采收時(shí)間對(duì)雪茄煙葉主要碳水化合物變化及品質(zhì)的影響

金明珂，陳泳緯，吳永兵，陽(yáng)葦麗，何正川，趙銘欽

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.四川省煙草公司達(dá)州市公司，四川 達(dá)州 635000）

雪茄煙是經(jīng)過(guò)調(diào)制發(fā)酵等一系列操作后直接卷制而成的一種煙草制品［1］。近年中國(guó)的雪茄煙市場(chǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對(duì)其需求逐漸增多，而國(guó)產(chǎn)雪茄在工業(yè)應(yīng)用中存在的缺陷和問(wèn)題逐漸凸顯［2］。與烤煙的特點(diǎn)不同，雪茄煙含氮量大于烤煙，而糖含量低于烤煙，但糖類物質(zhì)代謝在雪茄煙生育過(guò)程中有著重要作用［3，4］，其中蔗糖和淀粉的變化對(duì)煙葉品質(zhì)有著重要影響。

蔗糖是非還原性糖，而非還原性糖含量比例較高意味著煙葉成熟度不夠，對(duì)煙氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響［5，6］。淀粉含量過(guò)高影響煙葉燃燒性和品質(zhì)［7，8］。同時(shí)，抽吸時(shí)糖類化合物裂解產(chǎn)物可以中和產(chǎn)生的堿性化合物，降低刺激性［9］。還有研究證明，糖類物質(zhì)也影響煙葉的拉力和柔韌性［10］。因此，研究雪茄煙葉內(nèi)碳水化合物之間的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)提升雪茄煙生產(chǎn)技術(shù)有著重要意義。研究還證明，碳代謝相關(guān)酶的活性對(duì)煙葉內(nèi)部碳水化合物轉(zhuǎn)化有直接影響［11，12］。而不同采收時(shí)間對(duì)煙葉的成熟情況、煙葉內(nèi)部酶活性有直接影響。因此，準(zhǔn)確把握雪茄煙適宜采收時(shí)間，是提高雪茄煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵［13］。目前對(duì)煙葉碳水化合物變化及品質(zhì)形成機(jī)理的相關(guān)研究多集中在烤煙，而對(duì)雪茄煙相關(guān)方面的研究尚欠缺?；诖?，本試驗(yàn)以雪茄煙品種川雪1號(hào)為材料，研究采收時(shí)間對(duì)煙葉主要碳水化合物和品質(zhì)的影響，以期為建立適宜的雪茄煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試雪茄煙品種為川雪1號(hào)，來(lái)自四川省煙草公司達(dá)州市公司。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2020年在四川省達(dá)州萬(wàn)源市河口鎮(zhèn)進(jìn)行。該地山勢(shì)較緩，氣候溫和，雨量充沛，土壤肥力適宜。試驗(yàn)地0～20 cm土層養(yǎng)分狀況為：有機(jī)質(zhì)20.28 g／kg、全氮1.31 g／kg、有效磷20.32 mg／kg、速效鉀98.88 mg／kg，pH值6.13。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方式取樣，設(shè)置5個(gè)采收時(shí)間（表1），采收雪茄煙中部葉（從下向上第10～12片），取樣總時(shí)間區(qū)間為35 d。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用漂浮育苗方式，按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉技術(shù)規(guī)范進(jìn)行大田栽培管理。4月30日移栽，6月15日打頂。行株距為110 cm×40 cm，單株留葉18片。

