烤煙烘烤過(guò)程中電導(dǎo)率與顏色值的關(guān)系研究

李靜浩，孫光偉，白金瑩，馬俊桃，周中宇，陳振國(guó)*，王松峰

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.湖北省煙草科學(xué)研究院，湖北 武漢 430030；3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450002；4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所，山東 青島 266101）

葉片顏色是判斷采后鮮煙葉素質(zhì)、烘烤過(guò)程中關(guān)鍵轉(zhuǎn)火點(diǎn)的重要指標(biāo)，它直觀(guān)地反映了煙葉色素含量。電導(dǎo)率則是反映組織細(xì)胞的膜透性、內(nèi)含物分解程度的重要指標(biāo)。兩者可分別從表觀(guān)、內(nèi)在質(zhì)量反映煙葉的外觀(guān)特征和內(nèi)部組織細(xì)胞所處狀態(tài)，因此研究烤煙變黃、變褐過(guò)程中的顏色、電導(dǎo)率的變化規(guī)律對(duì)烤煙烘烤特性判斷、變褐預(yù)警具有重要意義。烤煙烘烤特性判斷是制定適宜烘烤工藝的前提，因此許多學(xué)者對(duì)鮮煙葉的烘烤特性指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了以變褐時(shí)間、變褐指數(shù)、PPO酶活性等來(lái)判斷煙葉的烘烤特性，并制定出了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1-3］，也揭示出耐烤性差的煙葉容易在烘烤過(guò)程中因酶促棕色化反應(yīng)而發(fā)生褐變。PPO酶作為煙葉酶促棕色化反應(yīng)的關(guān)鍵酶，其活性與煙葉耐烤性之間存在密切關(guān)聯(lián)［4-7］。有研究指出鮮煙葉的顏色值可作為判斷煙葉烘烤特性的指標(biāo)，但也指出煙葉的顏色值反映的是成熟度，相關(guān)試驗(yàn)大多集中在煙葉的正常烘烤、變黃過(guò)程中的顏色變化：葉面亮度值L*、紅綠值a*、黃藍(lán)值b*均呈逐步上升趨勢(shì)［8-10］。武圣江等［9］認(rèn)為煙葉電導(dǎo)率也可用于判斷煙葉的烘烤特性，指出煙葉相對(duì)電導(dǎo)率可客觀(guān)表述煙葉烘烤的生理代謝變化。因此組織電導(dǎo)率常作為衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于種子活力測(cè)定以及植物抗逆性研究［11-13］。基于上述研究基礎(chǔ)，筆者重點(diǎn)研究了煙葉在晾制、烘烤條件下變黃、變褐過(guò)程中的顏色、電導(dǎo)率變化規(guī)律，旨在為煙葉烘烤提供動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及烤壞煙預(yù)警指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年在湖北省煙草科學(xué)研究院利川柏楊實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行，供試烤煙品種為云煙87、K326、鄂烤二號(hào)。供試土壤為沙壤土，其有機(jī)質(zhì)含量為2.32%，速效氮含量為90.00 mg/kg， 有效磷含量為58.63 mg/kg，速效鉀含量為125.00 mg/kg， pH值為5.77。依照優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行大田管理。

1.2 試驗(yàn)方法

按照宮長(zhǎng)榮等［14］的方法正常采收云煙87、K326、鄂烤二號(hào)的適熟煙葉，分別進(jìn)行晾制試驗(yàn)和烘烤試驗(yàn)。晾制試驗(yàn)在常溫下進(jìn)行，每隔12 h觀(guān)察1次顏色變化情況，測(cè)定煙葉的顏色值；每隔24 h取樣測(cè)定1次煙葉電導(dǎo)率。烘烤試驗(yàn)采用小型電烤箱，依照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)烘烤工藝進(jìn)行掛桿烘烤，分別于烤前和烤后的關(guān)鍵溫度點(diǎn)（鮮樣以及38、40、42、48、54 ℃）末期取樣，測(cè)定煙葉的顏色值、電導(dǎo)率、多酚氧化酶（PPO）活性。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

