成熟度對云煙87上部煙葉烘烤中失水特性的影響

夏 春,范寧波,王 彬,張永輝,李 崢,劉騰飛,張 楠,典瑞麗

(1.四川省煙草公司瀘州市公司，四川 瀘州 646600；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；3.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；4.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310002；5.中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，河南 鄭州 450008)

上部煙葉約占總產(chǎn)量的40%，在質(zhì)量評價(jià)方面占上中等煙30個(gè)等級中的40%[1-2]，可見上部葉對烤煙整體產(chǎn)質(zhì)量均有很大影響.實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于上部葉組織結(jié)構(gòu)較為致密、保水力較強(qiáng)，烤后易出現(xiàn)青筋、浮青、掛灰等雜色現(xiàn)象[3-5]，嚴(yán)重制約了上部葉的質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值.煙葉田間成熟度是衡量煙葉是否適合采收的重要指標(biāo)[6]，由于煙葉成熟過程中發(fā)生著一系列復(fù)雜的生理生化變化，不同成熟度煙葉的鮮煙素質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)積累程度存在著明顯差異.采收成熟度作為質(zhì)量概念，要求采收的煙葉達(dá)到適于調(diào)制加工的狀態(tài)和程度[7-8]，且直接影響煙葉烘烤特性形成及烤后煙葉的等級質(zhì)量[9-10].綜合來看，探究上部煙葉適宜的采收成熟度具有重要意義.研究表明[11]，煙葉成熟過程中，其組織結(jié)構(gòu)存在明顯變化，隨成熟度增加，煙葉胞間孔隙率逐漸增加，組織結(jié)構(gòu)由緊密向疏松方向變化.植物葉片組織結(jié)構(gòu)與其保水性、水力學(xué)特性密切相關(guān)[12-13]，因此，煙葉成熟度會(huì)影響烘烤中煙葉失水干燥特性和形態(tài)收縮變化.當(dāng)前，有關(guān)煙葉成熟度與烤后煙葉質(zhì)量評價(jià)方面的研究已取得一定進(jìn)展[14-16]，但關(guān)于不同成熟度上部葉烘烤過程中失水特性和形態(tài)變化規(guī)律的研究鮮有報(bào)道.本研究依據(jù)田間上部煙葉的綜合變黃程度，并結(jié)合SPAD值量化界定煙葉成熟度，分析不同成熟度鮮煙葉組織結(jié)構(gòu)及烘烤期間含水量和形態(tài)學(xué)指標(biāo)的變化，同時(shí)比較分析煙葉烘烤后的外觀質(zhì)量及主要化學(xué)成分含量，旨在為進(jìn)一步細(xì)化煙葉采收成熟度標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化改進(jìn)烘烤工藝提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在四川省瀘州市古藺縣箭竹煙草站進(jìn)行.供試烤煙品種云煙87，試驗(yàn)田的土壤肥力中等，施氮量52.5 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=3∶3∶4(質(zhì)量比).田間種植管理規(guī)范，整株留葉數(shù)18片，以上部葉(第15～16位葉)為試驗(yàn)材料.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)煙葉落黃程度設(shè)4個(gè)成熟度梯度，分別為M1、M2、M3、M4，其顏色特征如表1所示.采用SPAD-502葉綠素儀(日本Minolta公司)測量鮮煙葉SPAD值，每個(gè)成熟度檔次選取100片煙葉測量，實(shí)現(xiàn)煙葉表面綠色程度的量化，明確取樣標(biāo)準(zhǔn).SPAD測量時(shí)選取主脈對稱的葉基、葉中、葉尖共6個(gè)位置為測量位點(diǎn)，以算術(shù)平均數(shù)作為該片煙葉的SPAD值.各處理選取符合煙葉顏色特征及SPAD值條件的鮮煙葉800片，采用電熱式密集烤煙箱(福建南平市科創(chuàng)機(jī)電設(shè)備有限公司)按照3段式烘烤工藝[17]進(jìn)行烘烤，設(shè)備型號為KCKY-A.烘烤期間分別于30 ℃(鮮煙葉)、38 ℃末、42 ℃末、45 ℃末、48 ℃末和54 ℃末選取具有代表性的完整煙葉作為檢測樣品.