1.4 取樣與指標(biāo)測(cè)定

取樣于上午10～11時(shí)進(jìn)行，每個(gè)處理每次取樣10～13片。其中取大小均勻一致煙葉3片，去除主脈，取其第5至第6支脈葉肉組織，每片煙葉取3份，每份取約0.1 g，置于液氮中速凍，用于酶活性測(cè)定；剩余煙葉先于105℃下殺青20 min，再45℃下烘干、研磨、過(guò)60目篩保存，用于碳水化合物含量測(cè)定。其中，蔗糖合成酶（sucrose synthase，合成方向：SS－Ⅱ）、蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase，SPS）和淀粉酶（amylase，AL）活性采用紫外分光光度法測(cè)定（參照SS－Ⅱ、SPS及AL活性測(cè)定試劑盒說(shuō)明書(shū)）［14］；葡萄糖、果糖和蔗糖含量采用分光光度法測(cè)定［15］；總糖、還原糖、淀粉含量采用AutoAnalyzer 3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定（參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC／T 159—2002方法、YC／T 216—2013方法）。非還原糖含量是總糖含量與還原糖含量之差，即：非還原糖＝水溶性總糖－還原性糖［16］。

晾制方法：采用當(dāng)?shù)匮┣褵熈乐萍夹g(shù)。將煙葉針穿于竹竿上，放置在晾房架上，隨著煙葉外部顏色和水分變化逐漸向晾房上層移動(dòng)，直至煙葉干筋結(jié)束，回潮下架保存。晾制結(jié)束后，各處理分別取煙葉10片于45℃下烘干、研磨、過(guò)60目篩保存，用于晾制后雪茄煙葉的化學(xué)成分測(cè)定。晾后煙葉的總糖、還原糖、蔗糖、淀粉含量的測(cè)定方法同上，煙堿、氯、鉀含量的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法。每個(gè)處理重復(fù)3次。感官質(zhì)量聘請(qǐng)?jiān)u吸專家進(jìn)行評(píng)吸打分，即按照長(zhǎng)城雪茄煙廠雪茄煙葉感官品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用9分制對(duì)煙葉感官質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算出總分。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，用SPSS24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 采收時(shí)間對(duì)雪茄煙葉碳水化合物含量變化的影響

由圖1A、B、F可知，隨著采收時(shí)間推后，雪茄煙中部葉總糖、還原糖、淀粉含量均呈先上升后下降趨勢(shì)，即H1C～H3C階段保持上升趨勢(shì)，均在H3C時(shí)達(dá)到最大值。與H2C相比，H3C總糖、還原糖含量分別增加8.1%、14.9%，且差異顯著；淀粉含量增加9.5%，差異不顯著。該階段即打頂后煙葉營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)得到促進(jìn)，光合作用增強(qiáng)，呼吸作用較弱，細(xì)胞壁組織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，煙葉內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累增多，總糖、還原糖和淀粉含量上升。H3C～H5C階段，總糖、還原糖、淀粉含量持續(xù)下降。與H3C相比，H4C總糖含量顯著下降3.9%；還原糖含量?jī)H下降1.9%，差異不顯著；淀粉含量下降11.4%，達(dá)顯著水平。H4C～H5C階段總糖、還原糖、淀粉含量均下降。說(shuō)明這一階段煙葉逐漸成熟衰老，光合強(qiáng)度減弱，碳水化合物合成減緩，同時(shí)伴隨呼吸作用的消耗加劇，總糖、還原糖分解而致兩者含量下降；并且隨著淀粉酶活性升高，淀粉由積累階段轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸怆A段，含量降低。

由圖1C、G可知，隨著采收時(shí)間推后，蔗糖含量和非還原糖比例均呈先下降后上升的波動(dòng)趨勢(shì)，即H1C～H4C階段逐漸下降，H4C時(shí)最小，隨后略有回升，但無(wú)顯著差異。這說(shuō)明隨著采收時(shí)間的延后，煙葉內(nèi)蔗糖含量和非還原糖比例逐漸減小，煙葉成熟度增加。H4C～H5C階段蔗糖含量和非還原糖比例略有升高，可能是受酶活性與煙葉內(nèi)部代謝消耗的影響所致，因?yàn)闊熑~呼吸作用需要底物，而使自身促進(jìn)蔗糖合成，導(dǎo)致非還原糖比例升高，說(shuō)明煙葉可能處于過(guò)熟階段。

