不同成熟度煙葉烘烤過程中大分子物質代謝動態(tài)研究

趙高坤，任 可,，陳妍潔,，鞏江世琪，陳俊鴻，何 鮮,4，何聰蓮,，李軍營，王 聰，陳嚴平，鄒聰明，岳 誠*，夏振遠*

(1.云南省煙草農業(yè)科學研究院，云南 昆明 650021；2.云南農業(yè)大學，云南 昆明 650201；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南 彌勒 661500；4.西南大學，重慶 400716；5. 浙江中煙工業(yè)有限責任公司，浙江 杭州 310000)

【研究意義】20世紀80年代以來，煙葉成熟度是目前煙葉主要生產國之間煙葉質量競爭的核心關注點[1]。成熟度不同的煙葉，糖類、蛋白質、淀粉等成分均有差異，會對煙葉和煙氣的感官質量產生影響[2]。蛋白質在烤煙煙葉中具有十分重要的地位，蛋白質除本身具有重要的生理生化功能外，還對烤煙的物質轉化和代謝過程具有調節(jié)控制功能，最終對烤煙的煙葉質量起決定性作用?？緹熀婵具^程中降解的蛋白質大多數是葉綠素蛋白，而煙葉內的蛋白質對于其感官評吸質量卻有不利的影響，初烤煙葉內的蛋白質含量過高，燃吸時會產生如同燃燒羽毛的臭味，辛辣和苦澀的感覺增加，過低又會使香氣不夠濃重[3]。通過烘烤淀粉水解為糖，糖可使煙葉香氣濃郁，吃味醇和，田間鮮煙葉淀粉含量高，品質優(yōu)良[4]；可溶性糖是決定煙葉品質的重要成分，單糖能降低煙葉燃燒時蛋白質所產生的不良氣味,減少刺激性，雙糖因含量極少故對煙葉品質影響不大[5]。所以，煙草葉片采收的成熟度影響煙葉生產質量的關鍵，能對烤煙煙葉的工業(yè)價值起到決定性作用[6]?？緹煙熑~成熟度上升，除蛋白質含量降低外，煙葉葉片中葉綠素、可溶性糖、游離氨基酸含量均升高。但各類型游離氨基酸含量又增有減[6]。烘烤過程中煙葉大分子物質代謝的動態(tài)變化充分且直觀地反映了其生理活動，所以對煙葉烘烤過程中的大分子物質代謝的動態(tài)變化研究，對于烘烤調制出高質量的干煙葉具有重要意義。我國傳統栽培出的上部煙葉成熟度不夠，烤后煙葉淀粉轉化不充分、還原糖較低、香氣量不足、香氣質差、雜氣較多[7]，造成上部煙葉收購價格較低，工業(yè)可用性低，以致實際生產中上部煙葉的大量浪費。但是由于上部煙葉單葉量最重，葉片數較多，占整株煙葉的1/3，占單株產量的30 %～40 %[7]，所以上部煙葉又是支撐煙農經濟效益的重要部位?！厩叭搜芯窟M展】研究表明上部煙葉成熟后適當推遲采收有利于煙草品質的形成與可利用性的提高, 朱宏強[8]指出上部煙葉采收隨著時間的推移，香氣的質和量均會逐漸上升。成熟度好的上部煙葉燃燒性好、香氣足、勁頭大、焦油量少、煙堿含量適中，這使得將上部煙葉作為優(yōu)質煙葉的原料成為可能[9]?！颈狙芯康那腥朦c】故本研究以烤煙品種云煙87的不同成熟度上部煙葉為研究材料，檢測分析烘烤過程中煙葉相關生理指標(水分、可溶性淀粉、可溶性糖、淀粉酶、氨基酸酶、色素、蛋白質)化規(guī)律?！緮M解決的關鍵問題】旨在通過明確云煙87不同成熟度烘烤過程中的大分子物質的代謝變化，以期為烘烤出具有良好香氣及吃味的烤煙提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為云南主栽烤煙品種云煙87上部煙葉，采自云南省昆明市宜良縣耿家營。田間栽培為行株距120 cm×60 cm，施氮肥90 kg/hm2，N∶P∶K為1∶2∶3，栽培措施按當地煙農經驗進行管理。

