不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中生理及質(zhì)地變化研究

潘飛龍，楊 洋，鄢 敏，李林秋，嚴(yán) 素，易 蔓，蔣博文，楊懿德*

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644000)

【研究意義】煙草生產(chǎn)對(duì)自然條件依賴性較大，在非正常氣候條件下，雖然栽培管理水平很高，也會(huì)產(chǎn)生特殊素質(zhì)煙葉[1]。近年來(lái)，烤煙生長(zhǎng)季節(jié)自然災(zāi)害頻發(fā)，特殊素質(zhì)煙葉時(shí)有發(fā)生，且種類繁多，難以烘烤，這很大程度影響了煙農(nóng)的烘烤信心和實(shí)際烘烤質(zhì)量，嚴(yán)重制約著煙葉生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】何顏晟等[4]研究發(fā)現(xiàn)特殊素質(zhì)煙葉田間生長(zhǎng)過(guò)程中葉面積增長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累存在一定相關(guān)性，可依據(jù)煙葉大田期生長(zhǎng)狀況，盡早預(yù)防特殊素質(zhì)煙葉的出現(xiàn)；倪克平等[5]研究了白露后煙葉烘烤存在的烤青、掛灰等問(wèn)題，并提出了提早移栽期、堅(jiān)持成熟采收、分類編竿、調(diào)整烘烤工藝等技術(shù)措施，有效減少了掛灰、烤青煙比例；吳錫剛等[6]研究了西昌煙區(qū)非正常煙葉的形成原因、素質(zhì)特點(diǎn)及烘烤特性，并提出了與之對(duì)應(yīng)的采收、裝炕和烘烤工藝要點(diǎn)；朱佩等[7]研究發(fā)現(xiàn)，特殊素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中失水困難或失水過(guò)快，黑暴煙色素含量高且類葉比變化小，黑莖病、病毒病、葉斑病煙葉類葉比高峰出現(xiàn)早，特殊素質(zhì)煙葉鮮煙PPO活性高，烤后煙葉碳水化合物含量低，含氮化合物含量高，評(píng)吸質(zhì)量差；李生棟[8-9]、吳文信[10]等研究了不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中煙葉顏色值、含氮化合物、色素含量之間的關(guān)系，為適時(shí)調(diào)整烘烤工藝奠定了理論基礎(chǔ)。目前關(guān)于特殊素質(zhì)煙葉的形成原因、烘烤特性、采編裝技術(shù)和烘烤要點(diǎn)已有較多報(bào)道，但大多比較籠統(tǒng)和表觀，而對(duì)于特殊素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中內(nèi)部生理及質(zhì)地變化的研究較少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究以常規(guī)煙葉為對(duì)照，比較分析了返青、后發(fā)、多肥3種特殊素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中煙葉呼吸強(qiáng)度、水分、色素含量、淀粉含量和硬度的變化規(guī)律，并對(duì)烤后煙葉的主要化學(xué)成分和經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步明確特殊素質(zhì)煙葉生理生化特性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究旨在闡明不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中生理及質(zhì)地變化，為制訂與其相配套的密集烘烤工藝提供一定的理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2016年4-9月在云南省大理州彌渡縣紅花大金元科技研發(fā)基地進(jìn)行，供試烤煙品種為紅花大金元，在溫濕大棚內(nèi)通過(guò)控制煙葉大田生長(zhǎng)期灌水、光照和施肥等措施促使形成返青、后發(fā)、多肥3種特殊素質(zhì)煙葉，并以常規(guī)煙葉為對(duì)照。3月29日移栽，6月3日統(tǒng)一打頂，有效留葉數(shù)18片，移栽株行距為0.6 m×1.2 m，砂質(zhì)土壤，肥力中等。田間栽培管理措施分別為：①常規(guī)煙葉：生育期管理按照優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行灌水和施肥；②返青煙葉：中部葉采收前10 d用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2 %的硝酸銨溶液500 mL/株進(jìn)行灌根處理，并進(jìn)行遮蔭，其余同常規(guī)煙葉；③后發(fā)煙葉：煙株還苗后進(jìn)行控水處理，在保證煙株存活的情況下盡可能減少灌水量，現(xiàn)蕾后進(jìn)行正常灌水和遮蔭，其余同常規(guī)煙葉；④多肥煙葉：施氮量為常規(guī)煙葉的1.5倍，磷鉀肥施用量相同，其余同常規(guī)煙葉。各個(gè)處理60株。在常規(guī)煙葉中部葉成熟時(shí)，分別采收9～11葉位成熟特點(diǎn)明顯的常規(guī)煙葉、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：常規(guī)煙葉(對(duì)照)、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉，3次重復(fù)。不同處理的煙葉同時(shí)采收、編竿及裝柜，采用智能煙葉烘烤實(shí)驗(yàn)柜(福州興東輝自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn))按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉烘烤工藝進(jìn)行烘烤。在烘烤過(guò)程中關(guān)鍵溫度點(diǎn)(鮮煙葉、38 ℃末、40 ℃末、43 ℃末、45 ℃末、48 ℃末、53 ℃末、烤后煙葉)取樣，測(cè)定呼吸強(qiáng)度、色素、含水量、硬度等指標(biāo)，此外測(cè)定烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分，并計(jì)算其經(jīng)濟(jì)性狀。48 ℃末以后葉片基本已干，未測(cè)定呼吸強(qiáng)度、葉片含水量和硬度。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

