不同成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征及主要化學(xué)成分變化特征

向東，段淑輝，丁松爽，王振華，符昌武，王祖富，操?gòu)埡?，覃瀟，時(shí)向東

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；2.中國(guó)煙草總公司湖南省公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；3.中國(guó)煙草總公司湖南省公司張家界市公司，湖南 張家界 427000；4.中國(guó)煙草總公司湖南省公司張家界市公司桑植縣分公司，湖南 桑植 427100）

雪茄煙是一類較為特殊的煙草制品，其煙葉經(jīng)過晾制、發(fā)酵、醇化后手工卷制成吸用煙卷，供消費(fèi)者吸食［1－3］。近年來隨著中式雪茄的興起，其強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭激發(fā)了工業(yè)企業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)雪茄煙原料的需求，同時(shí)也對(duì)國(guó)產(chǎn)雪茄煙葉原料的質(zhì)量提出更高要求，所以突破相關(guān)的技術(shù)瓶頸及原料制約迫在眉睫。

適宜的采收成熟度作為優(yōu)質(zhì)煙葉原料形成其特色質(zhì)量風(fēng)格的重要前提之一，歷年來一直是行業(yè)研究熱點(diǎn)［4－8］。劉輝［9］研究了貴陽煙區(qū)采收成熟度與質(zhì)量香韻之間的關(guān)系，確定了不同部位的適熟采收標(biāo)準(zhǔn)；張麗英［10］以紅花大金元為試驗(yàn)材料，探究了采收成熟度對(duì)其烘烤品質(zhì)的影響；王寒等［11］研究表明，適當(dāng)提高采收成熟度可顯著提升下二棚及中上部葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性；劉國(guó)順等［12］提出，較高的采收成熟度有利于香氣質(zhì)的提高，彰顯上部葉的特色質(zhì)量風(fēng)格?？梢钥闯?，前人在烤煙采收成熟度方面的研究已頗為深入，而關(guān)于采收成熟度對(duì)雪茄煙葉顏色表征與化學(xué)成分的影響則鮮有研究報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)以雪茄煙品種ND－2為材料，研究不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征與化學(xué)成分的變化及二者之間的關(guān)系，旨在明確雪茄煙葉晾制機(jī)理，完善國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉原料晾制技術(shù)體系，為國(guó)產(chǎn)雪茄煙葉原料綜合質(zhì)量的提升提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為雪茄煙品種ND－2。栽培試驗(yàn)于2020年在湖南省張家界市桑植縣龍?zhí)镀烘?zhèn)進(jìn)行，5月7日移栽，行株距為120 cm×40 cm。施氮量為234 kg／hm2，氮磷鉀配比為1.0∶1.5∶2.0。各項(xiàng)大田管理措施按照優(yōu)質(zhì)雪茄煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程執(zhí)行，各項(xiàng)操作及時(shí)一致，同一管理措施當(dāng)天完成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

中部葉（自下而上第8～12片）進(jìn)入成熟采收期時(shí)，按照表1中的分類標(biāo)準(zhǔn)分批采收各成熟度煙葉，即從M1到M3煙葉的成熟度依次增高。采收后，分別選取質(zhì)量均勻的鮮煙葉編20竿，按照優(yōu)質(zhì)雪茄煙晾制技術(shù)規(guī)程進(jìn)行晾制。晾制結(jié)束后，將煙葉置于溫度45℃、濕度80%的恒溫恒濕箱中進(jìn)行初次發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后將煙葉取出待測(cè)。

表1 煙葉成熟度分類標(biāo)準(zhǔn)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 顏色表征 測(cè)定明度色品指數(shù)L*（限值為0～100，0代表黑色度，100代表白色度）、紅綠色品指數(shù)a*（正值代表紅色度，負(fù)值代表綠色度）、黃藍(lán)色品指數(shù)b*（正值代表黃色度，負(fù)值代表藍(lán)色度），計(jì)算飽和度C（表示顏色的純度，其值越大代表顏色越飽滿強(qiáng)烈，值越小代表顏色越稀疏暗淡）、總色差△E（表示整體色澤的變化程度，是L*、a*、b*的綜合差別）、褐變指數(shù)BI（表示整體褐變程度，其值越大代表褐變程度越深，值越小代表褐變程度越淺）。

