烘烤中煙葉顏色值與水分的變化及相互關(guān)系

李志剛,王廷賢,潘飛龍,楊占偉,張楠,楊曉亮,錢傳林,孫曙光

(1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,湖北 武漢,430040;2.福建省煙草公司 南平市公司,福建 南平,353000;3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州,450002)

隨著煙草農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化推進(jìn),用于烘烤作業(yè)的密集烤房在各產(chǎn)區(qū)已得到大面積的推廣利用,其配套工藝技術(shù)也逐漸趨于成熟[1–2]。在烘烤過(guò)程中,技術(shù)人員通過(guò)觀察煙葉的變黃失水程度來(lái)調(diào)節(jié)烘烤溫濕環(huán)境[3],使其朝著有利于品質(zhì)形成的方向發(fā)展。煙葉在烘烤中的變黃失水特性也通常用作烘烤特性評(píng)價(jià)的定性指標(biāo)[4–7]。且烘烤期間煙葉顏色和水分的變化是相互偶聯(lián)的,煙葉失水速率的快慢會(huì)影響變黃定色的難易程度[8]。近年來(lái),基于色度學(xué)理論的顏色研究模式實(shí)現(xiàn)了烘烤過(guò)程中煙葉顏色的量化,避免了因環(huán)境和人為因素產(chǎn)生的判斷誤差,使得相關(guān)科學(xué)研究結(jié)果更具說(shuō)服力。

目前,關(guān)于煙葉顏色量化的研究較多,尤其是基于CIE-L*a*b*的煙葉顏色描述模式的相關(guān)報(bào)道[9–12]。但針對(duì)烘烤過(guò)程中煙葉顏色值與水分的變化及相互關(guān)系的研究較少,且已有相關(guān)研究仍有待進(jìn)一步完善補(bǔ)充?？緹熑~片與主脈在空間上相互連接,烘烤過(guò)程中葉片、主脈之間存在著水分遷移和物質(zhì)轉(zhuǎn)化[13],進(jìn)而影響到煙葉整體的顏色變化和水分散失。因此本研究采用HP-C210型色差儀測(cè)量烤煙葉片、主脈的顏色值,對(duì)烘烤過(guò)程中上部葉、中部葉、下部葉的顏色值及煙葉水分含量的變化規(guī)律進(jìn)行研究,并分析兩者之間的相關(guān)關(guān)系,以期為實(shí)現(xiàn)烘烤進(jìn)程監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)化和智能化奠定一定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018—2019年在福建省建甌市水源鄉(xiāng)煙葉生產(chǎn)基地進(jìn)行,供試烤煙品種云煙87,以下部葉(第4～6葉位)、中部葉(第10～12葉位)、上部葉(第15～17葉位)為試驗(yàn)材料,按GB/T 23219-2008[14]規(guī)定的成熟度適時(shí)采收。煙葉烘烤采用KCKY-C電熱式密集烤煙箱(福建南平科創(chuàng)機(jī)電有限公司),裝煙室一層一路設(shè)計(jì),裝煙量約900片煙葉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取葉色均勻、葉片大小基本一致的煙葉均勻懸掛于烤箱中,裝煙密度35～40 kg·m-3。采用三段式烘烤工藝[15]進(jìn)行烘烤作業(yè),分別于烤前30℃、烤中38℃末、42℃末、45℃末、48℃末、54℃末、烤后68℃末挑選具有代表性的煙葉樣品10片,用于顏色值和含水量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 煙葉顏色值

