采收時間對雪茄煙葉主要碳水化合物變化及品質的影響

金明珂，陳泳緯，吳永兵，陽葦麗，何正川，趙銘欽

（1.河南農業大學煙草學院，河南 鄭州 450002；2.四川省煙草公司達州市公司，四川 達州 635000）

雪茄煙是經過調制發酵等一系列操作后直接卷制而成的一種煙草制品［1］。近年中國的雪茄煙市場規模逐漸擴大，對其需求逐漸增多，而國產雪茄在工業應用中存在的缺陷和問題逐漸凸顯［2］。與烤煙的特點不同，雪茄煙含氮量大于烤煙，而糖含量低于烤煙，但糖類物質代謝在雪茄煙生育過程中有著重要作用［3，4］，其中蔗糖和淀粉的變化對煙葉品質有著重要影響。

蔗糖是非還原性糖，而非還原性糖含量比例較高意味著煙葉成熟度不夠，對煙氣質量產生不利影響［5，6］。淀粉含量過高影響煙葉燃燒性和品質［7，8］。同時，抽吸時糖類化合物裂解產物可以中和產生的堿性化合物，降低刺激性［9］。還有研究證明，糖類物質也影響煙葉的拉力和柔韌性［10］。因此，研究雪茄煙葉內碳水化合物之間的動態變化，對提升雪茄煙生產技術有著重要意義。研究還證明，碳代謝相關酶的活性對煙葉內部碳水化合物轉化有直接影響［11，12］。而不同采收時間對煙葉的成熟情況、煙葉內部酶活性有直接影響。因此，準確把握雪茄煙適宜采收時間，是提高雪茄煙葉品質的關鍵［13］。目前對煙葉碳水化合物變化及品質形成機理的相關研究多集中在烤煙，而對雪茄煙相關方面的研究尚欠缺。基于此，本試驗以雪茄煙品種川雪1號為材料，研究采收時間對煙葉主要碳水化合物和品質的影響，以期為建立適宜的雪茄煙葉生產技術規程提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試雪茄煙品種為川雪1號，來自四川省煙草公司達州市公司。

1.2 試驗地概況

試驗于2019—2020年在四川省達州萬源市河口鎮進行。該地山勢較緩，氣候溫和，雨量充沛，土壤肥力適宜。試驗地0～20 cm土層養分狀況為：有機質20.28 g／kg、全氮1.31 g／kg、有效磷20.32 mg／kg、速效鉀98.88 mg／kg，pH值6.13。

1.3 試驗設計與田間管理

采用隨機區組設計方式取樣，設置5個采收時間（表1），采收雪茄煙中部葉（從下向上第10～12片），取樣總時間區間為35 d。

表1 試驗設計

試驗采用漂浮育苗方式，按照當地優質煙葉技術規范進行大田栽培管理。4月30日移栽，6月15日打頂。行株距為110 cm×40 cm，單株留葉18片。

1.4 取樣與指標測定

取樣于上午10～11時進行，每個處理每次取樣10～13片。其中取大小均勻一致煙葉3片，去除主脈，取其第5至第6支脈葉肉組織，每片煙葉取3份，每份取約0.1 g，置于液氮中速凍，用于酶活性測定；剩余煙葉先于105℃下殺青20 min，再45℃下烘干、研磨、過60目篩保存，用于碳水化合物含量測定。其中，蔗糖合成酶（sucrose synthase，合成方向：SS－Ⅱ）、蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase，SPS）和淀粉酶（amylase，AL）活性采用紫外分光光度法測定（參照SS－Ⅱ、SPS及AL活性測定試劑盒說明書）［14］；葡萄糖、果糖和蔗糖含量采用分光光度法測定［15］；總糖、還原糖、淀粉含量采用AutoAnalyzer 3連續流動分析儀測定（參照行業標準YC／T 159—2002方法、YC／T 216—2013方法）。非還原糖含量是總糖含量與還原糖含量之差，即：非還原糖＝水溶性總糖－還原性糖［16］。

