不同素質煙葉烘烤過程中生理及質地變化研究

潘飛龍，楊 洋，鄢 敏，李林秋，嚴 素，易 蔓，蔣博文，楊懿德*

(1. 河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2. 四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644000)

【研究意義】煙草生產對自然條件依賴性較大，在非正常氣候條件下，雖然栽培管理水平很高，也會產生特殊素質煙葉[1]。近年來，烤煙生長季節自然災害頻發，特殊素質煙葉時有發生，且種類繁多，難以烘烤，這很大程度影響了煙農的烘烤信心和實際烘烤質量，嚴重制約著煙葉生產的經濟效益[2-3]。【前人研究進展】何顏晟等[4]研究發現特殊素質煙葉田間生長過程中葉面積增長和營養物質積累存在一定相關性，可依據煙葉大田期生長狀況，盡早預防特殊素質煙葉的出現；倪克平等[5]研究了白露后煙葉烘烤存在的烤青、掛灰等問題，并提出了提早移栽期、堅持成熟采收、分類編竿、調整烘烤工藝等技術措施，有效減少了掛灰、烤青煙比例；吳錫剛等[6]研究了西昌煙區非正常煙葉的形成原因、素質特點及烘烤特性，并提出了與之對應的采收、裝炕和烘烤工藝要點；朱佩等[7]研究發現，特殊素質煙葉烘烤過程中失水困難或失水過快，黑暴煙色素含量高且類葉比變化小，黑莖病、病毒病、葉斑病煙葉類葉比高峰出現早，特殊素質煙葉鮮煙PPO活性高，烤后煙葉碳水化合物含量低，含氮化合物含量高，評吸質量差；李生棟[8-9]、吳文信[10]等研究了不同素質煙葉烘烤過程中煙葉顏色值、含氮化合物、色素含量之間的關系，為適時調整烘烤工藝奠定了理論基礎。目前關于特殊素質煙葉的形成原因、烘烤特性、采編裝技術和烘烤要點已有較多報道，但大多比較籠統和表觀，而對于特殊素質煙葉烘烤過程中內部生理及質地變化的研究較少。【本研究切入點】本研究以常規煙葉為對照，比較分析了返青、后發、多肥3種特殊素質煙葉烘烤過程中煙葉呼吸強度、水分、色素含量、淀粉含量和硬度的變化規律，并對烤后煙葉的主要化學成分和經濟性狀進行檢測和統計，進一步明確特殊素質煙葉生理生化特性。【擬解決的關鍵問題】本研究旨在闡明不同素質煙葉烘烤過程中生理及質地變化，為制訂與其相配套的密集烘烤工藝提供一定的理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2016年4-9月在云南省大理州彌渡縣紅花大金元科技研發基地進行，供試烤煙品種為紅花大金元，在溫濕大棚內通過控制煙葉大田生長期灌水、光照和施肥等措施促使形成返青、后發、多肥3種特殊素質煙葉，并以常規煙葉為對照。3月29日移栽，6月3日統一打頂，有效留葉數18片，移栽株行距為0.6 m×1.2 m，砂質土壤，肥力中等。田間栽培管理措施分別為：①常規煙葉：生育期管理按照優質烤煙生產技術規范進行灌水和施肥；②返青煙葉：中部葉采收前10 d用質量分數0.2 %的硝酸銨溶液500 mL/株進行灌根處理，并進行遮蔭，其余同常規煙葉；③后發煙葉：煙株還苗后進行控水處理，在保證煙株存活的情況下盡可能減少灌水量，現蕾后進行正常灌水和遮蔭，其余同常規煙葉；④多肥煙葉：施氮量為常規煙葉的1.5倍，磷鉀肥施用量相同，其余同常規煙葉。各個處理60株。在常規煙葉中部葉成熟時，分別采收9～11葉位成熟特點明顯的常規煙葉、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉為試驗材料。

1.2 試驗設計

試驗共設4個處理：常規煙葉(對照)、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉，3次重復。不同處理的煙葉同時采收、編竿及裝柜，采用智能煙葉烘烤實驗柜(福州興東輝自動化科技有限公司生產)按照當地優質煙葉烘烤工藝進行烘烤。在烘烤過程中關鍵溫度點(鮮煙葉、38 ℃末、40 ℃末、43 ℃末、45 ℃末、48 ℃末、53 ℃末、烤后煙葉)取樣，測定呼吸強度、色素、含水量、硬度等指標，此外測定烤后煙葉常規化學成分，并計算其經濟性狀。48 ℃末以后葉片基本已干，未測定呼吸強度、葉片含水量和硬度。