采用HP-C210精密色差儀(深圳漢譜光彩科技有限公司),測(cè)量孔徑20 mm。測(cè)量時(shí)根據(jù)葉片支脈分布情況,將葉片和主脈分為上段(第2～3支脈間)、中段(第5～6支脈間)和下段(第8～9支脈間),具體測(cè)量位點(diǎn)如圖1所示。其中,葉片測(cè)量位點(diǎn)距離主脈5 cm處對(duì)稱分布。以各測(cè)量點(diǎn)的平均值作為該片煙葉樣品葉片、主脈的顏色值。葉片、主脈顏色測(cè)量指標(biāo)為亮度值L*、紅綠值a*、黃藍(lán)值b*,并計(jì)算總色差ΔE,計(jì)算公式為:ΔE=[(Lt*-L0*)2+(at*-a0*)2+(bt*-b0*)2](1/2),式中Lt*、at*、bt*代表取樣后顏色參數(shù)測(cè)量值,L0*、a0*、b0*代表鮮煙葉初始顏色參數(shù)。

1.3.2 煙葉含水量

用刀片剝離煙葉樣品的葉片和主脈,采用殺青烘干法[16]分別測(cè)量葉片、主脈的總水含量,并計(jì)算出整葉(葉片＋主脈)總水含量。葉片、主脈的自由水和束縛水含量采用阿貝折射儀測(cè)量[17]。

圖1 煙葉葉片、主脈顏色值測(cè)量位點(diǎn)

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行圖片制作及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤過(guò)程中煙葉顏色值變化

2.1.1 葉片顏色值變化

由圖2(a)-(c)可知,采收后鮮煙葉葉片L*、a*值以上部葉最高,下部葉最低;b*值則以下部葉最高,中部葉最低。烘烤開(kāi)始后,不同部位煙葉葉片顏色值的變化規(guī)律基本一致,在42℃之前總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),其中,L*、b*值在38℃之前增幅最明顯,42℃之后各顏色值趨于穩(wěn)定。烘烤結(jié)束后葉片L*值以下部葉最高、上部葉最低,a*、b*值則與鮮煙葉規(guī)律一致?？偵瞀可表征煙葉顏色的整體變化,當(dāng)ΔE＞2時(shí)就可觀察到顏色發(fā)生了明顯變化。由圖2(d)可知,38℃時(shí)各部位煙葉ΔE值均高于20,表明葉片顏色在該階段變化顯著。42℃時(shí)各部位煙葉ΔE值達(dá)到最高值,之后呈緩慢降低的變化趨勢(shì)。烘烤期間下部葉顏色變化快于中、上部葉,烤后煙葉片ΔE值隨部位提升逐漸減小,且部位之間差異達(dá)到顯著水平。

圖2 烘烤中不同部位煙葉葉片顏色值變化

2.1.2 主脈顏色值變化

由圖3可知,鮮煙葉主脈顏色值均隨部位提升逐漸減小。烘烤開(kāi)始后,中、上部葉主脈L*值在48℃之前緩慢增長(zhǎng),下部葉在45℃之前,各部位煙葉L*值在達(dá)到最高值后開(kāi)始緩慢降低,且均在54～68℃期間降幅最明顯。各部位煙葉主脈a*值在烘烤過(guò)程中不斷增長(zhǎng)。45℃之前增幅較小,45～48℃期間下部葉增幅明顯增大,中、上部葉在則在54～68℃期間增速最快。烘烤中主脈b*值則表現(xiàn)為與L*值相反的變化趨勢(shì),中、上部葉在42℃之前降低,下部葉在38℃之前。在45～48℃階段,中、下部葉主脈b*值增幅明顯高于上部葉。

烘烤結(jié)束后,主脈L*、b*值以上部葉最低,下部葉最高,且部位之間差異顯著;主脈a*值則完全相反,上部葉與中、下部葉差異達(dá)到顯著水平。從圖3d可以看出,烘烤過(guò)程中主脈ΔE值始終以下部葉最高,上部葉最低,且隨烘烤推進(jìn)ΔE值增長(zhǎng)速率逐漸加快,各部位煙葉增幅最明顯的階段為54～68℃,但烘烤結(jié)束后中、下部葉主脈ΔE值顯著高于上部葉。