1.2 試驗設計

1.2.1 煙葉成熟度的判斷 煙葉按照農戶常規(guī)成熟標準判斷煙葉的成熟度，正常采收煙葉為適熟煙葉標記為K，外觀標準為煙葉表現為主脈3/4變白、支脈2/3變白，葉面發(fā)黃面積約70 %，茸毛部分脫落，葉面有少量成熟斑和泡狀突起；過熟煙葉指相對于正常采收延遲7 d左右采收的煙葉為標記為L，外觀標準為煙葉主脈支脈4/5發(fā)白，葉面發(fā)黃面積約90 %，茸毛大部分脫落，葉面有明顯成熟斑和泡狀突起；未熟煙葉指相對于正常采收提前7 d左右采收的煙葉標記為J，外觀標準為煙葉主脈約2/3白變，支脈青色，葉面變黃面積約50 %，茸毛無脫落無斑點(圖1)。

1.2.2 樣品采集 將采收的煙葉放入密集烤房設置相同烘烤工藝并烘烤，分別于烤前鮮樣(處理T1)、烘烤溫度36 ℃末(處理T2)、烘烤溫度38 ℃末(處理T3)、烘烤溫度42 ℃末(處理T4)、烘烤溫度48 ℃末(處理T5)、烘烤溫度54 ℃末(處理T6)及烤后(處理T7)7個階段取樣。取樣煙葉均處于烤房下層烘烤，取樣時各成熟度煙葉選取3桿煙葉記為3次重復，每桿煙葉選取3片煙葉，去除主脈和較大支脈，剪碎混勻并用錫紙包裹放入液氮瓶中，后放于-86 ℃冰箱保存待用。

圖1 不同田間采收成熟度煙葉Fig.1 Harvest of mature tobacco leaves in different fields

1.2.3 生理指標測量 參考劉家堯所著《植物生理學實驗教程》[10]方法分別對各樣品的水分、淀粉、可溶性糖、蛋白質、葉綠素及類胡蘿卜素含量進行測定，并記錄數據。

1.3 數據統計

所有數據均采用軟件Excel 2007處理，IBM SPSS Statistics 23進行方差分析、計算和統計作圖表。

2 結果與分析

2.1 不同成熟度的烤煙煙葉烘烤過程中色素含量變化

從表1中可以看出，由于成熟度的不同烘烤過程中各階段煙葉色素含量均存在極顯著差異，葉綠素A的含量在處理T1、處理T2、處理T5和處理T6均表現出：未熟煙葉與適熟煙葉存在極顯著差異，適熟煙葉與過熟煙葉存在極顯著差異，即未熟煙葉葉綠素A含量>適熟煙葉葉綠素A含量>過熟煙葉葉綠素A含量；在T3處理中，過熟煙葉和適熟煙葉不存在顯著差異，但未熟煙葉分別極顯著大于過熟煙葉和適熟煙葉；烘烤溫度42 ℃末處理中，適熟煙葉與未熟煙葉存在極顯著差異，未熟煙葉與過熟煙葉存在極顯著差異，即適熟煙葉葉綠素A含量>未熟煙葉葉綠素A含量>過熟煙葉葉綠素A含量；

葉綠素B含量在處理T1時期未熟煙葉極顯著大于適熟煙葉，適熟煙葉極顯著大于過熟煙葉；在處理T2、處理T3、處理T5和處理T6下，未熟煙葉與過熟煙葉存在極顯著差異，過熟煙葉與適熟煙葉存在極顯著差異，即未熟煙葉葉綠素B含量>過熟煙葉葉綠素B含量>適熟煙葉葉綠素B含量，烘烤溫度42 ℃末處理下，未熟煙葉葉綠素B含量顯著高于適熟煙葉；在烘烤溫度48 ℃末和烘烤溫度54 ℃末處理下，熟煙葉極顯著大于過熟煙葉，過熟煙葉顯著大于適熟煙葉；在處理T4未熟煙葉大于過熟煙葉大于適熟煙葉；在T7處理下，未熟煙葉與過熟煙葉表現出顯著差異，過熟煙葉與適熟煙葉存在極顯著差異。