1.3 測定項目及方法

烘烤過程中，從各個處理關鍵溫度點末取6片煙葉，先測定煙葉呼吸強度，再測定煙葉主脈和葉片硬度，最后測定水分和色素含量，試驗重復3次。呼吸強度的測定采用氣相色譜法[11]；硬度測定的參數設定和方法在武圣江等[12]基礎上略有改動，測定6次，取平均值；含水量的測定采用烘干稱重法[13]；色素測定采用分光光度法[14]。各個處理取C3F等級初烤煙葉1 kg，于50 ℃下烘干粉碎、過濾，采用AAⅢ型連續流動化學分析儀(德國BRAN+LUEBBE公司生產)測定常規化學成分[15]，采用蒽酮比色法[16]測定煙葉淀粉含量；各處理烤后煙葉按國標等級分級，統計均價、上中等煙比例等。

1.4 數據處理

試驗數據用SPSS 20.0進行統計分析，用Microsoft Excel 2010進行整理，用Origin 9.1進行作圖，用新復極差法進行方差分析，顯著性水平設定為P=0.05，極顯著性水平P=0.01。

2 結果與分析

2.1 不同素質煙葉烘烤過程中生理生化變化

2.1.1 不同素質煙葉呼吸強度變化 呼吸作用是煙葉烘烤過程中的關鍵控制環節，呼吸作用的強弱直接影響煙葉的理化性質，并最終影響原煙的品質[17]。根據圖1可以看出，不同素質煙葉烘烤過程中呼吸強度變化規律一致，基本呈先升高后下降趨勢；鮮煙葉呼吸強度高低依次為后發煙葉>常規煙葉>返青煙葉>多肥煙葉，變黃中期(40 ℃末)煙葉呼吸強度達到最高，依次表現為后發煙葉>返青煙葉>常規煙葉>多肥煙葉；后發煙葉和常規煙葉45 ℃末呼吸強度較43 ℃末分別下降89.37 %、72.73 %，而返青煙葉和多肥煙葉僅下降12.47 %、10.00 %。

圖1 不同素質煙葉烘烤過程中呼吸強度變化

2.1.2 不同素質煙葉含水率變化 失水干燥是煙葉烘烤的最終目的之一，水分含量直接影響煙葉的內部理化特性，煙葉失水速度的快慢決定了煙葉能否正常變黃和順利定色[18]。如圖2所示，煙葉主脈含水量和葉片含水量均呈下降趨勢；鮮煙葉中，不同素質煙葉主脈含水量差異不明顯，葉片含水量差異較大，常規煙葉、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉葉片含水量依次為68.73 %、71.35 %、65.78 %和65.87；煙葉主脈在48 ℃末以前失水較慢，48 ℃末以后失水迅速，不同素質煙葉葉片失水速度差異較大，返青煙葉43 ℃末以前葉片含水量始終保持較高水平，43 ℃末僅較鮮煙葉失水8.55 %，而其余3種素質煙葉葉片43 ℃末較鮮煙葉分別失水23.57 %、27.74 %和28.68 %，43 ℃末以后煙葉葉片失水速度加快。

圖2 不同素質煙葉烘烤過程中葉片及主脈含水率變化

2.1.3 不同素質煙葉色素含量變化 質體色素對調制后煙葉葉色起決定性作用，并對烤后煙葉香氣物質的形成和品質的提高具有重要貢獻[19]。不同素質煙葉烘烤過程中葉綠素含量、類胡蘿卜素含量和類葉比變化。如圖3所示，從整個烘烤過程來看，煙葉葉綠素和類胡蘿卜素含量呈下降趨勢，其中煙葉葉綠素含量下降迅速且下降量大，而類胡蘿卜素含量下降緩慢且下降量小，因此類葉比呈逐漸升高趨勢；不同素質煙葉鮮煙葉質體色素含量差異較大，葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均表現為多肥煙葉>返青煙葉>后發煙葉>常規煙葉，類葉比正好與色素含量相反，表現為常規煙葉>后發煙葉>返青煙葉>多肥煙葉；常規煙葉、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉38 ℃末時葉綠素含量已降解鮮煙葉的80.68 %、79.07 %、79.13 %、82.66 %，而類胡蘿卜素降解緩慢，烤后煙葉較鮮煙葉僅分別降解31.18 %、32.32 %、32.42 %、56.94 %。

