不同變黃過程煙葉變黃速率及化學(xué)成分動(dòng)態(tài)變化

韋克蘇等

摘要：以烤煙K326為材料，對(duì)比分析堆積變黃和烘烤變黃過程中煙葉變黃速率和主要化學(xué)成分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。結(jié)果表明，與烘烤變黃相比，堆積變黃處理的煙葉變黃速率較低，色素降解慢；煙葉烘烤處理72 h，有超過90%的煙葉達(dá)到8～9成黃，而堆積變黃處理僅有44%的煙葉達(dá)到8～9成黃；在堆積變黃過程中，以總糖和還原糖為主的碳水化合物變化最為明顯，其含量隨變黃時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升；初烤煙葉中，堆積變黃的煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮含量均明顯高于烘烤變黃的煙葉，而其鉀和氯含量均不同程度低于烘烤變黃的煙葉。

關(guān)鍵詞：烤煙；堆積變黃；烘烤變黃；變黃速率；化學(xué)成分

中圖分類號(hào)： TS41+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0327-04

隨著煙草科學(xué)的發(fā)展，密集烤房烘烤技術(shù)得到迅速推廣。煙葉烘烤是一個(gè)大量耗熱的過程，煤炭是當(dāng)前我國(guó)最主要的煙葉烘烤燃料，在煙葉烘烤中存在一些不可忽視的現(xiàn)實(shí)問題[1-2]。一方面，隨著能源日趨緊張、煤炭?jī)r(jià)格不斷上漲，煤炭利用率低會(huì)導(dǎo)致煙葉烘烤成本的持續(xù)居高不下[3-4]；另一方面，煤炭燃燒會(huì)釋放粉塵、硫化物等有害物質(zhì)，造成環(huán)境污染[5]。因此，如何實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排、省工降耗”，開發(fā)環(huán)境友好型現(xiàn)代化煙葉烘烤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)代煙草行業(yè)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，是煙草科研工作者亟待解決的重要課題。因此，煙草科研工作者對(duì)烘烤方式和新型能源選擇利用進(jìn)行了諸多嘗試，并取得一定的研究進(jìn)展，如太陽能輔助加熱烘烤、熱泵型密集烤房建設(shè)、生物質(zhì)能源烘烤、煙葉微波烘烤、遠(yuǎn)紅外加熱烘烤等技術(shù)的研究應(yīng)用[6-11]，在一定程度上降低了煤炭用量，減輕了煤炭對(duì)環(huán)境的污染。另外，自然堆積變黃和半晾半烤的烘烤方式也縮短了烘烤加熱過程，提高了能源的利用率[12-13]，黃錫才研究表明，半晾半烤方式不僅可實(shí)現(xiàn)煙葉的節(jié)本增效，而且可提高煙葉的產(chǎn)值[14]。

自然堆積變黃可以縮短煙葉的烘烤加熱過程，降低煤炭的使用量，而變黃階段是煙葉品質(zhì)形成的關(guān)鍵階段，期間溫濕度變化不僅影響煙葉的顏色，而且對(duì)煙葉化學(xué)成分轉(zhuǎn)化及香氣質(zhì)的形成具有重要影響[15-18]。目前，堆積變黃過程中煙葉的變黃條件、變黃速率及化學(xué)成分變化規(guī)律研究較少。因此，本試驗(yàn)以煙葉三段式烘烤變黃為對(duì)照，分析對(duì)比煙葉堆積變黃過程中色素降解、變黃速率及主要化學(xué)成分的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為完善烘烤方式、降低烘烤成本、提高煙葉品質(zhì)提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以2013年在貴州省煙草科學(xué)研究院龍崗基地種植的烤煙K326為材料，于成熟期挑選成熟度較為一致的煙葉，按照50張/把進(jìn)行扎把并變黃處理。煙株育苗及田間管理均按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉栽培技術(shù)進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1烘烤變黃按照常規(guī)烘烤工藝[19]進(jìn)行，主要變黃溫度為38/36 ℃，在烘烤24、36、48、60、72 h時(shí)分別取樣，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)分析。