測(cè)定方法：煙葉于105℃殺青15 min后，45℃烘干至恒重，磨碎過60目篩，采用HP－C210色差儀測(cè)定。色差儀以廠家配備的標(biāo)準(zhǔn)白板、黑板校正作為基準(zhǔn)，校正完成后測(cè)定煙末L*、a*及b*值，平行測(cè)定3次，取其平均值。

飽和度C、總色差△E、褐變指數(shù)BI計(jì)算公式為：

式中，L*為明度色品指數(shù)，a*為紅綠色品指數(shù)，b*為黃藍(lán)色品指數(shù)，為該變量在晾制過程中各取樣時(shí)期的特征值為該變量在晾制0天的特征值，x為褐變指數(shù)計(jì)算系數(shù)。

1.3.2 常規(guī)化學(xué)成分 發(fā)酵后煙樣水溶性總糖、還原糖含量按照YC／T 159—2019中的方法測(cè)定，總氮、煙堿、鉀、氯含量依次按照YC／T 161—2002、YC／T 160—2002、YC／T 217—2002、YC／T 162—2011中的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2002和DPS 7.05、SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析、差異顯著性分析、典型相關(guān)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征及常規(guī)化學(xué)成分含量變化規(guī)律

采收成熟度主要通過影響色素含量進(jìn)而影響煙葉晾制過程中的顏色表征。由圖1可知，各項(xiàng)顏色表征參數(shù)均表現(xiàn)為M3＞M2＞M1，總體表現(xiàn)為隨成熟度的提高而上升。本試驗(yàn)所設(shè)成熟度處理只有M1采收時(shí)葉色透綠，M2與M3均已褪綠變黃，所以晾制開始（0 d）時(shí)a*僅M1存在負(fù)值。b*正值為黃，負(fù)值為藍(lán)，M1在0～6 d波動(dòng)幅度最大，M1與M2均于6 d出現(xiàn)峰值，M3于18 d達(dá)到峰值，說明較高采收成熟度可以使雪茄煙葉在晾制中變黃更加徹底。L*各處理均呈右偏單峰變化，峰值出現(xiàn)在18 d。飽和度C，M1與M2均表現(xiàn)為左偏單峰，6 d為峰值，隨后緩慢下降；M3呈右偏單峰，18 d為峰值。△E整體表現(xiàn)為M3＞M2＞M1，各處理均為0～6 d變黃階段波動(dòng)幅度最大，隨后呈波動(dòng)性下降趨勢(shì)。M3與M2的BI峰值均出現(xiàn)在12 d，而M1峰值為6 d，且M3明顯大于M2與M1，表明較高的采收成熟度利于雪茄煙葉在晾制過程中深度褐變。

圖1 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征變化規(guī)律

由圖2可知，雪茄煙葉晾制過程中總氮含量呈緩慢下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為M3＞M2＞M1?？偺桥c還原糖含量規(guī)律類似，均呈左偏單峰變化，0～6 d含量上升，峰值出現(xiàn)在6 d，隨后下降，這是由于雪茄煙葉晾制初期，淀粉等大分子物質(zhì)降解為單糖，導(dǎo)致總糖及還原糖含量增加，而隨著晾制進(jìn)程，糖類物質(zhì)持續(xù)供給一系列生理生化反應(yīng)，導(dǎo)致其含量下降［13－15］。隨著采收成熟度的提高，煙堿持續(xù)由根部合成而后輸送至葉片儲(chǔ)存，所以各處理煙堿含量表現(xiàn)為M3＞M2＞M1。氯含量表現(xiàn)為隨采收成熟度的提高而上升，隨晾制進(jìn)程呈下降趨勢(shì)。鉀含量表現(xiàn)為M1＞M2＞M3，這是由于煙株內(nèi)部鉀在成熟期會(huì)由地上部經(jīng)韌皮部向根部回流及通過根部外排，從而導(dǎo)致鉀含量降低［16－19］。