表1 不同成熟度上部鮮煙葉主要外觀特征Table 1 Primary appearance characteristics of upper fresh tobacco leaves with different maturity

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 煙葉組織結(jié)構(gòu) 參照朱金峰等[18]方法，于鮮煙葉葉尖至葉基第6～8條支脈中間區(qū)域切取長1 cm、寬0.5 cm的煙葉樣品，采用FAA固定液固定，常規(guī)石蠟切片程序切片后染色、固封，每個(gè)處理制片15張.在Olympus BX51光學(xué)顯微鏡(×200倍)下利用測微尺檢測煙葉樣品的葉片厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度，同時(shí)統(tǒng)計(jì)單位長度(1 mm)內(nèi)的海綿細(xì)胞和柵欄細(xì)胞密度，并計(jì)算煙葉樣品組織結(jié)構(gòu)的緊密度和疏松度[18]，具體公式如下：

緊密度(CTR)/%=(柵欄組織厚度/葉片厚度)×100

(1)

疏松度(SR)/%=(海綿組織厚度/葉片厚度)×100

(2)

1.3.2 煙葉含水量 參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 311—2009[19]，用刀片將煙葉樣品的主脈和葉片剝離,采用烘箱法分別測定葉片、主脈及整葉(葉片+主脈)的含水質(zhì)量及水含率，并以此為基礎(chǔ)分別計(jì)算葉片、主脈失水質(zhì)量占整葉失水質(zhì)量的比例[2]，具體計(jì)算參照公式(3)和公式(4)；采用阿貝折射儀法[20]測量煙葉自由水、束縛水含量.

某階段葉片失水質(zhì)量占比/%=[葉片鮮質(zhì)量×(取樣時(shí)葉片水含率-上次取樣時(shí)葉片水含率)]/[整葉鮮質(zhì)量×(取樣時(shí)整葉水含率-上次取樣時(shí)整葉水含率)]×100

(3)

某階段主脈失水質(zhì)量占比/%=[主脈鮮質(zhì)量×(取樣時(shí)主脈水含率-上次取樣時(shí)主脈水含率)]/[整葉鮮質(zhì)量×(取樣時(shí)整葉水含率-上次取樣時(shí)整葉水含率)]×100

(4)

1.3.3 煙葉形態(tài)收縮率 參照王濤等[21]方法，采用毫米刻度尺測量葉片橫向收縮率、縱向收縮率，采用測厚儀測量葉片(第5～6支脈中間)的厚度收縮率；參照魏碩等[22]方法，采用無彈性細(xì)線測量主脈(第5～6支脈中間)的周長收縮率.各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)計(jì)算公式具體如下：

葉片橫向收縮率/%=[(鮮煙葉寬度-取樣時(shí)煙葉寬度)/鮮煙葉寬度]×100

(5)

葉片縱向收縮率/%=[(鮮煙葉長度-取樣時(shí)煙葉長度)/鮮煙葉長度]×100

(6)

葉片厚度收縮率/%=[(鮮煙葉葉片厚度-取樣時(shí)葉片厚度)/鮮煙葉主脈周長]×100

(7)

主脈周長收縮率/%=[(鮮煙葉主脈周長-取樣時(shí)主脈周長)/鮮煙葉主脈周長]×100

(8)

1.3.4 初烤煙葉外觀質(zhì)量 參照王彥亭等[23]方法進(jìn)行，各處理隨機(jī)選取20片煙葉，評定指標(biāo)包括顏色、成熟度、身份、油分、葉片結(jié)構(gòu)、色度等6項(xiàng).單項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量特征得分參照表2，總分值為100.

表2 烤煙外觀質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation index and scoring standard for the appearance quality of flue-cured tobacco

1.3.5 初烤煙葉化學(xué)成分含量 煙葉樣品中的總糖、還原糖、總氮、淀粉、蛋白質(zhì)等含量采用流動(dòng)分析法[23-24]測定，煙堿采用分光光度法[24-25]測定.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟度鮮煙葉組織結(jié)構(gòu)變化

由表3可以看出，隨成熟度的提升，葉片、上表皮及下表皮厚度逐漸減?。粬艡诮M織的厚度也呈減小趨勢，而海綿組織厚度呈增長趨勢，因此柵欄組織厚度與海綿組織厚度的比值不斷降低.單位面積內(nèi)柵欄細(xì)胞和海綿細(xì)胞個(gè)數(shù)隨成熟度提升均呈減少趨勢，密度不斷降低，表明細(xì)胞間隙呈增大趨勢，同時(shí)一定程度上反映出煙葉緊密度和疏松度的變化規(guī)律，隨成熟度提升煙葉組織緊密程度降低，疏松程度增加.從各處理煙葉組織結(jié)構(gòu)差異程度來看，M1處理與M4處理各項(xiàng)指標(biāo)之間差異均達(dá)到顯著水平，表明煙葉成熟過程中組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化.

