濕球溫度對(duì)煙葉密集烘烤過(guò)程中酶促棕色化反應(yīng)及烤后質(zhì)量的影響

李曉輝，甄煥菊，李雪利，趙銘欽，典瑞麗

（1.中國(guó)煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，河南 鄭州 450008；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002）

烘烤在煙葉生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，是保證煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1］。水分是酶的活化劑，烘烤過(guò)程中煙葉水分含量和烤房濕度對(duì)煙葉生理生化反應(yīng)產(chǎn)生重要的影響［2］。隨著密集烤房的迅速發(fā)展，烤房的溫濕度控制水平不斷提高，但是煙農(nóng)選控濕球溫度沒(méi)有明確的界定，導(dǎo)致烤后煙葉出現(xiàn)掛灰、雜色、黑糟，這些現(xiàn)象即為棕色化反應(yīng)的結(jié)果［3］。所以通過(guò)控制不同濕球溫度來(lái)調(diào)控棕色化反應(yīng)具有重要意義。

多酚氧化酶（PPO）是煙葉組織中一種重要酶類，作為酶促棕色化反應(yīng)的介導(dǎo)物，其活性大小直接影響酶促棕色化反應(yīng)的速度［4］。烘烤階段的變黃末期至定色期，為棕色化反應(yīng)敏感期。PPO活性對(duì)水分變化較為敏感，多酚類物質(zhì)易被PPO等氧化為醌。醌類物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)聚合生成類黑素，降低煙葉的外觀和內(nèi)在品質(zhì)［5］。韓錦峰等［6］認(rèn)為在變黃末期失水率超過(guò)50%，PPO活性會(huì)迅速降低，避免棕色化反應(yīng)。王松鋒等［7］研究認(rèn)為高濕處理有助于降低膜脂過(guò)氧化水平，有利于提高煙葉的烘烤質(zhì)量。羅定棋等［8］認(rèn)為控濕烘烤可以有效減少青煙、黑糟煙的發(fā)生。文俊等［9］研究表明濕度對(duì)煙葉化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化和質(zhì)量的形成影響最大。李昱霖等［10］認(rèn)為同步預(yù)熱低濕變黃烘烤工藝處理烤后煙葉外觀質(zhì)量好，化學(xué)成分協(xié)調(diào)。劉勇等［11］研究表明，多雨地區(qū)在變黃后期提前排濕的烘烤工藝，有利于提升上等煙比例。

由上看出，目前對(duì)于控制濕球溫度的研究多集中在其對(duì)香氣、烤后煙產(chǎn)質(zhì)量影響等方面，而其對(duì)烘烤過(guò)程中酶促棕色化反應(yīng)影響的研究較少。因此本試驗(yàn)在棕色化反應(yīng)敏感時(shí)期，通過(guò)控制濕球溫度，研究其對(duì)烘烤過(guò)程中煙葉水分、色素、PPO和多酚類物質(zhì)的影響，以期減少酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，提升煙葉烘烤質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年在河南省許昌市王洛鎮(zhèn)（N 33°57′31.16″，E 113°29′29.57″，海拔108 m）進(jìn)行。試驗(yàn)地為粉砂質(zhì)粘壤土，肥力均勻，地面平整，灌溉方便，肥力中等。

供試品種云煙87，田間種植300 m2左右，三行區(qū)，每行150株，行距120 cm，株距50 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)烘烤濕球溫度處理：

T1：低濕球溫度處理。裝箱后，以2 h左右升溫1℃的速度將干球溫度升到35～38℃，保持干濕球溫度差為1～2.5℃，使煙葉變黃七至八成；在40～54℃（變黃后期至定色期）后調(diào)至濕球溫度35～36℃。干筋期持續(xù)升溫，升到65～68℃并穩(wěn)住，濕球溫度控制在42℃左右。

T2：中濕球溫度處理。裝箱后，以2 h左右升溫1℃的速度將干球溫度升到35～38℃，保持干濕球溫度差為1～2.5℃，使煙葉變黃七至八成；在40～54℃（變黃后期至定色期）后使?jié)袂驕囟确€(wěn)定在37～38℃。干筋期持續(xù)升溫，升到65～68℃并穩(wěn)住，濕球溫度控制在42℃左右。

T3：高濕球溫度處理。裝箱后，以2 h左右升溫1℃的速度將干球溫度升到35～38℃，保持干濕球溫度差為1～2.5℃，使煙葉變黃七至八成；在40～54℃（變黃后期至定色期）后調(diào)至濕球溫度在39～40℃。干筋期持續(xù)升溫，升到65～68℃并穩(wěn)住，濕球溫度控制在42℃左右。