1.2.2堆積變黃將煙葉用尼龍膜包好，置于陰涼房間中，在葉片間插入溫度探測(cè)器；每隔約4 h通風(fēng)1次，確保葉片間溫度不超過40 ℃，于處理24、36、48、60、72 h時(shí)分別取樣進(jìn)行檢測(cè)分析。剩余煙葉立即放入烤房，按照散葉插簽裝煙方式裝煙，直接升溫至42 ℃進(jìn)行烘烤。

1.3參數(shù)或指標(biāo)測(cè)定

1.3.1烤煙變黃程度界定煙葉的變黃程度主要依據(jù)視覺觀察和經(jīng)驗(yàn)判定，根據(jù)煙葉變黃面積占煙葉總面積的比例，將煙葉變黃程度分為0～1成黃、2～3成黃、4～5成黃、6～7成黃、8～9成黃和10成黃，共6檔。

1.3.2色素測(cè)定將煙葉鮮葉片剪碎，混勻，稱取0.1 g放入具塞玻璃試管中，迅速加入10 mL 95%乙醇，加蓋置于黑暗環(huán)境中浸提至葉片全部發(fā)白，期間搖晃幾次，分別在波長(zhǎng)665、649、470 nm處測(cè)定提取液的吸光度D665 nm、D649 nm、D470 nm。提取液中葉綠素a濃度（Ca）、葉綠素b（Cb）及類胡蘿卜素濃度計(jì)算公式為：Ca=13.95D665 nm-6.88D649 nm；Cb=2496D649 nm-7.32D665 nm；類胡蘿卜素濃度=（1 000D470 nm-205Ca-114Cb）/245；濃度單位均為mg/mL。

1.3.3化學(xué)成分檢測(cè)按貴州省煙草科學(xué)研究院分析測(cè)試中心建立的數(shù)據(jù)模型，用傅里葉變換近紅外紅外光譜儀（Antaris Ⅱ）測(cè)定煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、氯含量，重復(fù)3次。

2結(jié)果與分析

2.1不同變黃程度煙葉色素含量的變化

由表1可見，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量隨煙葉變黃程度的增加而逐漸降低；葉綠素a和葉綠素b在4～5成黃前下降幅度不大，而在6～7成黃后顯著降低，與此相對(duì)應(yīng)，葉綠素a與葉綠素b的比值在煙葉4～5成黃前保持在2498左右，而在6～7成黃時(shí)比值開始低于2.0，并隨著烘烤或堆積時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低；煙葉類胡蘿卜素與葉綠素組分的變化情況基本一致，煙葉類胡蘿卜素含量在6～7成黃后呈快速下降趨勢(shì)，但總體下降幅度小于葉綠素組分。

2.2不同變黃程度煙葉的變黃速率比較

由圖1可見，隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)，不同變黃方式的煙葉變黃程度和比例均逐漸增加，烘烤變黃處理的煙葉變黃速率相對(duì)較快；處理24 h，2種變黃方式煙葉的變黃程度和比例差異不大，0～1成和2～3成黃的煙葉均分別約為50%和30%；處理36 h，烘烤變黃處理有超過60%的煙葉均處于4～7成黃階段，有10%的煙葉已經(jīng)達(dá)到8～9成黃， 而堆積變黃處理有

表1不同變黃程度煙葉色素含量的變化情況

變黃程度色素鮮質(zhì)量含量（mg/g）葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素Ca/Cb0～1成黃0.499±0.0690.204±0.0160.129±0.0102.4422～3成黃0.378±0.0430.142±0.0250.111±0.0082.6854～5成黃0.342±0.0340.138±0.0110.106±0.0082.4986～7成黃0.082±0.0040.045±0.0080.086±0.0041.8588～9成黃0.023±0.0050.016±0.0030.057±0.0071.47310成黃0.009±0.0010.007±0.0010.048±0.0011.175

超過90%的煙葉變黃程度依然低于5成，甚至還有40%的煙葉處于0～1成黃，堆積變黃程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于烘烤變黃；處理 48 h，烘烤變黃處理有超過80%的煙葉處于4～9成變黃，其中，8～9成黃的煙葉達(dá)到26%，而堆積變黃僅有4%的煙葉達(dá)到8～9成黃；處理72 h，烘烤變黃的煙葉有90%達(dá)到8成黃以上，其中，54%的煙葉達(dá)到10成黃，而堆積變黃僅有44%的煙葉達(dá)到8成黃以上，其中，僅有20%的煙葉達(dá)到10成黃，其變黃程度和比例均遠(yuǎn)低于烘烤變黃。

