上部煙葉帶莖烘烤過程中呼吸強度及水分、色素含量的變化

蔣博文，馬留軍，陳小翔，崔慶偉，鄭登峰，曹廷茂，張瑞亞，劉 瓊，賀 帆*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，河南鄭州450002;2.浙江中煙工業(yè)有限責任公司，浙江杭州310004;3.貴州省煙草公司畢節(jié)市公司，貴州 畢節(jié)551700)

上部煙葉占煙株總產(chǎn)量的30%～45%，是烤煙產(chǎn)量的重要組成部分。優(yōu)質烤后上部葉勁頭足、糖含量低，在現(xiàn)代混合型卷煙和低焦油烤煙型卷煙葉組配方中起主導作用［1-2］。因此，提高上部葉的質量和工業(yè)可用性對提高煙葉整體經(jīng)濟效益、保障煙草行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。上部5～6片煙葉充分成熟后一次性采烤［3-4］及上部葉烘烤工藝［5］的試驗研究對改善上部煙葉質量起到了一定作用。頂部2片葉尚熟，其余葉片完全成熟后帶莖烘烤，烤后煙葉化學成分協(xié)調，品質優(yōu)良，經(jīng)濟性狀最好［6］。徐秀紅等［7］研究發(fā)現(xiàn)，帶莖采烤有利于色素和淀粉降解，且?guī)o烘烤煙葉中引起煙葉褐變的多酚氧化酶(PPO)活性較低，協(xié)同煙葉清除自由基的超氧化物歧化酶(SOD)活性較高，有利于煙葉質量的形成。滕永忠等［8］研究上部葉帶莖烘烤水分運輸和散失規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，莖稈中的水分通過葉脈向葉片運輸，煙葉位于莖稈頂部和中部的處理方式更有利于煙葉品質的提高。近年來，上部葉帶莖采烤技術已在大部分煙區(qū)推廣應用，但已有的研究［9-11］主要集中在外觀質量、化學成分和經(jīng)濟性狀上，對上部葉帶莖采收烘烤過程中呼吸強度等生理生化機制的研究較少。鑒于此，以云煙87上部葉為材料，通過對比分析2片葉帶莖、4片葉帶莖和不帶莖烘烤過程中煙葉呼吸強度及水分、色素含量的變化及烤后煙葉的化學成分、經(jīng)濟性狀，確定上部葉的最佳采烤方式，為提高上部葉烘烤質量提供理論依據(jù)和技術指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗于2016年5—9月在貴州省畢節(jié)市威寧彝族回族苗族自治縣云貴鄉(xiāng)進行，試驗田地處104°6'41.3″E、27°18'30.3″N，屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫13.2℃，年積溫3 975.6 ℃，無霜期177 d，常年降水量953 mm，冬冷夏涼，四季分明，日溫差大，雨熱同季，日照時數(shù)1 526 h。試驗田土壤為黃棕壤，肥力中等，pH 值 7.23，有機質含量 32.54 g/kg，堿解氮含量 107.88 mg/kg，速效磷含量 7.18 mg/kg，速效鉀含量143.09 mg/kg，規(guī)?；芾?。供試烤煙品種為云煙87，產(chǎn)量中等，品質優(yōu)越，抗逆性強，耐肥性好，適應性廣。因當?shù)赝寥婪柿l件較好，成熟期陰雨降水較多，中上部煙葉易出現(xiàn)明顯的貪青晚熟現(xiàn)象。

