烤煙烘烤特性評(píng)價(jià)及其指標(biāo)篩選

李淮源，陳建軍*，周 誠(chéng),2， 鐘俊周，文國(guó)宇

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642；2.深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518109；3.廣東煙草韶關(guān)市有限公司，廣東 韶關(guān) 512000)

【研究意義】煙葉烘烤特性是指煙葉在農(nóng)藝過程中獲得的與烘烤技術(shù)和效果密切相關(guān)的自身所固有的特性，包括煙葉失水變黃和定色規(guī)律以及各種變化規(guī)律之間的相互協(xié)調(diào)性等[1-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于烘烤特性評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，前人開展了大量的工作。有研究表明，易烤性好的煙葉葉黃素和類胡蘿卜素含量較高，易烤性差的葉綠素含量較高[4]。因而葉綠素的分解速率成為評(píng)判煙葉易烤性的重要指標(biāo)[5]，研究者提出了變黃指數(shù)[5]、單位時(shí)間內(nèi)類胡蘿卜素與葉綠素比值的平均增值[6]等作為衡量煙葉易烤性的指標(biāo)。由于多酚氧化酶在烘烤過程中決定煙葉的色澤和內(nèi)在質(zhì)量，因此作為判斷烤煙耐烤性的關(guān)鍵酶類[7]。唐經(jīng)祥等[8]提出了用標(biāo)準(zhǔn)凋萎、變黃、定色、褐化的時(shí)間及其比值作為衡量煙葉烘烤特性的指標(biāo)。王傳義等[2]在三段式烘烤工藝條件下研究了不同烤煙品種烘烤特性，提出了采用色素降解速率及降解量、失水均衡性及暗箱煙葉變黃時(shí)間判斷易烤性，采用PPO 活性、暗箱煙葉變褐時(shí)間判斷耐烤性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究在分析烘烤過程中與烘烤特性相關(guān)的多個(gè)農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)烘烤特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，【擬解決的關(guān)鍵問題】試圖明確其烘烤特性評(píng)價(jià)中可借鑒的性狀指標(biāo)及簡(jiǎn)單、可靠的方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用6個(gè)烤煙(NicotianatabacumL.)品種(系)為供試材料，分別為：K326、粵煙97、巖煙97、華煙06、華煙12、韶?zé)?號(hào)，種子由廣東省煙草南雄科學(xué)研究所提供。試驗(yàn)于2012-2013年在廣東省韶關(guān)市始興縣馬市鎮(zhèn)安水村進(jìn)行。試驗(yàn)地為水田，肥力中等，前茬為水稻。其土壤的基本理化性質(zhì)為：pH 5.11，有機(jī)質(zhì)2.23 %，全氮0.15 %，全磷0.13 %，全鉀2.83 %，堿解氮98.12 mg·kg-1，速效磷20.19 mg·kg-1，速效鉀70.65 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 以品種為試驗(yàn)因素，采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。設(shè)6個(gè)處理，重復(fù)3次，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，株行距為0.55 m×1.1 m。大田管理按照《廣東煙草韶關(guān)市有限公司烤煙生產(chǎn)技術(shù)方案》執(zhí)行。各處理煙葉成熟采收后，按南方三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤。

1.2.2 取樣方法 分別于烘烤開始和烘烤后12、24、36、48、60、72 h取樣，每次每小區(qū)取葉3片，立即用保鮮袋封口，隨后進(jìn)行分析。將一半除去葉尖和葉基部留葉中部分用于測(cè)定鮮樣指標(biāo)，另一半在105 ℃殺青15 min后80 ℃烘干，粉碎后用于測(cè)定其他指標(biāo)。在烘烤前另取部分煙葉用于做測(cè)定比葉重和水分?？竞笤瓱熑苛魳樱M(jìn)行外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)和分級(jí)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用分光光度法測(cè)定葉綠素及類胡蘿卜素含量[9]；采用鄰苯二酚氧化分光光度法測(cè)定多酚氧化酶(PPO)活性[10]；根據(jù)殺青烘干法和稱重法測(cè)定煙葉含水量、自由水和束縛水，計(jì)算比葉重。參照烤煙品種烘烤特性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(YC/T 311-2009)計(jì)算色素降解速率，失水速率、失水均衡性[10]。煙葉采收烘烤時(shí)，按小區(qū)按葉位單收，分開掛竿烘烤，按國(guó)家烤煙分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB2635-1992)對(duì)烤煙進(jìn)行分級(jí)(表1)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用 Microsoft Excel 2010、SPSS 22.0 軟件，運(yùn)用方差分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤煙品種(系)煙葉相關(guān)性狀指標(biāo)的差異分析