烘烤過(guò)程中，從各個(gè)處理關(guān)鍵溫度點(diǎn)末取6片煙葉，先測(cè)定煙葉呼吸強(qiáng)度，再測(cè)定煙葉主脈和葉片硬度，最后測(cè)定水分和色素含量，試驗(yàn)重復(fù)3次。呼吸強(qiáng)度的測(cè)定采用氣相色譜法[11]；硬度測(cè)定的參數(shù)設(shè)定和方法在武圣江等[12]基礎(chǔ)上略有改動(dòng)，測(cè)定6次，取平均值；含水量的測(cè)定采用烘干稱重法[13]；色素測(cè)定采用分光光度法[14]。各個(gè)處理取C3F等級(jí)初烤煙葉1 kg，于50 ℃下烘干粉碎、過(guò)濾，采用AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀(德國(guó)BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn))測(cè)定常規(guī)化學(xué)成分[15]，采用蒽酮比色法[16]測(cè)定煙葉淀粉含量；各處理烤后煙葉按國(guó)標(biāo)等級(jí)分級(jí)，統(tǒng)計(jì)均價(jià)、上中等煙比例等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理，用Origin 9.1進(jìn)行作圖，用新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析，顯著性水平設(shè)定為P=0.05，極顯著性水平P=0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中生理生化變化

2.1.1 不同素質(zhì)煙葉呼吸強(qiáng)度變化 呼吸作用是煙葉烘烤過(guò)程中的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，呼吸作用的強(qiáng)弱直接影響煙葉的理化性質(zhì)，并最終影響原煙的品質(zhì)[17]。根據(jù)圖1可以看出，不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中呼吸強(qiáng)度變化規(guī)律一致，基本呈先升高后下降趨勢(shì)；鮮煙葉呼吸強(qiáng)度高低依次為后發(fā)煙葉>常規(guī)煙葉>返青煙葉>多肥煙葉，變黃中期(40 ℃末)煙葉呼吸強(qiáng)度達(dá)到最高，依次表現(xiàn)為后發(fā)煙葉>返青煙葉>常規(guī)煙葉>多肥煙葉；后發(fā)煙葉和常規(guī)煙葉45 ℃末呼吸強(qiáng)度較43 ℃末分別下降89.37 %、72.73 %，而返青煙葉和多肥煙葉僅下降12.47 %、10.00 %。

圖1 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中呼吸強(qiáng)度變化

2.1.2 不同素質(zhì)煙葉含水率變化 失水干燥是煙葉烘烤的最終目的之一，水分含量直接影響煙葉的內(nèi)部理化特性，煙葉失水速度的快慢決定了煙葉能否正常變黃和順利定色[18]。如圖2所示，煙葉主脈含水量和葉片含水量均呈下降趨勢(shì)；鮮煙葉中，不同素質(zhì)煙葉主脈含水量差異不明顯，葉片含水量差異較大，常規(guī)煙葉、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉葉片含水量依次為68.73 %、71.35 %、65.78 %和65.87；煙葉主脈在48 ℃末以前失水較慢，48 ℃末以后失水迅速，不同素質(zhì)煙葉葉片失水速度差異較大，返青煙葉43 ℃末以前葉片含水量始終保持較高水平，43 ℃末僅較鮮煙葉失水8.55 %，而其余3種素質(zhì)煙葉葉片43 ℃末較鮮煙葉分別失水23.57 %、27.74 %和28.68 %，43 ℃末以后煙葉葉片失水速度加快。