2.3不同變黃程度煙葉常規(guī)化學(xué)成分的動(dòng)態(tài)變化

2.3.1煙堿和總氮由圖2可見，隨變黃時(shí)間的延長(zhǎng)，2種變黃方式煙葉中煙堿和總氮含量均呈現(xiàn)相同的波動(dòng)規(guī)律，波動(dòng)幅度略有差異。0～72 h變黃處理期間，煙葉中的煙堿含量呈小幅度上升，堆積變黃過程中煙葉煙堿的含量均高于烘烤變黃；堆積變黃和烘烤變黃處理72 h的煙葉，其煙堿含量分別為3.40%和2.82%，堆積變黃的煙葉煙堿含量較烘烤變黃高0.58百分點(diǎn)；經(jīng)過定色及干筋期（>72 h）后，初烤煙葉（烤后樣）的煙堿含量較變黃72 h時(shí)的含量大幅降低，堆積變黃和烘烤變黃煙葉煙堿含量分別降為2.47%和1.98%。與煙堿含量變化不同的是，不同變黃方式煙葉總氮含量在處理36 h前有一個(gè)小幅度先降低后逐漸上升的趨勢(shì)，且堆積變黃煙葉總氮含量低于烘烤變黃；定色期和干筋期，煙葉總氮含量也呈大幅度降低趨勢(shì)，堆積變黃和烘烤變黃處理的初烤煙葉中總氮含量分別達(dá)到143%和1.27%，烘烤變黃方式煙葉總氮含量略低于堆積變黃。

2.3.2總糖和還原糖由圖3可見，隨變黃時(shí)間的延長(zhǎng)，2種變黃方式煙葉中總糖和還原糖含量均逐漸上升，烘烤變黃煙葉總糖和還原糖含量上升速率及幅度均較大于堆積變黃。變黃 72 h，烘烤變黃煙葉總糖含量達(dá)到20.46%，而堆積變黃煙葉總糖含量?jī)H為11.36%，明顯低于烘烤變黃的煙葉；經(jīng)過定色和干筋期，烘烤變黃煙葉總糖含量呈小幅度降低，而堆積變黃煙葉總糖含量急劇上升，烘烤變黃和堆積變黃初烤煙葉總糖含量分別為18.57%和23.27%，堆積變黃總糖含量顯著高于烘烤變黃。與總糖含量變化規(guī)律一樣，變黃處理期間堆積變黃煙葉還原糖含量低于烘烤變黃，但經(jīng)歷定色和干筋期后，堆積變黃煙葉還原糖含量明顯上升，而烘烤變黃煙葉小幅度降低，烘烤變黃和堆積變黃初烤煙葉還原糖分別為1002%和17.32%，堆積變黃煙葉還原糖含量明顯高于烘烤變黃。

2.3.3鉀和氯由圖4可見，變黃處理初期，2種變黃方式煙葉中鉀含量上升，處理24 h烘烤變黃和堆積變黃煙葉鉀含量分別為1.87%和1.76%；處理超過24 h，烘烤變黃煙葉的鉀含量變化比較穩(wěn)定，隨烘烤時(shí)間延長(zhǎng)變幅不大；堆積變黃的煙葉，其鉀含量在變黃處理60 h時(shí)達(dá)到峰值，后迅速降低；經(jīng)過定色和干筋期，烘烤變黃初烤煙葉的鉀含量略高于堆積變黃。與鉀含量變化規(guī)律不同，隨變黃時(shí)間的延長(zhǎng)，堆積變黃煙葉的氯含量在處理開始呈小幅度降低，后開始上升，達(dá)到峰值后急劇下降；不同變黃方式煙葉氯含量達(dá)到峰值的時(shí)間不一致，堆積變黃煙葉氯含量在處理48 h時(shí)達(dá)到峰值，而烘烤變黃煙葉氯含量在處理72 h時(shí)達(dá)到峰值；經(jīng)過定色和干筋期，烘烤變黃初烤煙葉的氯離子含量也略高于堆積變黃。

