不同部位煙葉烘烤失水特性及化學物質變化

黃廣華，徐志強，史久長，王衛民，張廣普，馬留軍，王 曉，李 崢

（浙江中煙工業有限責任公司，浙江 杭州 310024）

具有良好外觀質量，尤其是具備協調的感官評吸質量的煙葉原料，由于在卷煙配方中配伍性強，對卷煙產品風格特征起主導作用，深受工業企業青睞[1-3]。而煙葉烘烤是原煙品質形成的重要環節，其實質是通過溫濕度的調節，促進煙葉失水干燥，并引導煙葉顏色和生理生化進程朝預期方向發展的過程[4-6]。烘烤不同階段煙葉的失水程度和速率影響著內在化學物質的轉化程度，適宜的化學成分有利于煙葉原料評吸品質和可用性的提升[4,7]。因此，探究烘烤過程中煙葉的失水特性和化學物質的變化規律，對煙葉質量形成具有重要意義。當前，對于烘烤過程中煙葉水分變化、主要化學成分以及質體色素含量變化的獨立研究較多[8-11]。例如，李崢等[12]對烘烤過程中煙葉的水分遷移干燥特性進行了綜述，指出葉脈和葉肉之間失水過程的關系有待進一步研究；鄭明偉等[13]研究分析了散葉烘烤煙葉主脈含水量和形態收縮的變化；賀帆等[14]基于密集烘烤期間煙葉色度參數和含水量，構建了NC89品種上部葉主要化學成分的變化模型；李艷等[15]采用色差儀量化研究了烤煙K326品種上部葉烘烤過程中顏色的變化。目前的研究針對煙葉烘烤失水特性和化學成分、色素含量變化的綜合性分析鮮有報道。再者上部葉可用性較差的問題逐漸凸顯，多方位的探究不同部位煙葉烘烤過程中水分、化學物質的變化規律，有助于提高烤后煙葉的質量。鑒于此，項目組以云煙87不同部位煙葉為試驗材料，檢測不同烘烤關鍵溫度點的葉片、主脈、整葉的含水量及主要化學成分和葉綠素、類胡蘿卜素含量，實現煙葉失水特性和主要化學物質含量的動態分析，旨在為明確不同部位煙葉烘烤質量形成過程提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在湖北省建始縣金葉基地單元進行，供試烤煙品種為云煙87，2020年4月25日移栽，種植株行距55 cm×120 cm，壟高27 cm，試驗田土壤類型為黃壤，土壤肥力適中，田間管理按照優質烤煙生產技術規范進行。依據田間煙葉成熟落黃程度適時采收，分別于移栽后69、87和120 d，選取無病蟲害的下部葉（第4～6葉位）、中部葉（第10～12葉位）、上部葉（第16～18葉位）為試驗材料采收烘烤。

1.2 煙葉烘烤方法

按三段式烘烤工藝[16]進行烘烤作業，分別于烤前（30℃，鮮煙葉）、烘烤關鍵溫度點（38、42、45、48和54℃）末期選取葉片大小基本一致的樣品30片，用于煙葉含水量、主要化學成分、色素含量的檢測。

1.3 指標測定方法

1.3.1煙葉含水量檢測參照行業標準YC/T 31—1996，采用烘箱法分別測量不同溫度點煙葉樣品的葉片含水量和主脈含水量，并計算出整葉（葉片＋主脈）含水量。同時參照夏春等[17]的方法計算相鄰取樣溫度點間葉片、主脈失水質量占比，具體公式如下。

1.3.2主要化學成分和色素含量檢測采用流動分析法[18]檢測不同溫度點煙葉樣品的總糖、還原糖、總氮、蛋白質、淀粉含量，采用氣相色譜法[19]檢測樣品的煙堿含量，采用高效液相色譜法[20]檢測樣品的葉綠素、類胡蘿卜素含量。具體參照行業標準進行。總糖參照YC/T 159—2002、還原糖參照YC/T 216—2007、總氮參照YC/T 161—2002、淀粉參照YC/T 216—2013、蛋白質參照YC/T 249—2008、煙堿參照YC/T 246—2008、葉綠素和類胡蘿卜素參照YC/T 382—2010測定。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016軟件進行試驗數據的整理和統計，采用SPSS 17.0軟件進行數據間的差異顯著性分析，采用Origin 2018繪制折線圖。