表2中列出了烘烤前后不同品種煙葉的相關(guān)性狀指標(biāo)。不同品種煙葉均是成熟采收，但不同品種鮮煙葉性狀有較大差異，鮮煙比葉重、鮮煙含水量、自由水與束縛水比值和鮮干比品種間差異較大。在密集烘烤條件下采用南方三段式烘烤工藝調(diào)制，烘烤過程中，不同品種煙葉除失水均衡性無顯著差異外，色素降解速率、平均失水速率、PPO活性平均值等都有不同程度的差異?？竞鬅熑~中上等煙比例除韶?zé)?號(hào)和華煙12差異不顯著外，品種間差異顯著。說明不同品種煙葉的烘烤特性是存在差異的。

表1 烘烤特性鑒定指標(biāo)及對(duì)應(yīng)編號(hào)

表2 不同烤煙品種(系)煙葉相關(guān)性狀指標(biāo)差異分析

注：表中數(shù)據(jù)的方差分析為鄧肯氏新復(fù)極差法，同列數(shù)據(jù)具有不同字母的兩數(shù)據(jù)之間差異達(dá)到5 %的顯著水平，具有相同字母的兩數(shù)據(jù)之間差異未達(dá)到5 %的顯著水平

Note:Duncan multiple range test was used in ANOVA, values followed by different lowercases are significantly different at 0.05 level，and values followed by same lowercases are not significantly different at 0.05 level.

表3 相關(guān)性狀與烘烤指數(shù)的相關(guān)分析

注：*表示P=0.05水平相關(guān)，**表示P=0.01水平相關(guān)，表中X1～X14代表測(cè)定的性狀指標(biāo)，與表1中的性狀編號(hào)一致。

Note:* means significant correlation at 0.05 level，** mean significant correlation at 0.01 level ，andX1-X14are the codes of relevant traits, corresponding with the codes given in table 1.

2.2 相關(guān)分析

烘烤效果的好壞是以烤后煙葉質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性狀來評(píng)判的。中上等煙比例是煙葉的主要經(jīng)濟(jì)性狀之一，是指經(jīng)煙葉分級(jí)后，中等煙和上等煙所占的比例，在一定程度上反映了煙葉的品質(zhì)。因此本文選用中上等煙比例來評(píng)價(jià)南方三段式工藝下不同品種煙葉的烘烤效果，命名為烘烤指數(shù)，再用各相關(guān)性狀指標(biāo)與烘烤指數(shù)作相關(guān)分析，由表3表明，烘烤指數(shù)與鮮煙自由水：束縛水、葉綠素平均降解速率、前48 h葉綠素降解速率和前48 h類胡蘿卜素降解速率呈極顯著正相關(guān)；烘烤指數(shù)與鮮煙含水量和鮮干比呈顯著正相關(guān)。

2.3 主成分分析

由表4可知，按照數(shù)量的確定原則(特征值大于1)提取前4個(gè)主成分，特征值中4個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到88.85 %，其中前4項(xiàng)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為39.07 %、26.15 %、13.38 %和10.25 %。第1主成分是鮮煙含水量、鮮干比、葉綠素平均降解速率、前48 h葉綠素降解速率、前48 h類胡蘿卜素降解速率和平均失水速率，與烘烤特性關(guān)系密切；第2主成分是類胡蘿卜素平均降解速率、48～72 h類胡蘿卜素降解速率和PPO活性平均值，也是比較有效的評(píng)價(jià)烘烤特性的指標(biāo)；第3主成分是48～72 h葉綠素降解速率，第4主成分是面積收縮率，可作參考指標(biāo)。這些指標(biāo)中，鮮煙自由水：束縛水、葉綠素平均降解速率、前48 h葉綠素降解速率和前48 h類胡蘿卜素降解速率與烘烤指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，鮮煙含水量和鮮干比與烘烤指數(shù)呈顯著正相關(guān)(表3)。因此，鮮煙含水量、鮮干比、葉綠素平均降解速率、前48 h葉綠素降解速率和前48 h類胡蘿卜素降解速率是評(píng)價(jià)煙葉烘烤特性的有效指標(biāo)。

表4 不同品種(系)煙葉性狀指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率

2.4 逐步回歸分析

以中上等煙比例為因變量(Y)，以主成分分析后具有較高荷載量的5個(gè)指標(biāo)為自變量(X)，各自變量(X)進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，確定各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)中上等煙比例的相對(duì)重要性。再經(jīng)過共線性檢驗(yàn)。得到回歸方程為Y= -110.719+ 135.325X6+ 0.418X10，R2= 0.862，F(xiàn)= 46.845，回歸模型所有變量和常數(shù)項(xiàng)的顯著性概率都小于0.05，均通過顯著性檢驗(yàn)。說明葉綠素平均降解速率和前48 h類胡蘿卜素降解速率可作為評(píng)價(jià)煙葉烘烤特性的關(guān)鍵指標(biāo)。