3結(jié)論與討論

變黃階段是煙葉變化和化學(xué)成分變化最為劇烈的烘烤階段，此階段烤房?jī)?nèi)溫度及相對(duì)濕度變化對(duì)煙葉最終品質(zhì)的形成具有決定性作用[15-18]。虞蛟等認(rèn)為，當(dāng)變黃溫度在 35.75～39.50 ℃、相對(duì)濕度在75%～95%、干濕溫度計(jì)差為2.0～3.5 ℃時(shí)，煙葉內(nèi)石油醚提取物含量及香味評(píng)吸最佳、吸食品質(zhì)最好[15]。高玉珍等研究表明，低溫中變黃處理能提高煙葉中性致香物質(zhì)的含量，有利于改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)[17]。王凌等研究不同變黃溫濕度對(duì)煙葉香氣物質(zhì)的影響，結(jié)果表明，變黃期低溫、低濕有利于香氣前提物質(zhì)生成積累，許多重要的香氣成分也僅在低溫、低濕下才能形成[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，變黃前期（0～16 h），烘烤變黃由于加熱作用，煙葉細(xì)胞內(nèi)的自由水迅速排出，烤房?jī)?nèi)的相對(duì)濕度略大于堆積變黃處理；變黃中期（16～48 h），2種變黃處理的相對(duì)濕度差異不明顯；變黃后期（48～72 h）差異最為明顯，由于強(qiáng)排濕作用，烘烤變黃條件下相對(duì)濕度急劇降低，低至60%以下，而堆積變黃條件下相對(duì)濕度仍然保持在85%以上，相對(duì)于烘烤變黃而言，堆積變黃的烤房環(huán)境屬于明顯的低溫、高濕環(huán)境。從變黃期化學(xué)成分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律來看，總糖和還原糖含量變化與鄒焱等結(jié)論[12]一致。不同變黃處理煙葉內(nèi)化學(xué)成分的變化規(guī)律基本一致，在處理期間，堆積變黃煙葉煙堿含量略高于烘烤變黃，而其總氮、總糖、還原糖、鉀和氯含量均不同程度低于烘烤變黃，這可能與不同處理溫度差異有關(guān)。王愛華等研究表明，變黃期溫度升至40 ℃前，溫度越高，煙葉細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化作用較強(qiáng)，葉綠體降解速率和下降幅度也越快，而碳氮化合物相關(guān)酶活性也越高，可促進(jìn)煙葉內(nèi)化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化程度[20]，這很好地解釋了不同變黃處理煙葉內(nèi)主要化學(xué)成分的變化速率差異。值得一提的是，堆積變黃煙葉在處理72 h時(shí)總糖和還原糖含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于烘烤變黃處理，但在經(jīng)歷定色和干筋期后，總糖和還原糖含量反而明顯高于烘烤變黃，筆者推測(cè)，這是因?yàn)槎逊e變黃基本不排濕，導(dǎo)致煙葉內(nèi)部水分十分充足，即使進(jìn)入烘烤模式，溫度直接升至42 ℃，其排濕仍然需要一個(gè)過程，這使得煙葉細(xì)胞內(nèi)部的相關(guān)酶活躍時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致煙葉內(nèi)化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化較對(duì)照更為充分。

總而言之，相對(duì)于烘烤變黃，堆積變黃條件下烤房?jī)?nèi)相對(duì)濕度較大，煙葉失水速率變慢，煙葉的變黃速率和化學(xué)成分變化速率也均相對(duì)變慢，這可能對(duì)后期煙葉內(nèi)化學(xué)成分尤其是碳水化合物的充分轉(zhuǎn)化有利，與常規(guī)烘烤延長(zhǎng)變黃期的原理基本一致。另外，堆積變黃會(huì)縮短煙葉在烤房中的加熱時(shí)間，極大地降低了熱能損耗，堆積烘烤在烤煙烘烤環(huán)節(jié)具有一定的研究?jī)r(jià)值和實(shí)踐意義。需指出的是，本研究?jī)H僅對(duì)比2個(gè)處理在變黃階段的理化指標(biāo)變化，缺乏更多香氣相關(guān)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化或形成機(jī)理研究，欲充分了解堆積烘烤在生產(chǎn)實(shí)踐上的應(yīng)用意義，尚需對(duì)烘烤調(diào)制全過程煙葉內(nèi)香味物質(zhì)進(jìn)行更為全面的研究探討。

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