2.1.4 不同素質煙葉淀粉含量變化 淀粉在鮮煙葉中既可作為主要營養物質積累，又可在需要能量時部分水解為葡萄糖供機體利用[20]。如圖4所示，從整個烘烤過程看，煙葉淀粉含量呈逐漸下降趨勢，其中變黃期(43 ℃末以前)和干筋期(48 ℃末以后)淀粉降解速率較快，定色期(43 ℃末至48 ℃末)煙葉淀粉含量較穩定；常規煙葉、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉鮮煙葉淀粉含量分別為29.12 %、28.29 %、23.66 %、26.51 %；常規煙葉鮮煙葉淀粉含量充足，43 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末時較鮮煙葉降解71.90 %；返青煙葉40 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末較鮮煙葉降解62.67 %；后發煙葉淀粉積累較少，38 ℃末煙葉淀粉已降低至較低水平，43 ℃末較鮮煙葉降解68.60 %；多肥煙葉烘烤過程中淀粉含量持續下降；常規煙葉、返青煙葉、后發煙葉和多肥煙葉烤后煙葉淀粉含量較鮮煙葉分別降解82.28 %、78.68 %、82.44 %、91.77 %。

圖3 不同素質煙葉烘烤過程中色素含量變化

圖4 不同素質煙葉烘烤過程中淀粉含量變化

2.2 不同素質煙葉烘烤過程中硬度變化

如圖5所示，硬度可以反映煙葉主脈和葉片的堅實程度，是樣品達到一定形變時所必需的作用力[21]。烘烤過程中煙葉主脈硬度基本呈先降低后快速升高的變化趨勢，不同素質鮮煙葉葉片硬度差異較大，多肥煙葉>后發煙葉>返青煙葉>常規煙葉；多肥煙葉和后發煙葉鮮煙葉硬度差異不顯著，多肥煙葉38～40 ℃葉片硬度下降較后發煙葉迅速，40 ℃末多肥煙葉和后發煙葉葉片分別較38 ℃末下降30.20 %、9.99 %；返青煙葉葉片變黃期(43 ℃末以前)硬度變化幅度較小，43 ℃末以后葉片硬度開始大幅度下降；與其它素質煙葉葉片硬度變化規律不同，烘烤過程中常規煙葉葉片硬度變化先上升，后下降，再上升。主脈硬度明顯高于葉片硬度，多肥煙葉鮮煙主脈硬度最大；后發煙葉和返青煙葉鮮煙主脈硬度差異不大，烘烤過程中返青煙葉主脈硬度下降較快；45 ℃末之前常規煙葉主脈硬度變化趨勢和葉片一致，38 ℃末主脈硬度有一定程度增加，隨后呈逐漸下降趨勢。

圖5 不同素質煙葉烘烤過程中硬度變化

2.3 不同素質煙葉烤后原煙化學成分比較

從表1可以看出，淀粉含量高低依次為返青煙葉>常規煙葉>后發煙葉>多肥煙葉，且差異達極顯著水平；總糖含量高低為返青煙葉>常規煙葉>后發煙葉>多肥煙葉，還原糖含量高低為常規煙葉>后發煙葉>返青煙葉>多肥煙葉，其中常規煙葉、返青煙葉和后發煙葉總糖和還原糖含量差異不顯著，均極顯著高于多肥煙葉；后發煙葉和多肥煙葉烤后原煙煙堿和總氮含量較高，二者差異不顯著，返青煙葉煙堿和總氮含量處以中等水平，與其它素質煙葉差異均不顯著，常規煙葉煙堿和總氮含量最低；常規煙葉糖堿比極顯著高于其它素質煙葉，返青煙葉和后發煙葉糖堿比差異不顯著，均極顯著高于多肥煙葉；常規煙葉氮堿比顯著高于其它素質煙葉。從煙葉化學成分的協調性綜合考慮，常規煙葉烤后原煙化學成分最協調，返青煙葉和后發煙葉較協調，多肥煙葉協調性最差。

表1 不同素質煙葉烤后原煙化學成分比較

注：同列小寫字母表示在5 %水平上的顯著性，大寫字母表示在1 %水平上的顯著性，字母相同差異不顯著，不同則顯著。下同。

Note: The lowercase letters in the same column indicate the significance at the 5 % level, and the uppercase letters indicate the significance at the 1 % level. The same letters have no significant difference, but the different letters have significant difference. The same as below.