圖2 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中葉片及主脈含水率變化

2.1.3 不同素質(zhì)煙葉色素含量變化 質(zhì)體色素對(duì)調(diào)制后煙葉葉色起決定性作用，并對(duì)烤后煙葉香氣物質(zhì)的形成和品質(zhì)的提高具有重要貢獻(xiàn)[19]。不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中葉綠素含量、類胡蘿卜素含量和類葉比變化。如圖3所示，從整個(gè)烘烤過(guò)程來(lái)看，煙葉葉綠素和類胡蘿卜素含量呈下降趨勢(shì)，其中煙葉葉綠素含量下降迅速且下降量大，而類胡蘿卜素含量下降緩慢且下降量小，因此類葉比呈逐漸升高趨勢(shì)；不同素質(zhì)煙葉鮮煙葉質(zhì)體色素含量差異較大，葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)為多肥煙葉>返青煙葉>后發(fā)煙葉>常規(guī)煙葉，類葉比正好與色素含量相反，表現(xiàn)為常規(guī)煙葉>后發(fā)煙葉>返青煙葉>多肥煙葉；常規(guī)煙葉、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉38 ℃末時(shí)葉綠素含量已降解鮮煙葉的80.68 %、79.07 %、79.13 %、82.66 %，而類胡蘿卜素降解緩慢，烤后煙葉較鮮煙葉僅分別降解31.18 %、32.32 %、32.42 %、56.94 %。

2.1.4 不同素質(zhì)煙葉淀粉含量變化 淀粉在鮮煙葉中既可作為主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，又可在需要能量時(shí)部分水解為葡萄糖供機(jī)體利用[20]。如圖4所示，從整個(gè)烘烤過(guò)程看，煙葉淀粉含量呈逐漸下降趨勢(shì)，其中變黃期(43 ℃末以前)和干筋期(48 ℃末以后)淀粉降解速率較快，定色期(43 ℃末至48 ℃末)煙葉淀粉含量較穩(wěn)定；常規(guī)煙葉、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉鮮煙葉淀粉含量分別為29.12 %、28.29 %、23.66 %、26.51 %；常規(guī)煙葉鮮煙葉淀粉含量充足，43 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末時(shí)較鮮煙葉降解71.90 %；返青煙葉40 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末較鮮煙葉降解62.67 %；后發(fā)煙葉淀粉積累較少，38 ℃末煙葉淀粉已降低至較低水平，43 ℃末較鮮煙葉降解68.60 %；多肥煙葉烘烤過(guò)程中淀粉含量持續(xù)下降；常規(guī)煙葉、返青煙葉、后發(fā)煙葉和多肥煙葉烤后煙葉淀粉含量較鮮煙葉分別降解82.28 %、78.68 %、82.44 %、91.77 %。

圖3 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中色素含量變化

圖4 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中淀粉含量變化

2.2 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中硬度變化

如圖5所示，硬度可以反映煙葉主脈和葉片的堅(jiān)實(shí)程度，是樣品達(dá)到一定形變時(shí)所必需的作用力[21]。烘烤過(guò)程中煙葉主脈硬度基本呈先降低后快速升高的變化趨勢(shì)，不同素質(zhì)鮮煙葉葉片硬度差異較大，多肥煙葉>后發(fā)煙葉>返青煙葉>常規(guī)煙葉；多肥煙葉和后發(fā)煙葉鮮煙葉硬度差異不顯著，多肥煙葉38～40 ℃葉片硬度下降較后發(fā)煙葉迅速，40 ℃末多肥煙葉和后發(fā)煙葉葉片分別較38 ℃末下降30.20 %、9.99 %；返青煙葉葉片變黃期(43 ℃末以前)硬度變化幅度較小，43 ℃末以后葉片硬度開(kāi)始大幅度下降；與其它素質(zhì)煙葉葉片硬度變化規(guī)律不同，烘烤過(guò)程中常規(guī)煙葉葉片硬度變化先上升，后下降，再上升。主脈硬度明顯高于葉片硬度，多肥煙葉鮮煙主脈硬度最大；后發(fā)煙葉和返青煙葉鮮煙主脈硬度差異不大，烘烤過(guò)程中返青煙葉主脈硬度下降較快；45 ℃末之前常規(guī)煙葉主脈硬度變化趨勢(shì)和葉片一致，38 ℃末主脈硬度有一定程度增加，隨后呈逐漸下降趨勢(shì)。

