酶活处理前将烟叶进行编烟后，再进烤房，其编烟的具体操作为：烟杆分上、中、下三层每根烟杆编烟120—140片，上层杆距13cm、中层杆距15cm、下层杆距17cm，其中杆距指烟杆之间的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：高温诱导激发酶活处理的全程为2.5～5h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：干筋全程的时间为15—30h。