從圖1D、E可知，隨著采收時(shí)間推后，果糖含量變化趨勢(shì)與總糖、還原糖相似，呈先上升后下降趨勢(shì)，葡萄糖含量呈先下降后上升趨勢(shì)。H1C～H4C階段，果糖含量逐漸升高，H4C時(shí)達(dá)到最高，而在H1C～H3C階段，葡萄糖含量逐漸降低，H3C時(shí)達(dá)到最低，H3C～H4C階段迅速上升。這可能是因?yàn)榇藭r(shí)煙葉的光合作用強(qiáng)，蔗糖分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖，果糖含量增加，而淀粉合成需要消耗葡萄糖，且消耗量大于蔗糖分解得到的葡萄糖量，導(dǎo)致此階段葡萄糖含量降低。H4C～H5C階段果糖含量逐漸下降，H5C比H4C降低23.2%，且達(dá)顯著水平；葡萄糖含量略微上升，H5C比H4C增加3.3%。這可能是因?yàn)?，此時(shí)煙葉淀粉分解產(chǎn)生葡萄糖，同時(shí)果糖和葡萄糖還可能合成少量蔗糖，淀粉分解產(chǎn)生的葡萄糖量略大于蔗糖合成需要的葡萄糖量。

圖1 不同采收時(shí)間煙葉總糖（A）、還原糖（B）、蔗糖（C）、果糖（D）、葡萄糖（E）和淀粉（F）含量及非還原糖比例（G）的變化規(guī)律

2.2 采收時(shí)間對(duì)雪茄煙碳水化合物相關(guān)酶活性變化的影響

由圖2A可知，隨著采收時(shí)間推后，煙葉蔗糖合成酶SS－Ⅱ（合成方向）活性呈逐漸下降的波動(dòng)趨勢(shì)，H4C最低，為0.179 mg／（g·min），比H1C下降29.9%。說(shuō)明此時(shí)蔗糖的合成過(guò)程受阻，合成速率逐漸降低。而至H5C時(shí)SS－Ⅱ活性略有回升，但差異不顯著?？赡茉蚴?，煙葉逐漸成熟，光合作用減弱，呼吸作用增強(qiáng)，蔗糖少量合成充當(dāng)呼吸底物，來(lái)維持煙葉的生命狀態(tài)。

由圖2B可知，隨著采收時(shí)間推后，煙葉蔗糖磷酸合成酶SPS活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，H3C最高，為0.289 mg／（g·min），比H1C上升18.8%，而H3C～H5C階段逐漸下降，H5C略低于H4C，但無(wú)顯著差異。表明H3C時(shí)煙葉碳代謝強(qiáng)度、蔗糖合成速率仍較高，之后采收SPS活性降低，蔗糖合成速率、蔗糖含量逐漸降低。

由圖2C可知，隨著采收時(shí)間推后，淀粉酶活性呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，以H1C處理最高，H1C～H3C階段逐漸降低，H3C比H1C降低13%。此階段煙葉正處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，H1C處理煙葉內(nèi)部糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化頻繁，淀粉分解能促進(jìn)基礎(chǔ)糖類增加，有利于煙葉生長(zhǎng)發(fā)育。之后淀粉酶活性逐漸回升，H4C比H3C增加6.4%，H5C比H4C增加3.3%。這一階段淀粉酶活性不斷升高，說(shuō)明淀粉逐漸由積累階段轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸怆A段，也說(shuō)明煙葉淀粉含量仍較高，煙葉逐漸達(dá)到充分成熟。

圖2 不同處理蔗糖合成酶（A）、蔗糖磷酸合成酶（B）和淀粉酶（C）活性變化規(guī)律

2.3 雪茄煙碳水化合物相關(guān)酶活性與糖類物質(zhì)含量的相關(guān)性分析

煙葉碳水化合物相關(guān)酶活性與各糖類物質(zhì)含量的相關(guān)分析結(jié)果（表2）表明，SS－Ⅱ活性與蔗糖含量呈極顯著正相關(guān)；SPS活性與淀粉含量呈顯著正相關(guān)，與葡萄糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)；淀粉酶活性與水溶性糖（葡萄糖、果糖除外）、淀粉含量均呈顯著負(fù)相關(guān)，與葡萄糖含量呈顯著正相關(guān)。這是因?yàn)镾S－Ⅱ控制蔗糖的合成過(guò)程，蔗糖分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖，葡萄糖又是合成淀粉的底物，而淀粉酶活性高，則促進(jìn)淀粉分解為葡萄糖，葡萄糖含量升高，從而影響SS－Ⅱ和SPS的活性。這說(shuō)明SS－Ⅱ、SPS和淀粉酶活性對(duì)煙葉碳代謝進(jìn)程有著重要影響。