圖5 不同素質(zhì)煙葉烘烤過(guò)程中硬度變化

2.3 不同素質(zhì)煙葉烤后原煙化學(xué)成分比較

從表1可以看出，淀粉含量高低依次為返青煙葉>常規(guī)煙葉>后發(fā)煙葉>多肥煙葉，且差異達(dá)極顯著水平；總糖含量高低為返青煙葉>常規(guī)煙葉>后發(fā)煙葉>多肥煙葉，還原糖含量高低為常規(guī)煙葉>后發(fā)煙葉>返青煙葉>多肥煙葉，其中常規(guī)煙葉、返青煙葉和后發(fā)煙葉總糖和還原糖含量差異不顯著，均極顯著高于多肥煙葉；后發(fā)煙葉和多肥煙葉烤后原煙煙堿和總氮含量較高，二者差異不顯著，返青煙葉煙堿和總氮含量處以中等水平，與其它素質(zhì)煙葉差異均不顯著，常規(guī)煙葉煙堿和總氮含量最低；常規(guī)煙葉糖堿比極顯著高于其它素質(zhì)煙葉，返青煙葉和后發(fā)煙葉糖堿比差異不顯著，均極顯著高于多肥煙葉；常規(guī)煙葉氮堿比顯著高于其它素質(zhì)煙葉。從煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性綜合考慮，常規(guī)煙葉烤后原煙化學(xué)成分最協(xié)調(diào)，返青煙葉和后發(fā)煙葉較協(xié)調(diào)，多肥煙葉協(xié)調(diào)性最差。

表1 不同素質(zhì)煙葉烤后原煙化學(xué)成分比較

注：同列小寫(xiě)字母表示在5 %水平上的顯著性，大寫(xiě)字母表示在1 %水平上的顯著性，字母相同差異不顯著，不同則顯著。下同。

Note: The lowercase letters in the same column indicate the significance at the 5 % level, and the uppercase letters indicate the significance at the 1 % level. The same letters have no significant difference, but the different letters have significant difference. The same as below.

表2 不同素質(zhì)煙葉烤后經(jīng)濟(jì)性狀比較

2.4 不同素質(zhì)煙葉烤后經(jīng)濟(jì)性狀比較

由表2可以看出，不同素質(zhì)煙葉烤后原煙經(jīng)濟(jì)性狀以常規(guī)煙葉最好，其上、中等煙比例高達(dá)90.71 %，青煙和雜色煙比例僅占1.22 %、4.12 %，均價(jià)和產(chǎn)值極顯著高于其它素質(zhì)煙葉；返青煙葉和后發(fā)煙葉經(jīng)濟(jì)性狀較好，其中返青煙葉雜色煙比例較高，后發(fā)煙葉青煙比例較高，其上、中等煙比例，產(chǎn)量和均價(jià)差異不顯著，返青煙葉產(chǎn)值顯著高于后發(fā)煙葉；多肥煙葉經(jīng)濟(jì)性狀最差，上、中等煙比例低，青煙和雜色煙葉比例分別高達(dá)8.31 %、18.37 %，均價(jià)和產(chǎn)值較低。