圖2 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分變化規(guī)律

2.2 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征與化學(xué)成分的描述統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果（表2）顯示，各處理晾制過程中L*、b*、C及BI均呈低變異性（變異系數(shù)＜10%），而a*與△E均表現(xiàn)為中變異性（變異系數(shù)在10%～100%之間），這是由于雪茄煙晾制后，葉色由綠變黃，進(jìn)而變褐，導(dǎo)致a*與△E出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。a*、△E、BI及M3的C偏度絕對(duì)值較大，其它指標(biāo)偏度絕對(duì)值均小于1，基本符合正態(tài)分布。

將BIM技術(shù)應(yīng)用于MEP預(yù)制和安裝技術(shù)，利用其參數(shù)化特點(diǎn)，進(jìn)行分段預(yù)制、加工。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，材料費(fèi)用可以節(jié)省10%、人工費(fèi)用節(jié)省30%、工期節(jié)省40%。在BIM模型的指導(dǎo)下，管道預(yù)制加工更精確、管件材料的計(jì)劃和采購(gòu)更準(zhǔn)確。確保設(shè)計(jì)和安裝的準(zhǔn)確性、提高安裝一次成功率、減少因材料不到位造成施工現(xiàn)場(chǎng)窩工現(xiàn)象、同時(shí)降低不良采購(gòu)造成沒必要損耗，節(jié)約工程施工成本。BIM技術(shù)在MEP安裝和預(yù)制加工中的應(yīng)用，既提高了項(xiàng)目的建造品質(zhì)，又節(jié)約了大量的資源。

表2 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征描述統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果（表3）表明，隨著采收成熟度的提高，總糖及煙堿的變異系數(shù)逐漸下降，氯的變異系數(shù)逐漸上升。各處理總氮、M1與M3的鉀呈低變異性（變異系數(shù)＜10%），其它指標(biāo)均表現(xiàn)為中變異性（變異系數(shù)在10%～100%之間）。M1的總氮及煙堿、M2的總氮偏度絕對(duì)值較大，其它指標(biāo)偏度絕對(duì)值均小于1，基本符合正態(tài)分布。

表3 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分描述統(tǒng)計(jì)分析

2.3 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征及化學(xué)成分的典型相關(guān)分析

2.3.1 顏色表征及化學(xué)成分之間典型相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn) 為進(jìn)一步分析顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分之間的關(guān)系，采用SPSS 25.0軟件對(duì)晾制過程中雪茄煙葉顏色表征L*（x1）、a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）、BI（x6）與常規(guī)化學(xué)成分總氮（y1）、煙堿（y2）、總糖（y3）、還原糖（y4）、鉀（y5）、氯（y6）進(jìn)行典型相關(guān)分析，結(jié)果（表4）表明，共有4組典型變量間的相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著水平，因此，對(duì)這4組典型變量進(jìn)行分析。

表4 晾制過程中顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分 之間典型相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

2.3.2 顏色表征及化學(xué)成分與典型變量之間的關(guān)系 由于原始變量的數(shù)據(jù)計(jì)量單位各不相同，不宜直接用于分析，故采用標(biāo)準(zhǔn)化典型相關(guān)系數(shù)建立典型相關(guān)模型mi和li，其中，mi表示顏色表征的典型相關(guān)模型，li表示常規(guī)化學(xué)成分的典型相關(guān)模型，并計(jì)算其原始變量與典型變量之間的相關(guān)系數(shù)（用ri表示，下同），結(jié)果見表5和表6。

表5 晾制過程中顏色表征與典型變量間的相關(guān)系數(shù)