煙葉烘烤特性測(cè)定方法［3］：煙葉采收后，2個(gè)品種煙葉各選取素質(zhì)相近的15片，每12 h觀(guān)察1次，記錄煙葉的變黃、變褐程度，并計(jì)算變黃指數(shù)（YI）、變褐指數(shù)（BI），計(jì)算公式為YI=∑Y/n，BI=∑B/n，式中n為觀(guān)察記錄次數(shù)，Y和B分別為煙葉平均變黃和平均變褐比例。YI值越小，說(shuō)明此煙葉的易烤性越好；BI值越小，說(shuō)明此煙葉的耐烤性越好。

顏色值測(cè)定方法［15］：使用色差儀對(duì)稱(chēng)測(cè)定煙葉葉尖、葉中、葉基部主脈兩側(cè)共6個(gè)點(diǎn)的L*（亮度值）、a*（紅綠值）、b*（黃藍(lán)值），并計(jì)算平均值。

電導(dǎo)率測(cè)定方法［16］：使用8 mm孔徑的打孔器，在煙葉主脈兩側(cè)的葉尖、葉中、葉基對(duì)稱(chēng)打取0.1 g葉片組織（避開(kāi)支脈），在裝有10 mL雙蒸水的試管中浸泡3 h，使用GTCON30型便攜式電導(dǎo)率儀測(cè)定浸出液電導(dǎo)率。將試管置于100 ℃水浴鍋中10 min，冷卻至室溫后，測(cè)定絕對(duì)電導(dǎo)率，然后計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率，相對(duì)電導(dǎo)率=浸出液電導(dǎo)率/絕對(duì)電導(dǎo)率×100%。

PPO酶活性采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行測(cè)定。依照國(guó)標(biāo)對(duì)烤后煙葉進(jìn)行分級(jí)，并稱(chēng)重，計(jì)算不同色組煙葉的比例［17］。

1.4 統(tǒng)計(jì)處理

使用EXCEL 2003和SPSS 22.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉在晾制過(guò)程中的顏色變化

由圖1可知：在相同條件下的晾制過(guò)程中，云煙87的煙葉變黃比其他品種快些，在采后48 h左右就幾乎完成了變黃；K326煙葉的變黃速度次之，在60 h時(shí)接近全黃；鄂烤二號(hào)的變黃速度最慢，在72 h左右才基本完成變黃。各品種中部煙葉的變黃指數(shù)表現(xiàn)為云煙87（8.41）＞K326（7.85）＞鄂烤二號(hào)（7.59）。在試驗(yàn)進(jìn)行到60 h時(shí)，云煙87的煙葉率先出現(xiàn)變褐，并且在108 h前變褐程度明顯高于另外2種煙葉；鄂烤二號(hào)煙葉變褐的時(shí)間最晚，于84 h出現(xiàn)明顯變褐，但在84~108 h期間變褐速度較快，在108~120 h期間與云煙87煙葉的變褐程度一致，但之后變褐速度減緩；K326的煙葉雖在72 h時(shí)出現(xiàn)明顯褐變，但總體變褐速度較慢。各品種中部煙葉的變褐指數(shù)表現(xiàn)為云煙87（1.29）＞鄂烤二號(hào)（1.26）＞K326（1.04）。

圖1 煙葉在晾制過(guò)程中的變黃和變褐指數(shù)

從圖2可以看出，各品種煙葉的L*值呈現(xiàn)先上升后趨于平緩再下降的趨勢(shì)，云煙87煙葉的L*值率先于48 h達(dá)到頂峰，在96 h后開(kāi)始下降；K326煙葉的L*值于60 h達(dá)到最大值，在108 h后下降；鄂烤二號(hào)煙葉的L*值則在96 h才達(dá)巔峰值，于108 h后開(kāi)始下降，僅維持了12 h的平穩(wěn)期。

圖2 煙葉在晾制過(guò)程中顏色值的變化

當(dāng)a*＜0時(shí)，表示綠色；當(dāng)a*＞0時(shí)表示紅色，因此a*值的變化可反映煙葉的褪綠顯黃過(guò)程。在晾制過(guò)程中，各品種煙葉的a*值呈現(xiàn)近“S”型曲線(xiàn)變化，增加速度呈現(xiàn)“慢-快-慢”趨勢(shì)，在24 h時(shí)各煙葉的a*值變化較為同步。其中云煙87煙葉的a*值在前期增加最快，于48~60 h間達(dá)到0；K326次之，在72~84 h間達(dá)到0；鄂烤二號(hào)的a*值增速最為緩慢，于84~96 h才達(dá)到0。