1.3 取樣方法

于烤前和開(kāi)始烘烤后的24 h取樣，此后每隔24 h取樣1次，每次取煙葉10片，分成3份。其中一份用于煙葉含水率測(cè)定；一份切去葉尖和基部各1/3區(qū)域，留葉中間1/3區(qū)域，裝在液氮罐中用于酶活性測(cè)定；一份于105℃殺青15 min、60℃下烘干，用粉碎機(jī)粉碎并過(guò)60目篩后保存，用于多酚類指標(biāo)和化學(xué)成分的測(cè)定。各處理均重復(fù)3次。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用殺青烘干法［12］測(cè)定煙葉含水率；分光光度計(jì)法測(cè)定葉綠素含量［13］；參照Wang等［14］的方法稍作修改測(cè)定PPO活性：取樣0.300 g，在液氮中研成粉末，加入3 mL提取緩沖液［0.1 mol/L乙酸-乙酸鈉（pH=6.0），1 mmol/L EDTA，0.3% Triton X-100，2% PVP］及少許石英砂于冰浴中研磨勻漿，12 000 g、4℃離心15 min，取上清液并分裝保存于-70℃超低溫冰箱，用于PPO活性測(cè)定；采用YC/T 202—2006［15］中的方法測(cè)定總酚含量。外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)由河南中煙公司技術(shù)中心分級(jí)專家按照外觀質(zhì)量量化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，外觀質(zhì)量權(quán)重為：顏色0.1、成熟度0.15、葉片結(jié)構(gòu)0.2、身份0.2、油分0.1、色度0.1、葉面組織0.05、柔韌性0.05、光澤度0.05。感官質(zhì)量由河南中煙公司技術(shù)中心和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院評(píng)吸專家按河南中煙技術(shù)中心單料煙質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法進(jìn)行評(píng)估。

感官總分=（香氣質(zhì)+香氣量）×2.4+（濃度+余味）×1.6+勁頭+雜氣+刺激性，滿分99分。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖分別用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濕球溫度對(duì)煙葉含水率的影響

變黃期完成后的煙葉含水率多少是決定能否發(fā)生棕色化反應(yīng)的先決條件，煙葉水分狀況決定其生命活動(dòng)的強(qiáng)弱。由圖1可知，不同濕球溫度處理下煙葉含水率都隨著烘烤的推進(jìn)呈下降趨勢(shì)。烘烤過(guò)程中煙葉主要的失水期發(fā)生在48～96 h。隨著濕球溫度的提高，煙葉含水率降低。烘烤24～96 h煙葉含水率均表現(xiàn)為T3＞T2＞T1，且差異顯著（P＜0.05）。0～96 h，T1、T2和T3處理的煙葉失水量分別為85.7%、80.3%和77.4%。0～96 h，各處理煙葉失水速率表現(xiàn)為T1＞T2＞T3。這表明不同濕球溫度處理對(duì)煙葉水分散失有一定程度的影響。

2.2 不同濕球溫度對(duì)煙葉葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，整個(gè)烘烤進(jìn)程中，葉綠素含量在烘烤的前48 h內(nèi)迅速降解，此后降解緩慢，烘烤結(jié)束時(shí)各處理葉綠素含量差異不顯著。0～96 h，葉綠素含量始終表現(xiàn)為T3＞T2＞T1，且在24～72 h期間差異顯著（P＜0.05）。從葉綠素降解量來(lái)看，T1、T2和T3處理的葉綠素降解量分別為94.9%、89.9%和87.0%。從葉綠素降解速率來(lái)看，0～96 h各處理表現(xiàn)為T1＞T2＞T3。這表明不同濕球溫度對(duì)鮮煙葉葉綠素含量和烘烤過(guò)程中葉綠素降解速率有較大影響。

圖1 不同濕球溫度對(duì)煙葉含水率的影響

圖2 不同濕球溫度對(duì)煙葉葉綠素含量的影響

2.3 不同濕球溫度對(duì)煙葉PPO活性的影響

從圖3可以看出，不同濕球溫度處理的PPO活性變化規(guī)律相似，即烘烤0～48 h呈下降趨勢(shì)，48～72 h短暫上升，之后持續(xù)下降。24、96 h時(shí)各處理PPO活性差異顯著（P＜0.05）；48 h，T1和T3處理PPO活性差異不顯著，表現(xiàn)為T3＞T1＞T2；72 h，T1和T3處理PPO活性差異也不顯著，表現(xiàn)為T1＞T3＞T2。這表明，在棕色化反應(yīng)敏感期T1和T3處理的PPO活性較高。