2 結果與分析

2.1 不同部位煙葉葉片含水量變化

從表1可以看出，不同部位鮮煙葉葉片含水量差異明顯，隨煙葉部位的提升，葉片含水量逐漸降低，且部位間差異均達到顯著水平。隨烘烤進行，葉片含水量逐漸降低，各部位煙葉在42℃之前葉片失水幅度較低，其中，上部葉的葉片含水量降低幅度最低。42℃之后失水速率逐漸加快，且以下部葉失水幅度最為明顯。從各取樣溫度點不同部位煙葉葉片含水量差異來看，下部葉和中部葉均顯著高于上部葉，45和54℃時下部葉與中部葉的葉片含水量差異不明顯，其余溫度點下部葉的含水量均顯著高于中部葉。

表1 不同部位煙葉烘烤期間葉片含水量變化

2.2 不同部位煙葉主脈含水量變化

由表2可以看出，鮮煙葉主脈含水量要高于葉片，不同部位煙葉主脈含水量的規律與葉片一致，但部位間的差異明顯低于葉片，僅下部葉與上部葉的差異達到顯著水平。烘烤開始后，主脈含水量緩慢降低，其中以上部葉主脈失水速率最慢，45℃之前不同部位煙葉主脈含水量表現為下部葉＞中部葉＞上部葉，45℃之后呈完全相反的趨勢。這表明中、下部煙葉的主脈在42℃之后失水速率開始加快，但各部位煙葉主脈失水幅度最明顯的階段均為48～54℃。烘烤期間上部葉和下部葉主脈含水量的差異較明顯，在不同溫度點均達到顯著水平。

表2 不同部位煙葉烘烤期間主脈含水量變化

2.3 不同部位煙葉整葉含水量變化

由表3可知，不同部位鮮煙葉含水量隨葉位提高逐漸降低，且部位間差異均達到顯著水平。烘烤期間各溫度點的整葉含水量基本表現為下部葉最高、上部葉最低的趨勢，且除45℃外，其余溫度點上部葉與下部葉的差異均達到顯著水平。從失水量和失水速率來看，隨烘烤進程的推進，整葉含水量的降低幅度逐漸增大，失水速率逐漸加快，在48～54℃失水量最大。

表3 不同部位煙葉烘烤期間整葉含水量變化

2.4 不同部位煙葉葉片、主脈失水占比變化

為直觀的分析不同烘烤階段煙葉水分散失構成，分別對烘烤期間葉片、主脈失水量占比進行統計，葉片、主脈失水量占比的變化情況分別如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，烘烤過程中不同部位的煙葉（葉片、主脈）失水量占比的變化規律基本一致，葉片失水量占比在42℃之前降低，之后開始升高，以上部葉增幅最為明顯，上部葉和中部葉的葉片失水量在45℃時停止增長，之后上部葉急劇降低，中部葉的葉片失水量占比在45～48℃降幅較低，48℃之后快速下降。下部葉的葉片失水量占比在42℃之后持續升高，在48℃時達到峰值，之后急劇降低。煙葉主脈失水量占比與葉片呈完全相反的變化趨勢，在42℃前增長，之后開始降低，上部葉和中部葉的主脈失水量占比在45℃之后又開始升高，下部葉則在48℃之后快速上升。

圖1 烘烤期間葉片失水量占比變化

圖2 烘烤期間主脈失水量占比變化

2.5 不同部位煙葉主要化學成分和色素含量變化

由表4可以看出，不同部位鮮煙葉總氮、煙堿、蛋白質含量隨葉位提升不斷升高；總糖、還原糖含量以下部葉最高，中部葉最低；淀粉、類胡蘿卜素含量則以上部葉最高，中部葉最低，葉綠素含量則以中部葉最高、上部葉最低。其中，不同部位煙葉的淀粉含量差異最為明顯，部位間差異均達到顯著水平。烘烤過程中不同部位煙葉總糖、還原糖含量呈不斷增長的趨勢，總氮、煙堿整體呈下降趨勢，蛋白質、淀粉、葉綠素、類胡蘿卜素呈不斷下降的趨勢。烘烤至54℃末時，還原糖、總氮、煙堿、蛋白質、葉綠素、類胡蘿卜素含量隨部位提高逐漸升高；總糖含量以上部葉最高，中部葉最低；淀粉含量則以中部葉最高，下部葉最低。除淀粉和葉綠素2項指標之外，上部葉和下部葉的差異均達到顯著水平，且以總糖含量差異最為明顯，部位間差異均達到顯著水平。