1.2 試驗設計

試驗設置上部4～6片煙葉一次性采烤(CK)、2片葉帶莖烘烤(T1)、4片葉帶莖烘烤(T2)共3個處理。烤煙于5月10日移栽，小苗膜下移栽，移栽株行距為 0.6 m×1.2 m，7 月 8 日盛花打頂，每株優(yōu)化煙葉結構后留18～20片有效葉。7月18日開始采烤，中下部煙葉按照當?shù)爻Ｒ?guī)采烤方式進行，在采收上部煙葉時，暫停采收，此時煙株上尚存4～6片葉(視煙株長勢而定)。8月29日待頂部2片葉尚熟、其余葉片完全成熟時進行上部葉采烤。其中，CK為上部4～6片煙葉一次性采收，掛竿烘烤;T1處理為一次性帶莖割收，2片葉帶莖，掛竿烘烤;T2處理為一次性帶莖割收，4片葉帶莖，掛竿烘烤;T1、T2處理莖切口距離最近葉柄1～2 cm。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(chǎn))烘烤，按照當?shù)貎?yōu)質煙葉烘烤工藝進行，并視煙葉變黃情況，適當延長凋萎期8～10 h。分別于烘烤過程中0、12、24、36、48、60、72、84、96、108 h 時取樣測定煙葉的呼吸強度、色素含量，以及煙葉主脈、莖稈、葉片的含水率等指標，重復3次，其中烘烤108 h時葉片已干，故未測定煙葉的呼吸強度、葉片含水率和色素含量(此時煙葉已經(jīng)定色，色素含量低且基本穩(wěn)定不變，故未測定)。

1.3 測定項目與方法

烘烤過程中，各處理每12 h取12片煙葉(頂部煙葉6個葉位的混合樣)，先測定煙葉呼吸強度，再取每片煙葉第6、7支脈間(從葉基部數(shù)起)的葉肉混合，測定色素(總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素)含量，剩余煙葉剪去葉尖和葉基部各1/3區(qū)域，并將中間煙葉的主脈和葉片分離，分別測定其莖稈、主脈和葉片含水率。呼吸強度測定采用氣相色譜法［12］，色素含量測定采用分光光度法［13］，含水率測定采用烘干稱質量法［14］。各處理烤后煙葉按國標等級分級，統(tǒng)計均價、上中等煙比例等，各個處理取B2F初烤煙葉3 kg，于50℃下烘干粉碎、過濾，采用AAⅢ型連續(xù)流動化學分析儀(德國BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn))測定化學成分［15］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進行處理和作圖，用SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉呼吸強度的變化

呼吸作用是煙葉烘烤質量形成的基礎［16］。由圖1可知，上部葉帶莖烘烤與不帶莖烘烤的煙葉呼吸強度變化規(guī)律基本一致，均在變黃后期和定色前期出現(xiàn)呼吸峰。烘烤12 h，呼吸強度較0 h(鮮煙葉)略有下降，隨后煙葉呼吸強度逐漸增強，烘烤48 h各處理煙葉的呼吸強度均達到最高，變黃末期(烘烤60 h時)又迅速下降。其中，T2處理煙葉在烘烤24～48 h(屬變黃期)呼吸強度較高;T1處理在烘烤24～36 h時呼吸強度中等，烘烤48 h時呼吸強度明顯低于T2處理和CK。在定色前期，3個處理煙葉的呼吸強度再次升高，烘烤72 h時CK及T1、T2處理煙葉的呼吸強度分別較烘烤60 h增加41.84%、51.40%、55.36%;烘烤 72 h 以后，煙葉呼吸強度逐漸下降，且3個處理煙葉的呼吸強度表現(xiàn)為T2＞T1＞CK。因此，上部葉帶莖烘烤過程中煙葉的呼吸強度較高，且4片葉帶莖呼吸強度能夠長時間維持在較高水平。

圖1 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉呼吸強度的變化

2.2 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉含水率的變化

水是細胞內(nèi)各種生理生化反應和物質運輸?shù)慕橘|，烘烤過程中煙葉水分變化與煙葉品質息息相關［17］。由圖2可知，烘烤過程中，煙葉含水率呈逐漸下降趨勢，不同處理煙葉的含水率變化趨勢一致，但存在一定的差異。由鮮煙(烘烤0 h)各器官水分含量可知，含水率表現(xiàn)為主脈＞莖＞葉片。鮮煙主脈含水率高達88.86%，T1、T2處理主脈含水率在變黃期變化不大，烘烤60 h主脈含水率僅較烘烤0 h分別下降7.32%、5.36%，定色期失水速率略有增加，烘烤96 h主脈含水率較烘烤60 h分別下降8.88%、8.58%，干筋期主脈快速失水;CK烘烤過程中主脈含水率不斷下降，且失水速率不斷增加，烘烤60 h主脈含水率較烘烤0 h下降12.43%，烘烤96 h主脈含水率較烘烤60 h下降35.13%。