2.2 不同成熟度煙葉烘烤過程中含水量變化

2.2.1 煙葉水含率變化 從表4可以看出，不同成熟度煙葉烘烤中葉片、主脈及整葉的組織水含率均呈不斷降低的變化趨勢.采收后鮮煙葉隨成熟度提升，各項(xiàng)水含率指標(biāo)逐漸減小，且煙葉水含率高低均表現(xiàn)為：主脈>整葉>葉片.烘烤過程中煙葉各項(xiàng)水含率指標(biāo)整體表現(xiàn)為：M1>M2>M3>M4.其中，處理間葉片、整葉水含率在38 ℃之前的差異不明顯，主脈水含率在42 ℃之前差異不明顯，均未達(dá)到顯著水平；42～45 ℃時(shí)，煙葉水含率差異逐漸增大，至45 ℃時(shí)，M4處理與M1、M2處理及M3處理與M1處理的葉片、整葉水含率差異均達(dá)到顯著水平，M4處理的主脈水含率與M1、M2處理的差異也達(dá)到了顯著水平；45～48 ℃時(shí)，不同成熟度煙葉葉片、整葉水含率差異基本穩(wěn)定，而主脈水含率的差異進(jìn)一步增大；54 ℃時(shí)M4處理的葉片水含率顯著高于其余3個(gè)處理，主脈、整葉水含率顯著高于M1、M2處理，M1和M2、M3處理主脈水含率的差異達(dá)到顯著水平，M1和M3處理整葉水含率的差異也達(dá)到顯著水平.可見，成熟度影響著烘烤過程中煙葉的失水狀況，不同成熟度煙葉葉片、整葉水含率的差異主要在定色期之后，而主脈水含率體現(xiàn)出的差異相對較為滯后，在定色中期之后有所表現(xiàn).

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

表4 不同成熟度煙葉烘烤中水含率變化1)Table 4 Changes in moisture content in tobacco leaves with different maturity during curing

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

圖1反映了不同成熟度煙葉烘烤中葉片、主脈失水質(zhì)量占整葉失水質(zhì)量比例的變化.由圖可知，M1、M2處理的葉片失水質(zhì)量占比表現(xiàn)規(guī)律基本近似，在42 ℃之前略有增長，42～48 ℃時(shí)持續(xù)降低，48～54 ℃時(shí)再次增長，M3、M4處理則在48 ℃之前降低，48～54 ℃時(shí)表現(xiàn)為增長趨勢.各處理主脈失水質(zhì)量占比情況呈完全相反的變化規(guī)律.M1、M2和M3、M4處理在42 ℃之前葉片、主脈失水質(zhì)量占比變化規(guī)律出現(xiàn)差異，可能是由于不同成熟度煙葉組織結(jié)構(gòu)及水分在葉片、主脈中分布情況不同所致.48～54 ℃期間由于烘烤溫度升高促進(jìn)主脈中的水分向葉片遷移，各處理煙葉葉片、主脈失水質(zhì)量占比變化規(guī)律趨于一致.

2.2.2 煙葉自由水、束縛水含量變化 由表5可知，不同成熟度煙葉自由水含量呈不斷降低的變化趨勢，且烘烤開始后至54 ℃期間自由水含量表現(xiàn)為：M1>M2>M3>M4.38～42 ℃和48～54 ℃期間自由水減少量表現(xiàn)為：M1>M2>M3>M4；42～48 ℃期間自由水減少量表現(xiàn)出完全相反的規(guī)律；各處理煙葉自由水含量降低幅度在48 ℃之前總體呈減小的趨勢，54 ℃時(shí)，自由水含量降低幅度略有提升.處理之間自由水含量差異以M1和M4處理最為明顯，除38 ℃外，其余溫度點(diǎn)均達(dá)到顯著水平.鮮煙葉束縛水含量同樣隨成熟度提升逐漸減少，烘烤開始后在38 ℃之前稍有增長，之后表現(xiàn)為不斷降低的變化趨勢.38 ℃之前束縛水增加量表現(xiàn)為：M4>M3>M2>M1；38～54 ℃時(shí)，束縛水減少量同樣表現(xiàn)為：M4>M3>M2>M1.烘烤期間M1和M4處理束縛水含量差異也均達(dá)到顯著水平，表明成熟度對于烘烤期間煙葉自由水、束縛水含量變化具有顯著影響.自由水含量具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，當(dāng)自由水含量/束縛水含量的比值高時(shí)，說明植物代謝旺盛，但抗逆性較弱.鮮煙葉中自由水含量/束縛水含量比值表現(xiàn)為：M4>M3>M2>M1，表明成熟度高的煙葉中束縛水含量占比較高，具有較強(qiáng)的抗逆性.烘烤期間比值同樣表現(xiàn)為：M4>M3>M2>M1，且各溫度點(diǎn)M4處理均顯著高于M1和M2處理.

