烤煙上部煙葉顏色參數與烘烤特性分析及其關系研究

孫 陽，李青山，倪 超，譚效磊，劉 莉，王傳義，徐秀紅

(1．中國農業科學院 煙草研究所/農業部煙草生物學與加工重點實驗室，山東 青島 266101；2.中國農業科學院 研究生院，北京 100081； 3.中國科學院 南京土壤研究所/土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，江蘇 南京210008； 4.中國科學院大學，北京 100049； 5.重慶中煙工業有限責任公司，重慶 400000；6.山東臨沂煙草有限公司，山東 臨沂 276001)

烤煙上部葉在卷煙組配中起著主導作用，但目前我國存在烤煙上部葉較厚、化學成分不協調等問題，導致其在工業卷煙中可用性較低，急需提高其烤后質量[1]。煙葉烘烤特性是影響烤后煙葉質量的重要內在因素之一，也是衡量煙葉烘烤難度的重要指標[2-3]。烘烤前若能確定其烘烤特性，可為制定配套烘烤工藝提供依據，并在一定程度上提高煙葉烤后質量。

田間鮮煙葉需要通過烘烤彰顯其優良品質，烘烤特性是影響煙葉烘烤的重要因素[4]。煙葉烘烤特性主要受遺傳、土壤類型、田間栽培管理措施、氣候、煙葉著生部位以及煙葉成熟度等因素的影響[5-6]。煙葉的成熟度是影響煙葉烘烤特性的重要因素之一[7],正常落黃或成熟度較高的煙葉烘烤特性較好[8-10]。研究表明，顏色參數判定成熟度的效果較好[11]。然而鮮煙葉顏色參數與烘烤特性的關系，及是否可以用于直接判定其烘烤特性的研究鮮有報道。鑒于此，本研究選擇烤煙品種NC55和NC102的上部葉為供試材料，分析顏色參數和烘烤特性隨生育期推進的變化規律,探究顏色參數和烘烤特性的關系，并建立回歸模型,旨在為煙葉田間采收提供指導，為配套烘烤方案的制定提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在山東省沂水現代煙草科技園進行。以烤煙品種NC102和NC55的上部葉為供試材料。土壤類型為褐土，肥力中等。純氮施用量82.5 kg/hm2，氮、磷、鉀質量比為1∶1.1∶2.8。施用復合肥525 kg/hm2(含純氮52.5 kg/hm2)、豆餅300 kg/hm2、硫酸鉀225 kg/hm2、磷酸二銨75 kg/hm2。70%肥料作為基肥施用，其余于移栽30 d后追施。

1.2 試驗設計

選擇煙株長勢均一的試驗田，劃定3個小區(666.67 m2/區)，各小區選取具有代表性的3行作為定位行，選取定位行中具有代表性的煙株作為定位株(用于定位測定顏色參數)，以定位株第15～16葉位的葉片為定位葉。

從打頂后第25天開始，每隔10 d設為1個處理，共設5個處理(B1—B5)。田間定位測定顏色參數后，在定位行選取與定位株長勢一致的煙株，采摘第15～16葉位的煙葉，將葉片放入黑色塑料袋帶回實驗室。在黑暗、不通風、室溫環境下進行暗箱試驗，觀察煙葉的變黃、變褐特征。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 顏色參數的測定 采用CR-10型全自動色差計測定煙葉正、背面的顏色參數，L值為亮度，表示由黑到白的變化，0為黑色，100為白色，0～100之間為灰色；a值為紅度，表示由綠到紅的變化，正值為紅色，負值為綠色；b值為黃度，表示由藍到黃的變化，正值為黃色，負值為藍色；色相角(H°)值和飽和度(C)值通過公式H°=arctan(b/a)、C=(a2+b2)/2求得。