表6 晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分與典型變量間的相關(guān)系數(shù)

第Ⅰ組典型變量的構(gòu)成如下：

在達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）的第Ⅰ組典型變量（u1，v1）中，由u1與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可得，u1與L*（x1）、BI（x6）存在較高的負(fù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別是－0.949、－0.877，與△E原始變量的相關(guān)性則較低，由于a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）在典型變量u1上的系數(shù)與其相關(guān)系數(shù)相反，故a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）在典型變量u1中作為校正（或稱抑制）變量存在［20－22］，不予分析。由v1與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知，v1與煙堿（y2）呈較高負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為－0.889，與鉀（y5）呈較高正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.935，與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明，L*、BI與煙堿、鉀之間關(guān)系密切，在一定范圍內(nèi)，隨著L*、BI數(shù)值的下降，煙堿呈上升趨勢(shì)，鉀含量則表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。

第Ⅱ組典型變量構(gòu)成如下：

在達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）的第Ⅱ組典型變量（u2，v2）中，由u2與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可知，u2與△E（x5）存在較高負(fù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為－0.935，與其它顏色表征原始變量的相關(guān)性則較低。由v2與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知，v2與總氮（y1）存在較高正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.592，與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明，在一定范圍內(nèi)，隨著△E的減小，煙葉總氮含量呈增加趨勢(shì)。

在達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）的第Ⅲ組典型變量（u3，v3）中，除去校正（抑制）變量后，BI（x6）的載荷較大，為－0.191，其它顏色表征原始變量的載荷則較低。由v3與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知，v3與氯（y6）呈較高正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.661，與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性則較低。此線性組合可以理解為，在一定范圍內(nèi)，隨著BI數(shù)值的減小，氯離子含量呈上升趨勢(shì)。

第Ⅳ組典型變量構(gòu)成如下：

在達(dá)到顯著水平（P＜0.05）的第Ⅳ組典型變量（u4，v4）中，由u4與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可知，u4與b*（x3）、C（x4）存在較高正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別是0.407、0.379，與其它顏色表征原始變量相關(guān)性較低。由v4與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知，v4與總糖（y3）、還原糖（y4）呈較高正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.692、0.618，與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明，在一定范圍內(nèi)，隨著b*、C數(shù)值的上升，總糖及還原糖含量均呈上升趨勢(shì)。

2.3.3 顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分的典型冗余分析 由表7可知，4組典型變量共解釋顏色表征指標(biāo)自身變異96.50%、常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)自身變異67.00%的信息。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組典型變量分別解釋顏色表征自身變異57.20%、31.20%、2.20%、5.90%的信息，反映常規(guī)化學(xué)成分31.00%、8.40%、10.90%、16.70%的信息。顏色表征的4組典型變量分別反映常規(guī)化學(xué)成分總變異55.40%、27.00%、1.10%、1.70%，共計(jì)85.20%的信息；常規(guī)化學(xué)成分的4組典型變量分別反映顏色表征總變異30.00%、7.20%、5.30%、4.80%，共計(jì)47.30%的信息。

表7 晾制過程中顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分 的典型冗余分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