圖3 不同濕球溫度對(duì)煙葉PPO活性的影響

2.4 不同濕球溫度對(duì)煙葉總酚含量的影響

如圖4所示，隨著烘烤的推進(jìn)，各處理煙葉總酚含量總體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，但72 h時(shí)有一定程度的下降?？竞罂偡雍棵黠@高于烤前。0～24 h，各處理煙葉總酚含量差異不顯著；48～96 h，各處理總酚含量表現(xiàn)為T2＞T3＞T1，且各處理差異顯著（P＜0.05）。這說(shuō)明不同濕球溫度對(duì)煙葉總酚積累有較大影響，T2處理有利于總酚積累。

圖4 不同濕球溫度對(duì)煙葉總酚含量的影響

2.5 不同濕球溫度對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表1可以看出，T2處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例均高于T1和T3。其中上等煙比例和均價(jià)分別較T1和T3高出8.3、7.1個(gè)百分點(diǎn)和0.2、1.0元/kg。這說(shuō)明在干球溫度40～54℃（變黃后期至定色期）后，使?jié)袂驕囟确€(wěn)定在37～38℃有利于提高烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀。

表1 不同處理烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀

2.6 不同濕球溫度對(duì)烤后煙葉感官質(zhì)量的影響

由表2可以看出，不同濕球溫度處理下烘烤后煙葉卷制成單料煙的評(píng)吸感官質(zhì)量有較大差異。從香型風(fēng)格看，各處理烘烤后的煙葉都表現(xiàn)為焦甜焦香型。從質(zhì)量評(píng)價(jià)值來(lái)看，T2處理總分最高，為70.5分，表現(xiàn)為勁頭適宜，余味充足，尚柔和；T1處理評(píng)分相對(duì)較低，為68.4分，表現(xiàn)為勁頭較小，余味稍澀口，煙香不夠純凈；T3處理評(píng)分最低，僅為68.3分，表現(xiàn)為勁頭中等偏大，可用性偏低。

表2 不同處理烤后煙葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.7 不同濕球溫度對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量和物理特性的影響

由表3可以看出，從外觀質(zhì)量方面看，T2處理烤后煙葉成熟度、結(jié)構(gòu)、顏色和身份優(yōu)于T1和T3，這說(shuō)明不同濕球溫度對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。同時(shí)，濕球溫度高對(duì)油分和色度方面影響較小。在棕色化反應(yīng)敏感期，濕球溫度穩(wěn)定在37～38℃可以提高煙葉烤后成熟度，改善煙葉結(jié)構(gòu)、顏色和身份。從物理特性方面看，各處理煙葉烤后的含梗率、葉質(zhì)重、拉力和填充值均不同。其中T2處理煙葉含梗率和拉力最低，葉質(zhì)重最高，這說(shuō)明在棕色化反應(yīng)敏感期，濕球溫度穩(wěn)定在37～38℃可以減少內(nèi)含物消耗，提高葉質(zhì)重和煙葉質(zhì)量。

表3 不同處理烤后煙葉外觀質(zhì)量和物理特性

3 討論

烘烤過(guò)程中，煙葉在適宜的溫濕度條件下進(jìn)行著失水干燥的物理變化和內(nèi)部生物化學(xué)變化，兩者協(xié)調(diào)統(tǒng)一。烘烤期間煙葉內(nèi)的大分子物質(zhì)降解受制于環(huán)境溫濕度所影響到的水分動(dòng)態(tài)［16］。馬玉紅等［17］研究表明，煙葉出現(xiàn)汗?fàn)C、烤紅、掛灰等問(wèn)題，是葉片在變黃末期和定色期溫度高且煙葉水分多綜合作用的結(jié)果。因此，變黃末期和定色期改變環(huán)境中的濕球溫度對(duì)于烤煙質(zhì)量的形成有重大影響。岳城等［18］研究表明，定色期是煙葉在烘烤過(guò)程中的主要失水期。本研究表明，不同濕球溫度對(duì)于煙葉含水率有重要影響：低濕球溫度條件下，煙葉失水量大且失水速率快；高濕球溫度條件下，失水量小且煙葉含水率高。這與武圣江等［19］的研究結(jié)果一致。同時(shí)，不同濕球溫度對(duì)于烘烤過(guò)程中葉綠素的降解有重要影響：在棕色化反應(yīng)敏感期，葉綠素降解量T1＞T2＞T3，說(shuō)明濕球溫度影響葉綠素的降解。T3處理葉綠素含量高可能是煙葉所處環(huán)境水分較多而致煙葉生理代謝遲緩，葉綠素降解慢［20］。T1處理葉綠素含量最低，可能是因?yàn)椋簼袂驕囟鹊停瑹熑~失水快，使得烤箱通氣狀況改善，且隨著烘烤的進(jìn)行，烤箱內(nèi)環(huán)境溫度不斷升高，煙葉代謝加快從而引起葉綠素降解速率升高［21］。