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)鮮煙葉中，后發(fā)煙葉呼吸強(qiáng)度最高，這可能與后發(fā)煙葉依然處于旺盛生長(zhǎng)期有關(guān)，此時(shí)后發(fā)煙葉還沒(méi)有進(jìn)入衰老成熟期，線粒體內(nèi)膜較完整，呼吸代謝旺盛[22]；多肥煙葉呼吸強(qiáng)度較低，這可能是多肥煙葉表皮細(xì)胞皮革化、木質(zhì)化嚴(yán)重引起的。本研究?jī)H測(cè)定了烘烤過(guò)程中關(guān)鍵溫度點(diǎn)的呼吸強(qiáng)度，測(cè)定點(diǎn)相差時(shí)間間隔較長(zhǎng)，呼吸強(qiáng)度峰重合，因此沒(méi)有呈現(xiàn)出李衛(wèi)芳等[17]研究結(jié)果中的雙峰曲線，僅呈先上升后下降的單峰曲線。后發(fā)煙葉和常規(guī)煙葉變黃期呼吸強(qiáng)度較高，生理代謝旺盛，有利于煙葉色素降解和內(nèi)在化學(xué)成分的分解轉(zhuǎn)化，43 ℃末以后呼吸強(qiáng)度直線下降，生理代謝迅速降低至較低水平，利于定色；返青煙葉變黃期呼吸強(qiáng)度較高，但定色期呼吸代謝仍然旺盛，不利于煙葉及時(shí)定色；多肥煙葉呼吸強(qiáng)度變黃期較弱，且定色期不能及時(shí)降低至較低水平，導(dǎo)致煙葉變黃慢，定色難。

本研究測(cè)定了烘烤過(guò)程中煙葉主脈和葉片的含水率變化，發(fā)現(xiàn)不同素質(zhì)鮮煙葉主脈含水率差距不大，返青煙葉鮮煙葉葉片含水率較高，烘烤過(guò)程中脫水困難，這和前人研究結(jié)果[6]一致；與常規(guī)煙葉相比，后發(fā)煙葉鮮煙含水量略低，但主脈和葉片較易失水；李長(zhǎng)江[23]研究發(fā)現(xiàn)黑暴煙水分含量大，本研究中多肥煙葉鮮煙葉含水量低，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)所采煙葉為老黑暴煙，煙葉水分含量低，嫩黑暴煙則水分含量高[6]。本研究中煙葉水分含量變化與呼吸強(qiáng)度變化基本一致，說(shuō)明水分動(dòng)態(tài)控制煙葉生理變化[24]。

本研究中，返青和多肥煙葉鮮煙質(zhì)體色素含量高，類葉比低，易烤青；返青煙葉鮮煙淀粉含量較高，但烘烤過(guò)程中降解轉(zhuǎn)化不充分，烤后煙葉淀粉含量依然較高；多肥和后發(fā)煙葉鮮煙淀粉含量較低，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不充足，易烤黑烤糟。

本研究對(duì)烘烤過(guò)程中主脈和葉片硬度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)煙葉主脈和葉片硬度均呈先下降后升高的趨勢(shì)，這與宋朝鵬等[25]的研究結(jié)果相吻合。特殊素質(zhì)煙葉鮮煙葉主脈和葉片硬度較大，烘烤過(guò)程中48 ℃之前呈持續(xù)下降趨勢(shì)，其中返青煙葉葉片硬度下降遲緩，主脈硬度下降迅速，這可能與主脈水分向葉片遷移有關(guān)[26]，也可能是返青煙葉細(xì)胞壁物質(zhì)降解遲緩[25]。后發(fā)煙葉鮮煙和變黃期葉片硬度較大，45 ℃時(shí)硬度較小，這表明煙葉組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，葉片致密程度較低[27]。

云南是典型的清香型煙葉產(chǎn)區(qū)，煙葉總糖和鉀含量較高，化學(xué)成分協(xié)調(diào)，且兩糖比相對(duì)較高[28]。本研究中，多肥煙葉雖然產(chǎn)量顯著高于其它素質(zhì)煙葉，但其烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性差，青雜煙比例高，均價(jià)較低，產(chǎn)值最差；返青煙葉雜色煙比例高，后發(fā)煙葉青煙和雜色煙比例均較高，產(chǎn)值均極顯著低于常規(guī)煙葉。

4 結(jié) 論

綜上所述，與常規(guī)煙葉相比，返青煙葉水分含量高，葉片和主脈硬度下降遲緩，葉片失水凋萎困難，定色期呼吸代謝仍然旺盛，較難定色，易烤黑烤糟；后發(fā)煙葉水分含量低，變黃期呼吸代謝旺盛，有利于色素和化學(xué)成分的充分降解轉(zhuǎn)化，但葉片和主脈失水較快，煙葉組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，煙葉硬度下降快，易烤青烤黑；多肥煙葉色素含量高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累不充實(shí)，水分含量低，烘烤過(guò)程中煙葉呼吸強(qiáng)度始終處于較低水平，烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性差，煙葉經(jīng)濟(jì)效益較低。