圖3 烘烤中不同部位煙葉主脈顏色值變化

2.2 烘烤過(guò)程中煙葉含水量變化

2.2.1 總水含量

由圖4可知,鮮煙葉隨部位提升,葉片、主脈和整葉總水含量均不斷降低,且不同部位煙葉總水含量均以主脈最高,葉片最低。烘烤開(kāi)始后煙葉水分不斷散失,但不同階段葉片、主脈總水含量的降低幅度和速率存在明顯差異。葉片總水含量在54℃之前降低速率逐漸增大,54℃時(shí)不同部位煙葉葉片總水含量均在10%以下,基本完全干燥。主脈總水含量則在48℃之前緩慢降低,之后降低速率明顯加快,在54～68℃階段主脈失水幅度最明顯。整葉總水含量在48℃之前降低速率逐漸加快,中、下部葉降幅高于上部葉,48～54℃降幅最大,54℃之后葉片基本全干,主脈中仍存在部分水分通過(guò)向葉片遷移散失,失水速率開(kāi)始降低。

圖4 烘烤中不同部位煙葉總水含量變化

2.2.2 自由水、束縛水含量

煙葉水分分為自由水和束縛水。由圖5可知,鮮煙葉葉片自由水、束縛水含量及主脈束縛水含量均隨部位提升逐漸增加,主脈自由水含量則表現(xiàn)為相反的規(guī)律。烘烤開(kāi)始后,葉片自由水含量在38℃之前降幅最明顯,之后降低速率有所減緩,54℃時(shí)各部位煙葉葉片自由水含量散失完全;主脈自由水含量在48℃之前降低速率基本保持穩(wěn)定,48℃之后降低速率逐漸增大,54～68℃階段降幅最明顯。束縛水含量則呈先升高后降低的變化趨勢(shì),葉片束縛水含量增長(zhǎng)階段在38℃之前,增幅以上部葉最高,下部葉最低,之后葉片束縛水含量降低速率不斷加快,至54℃時(shí)葉片束縛水含量基本散失完全。主脈束縛水含量增長(zhǎng)時(shí)階段略長(zhǎng),中、上部葉在48℃之前緩慢增長(zhǎng),下部葉在42℃之前,之后降低速率也不斷加快,54℃之后烘烤進(jìn)入干筋期,降幅最為明顯。

圖5 烘烤中不同部位煙葉自由水、束縛水含量變化

2.3 煙葉顏色值與含水量指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析

從表1可以看出,烘烤中葉片、主脈顏色值與含水量指標(biāo)之間存在較大差異,不同部位煙葉之間也存在部分差異。各部位煙葉主脈L*值與主脈束縛水均呈極顯著正相關(guān),主脈a*值與總水含量指標(biāo)及葉片、主脈自由水含量、葉片束縛水含量均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。上部葉葉片a*值與葉片、整葉總水含量呈顯著負(fù)相關(guān),主脈L*值與主脈總水含量的相關(guān)性也達(dá)到顯著水平,主脈b*值與整葉總水、葉片自由水、主脈自由水含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),主脈ΔE值與葉片、主脈、整葉總水含量及主脈自由水、葉片束縛水含量的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平。中、下部葉葉片L*、a*值與葉片自由水含量呈顯著負(fù)相關(guān),主脈ΔE值除與主脈束縛水含量的相關(guān)性不顯著外,與其余含水量指標(biāo)均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。此外,中部葉葉片b*、ΔE值與葉片自由水含量的相關(guān)性也達(dá)到顯著或極顯著水平,主脈b*值與3項(xiàng)總水含量指標(biāo)及主脈自由水、葉片束縛水含量均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān);下部葉主脈a*值與主脈束縛水含量也呈顯著負(fù)相關(guān),主脈b*值與含水量之間具有較好的相關(guān)性,除與主脈束縛水未達(dá)到顯著水平,與其余指標(biāo)均呈顯著或極顯著。