正、背面顏色參數的測定方法一致，以橫向距離煙葉主脈5 cm處的對稱點為測量點，每半片葉等距離測量3個點，以6個點的平均值作為該葉片的顏色參數。

1.3.2 烘烤特性調查 烘烤特性調查采用暗箱試驗法[12]。暗箱試驗作為判斷烤煙烘烤特性的方法，將烤煙烘烤特性指標進行了量化。將采收到的葉片掛于保持室溫的暗箱中，每24 h測量1次其變黃、變褐比例，累計測量9次。取前4次的變黃比例計算變黃指數(YI)，YI=∑Y/n，Y表示煙葉變黃比例，n表示測量次數。變黃指數越大，表示易烤性越好。從煙葉開始變褐時進行變褐比例統計，變褐指數(BI),BI=∑B/n，B表示煙葉變褐比例，n表示測量次數。變褐指數越小，表示耐烤性越好。

1.4 數據分析

其中，n為樣本數，y為變黃、變褐指數的實測值，x為變黃、變褐指數的預測值，M為變黃、變褐指數實測平均值。

2 結果與分析

2.1 不同烤煙品種煙葉顏色參數隨采收時間的變化

如圖1所示，烤煙生長過程中，煙葉的外觀顏色會發生變化，因此，其顏色參數也會隨之變化。不同烤煙品種煙葉正面顏色參數，隨采收時間的推移，L值和C值呈不斷增大的趨勢；b值大體上呈現不斷增大趨勢，烤煙品種NC55 B2處理b值略大于B3處理；H°值則大體上呈不斷減小的趨勢；a值呈先減小后增大的趨勢。不同烤煙品種煙葉背面顏色參數，隨采收時間的推移，L值一直高于正面，大體上呈現不斷增大的趨勢，烤煙品種NC55 B2處理L值略大于B3處理，烤煙品種NC102 B2處理L值略小于B1處理；烤煙品種NC102處理C值和b值大體呈不斷增大的趨勢，烤煙品種NC55 B2處理b值和C值略大于B3處理；H°值和a值與煙葉正面變化趨勢基本一致。由此可知，烤煙品種NC55與NC102的上部葉在成熟的過程中，葉片正背面亮度增大，綠色褪去，黃色顯現。

圖1 不同烤煙品種煙葉正、背面顏色參數隨采收時間的變化

2.2 不同烤煙品種煙葉烘烤特性隨采收時間的變化

烘烤特性包括易烤性和耐烤性。易烤性主要反映煙葉變黃以及定色的難易程度。耐烤性是指煙葉在定色期對外界環境變化的敏感性或耐受性。變黃指數、變褐指數分別是易烤性、耐烤性的量化指標，變黃指數越大，表示易烤性越好，變褐指數越小，表示耐烤性越好。

如圖2所示，隨煙葉采收時間的推移，烤煙品種NC55和NC102上部葉的變黃指數呈增大趨勢，變褐指數呈現先減小后增大的趨勢，且B2處理的變褐指數最小。由此可知，烤煙品種NC55和NC102上部煙葉隨成熟度的提高，易烤性越來越好， B2處理耐烤性達到最佳，之后變差。

圖2 不同品種煙葉烘烤特性隨采收時間的變化

2.3 不同烤煙品種煙葉顏色參數與烘烤特性的相關性分析

由表1、2可知，烤煙品種NC55和NC102煙葉正面顏色參數b、C、H°與變黃指數呈顯著相關，煙葉正面顏色參數L與變褐指數呈極顯著相關，煙葉背面顏色參數L與變褐指數呈顯著相關，說明煙葉正面顏色參數b、C、H°與易烤性關系密切，L與耐烤性密切相關。烤煙品種NC102煙葉背面顏色參數b、C與變黃指數呈顯著、極顯著正相關，H°與變黃指數呈顯著負相關；烤煙品種NC55煙葉背面顏色參數b、C與變褐指數呈顯著正相關。由此可知，顏色參數與烘烤特性關系密切，可以通過顏色參數的變化來指示煙葉的烘烤特性。

表1 不同烤煙品種煙葉正面顏色參數與烘烤特性的相關性

注：* 、 ** 分別表示相關性達到顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)水平，下同。

Notes:* ,** indicate significant (P<0.05) and extremely significant (P<0.01) correlation,respectively,the same below.