3 討論與結(jié)論

煙葉烘烤特性包括“易烤性”和“耐烤性”兩個(gè)方面[11]。煙葉的“易烤性”主要反映煙葉的變黃特性，也反映變黃后定色的難易程度，即指煙葉在烘烤過程中水分變化、顏色變化以及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度和人為控制的難易程度[12]。煙葉的“耐烤性”主要指煙葉在定色階段和干筋階段對(duì)烘烤環(huán)境(溫濕度)的敏感性和耐受性。凡是對(duì)定色環(huán)境不敏感、不易褐變的煙葉，即屬于耐烤性好，否則為不耐烤。本文提出以烤后煙葉中上等煙比例作為落腳點(diǎn)來評(píng)價(jià)烘烤特性，通俗地講，烤出的好煙多，烘烤特性就好，否則被稱為烘烤特性差或較差。本文刷選出的性狀指標(biāo)是反映烘烤過程中煙葉生理生化變化規(guī)律的主要指標(biāo)，具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、直觀、較易測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)。

煙葉烘烤調(diào)制過程并不是簡(jiǎn)單的失水干燥過程，而是其與生物化學(xué)變化過程的統(tǒng)一，水分是各種生理生化變化不可缺少的因素，煙葉組織中的水分狀況直接影響著各種生理生化轉(zhuǎn)化過程[11]。煙葉中的水分是以自由水和束縛水兩種不同的狀態(tài)存在，自由水與束縛水含量的高低與植物組織代謝活動(dòng)有密切關(guān)系，是決定煙葉失水速率的重要因素之一[13]。自由水含量低脫水困難[14]。自由水與束縛水比值高，失水速率較高，煙葉內(nèi)的酶活性較高，烘烤過程中易發(fā)生酶促棕色化反應(yīng)[15]。因此鮮煙含水量、失水速率和失水均衡性等性狀指標(biāo)可作為烘烤特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

煙葉烘烤過程中最直觀、最明顯的現(xiàn)象是葉色逐漸由綠變黃，其實(shí)質(zhì)是葉組織內(nèi)總?cè)~綠體色素以及類胡蘿卜素占總?cè)~綠體色素含量比例變化的外觀反映[6,16-17]。也有研究表明類胡蘿卜素的降解速度與水分含量呈極顯著正相關(guān)，而與總糖和還原糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[18]。Burton等[19]還證實(shí)烘烤過程中約有15 %的β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化成為揮發(fā)性成分。黃維等[20]指出在烘烤的0～12 h內(nèi)，適熟煙葉中的葉綠素、類胡蘿卜素分解產(chǎn)物均呈增加趨勢(shì)，可顯著改善煙葉香氣質(zhì)。淀粉等大分子物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)化與葉綠素的降解同步進(jìn)行，煙葉變黃程度可直觀反映淀粉等物質(zhì)的降解程度。因此以色素降解速率作為烘烤特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)是具有理論基礎(chǔ)的。

煙葉PPO 活性的高低與品種烘烤特性中的耐烤性存在著極為密切的關(guān)系[21]。煙草在烘烤過程中，多酚類物質(zhì)在氧化酶(主要是多酚氧化酶)作用下發(fā)生酶促棕色化反應(yīng)，產(chǎn)生大量棕色色素。不同烤煙品種煙葉定色特性的好壞很大程度上取決于煙葉內(nèi)發(fā)生酶促棕色化反應(yīng)的程度，烘烤過程中如果溫度、濕度不能合理控制，則多酚氧化酶會(huì)引起煙葉過度褐變，嚴(yán)重影響煙葉外觀色澤和內(nèi)在質(zhì)量，大大降低其工業(yè)可用性[22]。同時(shí)只有水分控制得當(dāng)，PPO活性并不是影響烘烤特性的關(guān)鍵因素。

煙葉烘烤特性不僅與品種、生態(tài)條件、肥料水平有關(guān)，而且與烘烤工藝有關(guān)，是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜的數(shù)量性狀。用單一指標(biāo)或某幾個(gè)指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映烘烤特性，本文采用相關(guān)分析、主成分分析和逐步回歸分析方法得出，葉綠素平均降解速率和前48 h類胡蘿卜素降解速率是評(píng)價(jià)烘烤特性的關(guān)鍵指標(biāo)，其他相關(guān)性狀指標(biāo)如鮮煙含水量、鮮干比、前48 h葉綠素降解速率也是有效評(píng)價(jià)指標(biāo)。但各指標(biāo)定量范圍是多少，還需進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。