表4 不同部位煙葉烘烤期間主要化學成分和色素含量變化

2.6 煙葉含水量與化學成分的相關分析

從表5可以看出，上部葉的葉片、主脈、整葉含水量與總氮和類胡蘿卜素均呈顯著或極顯著正相關關系，葉片含水量、整葉含水量與蛋白質呈顯著正相關關系；中部葉的葉片含水量、整葉含水量與還原糖呈顯著負相關關系，與總氮、蛋白質、淀粉呈顯著正相關關系，葉片、主脈、整葉含水量與煙堿、類胡蘿卜素呈顯著或極顯著正相關關系；下部葉的葉片、整葉含水量與總糖呈顯著負相關關系，與總氮、淀粉呈顯著正相關關系，葉片、主脈、整葉含水量與還原糖呈顯著負相關關系，與煙堿、類胡蘿卜素呈顯著或極顯著正相關關系。

表5 不同部位煙葉含水量指標與主要化學成分和色素的相關系數

3 結論與討論

不同部位煙葉由于葉片著生位置的空間差異，在田間發育過程中，不同葉位的煙葉所接受的光照強度和發育時間等方面存在差異[21-22]。因此，鮮煙葉的組織結構和水分含量會有所差異。張樹堂等[23]研究表明，葉片厚度、表皮細胞厚度、海綿組織厚度以及柵欄組織厚度隨部位提升逐漸增加，煙葉部位越高，細胞的組織結構密度就大，進而影響烘烤過程中煙葉水分的散失，對葉片、主脈水分遷移干燥特性也會產生影響。研究結果表明，不同部位鮮煙葉的葉片含水量、主脈含水量和整葉含水量隨部位升高逐漸降低，且部位間差異均達到顯著水平。烘烤開始后，葉片含水量在42℃之前降幅較為緩慢，42℃之后失水速率逐漸加快，且以下部葉失水幅度最為明顯；上部葉主脈含水量的降低速率明顯低于中、上部煙葉，但各部位煙葉主脈含水量急劇下降的階段均為48～54℃；不同部位煙葉的整葉含水量降低趨勢基本保持一致，失水速率隨烘烤溫度提升逐漸加快。從葉片、主脈失水質量占比情況來看，42℃之前葉片失水質量占比逐漸下降，42～45℃期間葉片失水質量占比又快速提升，以上部葉提升幅度最為明顯，45～54℃期間中、上部煙葉的葉片失水質量占比呈不斷降低的趨勢，下部葉則在48℃之后快速降低，表明下部葉葉片細胞密度較低，組織結構相對疏松，在烘烤過程中水分更容易通過葉片散失。

煙葉部位間失水特性的差異會對內在生理生化的反應進程產生影響，烘烤過程中發生淀粉水解生成和呼吸作用消耗糖類化合物的過程[4,24]，煙葉含水量會影響淀粉的水解過程，進而對糖類物質的積累產生影響。研究結果表明，不同部位煙葉主要化學成分和色素含量烘烤期間的整體變化趨勢基本一致，總糖、還原糖含量不斷升高，含氮化合物和色素含量整體呈不斷降低的趨勢。其中，兩糖含量在42℃之前增幅較為明顯，淀粉含量在該階段的降幅較大，葉綠素含量自烘烤開始后急劇降低，不同部位煙葉的葉綠素含量在45℃之后基本保持穩定，類胡蘿卜素降解速率相對較為緩慢，導致類葉比（指類胡蘿卜素與葉綠色之比）逐漸升高，其中以下部葉的類葉比提升速率最快。相關性分析結果表明：不同部位煙葉葉片、主脈、整葉含水量與類胡蘿卜素的相關性最好，均達到顯著水平及以上，與總氮的相關性也較好；中、下部葉各項含水量指標與煙堿的相關性均達到顯著或極顯著水平；下部葉各項含水量指標與還原糖、總糖均呈顯著或極顯著負相關關系。這表明烘烤過程中不同部位煙葉含水量指標與主要化學成分和色素的相關性存在明顯差異，但煙葉失水特性與內在化學物質的轉化降解程度之間的內在聯系有待進一步研究。