表1 不同部位煙葉顏色值與含水量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

續(xù)表1

3 結(jié)論與討論

不同部位鮮煙葉田間生育期所處營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境都有較大差異[18]。再者煙葉成熟采收標(biāo)準(zhǔn)也存在較大差異。不同部位煙葉組織結(jié)構(gòu)、大分子物質(zhì)積累程度各不相同[19],進(jìn)而影響煙葉外觀顏色及烘烤特性的形成。本研究結(jié)果表明:鮮煙葉葉片L*、a*值隨部位提升逐漸增大,b*值以下部葉最高,中部葉最低。各部位煙葉烘烤過(guò)程中葉片顏色值變化趨勢(shì)基本近似,但上部葉葉片顏色值的變化較為滯后,與王濤等[19]研究結(jié)果一致。烘烤中各部位煙葉葉片顏色值在42℃前增幅較為明顯,之后逐漸趨于穩(wěn)定。其中,a*值在38～42℃期間增幅最大,其余顏色值均在38℃之前增幅最明顯?？竞鬅熑~片L*、ΔE值均以下部葉最高,上部葉最低,a*值則表現(xiàn)為完全相反的規(guī)律,b*值以上部葉最高,中部葉最低。鮮煙葉主脈L*、a*、b*值均隨部位升高而增大,煙葉部位由下至上,成熟度逐漸提高,主脈逐漸退青、變白、發(fā)亮。烘烤中,各部位煙葉主脈L*值在48℃之前總體呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì),54℃之后急劇降低;a*值在烘烤中不斷增長(zhǎng),45℃之前緩慢增長(zhǎng),下部葉在45～48℃期間增幅最大,中、上部葉在54℃之后增幅最大;b*值呈先降低后增長(zhǎng)的變化趨勢(shì),下部葉在38℃之前降低,中、上部葉則在42℃;烘烤期間ΔE值不斷增長(zhǎng),且均表現(xiàn)為下部葉最高,上部葉最低的規(guī)律,表明上部葉主脈顏色變化較為滯后。烘烤結(jié)束后下部葉主脈L*、b*值最高,a*值最低,整體表現(xiàn)為淺黃色;上部葉表現(xiàn)為完全相反的規(guī)律,顏色呈現(xiàn)為黑褐色;中部葉主脈則呈棕褐色。煙葉部位由下至上,鮮煙葉總水、自由水含量逐漸降低,束縛水含量逐漸升高。烘烤中葉片、整葉總水含量在42℃之前降幅較小,之后降幅逐漸增大,54℃之后葉片基本干燥,失水速率明顯降低;主脈總水含量在42℃之前降幅較小,54℃之后迅速降低;葉片自由水含量在38℃之前降幅明顯,之后降低速率逐漸減緩,主脈自由水含量則在48℃之后降低速率明顯加快;葉片束縛水含量在38℃之前呈增長(zhǎng)趨勢(shì),之后降低速率逐漸加快,54℃時(shí)束縛水幾乎完全散失,主脈束縛水含量增加階段較長(zhǎng),中、上部煙葉主脈束縛水含量在48℃之前緩慢增長(zhǎng),下部葉則在42℃之前,54℃之后各部位煙葉主脈束縛水含量急劇降低。整體來(lái)看,烘烤中主脈大量失水階段在干筋期,明顯滯后于葉片;部位間上部葉較難,下部葉最易脫水干燥。含水量與顏色值的相關(guān)性分析結(jié)果表明:主脈a*、b*、ΔE值與總水含量、自由水含量及葉片束縛水含量的相關(guān)性較好,主脈L*值與主脈束縛水的相關(guān)性較好。中、下部葉的葉片顏色值與葉片自由水含量具有較好的相關(guān)性。

基于色度學(xué)的顏色量化方法實(shí)現(xiàn)了烘烤中煙葉顏色的科學(xué)研究,色差儀測(cè)量的顏色值可作為判斷煙葉含水量的輔助指標(biāo),為煙葉烘烤作業(yè)智能、精準(zhǔn)化發(fā)展提供參考依據(jù)。