表1 不同成熟度的烤煙煙葉烘烤過程中色素含量差異及變化

總葉綠素含量在處理T1時未熟煙葉極顯著大于適熟煙葉，適熟煙葉極顯大于過熟煙葉；在處理T2未熟煙葉極顯著大于過熟煙葉，過熟煙葉大于適熟煙葉；在處理T3和處理T6下，未熟煙葉和過熟煙葉存在極顯著差異，過熟煙葉總葉綠素含量顯著大于適熟煙葉總葉綠素含量；在處理T4下，適熟煙葉的總葉綠素含量和未熟煙葉總葉綠素含量存在差異，但差異并不顯著，但未熟煙葉總葉綠素含量極顯著高于過熟煙葉葉綠素含量，過熟煙葉葉綠素含量顯著大于適熟煙葉總葉綠素含量；在處理T5下，未熟煙葉極顯著大于適熟煙葉，適熟煙葉大于過熟煙葉；在T7處理下，未熟煙葉與適熟煙葉存在極顯著差異，適熟煙葉與過熟煙葉存在極顯著差異，即未熟煙葉總葉綠素含量>適熟煙葉總葉綠素含量>過熟煙葉總葉綠素含量。

烤煙煙葉類胡蘿卜素含量，除處理T4和處理T6外，各成熟度均存在極顯著性差異，具體表現為：未熟煙葉類胡蘿卜素含量>適熟煙葉類胡蘿卜素含量>過熟煙葉類胡蘿卜素含量；在處理T4下，適熟煙葉類胡蘿卜素含量大于未熟煙葉類胡蘿卜素含量，但并未表現出顯著性，未熟煙葉類胡蘿卜素含量極顯著大于過熟煙葉類胡蘿卜素含量；在處理T6下，各成熟度煙葉之間類胡蘿卜素含量均存在顯著性差異，具體表現為：未熟煙葉類胡蘿卜素含量高于過熟煙葉類胡蘿卜素含量，過熟煙葉累胡蘿卜素含量高于適熟煙葉類胡羅卜素含量。

煙葉烘烤調制階段，烤煙葉片中葉綠素A、葉綠素B和總葉綠素含量的變化趨勢極其相似，均呈現出減小的趨勢。不同成熟度的處理對鮮煙葉和烘烤過程中色素含量的變化有這較為明顯的影響，鮮煙葉中葉綠素含量隨成熟度的上升而極顯著下降；在烘烤調制期間未熟煙葉葉綠素含量減少的主要時期是處理T4以前，而適熟和過熟煙葉綠素含量減少的主要時期是處理T2以前。且未熟煙葉葉綠素含量減少的速度明顯快于適熟煙葉，適熟煙葉葉綠素含量減少的速度快于過熟煙葉，烘烤結束后葉綠素含量從高到低排序為：未熟煙葉葉綠素含量高于適熟煙葉葉綠素含量，適熟煙葉葉綠素含量高于過熟煙葉葉綠素含量。在不同煙葉成熟度下，烤煙煙葉類胡蘿卜含量變化差異明顯，在新鮮煙葉中，隨著煙葉成熟度上升，類胡蘿卜含量會表現出極顯著下降。在煙葉烘烤調制期間，未成熟煙葉類胡羅卜素含量變化趨勢為先上升再下降再上升最后再下降，期間出現兩次高峰，分別在處理T3和處理T5；適熟煙葉類胡蘿卜素含量先減小后增大再減小最后趨于穩(wěn)定，高峰出現在處理T2；過熟煙葉類胡蘿卜素含量先減小后增大最后減小，高峰出現在處理T6?？竞箢惡}卜素含量依然呈現為未熟煙葉>適熟煙葉>過熟煙葉。

2.2 不同成熟度煙葉烘烤過程中淀粉酶、可溶性淀粉和糖含量變化

從表2中可以看出,煙葉在烘烤過程各溫度末期生理指標的含量由于煙葉成熟度的不同存在極顯著的差異。

可溶性糖含量：在處理T1適熟和過熟煙葉的含量極其接近，且均極顯著大于未熟煙葉；在處理T2、處理T4和處理T7均表現出過熟煙葉極顯著大于適熟煙葉，適熟煙葉可溶性糖含量又極顯著高于未熟煙葉可溶性糖含量；處理T3下，適熟煙葉與過熟煙葉存在極顯著差異，過熟煙葉與未熟煙葉存在極顯著差異，即適熟煙葉可溶性糖含量>過熟煙葉總可溶性糖含量>未熟煙葉總可溶性糖含量。