當(dāng)b*＞0時(shí)，表示黃色，即b*值越大，表示煙葉黃色越深，綠色越淺。在晾制過(guò)程中，各品種煙葉的b*值均呈先上升后下降的趨勢(shì)，相比于L*值，b*值沒(méi)有出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的平緩階段。其中云煙87煙葉的b*值在48 h后開(kāi)始下降；K326、鄂烤二號(hào)煙葉的b*值則于60 h后開(kāi)始下降，但K326煙葉在48~60 h間出現(xiàn)了為時(shí)12 h的平緩階段。

2.2 煙葉在晾制過(guò)程中電導(dǎo)率的變化

由圖3可見(jiàn)：在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，各煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率基本上呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)；而相對(duì)電導(dǎo)率則先上升，后趨于平緩。其中云煙87煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率增加速度較快，數(shù)值較高，在48 h后開(kāi)始快速上升；在48 h前K326、鄂烤二號(hào)的絕對(duì)電導(dǎo)率的變化較為同步，均在72 h后開(kāi)始快速上升，在48~96 h間鄂烤二號(hào)的絕對(duì)電導(dǎo)率稍微大于K326，在96 h后K326煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率逐漸高于鄂烤二號(hào)。在72 h前，云煙87煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率最高，K326次之，兩者在0~24 h間出現(xiàn)較大的增幅；鄂烤二號(hào)煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率最小；在96 h時(shí)，云煙87煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率超過(guò)90%；在48 h后，鄂烤二號(hào)煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率開(kāi)始快速增加，并于120 h時(shí)接近100%；K326的相對(duì)電導(dǎo)率則于144 h達(dá)90%以上。

圖3 煙葉在晾制過(guò)程中電導(dǎo)率的變化

2.3 烘烤過(guò)程中煙葉顏色值的變化

由圖4可知：除鄂烤二號(hào)煙葉外，各品種煙葉的L*值在變黃期基本上呈上升趨勢(shì)；云煙87、K326煙葉的L*值在42 ℃達(dá)到峰值；而鄂烤二號(hào)煙葉的L*值在40 ℃達(dá)到最大值；在達(dá)到峰值后，云煙87、K326的L*值逐漸趨于穩(wěn)定；但鄂烤二號(hào)的L*值在40 ℃后出現(xiàn)較為明顯的下降，并隨著烘烤過(guò)程的推進(jìn)，下降趨勢(shì)逐漸放緩，最終趨于穩(wěn)定。

圖4 煙葉在烘烤過(guò)程中顏色值的變化

各品種煙葉的a*值基本上呈逐步上升的趨勢(shì)，但在變黃期的增加速度存在差異。從點(diǎn)火到38℃烘烤結(jié)束期間，各品種煙葉a*值的增加速度表現(xiàn)為云煙87＞K326＞鄂烤二號(hào)；從38 ℃到40 ℃烘烤結(jié)束期間，各煙葉a*值的增加速度表現(xiàn)為鄂烤二號(hào)＞K326＞云煙87。在40 ℃烘烤結(jié)束后，各煙葉的a*值穩(wěn)步上升，并在54 ℃之后趨于穩(wěn)定。

隨著烘烤的進(jìn)行，云煙87、K326煙葉的b*值呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定的變化；鄂烤二號(hào)煙葉的b*值則在40 ℃達(dá)到峰值之后開(kāi)始下降，最后趨于穩(wěn)定。從點(diǎn)火到38 ℃烘烤期間，各煙葉的b*值增長(zhǎng)速度表現(xiàn)為云煙87＞鄂烤二號(hào)＞K326；在38~40℃烘烤期間，b*值的增長(zhǎng)速度表現(xiàn)為鄂烤二號(hào)＞K326＞云煙87；在之后的烘烤過(guò)程中，云煙87、K326的b*值于40 ℃達(dá)到峰值，隨后逐漸穩(wěn)定，鄂烤二號(hào)則于40 ℃達(dá)到最大值，之后開(kāi)始下降，最終趨于穩(wěn)定。