表5 不同成熟度煙葉烘烤中自由水、束縛水含量變化1)Table 5 Changes in free water and bound water contents in tobacco leaves with different maturity during curing

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

2.3 不同成熟度煙葉烘烤過程中形態(tài)變化

從表6可以看出，烘烤中葉片橫向收縮率、縱向收縮率、厚度收縮率及主脈周長收縮率整體呈不斷增大的趨勢.38 ℃之前葉片橫向、縱向收縮率和主脈周長收縮率的變化幅度較小，葉片橫向、縱向收縮率表現(xiàn)為：M3>M2>M4>M1；主脈周長收縮率表現(xiàn)為：M3>M4>M2>M1.葉片厚度收縮率在38 ℃之前變幅較大，表現(xiàn)為M3>M2>M1>M4.42 ℃之后葉片橫向收縮率、主脈周長收縮率隨成熟度提升逐漸增大，葉片縱向收縮率則在45 ℃之后呈現(xiàn)出相似的規(guī)律；葉片厚度收縮率在45 ℃之后隨成熟度提升逐漸降低.烘烤期間各處理煙葉葉片橫向、縱向、厚度收縮率3項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)的增加量先增長后降低，葉片厚度收縮率在45～48 ℃期間增幅最大，葉片橫向、縱向收縮率在42～45 ℃時(shí)增幅最大，且隨煙葉成熟度提升，收縮率增加量逐漸增大；主脈周長收縮率的增幅趨勢則不斷增大，主要由于烘烤后期主脈大量失水逐漸達(dá)到干筋狀態(tài)，體積劇烈收縮.烘烤結(jié)束后，各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)變幅表現(xiàn)為：葉片厚度收縮率>主脈周長收縮率>葉片橫向收縮率>葉片縱向收縮率，且M1和M4處理間差異均達(dá)到顯著水平，表明成熟度影響烘烤過程中葉片和主脈的形態(tài)收縮變化.

表6 不同成熟度煙葉過程中形態(tài)指標(biāo)變化1)Table 6 Changes of morphological indexes of tobacco leaves with different maturity during curing

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

2.4 烘烤過程中煙葉含水量與形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表7可知，不同成熟度煙葉烘烤中葉片、主脈、整葉水含率及自由水、束縛水含量與葉片橫向收縮率、縱向收縮率、厚度收縮率及主脈周長收縮率變化具有較好的相關(guān)性.除M1處理煙葉束縛水含量與葉片厚度收縮率呈顯著負(fù)相關(guān)外，其余含水量指標(biāo)與形態(tài)學(xué)指標(biāo)均呈極顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系.表明不同成熟度煙葉烘烤期間失水干燥與葉片、主脈形態(tài)收縮密切相關(guān).

表7 不同成熟度煙葉含水量與形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)1)Table 7 Coefficients of correlation between moisture content and morphological indexes of tobacco leaves with different maturity

1)*和**分別表示差異顯著(P<0.05)和差異極顯著(P<0.01).

2.5 烤后煙葉外觀質(zhì)量

從表8可以看出，上部葉不同成熟度處理中，M3處理烤后煙葉外觀質(zhì)量總分最高，其次為M2處理，得分均在90分以上，且兩個(gè)處理間差異不顯著.M1處理得分最低，顯著低于M2、M3處理.