處理T6時表現為適熟煙葉顯著大于過熟煙葉，過熟煙葉極顯著大于未熟煙葉。不同成熟度煙葉均表現相同的趨勢均表現為先增大后減小再增大最后減小的趨勢，期間出現兩次高峰，過熟煙葉出現在處理T2和處理T5，適熟煙葉出現在處理T3和處理T6，未熟煙葉出現在處理T2和處理T4?？竞罂扇苄蕴呛勘憩F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且均有少量的增加但不明顯。

淀粉含量：處理T1時具體表現出適熟煙葉極顯著大于未熟和過熟煙葉，未熟煙葉和過熟煙葉間無顯著差異；處理T2和處理T5時表現出過熟煙葉極顯著大于適熟煙葉，適熟煙葉極顯著大于未熟煙葉；處理T3、處理T4和處理T6時均表現出適熟煙葉極顯著大于過熟煙葉，過熟煙葉極顯著大于未熟煙葉；烤后適熟煙葉和過熟煙葉無顯著差異，且極顯著大于未熟煙葉。烘烤過程中淀粉含量均呈現減小的趨勢且主要發(fā)生在處理T1至處理T2，減小的速度為未熟煙葉>適熟煙葉>過熟煙葉?？竞蟮矸酆砍尸F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且與烤前相比均有明顯的減少。

淀粉酶：在處理T1時過熟煙葉的含量大于適熟煙葉的含量，未熟煙葉的含量在兩者之間；在處理T3、處理T4和烤后均表現出過熟煙葉淀粉酶含量極顯著大于適熟煙葉淀粉酶含量，但適熟煙葉淀粉酶含量顯著小于未熟煙葉淀粉酶含量；在處理T3下，適熟煙葉顯著小于過熟煙葉，過熟煙葉顯著小于未熟煙葉；處理T5時過熟煙葉顯著小于適熟煙葉，適熟煙葉顯著小于未熟煙葉；處理T6時表現為適熟煙葉與過熟煙葉存在顯著性差異，過熟煙葉與未熟煙葉存在顯著性差異，具體表現為適熟煙葉淀粉酶含量小于過熟煙葉淀粉酶含量。成熟度不同的煙葉均表現相同的趨勢均表現為先減小后增大再減小再增大最后減小的趨勢，期間出現多次高峰。烤后淀粉酶含量表現為過熟煙葉<適熟煙葉<未熟煙葉，且均有少量的增加但不明顯。

2.3 烘烤過程中煙葉蛋白質含量和氨基酸含量的變化

蛋白質含量：處理T1時具體表現出過熟煙葉大于適熟煙葉大于未熟煙葉；處理T2時表現出過熟煙葉大于適熟煙葉，適熟煙葉大于未熟煙葉；處理T3、處理T4和處理T6時均表現出適熟煙葉小于過熟煙葉，過熟煙葉大于未熟煙葉；烤后適熟煙葉和過熟煙葉無顯著差異，且大于未熟煙葉。烘烤過程中蛋白質含量均呈現增加-減小-增加-減小-增加的趨勢?？竞蟮鞍踪|含量呈現為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且與烤前相比均有明顯的減少。

氨基酸含量：處理T1時具體表現出過熟煙葉小于適熟煙葉小于未熟煙葉；處理T2和處理T5時表現出過熟煙葉小于適熟煙葉，適熟煙葉小于未熟煙葉；處理T3、處理T4時均表現出適熟煙葉大于過熟煙葉，過熟煙葉小于未熟煙葉；烤后適熟煙葉和過熟煙葉無顯著差異，且大于未熟煙葉。烘烤過程中氨基酸含量均呈現增加-減小的趨勢?？竞蟀被岷砍尸F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉。