晾制方法：采用當地雪茄煙晾制技術。將煙葉針穿于竹竿上，放置在晾房架上，隨著煙葉外部顏色和水分變化逐漸向晾房上層移動，直至煙葉干筋結束，回潮下架保存。晾制結束后，各處理分別取煙葉10片于45℃下烘干、研磨、過60目篩保存，用于晾制后雪茄煙葉的化學成分測定。晾后煙葉的總糖、還原糖、蔗糖、淀粉含量的測定方法同上，煙堿、氯、鉀含量的測定采用連續流動法。每個處理重復3次。感官質量聘請評吸專家進行評吸打分，即按照長城雪茄煙廠雪茄煙葉感官品質評價標準，采用9分制對煙葉感官質量進行評價，并計算出總分。

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據處理和圖表制作，用SPSS24.0軟件進行數據相關性分析。

2 結果與分析

2.1 采收時間對雪茄煙葉碳水化合物含量變化的影響

由圖1A、B、F可知，隨著采收時間推后，雪茄煙中部葉總糖、還原糖、淀粉含量均呈先上升后下降趨勢，即H1C～H3C階段保持上升趨勢，均在H3C時達到最大值。與H2C相比，H3C總糖、還原糖含量分別增加8.1%、14.9%，且差異顯著；淀粉含量增加9.5%，差異不顯著。該階段即打頂后煙葉營養生長得到促進，光合作用增強，呼吸作用較弱，細胞壁組織結構增強，煙葉內營養物質積累增多，總糖、還原糖和淀粉含量上升。H3C～H5C階段，總糖、還原糖、淀粉含量持續下降。與H3C相比，H4C總糖含量顯著下降3.9%；還原糖含量僅下降1.9%，差異不顯著；淀粉含量下降11.4%，達顯著水平。H4C～H5C階段總糖、還原糖、淀粉含量均下降。說明這一階段煙葉逐漸成熟衰老，光合強度減弱，碳水化合物合成減緩，同時伴隨呼吸作用的消耗加劇，總糖、還原糖分解而致兩者含量下降；并且隨著淀粉酶活性升高，淀粉由積累階段轉變為分解階段，含量降低。

由圖1C、G可知，隨著采收時間推后，蔗糖含量和非還原糖比例均呈先下降后上升的波動趨勢，即H1C～H4C階段逐漸下降，H4C時最小，隨后略有回升，但無顯著差異。這說明隨著采收時間的延后，煙葉內蔗糖含量和非還原糖比例逐漸減小，煙葉成熟度增加。H4C～H5C階段蔗糖含量和非還原糖比例略有升高，可能是受酶活性與煙葉內部代謝消耗的影響所致，因為煙葉呼吸作用需要底物，而使自身促進蔗糖合成，導致非還原糖比例升高，說明煙葉可能處于過熟階段。

從圖1D、E可知，隨著采收時間推后，果糖含量變化趨勢與總糖、還原糖相似，呈先上升后下降趨勢，葡萄糖含量呈先下降后上升趨勢。H1C～H4C階段，果糖含量逐漸升高，H4C時達到最高，而在H1C～H3C階段，葡萄糖含量逐漸降低，H3C時達到最低，H3C～H4C階段迅速上升。這可能是因為此時煙葉的光合作用強，蔗糖分解產生果糖和葡萄糖，果糖含量增加，而淀粉合成需要消耗葡萄糖，且消耗量大于蔗糖分解得到的葡萄糖量，導致此階段葡萄糖含量降低。H4C～H5C階段果糖含量逐漸下降，H5C比H4C降低23.2%，且達顯著水平；葡萄糖含量略微上升，H5C比H4C增加3.3%。這可能是因為，此時煙葉淀粉分解產生葡萄糖，同時果糖和葡萄糖還可能合成少量蔗糖，淀粉分解產生的葡萄糖量略大于蔗糖合成需要的葡萄糖量。

圖1 不同采收時間煙葉總糖（A）、還原糖（B）、蔗糖（C）、果糖（D）、葡萄糖（E）和淀粉（F）含量及非還原糖比例（G）的變化規律

2.2 采收時間對雪茄煙碳水化合物相關酶活性變化的影響

由圖2A可知，隨著采收時間推后，煙葉蔗糖合成酶SS－Ⅱ（合成方向）活性呈逐漸下降的波動趨勢，H4C最低，為0.179 mg／（g·min），比H1C下降29.9%。說明此時蔗糖的合成過程受阻，合成速率逐漸降低。而至H5C時SS－Ⅱ活性略有回升，但差異不顯著。可能原因是，煙葉逐漸成熟，光合作用減弱，呼吸作用增強，蔗糖少量合成充當呼吸底物，來維持煙葉的生命狀態。