2.4 烘烤過(guò)程中煙葉電導(dǎo)率的變化

由圖5可知，各煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率、相對(duì)電導(dǎo)率在烘烤過(guò)程中基本上呈上升的趨勢(shì)，但云煙87、K326煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率在38~40 ℃間存在穩(wěn)定或降低的情況。在38 ℃時(shí)，各煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率表現(xiàn)為云煙87＞K326≈鄂烤二號(hào)；在40 ℃時(shí)，各煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率排序?yàn)槎蹩径?hào)＞K326＞云煙87，相對(duì)電導(dǎo)率排序?yàn)槎蹩径?hào)＞云煙87≈K326；在40 ℃烘烤結(jié)束后，云煙87、K326的電導(dǎo)率變化較為同步，且明顯小于鄂烤二號(hào)；在48 ℃時(shí)，鄂烤二號(hào)的相對(duì)電導(dǎo)率已經(jīng)接近100%，而云煙87、K326則為60%左右；在48 ℃之后，各煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率增速均有放緩的趨勢(shì)，鄂烤二號(hào)煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率不再有明顯的變化，但云煙87、K326的相對(duì)電導(dǎo)率仍有上升趨勢(shì)。

圖5 煙葉在烘烤過(guò)程中電導(dǎo)率的變化

2.5 烘烤過(guò)程中煙葉PPO酶活性的變化

由圖6可知，各品種煙葉的PPO酶活性隨著烘烤的進(jìn)行呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，并均在42~48 ℃期間達(dá)到峰值。烤前各鮮煙葉的PPO酶活性差異顯著，表現(xiàn)為鄂烤二號(hào)＞云煙87＞K326；在38 ℃、42~54 ℃烘烤期間，云煙87、鄂烤二號(hào)煙葉的PPO酶活性顯著高于K326的活性，但在前兩者之間差異不顯著；而在40 ℃烘烤期間，云煙87煙葉的PPO酶活性顯著高于K326、鄂烤二號(hào)的，但在后兩者之間差異不顯著。

圖6 煙葉在烘烤過(guò)程中PPO活性的變化

2.6 烤后煙葉質(zhì)量分析

從烤后煙葉的質(zhì)量看，鄂烤二號(hào)煙葉由于烘烤難度較高，所以產(chǎn)生了大量雜色煙葉，其雜色煙率達(dá)到了54.55%，遠(yuǎn)高于云煙87、K326，但其微帶青煙率最低，為4.55%；云煙87煙葉的橘黃煙率最高，達(dá)到了58.93%；K326的檸檬黃煙率、微帶青煙率最高，分別為61.84%、10.53%；云煙87、K326的雜色煙率差別不大，相差不足1個(gè)百分點(diǎn)（表1）。

表1 不同品種煙葉烤后情況

3 討論

從晾制過(guò)程中煙葉的變化來(lái)看，云煙87煙葉較為容易變黃，易烤性較好，但耐烤性較差；K326的易烤性適中，耐烤性較好；鄂烤二號(hào)的易烤性較差，耐烤性適中。結(jié)合顏色值、電導(dǎo)率的變化來(lái)看，在0~48 h間（煙葉的變黃階段），煙葉的變黃程度、L*值、a*值、b*值、相對(duì)電導(dǎo)率均表現(xiàn)為云煙87＞K326＞鄂烤二號(hào)，絕對(duì)電導(dǎo)率則表現(xiàn)為云煙87＞K326≈鄂烤二號(hào)；在煙葉出現(xiàn)褐變后，其絕對(duì)電導(dǎo)率、相對(duì)電導(dǎo)率也隨之出現(xiàn)增速變大的趨勢(shì)，并且這兩者均隨著褐變程度的加深而逐漸增大。