內肽酶：處理T1時具體表現出過熟煙葉大于適熟煙葉大于未熟煙葉；處理T2時表現出過熟煙葉大于適熟煙葉，適熟煙葉大于未熟煙葉；處理T4時表現出適熟煙葉小于過熟煙葉，過熟煙葉大于未熟煙葉；烤后適熟煙葉和過熟煙葉無顯著差異，且大于未熟煙葉。烘烤過程中內肽酶含量均呈現增加-減小-增加-減小的趨勢。烤后內肽酶含量呈現為適熟煙葉>過熟煙葉>未熟煙葉。

氨肽酶：處理T1時具體表現出過熟煙葉小于適熟煙葉小于未熟煙葉；處理T2和處理T4時表現出過熟煙葉小于適熟煙葉，適熟煙葉小于未熟煙葉；處理T4時均表現出適熟煙葉大于過熟煙葉，過熟煙葉小于未熟煙葉；烤后適熟煙葉和過熟煙葉無顯著差異，且小于未熟煙葉。烘烤過程中氨肽酶含量均呈現增加-減小的趨勢?？竞蟀彪拿负砍尸F為過熟煙葉<適熟煙葉<未熟煙葉。

表3 煙葉烘烤過程中蛋白質、氨基酸、內肽酶和氨肽酶含量變化及差異

3 討 論

3.1 不同成熟度煙葉烘烤過程中色素含量變化

姚益群等[11]研究指出，雖然煙草煙葉的色素沒有香味表征，但是煙葉色素在經過一系列轉化后會影響煙草香氣品質的重要因素。類胡蘿卜素和類胡蘿卜素的降解產物是煙草重要的香氣來源，會對煙草煙葉品質起到決定性作用。周益衡等[12]研究發(fā)現葉綠素在烤煙烘烤調制過程中會分解成葉醇，葉醇再次脫水降解產物植物呋喃和新植二烯能增加烤煙的清香氣息。試驗結果顯示隨著烘烤的進行煙葉中葉綠素含量均表現為減小的趨勢，且主要發(fā)生在變黃期；

適熟煙葉和過熟煙葉葉綠素含量降解集中發(fā)生在鮮樣至36 ℃末期間，未熟煙葉集中在鮮樣至42 ℃末期間，降解速度表現為未熟煙葉>適熟煙葉>過熟煙葉。這與孫福山[13]的研究結果相一致，即葉綠素在變黃期快速降解，特別是烘烤的前48 h降解量大，之后變緩，在 45 ℃后基本穩(wěn)定。這說明成熟度越高鮮葉葉綠素含量越低，烘烤過程中降解速度較慢，主要降解時間越短。所以針對不同成熟度煙葉的烘烤應采用不同的烘烤方法使煙葉葉綠素在不同的烘烤溫度之前降解使煙葉變黃，防止煙葉烤青烤焦。

葉綠素含量在烤煙烘烤過程中差異極顯著，烤后煙葉葉綠素含量從高到低依次是：未熟煙葉、過熟煙葉、適熟煙葉；適熟煙葉葉綠素充分降解，烤后含量僅為1.3 mg/100g。類胡蘿卜素烘烤過程中不呈規(guī)律性的下降，可能是由于水分含量的變化導致；烤后類胡蘿卜素含量均有一定的下降，且含量表現為未熟煙葉>適熟煙葉>過熟煙葉。調制過程中色素降解較為徹底，能大幅提高煙草香氣質量，煙葉質量，工業(yè)加工價值[14]。煙葉在燃吸時若葉綠素含量過高，會產生明顯的青雜氣，帶來嚴重的刺激性[12]，烤后煙葉葉綠素過高對煙葉品質不利，然而類胡蘿卜素含量的增加對于評吸結果有利[15]。