由圖2B可知，隨著采收時間推后，煙葉蔗糖磷酸合成酶SPS活性呈現先上升后下降趨勢，H3C最高，為0.289 mg／（g·min），比H1C上升18.8%，而H3C～H5C階段逐漸下降，H5C略低于H4C，但無顯著差異。表明H3C時煙葉碳代謝強度、蔗糖合成速率仍較高，之后采收SPS活性降低，蔗糖合成速率、蔗糖含量逐漸降低。

由圖2C可知，隨著采收時間推后，淀粉酶活性呈現先下降后上升趨勢，以H1C處理最高，H1C～H3C階段逐漸降低，H3C比H1C降低13%。此階段煙葉正處于生長發育階段，H1C處理煙葉內部糖類物質轉化頻繁，淀粉分解能促進基礎糖類增加，有利于煙葉生長發育。之后淀粉酶活性逐漸回升，H4C比H3C增加6.4%，H5C比H4C增加3.3%。這一階段淀粉酶活性不斷升高，說明淀粉逐漸由積累階段轉變為分解階段，也說明煙葉淀粉含量仍較高，煙葉逐漸達到充分成熟。

圖2 不同處理蔗糖合成酶（A）、蔗糖磷酸合成酶（B）和淀粉酶（C）活性變化規律

2.3 雪茄煙碳水化合物相關酶活性與糖類物質含量的相關性分析

煙葉碳水化合物相關酶活性與各糖類物質含量的相關分析結果（表2）表明，SS－Ⅱ活性與蔗糖含量呈極顯著正相關；SPS活性與淀粉含量呈顯著正相關，與葡萄糖含量呈顯著負相關；淀粉酶活性與水溶性糖（葡萄糖、果糖除外）、淀粉含量均呈顯著負相關，與葡萄糖含量呈顯著正相關。這是因為SS－Ⅱ控制蔗糖的合成過程，蔗糖分解產生果糖和葡萄糖，葡萄糖又是合成淀粉的底物，而淀粉酶活性高，則促進淀粉分解為葡萄糖，葡萄糖含量升高，從而影響SS－Ⅱ和SPS的活性。這說明SS－Ⅱ、SPS和淀粉酶活性對煙葉碳代謝進程有著重要影響。

表2 雪茄煙碳水化合物相關酶活性與糖類物質含量的相關性

2.4 采收時間對晾制后雪茄煙葉化學成分及感官質量的影響

不同采收時間晾制后的雪茄煙葉化學成分分析結果（表3）表明，H1C～H3C階段晾制后煙葉總糖、還原糖、煙堿含量過低，蔗糖、淀粉含量較高，說明此階段采收的煙葉碳氮代謝水平較低，淀粉分解不完全；而H5C與H4C相比煙葉蔗糖含量無明顯差異，但淀粉含量過高，其它水溶性糖類含量低，這可能是由H5C煙葉過熟不利于調制過程中的淀粉分解所致。H4C時采收煙葉淀粉含量較低、分解較完全，且總糖、還原糖含量最高，煙堿含量較高，蔗糖含量最低，表明煙葉內部物質轉化水平高、轉化較完全。

表3 不同采收時間雪茄煙葉晾制后的化學成分

從表4中可以看出，隨著采收時間推后，雪茄煙葉香氣質、香氣量、濃度、勁頭、余味、燃燒性及總分均呈先增加后降低趨勢，刺激性、雜氣則逐漸降低，以H4C時采收最好。表明適當延遲采收有利于提升煙葉感官質量，主要表現在香氣質好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好。