在褐變過(guò)程中，煙葉的a*值變化并不明顯；L*值則在褐變比例1~2成時(shí)才出現(xiàn)降低趨勢(shì)；b*值對(duì)煙葉的褐變極為敏感。云煙87煙葉在48 h后出現(xiàn)褐變時(shí)，b*也隨之下降，L*值則在褐變發(fā)生48 h之后才有明顯的下降趨勢(shì)；K326、鄂烤二號(hào)分別在72 h、84 h出現(xiàn)褐變，兩者的b*值在60 h后便開(kāi)始下降，兩者的L*值則分別在褐變發(fā)生36 h、24 h后才開(kāi)始下降。這說(shuō)明煙葉從變黃到出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的變褐過(guò)程中，存在一個(gè)過(guò)渡階段，在該階段，僅憑肉眼辨別煙葉，其幾乎沒(méi)有出現(xiàn)變褐情況，但其b*值已經(jīng)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。由此可知，在一定程度上可用煙葉的b*值對(duì)煙葉存在褐變的危險(xiǎn)發(fā)出警示，從而及時(shí)調(diào)整烘烤工藝，避免煙葉烤黑。本研究煙葉顏色值的變化趨勢(shì)與武圣江、高婭北等的研究結(jié)果［18-19］大致相同。

從烘烤過(guò)程中煙葉的變化來(lái)看，云煙87、K326煙葉的顏色值變化與晾制條件下變黃過(guò)程中的顏色值變化相似，而電導(dǎo)率變化存在較大差異。鄂烤二號(hào)由于烘烤操作不當(dāng)，其煙葉的顏色值變化趨勢(shì)、電導(dǎo)率增加幅度與在晾制條件下的基本一致；由于測(cè)定節(jié)點(diǎn)是根據(jù)烘烤溫度點(diǎn)確定，并未以時(shí)間作為測(cè)定節(jié)點(diǎn)，其b*值并未出現(xiàn)提前下降的趨勢(shì)。

電導(dǎo)率可以反映細(xì)胞的膜透性［20］。云煙87煙葉的易烤性較好，其在38 ℃的絕對(duì)電導(dǎo)率高于K326、鄂烤二號(hào)的；雖然鄂烤二號(hào)的絕對(duì)電導(dǎo)率與K326差別不大，但其相對(duì)電導(dǎo)率明顯高于K326的。在40 ℃時(shí)，鄂烤二號(hào)的煙葉開(kāi)始出現(xiàn)變褐，其絕對(duì)電導(dǎo)率與K326雖然差別不大，但相對(duì)電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于K326的，并且這個(gè)差別一直維持到54 ℃。

從PPO酶活性來(lái)看，在烘烤開(kāi)始后，鄂烤二號(hào)煙葉的PPO酶活性基本上高于K326的（40 ℃除外），但與云煙87并無(wú)明顯差異，甚至在40 ℃時(shí)其活性顯著低于云煙87的。這意味著鄂烤二號(hào)在烘烤過(guò)程中出現(xiàn)褐變、烤后雜色煙葉比例較高并不僅是因?yàn)槠漭^高的PPO酶活性。

煙葉內(nèi)含物質(zhì)的大量分解造成了其絕對(duì)電導(dǎo)率的升高，煙葉較快的變黃速度可能是造成其絕對(duì)電導(dǎo)率在變黃階段較高的原因之一，但本研究未發(fā)現(xiàn)在絕對(duì)電導(dǎo)率的增加幅度與煙葉的變黃速度之間存在密切聯(lián)系；細(xì)胞膜過(guò)早的裂解導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率升高，以及煙葉細(xì)胞內(nèi)部的PPO酶與酚類(lèi)物質(zhì)的過(guò)早接觸，導(dǎo)致煙葉褐變的出現(xiàn)，這可能是相對(duì)電導(dǎo)率的大幅增加與褐變存在緊密聯(lián)系的原因［21-22］。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，煙葉顏色在由黃轉(zhuǎn)褐的過(guò)程中，煙葉的b*值會(huì)在出現(xiàn)明顯褐變之前開(kāi)始下降，因此煙葉的b*值可作為褐變的預(yù)警指標(biāo)。煙葉的絕對(duì)電導(dǎo)率與其變黃、變褐特性聯(lián)系不緊密，出現(xiàn)或即將出現(xiàn)褐變煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于未出現(xiàn)褐變的煙葉，因此煙葉的相對(duì)電導(dǎo)率可作為判斷煙葉變褐特性以及褐變預(yù)警的指標(biāo)。