表2 雪茄煙碳水化合物相關(guān)酶活性與糖類物質(zhì)含量的相關(guān)性

2.4 采收時(shí)間對(duì)晾制后雪茄煙葉化學(xué)成分及感官質(zhì)量的影響

不同采收時(shí)間晾制后的雪茄煙葉化學(xué)成分分析結(jié)果（表3）表明，H1C～H3C階段晾制后煙葉總糖、還原糖、煙堿含量過(guò)低，蔗糖、淀粉含量較高，說(shuō)明此階段采收的煙葉碳氮代謝水平較低，淀粉分解不完全；而H5C與H4C相比煙葉蔗糖含量無(wú)明顯差異，但淀粉含量過(guò)高，其它水溶性糖類含量低，這可能是由H5C煙葉過(guò)熟不利于調(diào)制過(guò)程中的淀粉分解所致。H4C時(shí)采收煙葉淀粉含量較低、分解較完全，且總糖、還原糖含量最高，煙堿含量較高，蔗糖含量最低，表明煙葉內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化水平高、轉(zhuǎn)化較完全。

表3 不同采收時(shí)間雪茄煙葉晾制后的化學(xué)成分

從表4中可以看出，隨著采收時(shí)間推后，雪茄煙葉香氣質(zhì)、香氣量、濃度、勁頭、余味、燃燒性及總分均呈先增加后降低趨勢(shì)，刺激性、雜氣則逐漸降低，以H4C時(shí)采收最好。表明適當(dāng)延遲采收有利于提升煙葉感官質(zhì)量，主要表現(xiàn)在香氣質(zhì)好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好。

表4 不同采收時(shí)間雪茄煙葉感官質(zhì)量比較 （分）

3 討論

準(zhǔn)確把握煙葉適宜的采收時(shí)間是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的前提，僅依賴對(duì)煙葉外觀特征的判斷，無(wú)法準(zhǔn)確把握煙葉適宜的采收時(shí)間和精準(zhǔn)控制煙葉的成熟度。打頂后雪茄煙的水溶性糖、淀粉、非還原糖比例都發(fā)生了顯著變化。煙葉達(dá)到生理成熟期后，逐漸衰老，還原糖逐漸合成蔗糖，淀粉開(kāi)始分解［17，18］。因此，控制好打頂?shù)讲墒盏臅r(shí)間對(duì)控制煙葉體內(nèi)碳氮代謝水平的協(xié)調(diào)有著重要影響，以避免因提前采收而導(dǎo)致蔗糖含量和淀粉含量過(guò)高，影響煙葉品質(zhì)和吸食特性。據(jù)報(bào)道，鮮煙葉蔗糖含量越低，淀粉積累越充分，成熟度越高，調(diào)制過(guò)程中淀粉水解越完全，越有利于煙葉品質(zhì)，但淀粉含量過(guò)高也影響煙葉的品質(zhì)［19，20］。從本研究結(jié)果看，與打頂后21 d相比，打頂后28 d采收的雪茄煙中部葉還原糖、蔗糖含量下降，蔗糖含量、非還原糖比例達(dá)到最小值，淀粉積累較充分，還原糖、葡萄糖、果糖含量較高，煙葉成熟度較高，且根據(jù)各處理晾制后煙葉的糖類物質(zhì)含量及感官質(zhì)量分析表明，打頂后28 d采收的煙葉香氣質(zhì)好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好，總分最高。因此雪茄煙中部葉適宜于在打頂后28 d采收。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，總糖含量呈先上升后下降趨勢(shì)。該結(jié)果與林開(kāi)創(chuàng)等［21］的研究結(jié)果一致，但與烤煙［22］和白肋煙［23］的總糖含量從打頂至調(diào)制成熟顯著下降的趨勢(shì)有所不同，可能是因?yàn)檠┣押涂緹?、白肋煙的生理變化和基因調(diào)控不同導(dǎo)致。