表4 不同采收時間雪茄煙葉感官質量比較 （分）

3 討論

準確把握煙葉適宜的采收時間是生產優質煙葉的前提，僅依賴對煙葉外觀特征的判斷，無法準確把握煙葉適宜的采收時間和精準控制煙葉的成熟度。打頂后雪茄煙的水溶性糖、淀粉、非還原糖比例都發生了顯著變化。煙葉達到生理成熟期后，逐漸衰老，還原糖逐漸合成蔗糖，淀粉開始分解［17，18］。因此，控制好打頂到采收的時間對控制煙葉體內碳氮代謝水平的協調有著重要影響，以避免因提前采收而導致蔗糖含量和淀粉含量過高，影響煙葉品質和吸食特性。據報道，鮮煙葉蔗糖含量越低，淀粉積累越充分，成熟度越高，調制過程中淀粉水解越完全，越有利于煙葉品質，但淀粉含量過高也影響煙葉的品質［19，20］。從本研究結果看，與打頂后21 d相比，打頂后28 d采收的雪茄煙中部葉還原糖、蔗糖含量下降，蔗糖含量、非還原糖比例達到最小值，淀粉積累較充分，還原糖、葡萄糖、果糖含量較高，煙葉成熟度較高，且根據各處理晾制后煙葉的糖類物質含量及感官質量分析表明，打頂后28 d采收的煙葉香氣質好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好，總分最高。因此雪茄煙中部葉適宜于在打頂后28 d采收。在整個試驗過程中，總糖含量呈先上升后下降趨勢。該結果與林開創等［21］的研究結果一致，但與烤煙［22］和白肋煙［23］的總糖含量從打頂至調制成熟顯著下降的趨勢有所不同，可能是因為雪茄和烤煙、白肋煙的生理變化和基因調控不同導致。

不同采收時間煙葉內的酶活性不同，其活性高低調控著煙葉內化學成分含量的變化［24，25］。蔗糖合成酶SS－Ⅱ和蔗糖磷酸合成酶SPS控制蔗糖的合成過程，其活性越低，表明蔗糖合成速度緩慢，活性越高，表明蔗糖合成速度越快。淀粉酶控制著淀粉的分解過程，其活性越低，表明淀粉分解緩慢，活性越高，表明淀粉分解加快。從本試驗結果可以看出，與打頂后21 d相比，打頂后28 d采收的煙葉SS－Ⅱ和SPS活性下降，淀粉酶活性升高，這有利于煙葉內蔗糖和淀粉含量降低。所以從酶活性來看，雪茄煙中部葉適宜于打頂后28 d采收。魯黎明等［26］研究發現，烤煙蔗糖磷酸合成酶活性隨采收時間的延長逐漸上升。史宏志等［27］和張曉遠等［28］研究均表明，烤煙煙葉的淀粉酶活性變化呈雙峰曲線。本試驗結果與上述研究結果略有不同，可能是因為雪茄煙和烤煙內部基因調控不同導致，也可能是因為酶活性受多種限制因素影響，導致變化趨勢不同［29］。本研究中，SPS活性與蔗糖含量呈非顯著負相關關系，可能是因為酶的作用部位不同，也可能是因為酶活性限制因素眾多，需進一步研究。

目前關于優質雪茄煙葉的化學質量標準還不太明確，所以參考優質晾曬煙葉標準［30］分析。優質晾曬煙葉總糖含量應在2.0%左右，還原糖含量在0.5% ～1.0%范圍內，其兩糖比值越大，反映煙葉成熟度越好。該研究中各處理總糖和還原糖含量與白肋煙相比較低，是因為雪茄煙與白肋煙的生理生化、調制方式不同，其內在化學成分在生長發育過程中的積累和調制過程中的變化均不同。打頂后28 d采收的煙葉總糖和還原糖含量較高，煙堿含量適中，蔗糖、淀粉含量最低，兩糖比、糖堿比較好，且煙葉感官質量較好。綜合來看，化學成分以打頂28 d采收的煙葉協調性最好，打頂后21 d采收的煙葉次之。

4 結論

本研究表明，適宜的采收時間對控制煙葉成熟度至關重要，適當加長打頂至采收的時間可以提高雪茄煙葉成熟度，促使蔗糖含量和非還原糖比例降低，淀粉得到充分積累且有利于調制過程的分解轉化，使調制后水溶性糖含量較高；過度延長打頂至采收的時間會導致蔗糖含量和非還原糖比例升高，總糖、還原糖含量下降，同時不利于調制過程中的淀粉降解。總體來說，雪茄煙中部葉的適宜采收時間是打頂后28 d左右，即移栽后73 d左右，此時煙葉化學成分和感官質量較好。本研究結果可為雪茄煙適宜的生產技術規程制定提供理論依據和技術支撐。