2.6 烤后煙葉主要化學(xué)成分含量

由表9可知，烤后煙葉總糖、總氮、蛋白質(zhì)含量均以M3處理最高，其中總糖、蛋白質(zhì)含量以M4處理最低，總氮含量則以M1處理最低，且處理之間差異不明顯；還原糖、淀粉含量均以M2處理最高，M4處理最低；煙堿含量以M4處理最高，M1處理最低.優(yōu)質(zhì)煙葉糖堿比以6～8最佳，氮堿比以1.0最佳，綜合以上結(jié)果，M3處理化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性較好.

表8 不同成熟度煙葉外觀質(zhì)量評價(jià)1)Table 8 Evaluation of appearance quality of tobacco leaves with different maturity

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

1)同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：隨鮮煙葉成熟度提高，葉片組織結(jié)構(gòu)呈規(guī)律性的變化，主要表現(xiàn)為葉片厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度逐漸降低，海綿組織厚度增長；柵欄細(xì)胞和海綿細(xì)胞密度不斷降低，細(xì)胞間隙呈擴(kuò)大趨勢，導(dǎo)致煙葉緊密度逐漸下降，疏松度逐漸增大.與朱金峰等[18]對鮮煙葉組織結(jié)構(gòu)的測定結(jié)果存在部分差異，主要由于對煙葉成熟度的界定不同，本試驗(yàn)依據(jù)煙葉綜合變黃程度結(jié)合SPAD值量化區(qū)分煙葉成熟度.品種、葉位等因素的不同也會(huì)影響葉片組織結(jié)構(gòu).

研究表明，葉片組織結(jié)構(gòu)與抗旱性、保水性等水分特性緊密相關(guān)[26-28]，而煙葉作為一種植物葉片，不同成熟度煙葉組織結(jié)構(gòu)的差異會(huì)影響水分質(zhì)量分布及失水特性[29].本研究表明，隨成熟度提升，鮮煙葉各項(xiàng)含水率指標(biāo)均不斷降低，自由水/束縛水比值則呈不斷增大，表明成熟度高的煙葉細(xì)胞內(nèi)水分質(zhì)量減少，葉片保水能力減弱.因此，烘烤期間葉片、主脈及整葉較鮮煙葉各部分的失水程度隨成熟度提升而增加.同時(shí)本研究顯示，不同成熟度煙葉葉片失水占比在38～48 ℃時(shí)，總體呈降低趨勢，48～54 ℃時(shí)呈增長趨勢，主脈失水占比則表現(xiàn)為完全相反的變化趨勢.但M1、M2處理的葉片失水占比在38～42 ℃時(shí)稍有增長，可能由于成熟度較低的煙葉主脈結(jié)構(gòu)更為致密，失水相對較難，烘烤前期葉片失水比例呈增長趨勢，而成熟度較高的煙葉組織結(jié)構(gòu)較為疏松，主脈中水分更易向葉片遷移散失.45～48 ℃時(shí)，隨煙葉成熟度提升葉片失水占比逐漸減小，主脈表現(xiàn)為完全相反的趨勢，說明煙葉烘烤期間主脈及葉片水分散失存在制約關(guān)系[30].48～54 ℃時(shí)，由于葉片基本完全干燥，而主脈中仍含有大量水分，葉片與主脈之間的水分遷移通道可能受到影響，阻礙了主脈水分的快速散失[2,31]，因此該階段主脈失水占比有所降低，且隨煙葉成熟度提升主脈失水越難.

葉片橫向、縱向收縮率在42～45 ℃時(shí)增幅最為明顯，葉片厚度收縮率在45～48 ℃時(shí)增幅最為顯著，主脈周長收縮率的增長量則隨烘烤進(jìn)行逐漸增大，在48～54 ℃時(shí)達(dá)到最大值，且隨成熟度提升，葉片和主脈收縮率的增加幅度呈增長趨勢.相關(guān)分析表明，不同成熟度煙葉的各項(xiàng)含水量指標(biāo)與形態(tài)學(xué)指標(biāo)之間均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，說明烘烤期間煙葉失水干燥過程與形態(tài)變化過程是相互偶聯(lián)的.葉片綜合變黃80%～90%處理的烤后煙葉外觀質(zhì)量得分最高，化學(xué)成分含量較為協(xié)調(diào)，但煙堿含量較高，可能由于當(dāng)年煙季生態(tài)條件及當(dāng)?shù)靥镩g管理措施不當(dāng)所致.科學(xué)合理的控制上部煙葉成熟度，可在一定程度上調(diào)整煙葉烘烤特性，有利于提高上部葉原料可用性，滿足大品牌中式卷煙發(fā)展的需求.