烘烤過程中莖稈含水率不斷下降，不同數(shù)量葉片帶莖烘烤處理的莖稈含水率下降趨勢不同:T1處理莖稈含水率變化趨勢較平緩，進入干筋期開始快速下降;T2處理烘烤過程中莖稈含水率下降快于T1處理。

鮮煙葉片含水率較低，T1、T2處理變黃期葉片含水率下降較緩慢，烘烤60 h葉片含水率分別較烘烤0 h下降8.42%、9.04%，定色期含水率大幅度下降，烘烤96 h葉片含水率分別較烘烤60 h下降54.77%、55.53%;CK 葉片含水率下降較快，變黃期結束時(烘烤60 h)葉片失水23.17%。

圖2 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉含水率的變化

2.3 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉色素含量的變化

上部葉不同采烤處理烘烤過程中煙葉色素含量的變化如圖3所示，上部葉帶莖烘烤和不帶莖烘烤色素含量的變化規(guī)律基本一致。鮮煙葉中葉綠素含量較類胡蘿卜素含量高，葉綠素降解主要集中在變黃期，降解速率大小為T2＞T1＞CK，變黃結束時(烘烤60 h)CK及 T1、T2處理葉綠素分別降解86.58%、89.40%、92.52%，定色期葉綠素的降解量甚微。與葉綠素降解趨勢相比，煙葉類胡蘿卜素的降解緩慢，且降解量少，并且在變黃期和定色期均有降解，定色期結束(烘烤96 h)時CK及T1、T2處理類胡蘿卜素含量分別下降 64.90%、66.00%、68.18%。烘烤過程中，煙葉逐漸變黃，類葉比整體呈上升趨勢;烘烤0～12 h內(nèi)，各處理煙葉的類葉比無明顯變化，烘烤24 h后，類葉比逐漸上升，煙葉變黃啟動;在主變黃階段，T2處理的煙葉類葉比顯著高于CK和T1處理，T2處理在烘烤0～24 h煙葉類葉比上升趨勢緩慢，烘烤24～60 h類葉比迅速上升，進入定色期后煙葉類葉比逐漸下降;T1處理在烘烤過程中煙葉的類葉比整體處在中等水平，在烘烤0～36 h煙葉類葉比緩慢上升，烘烤36～60 h類葉比迅速增大，進入定色期后，類葉比緩慢下降;CK變黃中后期類葉比明顯低于其余2個處理，烘烤36 h類葉比開始迅速增加，烘烤72 h時類葉比達到峰值。

2.4 上部葉不同采烤方式烤后煙葉的化學成分

由表1可知，上部葉帶莖烘烤對烤后煙葉化學成分有較大影響。與CK相比，T1、T2處理烤后煙葉總氮和煙堿含量顯著降低，總糖和還原糖含量升高，其中T2處理烤后煙葉總氮和煙堿含量極顯著低于CK，還原糖含量極顯著高于CK;不同處理間烤后煙葉鉀含量和氯含量差異不顯著;氮堿比和糖堿比均以CK最低，T2處理最高，各處理間氮堿比差異不顯著，糖堿比存在顯著差異，且T2處理糖堿比極顯著高于CK和T1處理;T1、T2處理煙葉鉀氯比低于CK，且T2處理顯著低于CK，但各處理煙葉鉀氯比≥4，均符合卷煙生產(chǎn)要求。

圖3 上部葉帶莖烘烤過程中煙葉色素含量的變化

表1 上部葉不同采烤方式烤后煙葉的化學成分

2.5 上部葉不同采烤方式烤后煙葉的經(jīng)濟性狀

由表2可知，與常規(guī)采烤(CK)相比，上部葉帶莖烘烤處理的煙葉均價、上中等煙比例、黃煙率均較高，雜煙率較低。其中，與CK相比，T1、T2處理烤后煙葉均價分別極顯著提高22.12%、39.25%;烤后煙葉上中等煙比例分別提高1.13、4.80個百分點，且T2處理顯著高于CK和T1處理;烤后煙葉黃煙率極顯著提高 4.43、12.84 個百分點，雜色煙比例分別極顯著降低9.82、16.01個百分點，上部葉經(jīng)濟性狀顯著提高?？梢?，4片葉帶莖烘烤的煙葉經(jīng)濟性狀最好。