不同采收時(shí)間煙葉內(nèi)的酶活性不同，其活性高低調(diào)控著煙葉內(nèi)化學(xué)成分含量的變化［24，25］。蔗糖合成酶SS－Ⅱ和蔗糖磷酸合成酶SPS控制蔗糖的合成過(guò)程，其活性越低，表明蔗糖合成速度緩慢，活性越高，表明蔗糖合成速度越快。淀粉酶控制著淀粉的分解過(guò)程，其活性越低，表明淀粉分解緩慢，活性越高，表明淀粉分解加快。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，與打頂后21 d相比，打頂后28 d采收的煙葉SS－Ⅱ和SPS活性下降，淀粉酶活性升高，這有利于煙葉內(nèi)蔗糖和淀粉含量降低。所以從酶活性來(lái)看，雪茄煙中部葉適宜于打頂后28 d采收。魯黎明等［26］研究發(fā)現(xiàn)，烤煙蔗糖磷酸合成酶活性隨采收時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸上升。史宏志等［27］和張曉遠(yuǎn)等［28］研究均表明，烤煙煙葉的淀粉酶活性變化呈雙峰曲線。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果略有不同，可能是因?yàn)檠┣褵熀涂緹焹?nèi)部基因調(diào)控不同導(dǎo)致，也可能是因?yàn)槊富钚允芏喾N限制因素影響，導(dǎo)致變化趨勢(shì)不同［29］。本研究中，SPS活性與蔗糖含量呈非顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能是因?yàn)槊傅淖饔貌课徊煌?，也可能是因?yàn)槊富钚韵拗埔蛩乇姸?，需進(jìn)一步研究。

目前關(guān)于優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉的化學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)還不太明確，所以參考優(yōu)質(zhì)晾曬煙葉標(biāo)準(zhǔn)［30］分析。優(yōu)質(zhì)晾曬煙葉總糖含量應(yīng)在2.0%左右，還原糖含量在0.5% ～1.0%范圍內(nèi)，其兩糖比值越大，反映煙葉成熟度越好。該研究中各處理總糖和還原糖含量與白肋煙相比較低，是因?yàn)檠┣褵熍c白肋煙的生理生化、調(diào)制方式不同，其內(nèi)在化學(xué)成分在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的積累和調(diào)制過(guò)程中的變化均不同。打頂后28 d采收的煙葉總糖和還原糖含量較高，煙堿含量適中，蔗糖、淀粉含量最低，兩糖比、糖堿比較好，且煙葉感官質(zhì)量較好。綜合來(lái)看，化學(xué)成分以打頂28 d采收的煙葉協(xié)調(diào)性最好，打頂后21 d采收的煙葉次之。

4 結(jié)論

本研究表明，適宜的采收時(shí)間對(duì)控制煙葉成熟度至關(guān)重要，適當(dāng)加長(zhǎng)打頂至采收的時(shí)間可以提高雪茄煙葉成熟度，促使蔗糖含量和非還原糖比例降低，淀粉得到充分積累且有利于調(diào)制過(guò)程的分解轉(zhuǎn)化，使調(diào)制后水溶性糖含量較高；過(guò)度延長(zhǎng)打頂至采收的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致蔗糖含量和非還原糖比例升高，總糖、還原糖含量下降，同時(shí)不利于調(diào)制過(guò)程中的淀粉降解?？傮w來(lái)說(shuō)，雪茄煙中部葉的適宜采收時(shí)間是打頂后28 d左右，即移栽后73 d左右，此時(shí)煙葉化學(xué)成分和感官質(zhì)量較好。本研究結(jié)果可為雪茄煙適宜的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程制定提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。