多酚氧化酶（PPO）是呼吸鏈末端氧化酶之一，參與多酚類物質(zhì)的氧化，是酶促棕色化反應(yīng)的關(guān)鍵酶，在煙株防御保護(hù)體系中起著重要作用。烘烤過(guò)程中，其活性大小和煙葉含水率密切相關(guān)［22］。各處理煙葉PPO活性在變黃期呈下降趨勢(shì)，可能是因?yàn)樽凕S末期至定色期煙葉開(kāi)始大量失水，從而導(dǎo)致PPO活性下降。烘烤過(guò)程中，定色期PPO活性越大，變褐速度越快，且與烤后雜色煙葉比例呈顯著正相關(guān)［23］。而過(guò)早地降低PPO活性會(huì)使煙葉干燥速度過(guò)快，易形成大量青煙或黃中帶青煙，嚴(yán)重影響煙葉品質(zhì)［24］。因此T2處理煙葉的PPO活性有利于其品質(zhì)提升。

酶促棕色化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)在于煙葉中的多酚類物質(zhì)在多酚氧化酶的作用下，經(jīng)氧化產(chǎn)生黑褐色的醌類物質(zhì)，這類物質(zhì)積累和聚合會(huì)導(dǎo)致煙葉由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌潭鹊暮稚?5］。賀文俊等［26］研究表明：總酚含量烘烤的前24 h增加，而后略有下降，72 h之后又升高，至烘烤結(jié)束其總量明顯增加。本研究結(jié)果也顯示：總酚含量烘烤72 h時(shí)會(huì)有一定的下降，表現(xiàn)為T2＞T3＞T1。T1處理的總酚含量較低，且在72 h之后含量無(wú)差別，可能是因?yàn)镻PO活性喪失，而酚類物質(zhì)被活性氧和過(guò)氧化酶氧化導(dǎo)致［27］；T3處理的總酚含量較低是由于PPO活性的增加，其多酚類物質(zhì)含量會(huì)被PPO氧化導(dǎo)致。定色期至烤后，煙葉總酚含量均以T2處理最高，說(shuō)明T2處理下，PPO作用于多酚類物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)能夠維持一定的平衡狀態(tài)，即多酚類物質(zhì)在被氧化的同時(shí)也在不斷還原，因此棕色化反應(yīng)不易發(fā)生［28］。

不同濕球溫度處理對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性狀和物理特性都有重要影響。詹軍等［29］研究表明，密集烘烤后期濕度對(duì)烤煙的各類致香物質(zhì)有密切的關(guān)系。黃寶瑞等［30］研究表明，在隆林煙區(qū)，合理提高濕球溫度有利于提高煙葉外觀質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性狀。本研究表明，在經(jīng)濟(jì)性狀方面，T2處理上等煙比例、均價(jià)、產(chǎn)值和產(chǎn)量均高于T1和T3；在外觀質(zhì)量方面，T2處理顯著提高烤后煙葉成熟度、結(jié)構(gòu)、顏色和身份；在感官質(zhì)量方面，T2處理評(píng)分最高，烤后煙評(píng)吸效果好；在物理特性方面，T2處理含梗率和拉力最低，葉質(zhì)重最高，說(shuō)明T2處理濕球溫度可以減少內(nèi)含物消耗。

4 結(jié)論

綜合來(lái)看，變黃末期至定色期，濕球溫度對(duì)烘烤過(guò)程中煙葉含水率、葉綠素含量、PPO活性、總酚含量、經(jīng)濟(jì)性狀、外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量和物理特性均有重要影響。處理間比較，T2處理即在40～54℃（變黃后期至定色期）后使?jié)袂驕囟确€(wěn)定在37～38℃，其PPO活性較低，葉綠素含量適中，有利于抑制煙葉酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，且總體上其經(jīng)濟(jì)性狀、外觀質(zhì)量和物理特性好，感官質(zhì)量更優(yōu)越，從而提高烤煙品質(zhì)。