3.2 不同成熟度煙葉烘烤過程中淀粉酶、可溶性淀粉和糖含量變化

煙草在生長成熟過程中，其農藝性狀，生理生化指標不斷發(fā)生改變，這些變化直接或間接的影響著不同生育期不同成熟度煙草葉片的烘烤調制特性和烤后煙葉質量等級以及工業(yè)再加工性[16-21]，所以煙草鮮煙葉的成熟度直接影響著烘烤過程中煙葉的烘烤特性和烤后煙葉的質量?？竞蟮矸酆砍尸F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且與烤前相比均有明顯的減少。這與孫福山的研究結果有相同之處亦有所區(qū)別，變黃期是淀粉降解的主要時期，淀粉含量隨成熟度的提高而明顯降低，適熟鮮煙葉淀粉含量較高，烘烤中降解較快[13]；成熟度較低的煙葉淀粉降解時間較長。淀粉通過烘烤水解為糖，糖可使煙葉香氣濃郁，吃味醇和[3,22]，淀粉的降解與多種因素有關，宮長榮[23]研究表明，煙葉含水量在百分之五十以下時，淀粉降解速率很低，淀粉含量很穩(wěn)定。淀粉酶的含量隨著烤煙的成熟度不同而不同，淀粉酶含量影響著可溶性糖和淀粉的水解[24]。本研究結果顯示烤后可溶性糖含量表現為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且均有少量的增加但不明顯?？竞蟮矸酆砍尸F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且與烤前相比均有明顯的減少。烤后淀粉酶含量表現為過熟煙葉<適熟煙葉<未熟煙葉，且均有少量的增加但不明顯。

3.3 烘烤過程中烤煙煙葉蛋白質和氨基酸含量的變化

烘烤過程中過熟煙葉的可溶性蛋白含量明顯高于適熟和未熟煙葉，烤后高達48.95 mg/g，雖然烤后煙葉蛋白含量均低于普遍優(yōu)質煙葉的蛋白含量標準(7 %～9 %)[25]，但唯有適熟煙葉烤后的蛋白含量最低，對煙葉吸味品質的不利影響最小。不同成熟度煙葉中的蛋白質含量在烘烤過程中均表現為持續(xù)下降，而游離氨基酸含量變化差異明顯，在烤煙尚熟煙葉中游離氨基酸含量呈持續(xù)上升現象，而適熟和過熟煙葉呈現“上升-下降-上升”的變化趨勢[26]。尚熟煙葉的蛋白質在采摘前積累合成量較多，可能在某種熱穩(wěn)定性較好的酶作用下，在烘烤過程中煙葉游離氨基酸含量持續(xù)上升。而適熟和過熟煙葉隨著烘烤時間推移和烘烤溫度上升。內肽酶是促進可溶性蛋白質生成游離氨基酸的關鍵酶，其活性高低直接影響著蛋白質與游離氨基酸的消長速率[27]。隨著溫度的升高，在低溫變黃期能顯著提高煙葉內肽酶的活性，其中適熟和過熟煙葉對環(huán)境的溫度脅迫更加敏感，其內肽酶活性較高，生成多肽來減輕逆境環(huán)境中氧自由基的損傷[28]。本研究結果表明，烘烤過程中蛋白質含量均呈現增加-減小-增加-減小-增加的趨勢。烤后蛋白質含量呈現為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉，且與烤前相比均有明顯的減少。烘烤過程中氨基酸含量均呈現增加-減小的趨勢?？竞蟀被岷砍尸F為過熟煙葉>適熟煙葉>未熟煙葉。烘烤過程中內肽酶含量均呈現增加-減小-增加-減小的趨勢。烤后內肽酶含量呈現為適熟煙葉>過熟煙葉>未熟煙葉。烘烤過程中氨肽酶含量均呈現增加-減小的趨勢?？竞蟀彪拿负砍尸F為過熟煙葉<適熟煙葉<未熟煙葉。

4 結 論

綜合分析得出煙葉成熟度對烘烤過程中煙葉的大分子物質代謝具有重要影響；適宜成熟度采收的煙葉烘烤過程中色素降解速度較快且烤后降解較徹底，淀粉水解為水溶性糖較為徹底，淀粉酶活性強，對煙葉香味及吸味品質形成較為有利。過熟煙葉色素含量降解少、烤后含量較低烘烤過程中蛋白質含量均呈現增加-減小-增加-減小-增加、氨基酸含量均呈現增加-減小、內肽酶含量均呈現增加-減小-增加-減小的趨勢。成熟度適宜的煙葉烘烤過程中色素降解速度較快且較徹底。淀粉、淀粉酶含量適宜，淀粉水解為水溶性糖較為徹底，蛋白質、氨基酸的含量適宜，利于美拉德反應的完成，對煙葉品質形成具有重要作用。