表2 上部葉不同采烤方式烤后煙葉的經(jīng)濟性狀

3 結論與討論

煙葉烘烤過程中，細胞結構、色澤變化及內(nèi)在的各種生理變化與煙葉呼吸作用密切相關，呼吸作用的強弱直接影響煙葉的理化特性，最終影響煙葉品質［18］。本研究中，3種烘烤方式下煙葉呼吸強度的變化趨勢基本一致，均在變黃后期和定色前期出現(xiàn)2個呼吸峰，這與李衛(wèi)芳等［19］的研究結果一致。烘烤過程中煙葉呼吸代謝越旺盛，其內(nèi)含物質降解轉化越充分［20］，本研究結果發(fā)現(xiàn)，4片葉帶莖烘烤在主變黃期呼吸強度較高，細胞內(nèi)生理代謝旺盛;在變黃末期至定色前期(烘烤60～72 h)，帶莖烘烤煙葉呼吸強度較低，有利于定色期對葉片定色的控制;定色后期呼吸強度表現(xiàn)為4片葉帶莖烘烤＞2片葉帶莖烘烤＞不帶莖烘烤，此時葉片基本已干，失去生理代謝能力。

水分的存在是煙葉中各種酶保持活性狀態(tài)的前提，而水分本身又是酶的活化劑，烘烤過程中煙葉的水分含量和環(huán)境濕度決定酶活性，對煙葉內(nèi)物質降解起限制作用，煙葉失水干燥既是烘烤目的又是烘烤手段［21］。本研究結果表明，與不帶莖烘烤相比，帶莖烘烤葉片變黃期失水慢，定色期失水快，這可能是因為烘烤前期莖稈中的部分水分通過葉脈向葉片逐漸轉移，導致葉片和主脈中水分散失緩慢，這與滕永忠等［8］、王曉賓等［9］的研究結果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，4片葉帶莖烘烤的莖稈失水速率較2片葉帶莖快，這可能是因為4片葉帶莖烘烤處理的葉片表面積大，失水速率快，莖稈為維持葉片水分含量，參與葉片水分代謝，不斷向4片煙葉運輸水分所致。

烘烤過程中，煙葉的色素逐漸降解，但上部葉帶莖烘烤處理煙葉色素的降解更加充分。葉綠素在變黃期大量降解，且上部葉帶莖烘烤處理的煙葉葉綠素含量較CK(不帶莖烘烤)下降更為迅速，尤其是4片葉帶莖烘烤處理的煙葉葉綠素下降最快;類胡蘿卜素的充分降解有利于形成較多的香氣前體物質［22］，烘烤過程中類胡蘿卜素的降解趨勢較葉綠素降解平緩，且在變黃期和定色期均有一定量降解。在烘烤過程中，葉綠素的降解和類胡蘿卜素等黃色素比例的增加使煙葉逐漸顯現(xiàn)黃色，類胡蘿卜素和葉綠素含量的比值可以代表烘烤過程中煙葉的變黃情況［23］。本研究發(fā)現(xiàn)，上部葉帶莖烘烤處理的煙葉主變黃期類葉比增長較快，即帶莖烘烤煙葉變黃快。

根據(jù)黃崇峻等［24］烤后煙葉化學成分評價體系可知，與不帶莖烘烤相比，上部葉帶莖烘烤處理烤后煙葉總糖和還原糖含量較高，煙堿、總氮含量較低，糖堿比適宜，化學成分協(xié)調;同時，帶莖烘烤煙葉變黃快，葉片失水速度和變黃特性相協(xié)調，烤后煙葉黃煙率高，雜色煙比例小。上部葉帶莖烘烤，特別是4片葉帶莖烘烤，烤后煙葉的上中等煙比例和均價均有明顯提高，經(jīng)濟性狀較好。

綜上，與不帶莖烘烤相比，上部葉帶莖烘烤變黃期葉片含水率高，細胞生理代謝旺盛，內(nèi)在化學成分降解轉化充分;色素降解迅速，煙葉變黃快;葉片失水速度在變黃期慢，定色期快，煙葉失水和變黃、定色協(xié)調性好;烤后煙葉化學成分協(xié)調，有利于提高上部葉的產(chǎn)質量，且以4片葉帶莖烘烤的效果最佳。

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