表2 不同烤煙品種煙葉背面顏色參數與烘烤特性的相關性Tab.2 Correlation between color parameters and curing characteristics of different flue-cured tobacco variety dorsal leaves

2.4 不同烤煙品種煙葉烘烤特性與顏色參數的回歸分析

基于不同烤煙品種煙葉顏色參數建立變黃指數、變褐指數回歸模型，以變黃指數、變褐指數為因變量，以正、背面顏色參數為自變量，進行逐步回歸分析，并對回歸模型進行顯著性檢驗，得到變黃指數與變褐指數的回歸模型(表3)。

表3 基于不同烤煙品種煙葉顏色參數的烘烤特性回歸模型Tab.3 Regression model of curing characteristics based on color parameters of different flue-cured tobacco variety leaves

進行模型驗證，對其預測值與實測值進行相關性分析并計算其RE。由圖3可知，基于不同烤煙品種煙葉正面顏色參數建立模型的預測值與實測值顯著相關，RE值在10%～19%，模擬效果較好。由此可知，基于煙葉正面顏色參數建立的烘烤特性回歸模型預測效果較好，利用該模型預測煙葉烘烤特性可行。

BI1：煙葉正面變褐指數；BI2：煙葉背面變褐指數；YI1：煙葉正面變黃指數；YI2：煙葉背面變黃指數

3 結論與討論

煙葉成熟過程中葉片顏色的變化可反映其組織內色素含量的變化[13-15]，色差計作為一種精確量化物體顏色的儀器，其測定指標(顏色參數)被作為指示色素含量的輔助指標[16]。前人研究發現[15，17-18]，煙葉顏色參數L、a值與葉綠素、類胡蘿卜素含量呈現顯著負相關，而與類葉比值呈現極顯著正相關，b值與葉綠素含量呈現極顯著負相關，與類葉比值呈現極顯著正相關，C值與類胡蘿卜素含量呈現顯著正相關。隨煙葉成熟度的提高，其色素含量不斷減小，類胡蘿卜素的降解幅度小于葉綠素，類葉比值不斷增大[15]。這解釋了本研究烤煙品種NC55和NC102 B1—B5處理中，L、b、C值大體上不斷增大的原因；a值隨煙葉采收時間的推移呈先減小后增大的趨勢，與孫陽等[19]的研究結果一致，而與其他學者認為a值不斷增大的結果不一致[15，20]，具體原因需進一步探究；H°值隨采摘時間的推延，大體上不斷減小，與李青山等[20]研究結果一致。

煙葉的成熟度是影響煙葉烘烤特性的重要因素之一[7]。戴勛等[21]對不同成熟度煙葉的烘烤特性進行研究發現，過熟煙葉易烤性較好。張玉琴等[11]研究認為，隨煙葉成熟度提高，煙葉的易烤性逐漸增強。上述研究可對本研究中烤煙品種NC55和NC102 B1—B5處理的變黃指數逐漸增大的現象做出解釋。烤煙品種NC55和NC102 B1—B3處理的變褐指數相對較小，B4—B5處理的變褐指數急劇增大，說明B1—B3處理的煙葉耐烤性相對較好。綜合考慮，煙葉在成熟過程中存在某個階段的烘烤特性好于其他階段的現象[11，22]。

烤煙烘烤在煙葉生產中起著至關重要的作用，烘烤特性是影響煙葉烘烤的重要因素，是制定適宜烤煙工藝進而獲得優質烤后煙的重要依據[23-29]。前人研究表明，某個成熟度的煙葉烘烤特性優于其他成熟度煙葉[9,11，22]，可根據鮮煙葉的顏色參數對成熟度進行判定[11]。本研究針對烤煙品種NC55和NC102上部葉正、背面的顏色參數與烘烤特性進行相關性分析，結果表明，兩者呈顯著或極顯著相關。基于煙葉正面顏色參數建立的烘烤特性回歸模型預測結果良好，實測值與預測值呈顯著相關。上述分析表明，利用上部葉正面顏色參數來推斷煙葉烘烤特性可行。

基于烤煙上部葉正面顏色參數建立了烘烤特性回歸模型：Y1=-49.699+3.515b(R2=0.908)，H1=-257.435+6.594L(R2=0.994)。該模型可用于預測煙葉烘烤特性，為烘烤工藝的制定提供依據，以便指導煙葉烘烤，提高上部葉的可用性。