表2 不同素質煙葉烤后經濟性狀比較

2.4 不同素質煙葉烤后經濟性狀比較

由表2可以看出，不同素質煙葉烤后原煙經濟性狀以常規煙葉最好，其上、中等煙比例高達90.71 %，青煙和雜色煙比例僅占1.22 %、4.12 %，均價和產值極顯著高于其它素質煙葉；返青煙葉和后發煙葉經濟性狀較好，其中返青煙葉雜色煙比例較高，后發煙葉青煙比例較高，其上、中等煙比例，產量和均價差異不顯著，返青煙葉產值顯著高于后發煙葉；多肥煙葉經濟性狀最差，上、中等煙比例低，青煙和雜色煙葉比例分別高達8.31 %、18.37 %，均價和產值較低。

3 討 論

本研究發現鮮煙葉中，后發煙葉呼吸強度最高，這可能與后發煙葉依然處于旺盛生長期有關，此時后發煙葉還沒有進入衰老成熟期，線粒體內膜較完整，呼吸代謝旺盛[22]；多肥煙葉呼吸強度較低，這可能是多肥煙葉表皮細胞皮革化、木質化嚴重引起的。本研究僅測定了烘烤過程中關鍵溫度點的呼吸強度，測定點相差時間間隔較長，呼吸強度峰重合，因此沒有呈現出李衛芳等[17]研究結果中的雙峰曲線，僅呈先上升后下降的單峰曲線。后發煙葉和常規煙葉變黃期呼吸強度較高，生理代謝旺盛，有利于煙葉色素降解和內在化學成分的分解轉化，43 ℃末以后呼吸強度直線下降，生理代謝迅速降低至較低水平，利于定色；返青煙葉變黃期呼吸強度較高，但定色期呼吸代謝仍然旺盛，不利于煙葉及時定色；多肥煙葉呼吸強度變黃期較弱，且定色期不能及時降低至較低水平，導致煙葉變黃慢，定色難。

本研究測定了烘烤過程中煙葉主脈和葉片的含水率變化，發現不同素質鮮煙葉主脈含水率差距不大，返青煙葉鮮煙葉葉片含水率較高，烘烤過程中脫水困難，這和前人研究結果[6]一致；與常規煙葉相比，后發煙葉鮮煙含水量略低，但主脈和葉片較易失水；李長江[23]研究發現黑暴煙水分含量大，本研究中多肥煙葉鮮煙葉含水量低，這可能是因為本試驗所采煙葉為老黑暴煙，煙葉水分含量低，嫩黑暴煙則水分含量高[6]。本研究中煙葉水分含量變化與呼吸強度變化基本一致，說明水分動態控制煙葉生理變化[24]。

本研究中，返青和多肥煙葉鮮煙質體色素含量高，類葉比低，易烤青；返青煙葉鮮煙淀粉含量較高，但烘烤過程中降解轉化不充分，烤后煙葉淀粉含量依然較高；多肥和后發煙葉鮮煙淀粉含量較低，營養物質不充足，易烤黑烤糟。

本研究對烘烤過程中主脈和葉片硬度進行測定，結果發現，常規煙葉主脈和葉片硬度均呈先下降后升高的趨勢，這與宋朝鵬等[25]的研究結果相吻合。特殊素質煙葉鮮煙葉主脈和葉片硬度較大，烘烤過程中48 ℃之前呈持續下降趨勢，其中返青煙葉葉片硬度下降遲緩，主脈硬度下降迅速，這可能與主脈水分向葉片遷移有關[26]，也可能是返青煙葉細胞壁物質降解遲緩[25]。后發煙葉鮮煙和變黃期葉片硬度較大，45 ℃時硬度較小，這表明煙葉組織結構破壞嚴重，葉片致密程度較低[27]。

云南是典型的清香型煙葉產區，煙葉總糖和鉀含量較高，化學成分協調，且兩糖比相對較高[28]。本研究中，多肥煙葉雖然產量顯著高于其它素質煙葉，但其烤后煙葉化學成分協調性差，青雜煙比例高，均價較低，產值最差；返青煙葉雜色煙比例高，后發煙葉青煙和雜色煙比例均較高，產值均極顯著低于常規煙葉。

4 結 論

綜上所述，與常規煙葉相比，返青煙葉水分含量高，葉片和主脈硬度下降遲緩，葉片失水凋萎困難，定色期呼吸代謝仍然旺盛，較難定色，易烤黑烤糟；后發煙葉水分含量低，變黃期呼吸代謝旺盛，有利于色素和化學成分的充分降解轉化，但葉片和主脈失水較快，煙葉組織結構破壞嚴重，煙葉硬度下降快，易烤青烤黑；多肥煙葉色素含量高，營養物質積累不充實，水分含量低，烘烤過程中煙葉呼吸強度始終處于較低水平，烤后煙葉化學成分協調性差，煙葉經濟效益較低。