采收成熟度決定了雪茄煙葉進(jìn)入晾制階段的物質(zhì)基礎(chǔ)，采收成熟度適宜的雪茄煙葉組織結(jié)構(gòu)疏松、干物質(zhì)積累豐富，有利于煙葉充分變黃、徹底變褐，提升其化學(xué)成分協(xié)調(diào)性［5，23－26］。煙葉化學(xué)成分的含量及其協(xié)調(diào)性作為質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的重要組成，代表了其內(nèi)在品質(zhì)的高低。本試驗(yàn)中，隨著采收成熟度的提高，總氮、煙堿和氯表現(xiàn)為M3＞M2＞M1，總糖、還原糖與鉀表現(xiàn)為M1＞M2＞M3，這與林開創(chuàng)［27］、王潔［28］等的研究結(jié)果基本一致。晾制過程中的顏色表征不僅是煙葉晾制進(jìn)程的主要外觀辨識(shí)特征，同時(shí)也反映了煙葉內(nèi)部生理生化反應(yīng)進(jìn)程。本研究中，開始調(diào)制（0 d）時(shí)煙葉L*、a*、b*及C值均表現(xiàn)為M3＞M2＞M1，表明隨著煙葉成熟度的提高，煙葉亮度逐漸提高、綠色逐漸褪去、黃色逐漸凸顯，與本試驗(yàn)所設(shè)成熟度檔次符合。晾制初期，葉綠素在相關(guān)酶的作用下轉(zhuǎn)化為甲醇、葉綠醇、葉綠素酸等物質(zhì)［29－31］，類胡蘿卜素在相關(guān)酶的作用下降解生成巨豆三烯酮、β－大馬酮等致香物質(zhì)，但類胡蘿卜素降解速率遠(yuǎn)小于葉綠素降解速率，類葉比逐漸上升，顏色表征表現(xiàn)為褪綠變黃［32－36］，所以L*、a*、b*及C值在晾制前期均表現(xiàn)為上升。BI值隨成熟度的提高而上升，且隨著晾制的進(jìn)行，先升高后趨于穩(wěn)定，表明在一定范圍內(nèi)，成熟度越高，褐變程度越徹底。

晾制作為雪茄煙葉生產(chǎn)過程中重要的一環(huán)，前承大田、后接發(fā)酵，是大田干物質(zhì)積累水平的體現(xiàn)，也是順利進(jìn)入發(fā)酵及充分完成發(fā)酵的基礎(chǔ)。雪茄煙葉在晾制過程中，內(nèi)在化學(xué)成分在相關(guān)酶的作用下持續(xù)進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化，外在表現(xiàn)則是煙葉顏色表征的變化。根據(jù)典型相關(guān)分析結(jié)果，雪茄煙葉顏色表征及化學(xué)成分在晾制過程中表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性，在一定范圍內(nèi)，L*、BI與煙堿呈負(fù)相關(guān)，與鉀呈正相關(guān)，△E與總氮呈負(fù)相關(guān)，BI與氯呈負(fù)相關(guān)，b*、C與總糖、還原糖均呈正相關(guān)。這與陳飛程［37］、李志剛［38］等的研究結(jié)果基本一致，但存在一定差異，究其原因可能是，雪茄煙葉的晾制時(shí)長(zhǎng)相對(duì)于烤煙更長(zhǎng)且對(duì)于外觀顏色表征的調(diào)制目的不同，調(diào)制時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)導(dǎo)致雪茄煙葉相關(guān)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化幅度更大，調(diào)制目的不同導(dǎo)致雪茄煙葉傾向于促進(jìn)棕色化反應(yīng)，使煙葉外觀由黃變褐以利于凸顯雪茄煙葉香型風(fēng)格［39－41］。由典型冗余分析結(jié)果可知，4組典型變量共解釋顏色表征指標(biāo)自身變異的96.50%、常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)自身變異的67.00%的信息；顏色表征的4組典型變量反映常規(guī)化學(xué)成分85.20%的信息，常規(guī)化學(xué)成分的4組典型變量反映顏色表征47.30%的信息。這一分析結(jié)果表明，晾制過程中雪茄煙葉的顏色表征與化學(xué)成分內(nèi)部指標(biāo)之間關(guān)系密切，結(jié)合典型相關(guān)分析結(jié)果可知，不同的顏色表征指標(biāo)受化學(xué)成分的影響各異。

本試驗(yàn)通過研究晾制過程中雪茄煙葉顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系及二者的變化規(guī)律，可為產(chǎn)區(qū)提供關(guān)于雪茄煙晾制的理論參考，為提升雪茄煙葉晾制質(zhì)量、深化雪茄煙葉晾制工藝研究、提高雪茄煙葉工業(yè)可用性提供理論支持。