不同部位煙葉烘烤失水特性及化學(xué)物質(zhì)變化

黃廣華，徐志強(qiáng)，史久長(zhǎng)，王衛(wèi)民，張廣普，馬留軍，王 曉，李 崢

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310024）

具有良好外觀質(zhì)量，尤其是具備協(xié)調(diào)的感官評(píng)吸質(zhì)量的煙葉原料，由于在卷煙配方中配伍性強(qiáng)，對(duì)卷煙產(chǎn)品風(fēng)格特征起主導(dǎo)作用，深受工業(yè)企業(yè)青睞[1-3]。而煙葉烘烤是原煙品質(zhì)形成的重要環(huán)節(jié)，其實(shí)質(zhì)是通過溫濕度的調(diào)節(jié)，促進(jìn)煙葉失水干燥，并引導(dǎo)煙葉顏色和生理生化進(jìn)程朝預(yù)期方向發(fā)展的過程[4-6]。烘烤不同階段煙葉的失水程度和速率影響著內(nèi)在化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化程度，適宜的化學(xué)成分有利于煙葉原料評(píng)吸品質(zhì)和可用性的提升[4,7]。因此，探究烘烤過程中煙葉的失水特性和化學(xué)物質(zhì)的變化規(guī)律，對(duì)煙葉質(zhì)量形成具有重要意義。當(dāng)前，對(duì)于烘烤過程中煙葉水分變化、主要化學(xué)成分以及質(zhì)體色素含量變化的獨(dú)立研究較多[8-11]。例如，李崢等[12]對(duì)烘烤過程中煙葉的水分遷移干燥特性進(jìn)行了綜述，指出葉脈和葉肉之間失水過程的關(guān)系有待進(jìn)一步研究；鄭明偉等[13]研究分析了散葉烘烤煙葉主脈含水量和形態(tài)收縮的變化；賀帆等[14]基于密集烘烤期間煙葉色度參數(shù)和含水量，構(gòu)建了NC89品種上部葉主要化學(xué)成分的變化模型；李艷等[15]采用色差儀量化研究了烤煙K326品種上部葉烘烤過程中顏色的變化。目前的研究針對(duì)煙葉烘烤失水特性和化學(xué)成分、色素含量變化的綜合性分析鮮有報(bào)道。再者上部葉可用性較差的問題逐漸凸顯，多方位的探究不同部位煙葉烘烤過程中水分、化學(xué)物質(zhì)的變化規(guī)律，有助于提高烤后煙葉的質(zhì)量。鑒于此，項(xiàng)目組以云煙87不同部位煙葉為試驗(yàn)材料，檢測(cè)不同烘烤關(guān)鍵溫度點(diǎn)的葉片、主脈、整葉的含水量及主要化學(xué)成分和葉綠素、類胡蘿卜素含量，實(shí)現(xiàn)煙葉失水特性和主要化學(xué)物質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)分析，旨在為明確不同部位煙葉烘烤質(zhì)量形成過程提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在湖北省建始縣金葉基地單元進(jìn)行，供試烤煙品種為云煙87，2020年4月25日移栽，種植株行距55 cm×120 cm，壟高27 cm，試驗(yàn)田土壤類型為黃壤，土壤肥力適中，田間管理按照優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。依據(jù)田間煙葉成熟落黃程度適時(shí)采收，分別于移栽后69、87和120 d，選取無(wú)病蟲害的下部葉（第4～6葉位）、中部葉（第10～12葉位）、上部葉（第16～18葉位）為試驗(yàn)材料采收烘烤。

1.2 煙葉烘烤方法

按三段式烘烤工藝[16]進(jìn)行烘烤作業(yè)，分別于烤前（30℃，鮮煙葉）、烘烤關(guān)鍵溫度點(diǎn)（38、42、45、48和54℃）末期選取葉片大小基本一致的樣品30片，用于煙葉含水量、主要化學(xué)成分、色素含量的檢測(cè)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1煙葉含水量檢測(cè)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31—1996，采用烘箱法分別測(cè)量不同溫度點(diǎn)煙葉樣品的葉片含水量和主脈含水量，并計(jì)算出整葉（葉片＋主脈）含水量。同時(shí)參照夏春等[17]的方法計(jì)算相鄰取樣溫度點(diǎn)間葉片、主脈失水質(zhì)量占比，具體公式如下。

1.3.2主要化學(xué)成分和色素含量檢測(cè)采用流動(dòng)分析法[18]檢測(cè)不同溫度點(diǎn)煙葉樣品的總糖、還原糖、總氮、蛋白質(zhì)、淀粉含量，采用氣相色譜法[19]檢測(cè)樣品的煙堿含量，采用高效液相色譜法[20]檢測(cè)樣品的葉綠素、類胡蘿卜素含量。具體參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行?？偺菂⒄誝C/T 159—2002、還原糖參照YC/T 216—2007、總氮參照YC/T 161—2002、淀粉參照YC/T 216—2013、蛋白質(zhì)參照YC/T 249—2008、煙堿參照YC/T 246—2008、葉綠素和類胡蘿卜素參照YC/T 382—2010測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)間的差異顯著性分析，采用Origin 2018繪制折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位煙葉葉片含水量變化

從表1可以看出，不同部位鮮煙葉葉片含水量差異明顯，隨煙葉部位的提升，葉片含水量逐漸降低，且部位間差異均達(dá)到顯著水平。隨烘烤進(jìn)行，葉片含水量逐漸降低，各部位煙葉在42℃之前葉片失水幅度較低，其中，上部葉的葉片含水量降低幅度最低。42℃之后失水速率逐漸加快，且以下部葉失水幅度最為明顯。從各取樣溫度點(diǎn)不同部位煙葉葉片含水量差異來看，下部葉和中部葉均顯著高于上部葉，45和54℃時(shí)下部葉與中部葉的葉片含水量差異不明顯，其余溫度點(diǎn)下部葉的含水量均顯著高于中部葉。

表1 不同部位煙葉烘烤期間葉片含水量變化

2.2 不同部位煙葉主脈含水量變化

由表2可以看出，鮮煙葉主脈含水量要高于葉片，不同部位煙葉主脈含水量的規(guī)律與葉片一致，但部位間的差異明顯低于葉片，僅下部葉與上部葉的差異達(dá)到顯著水平。烘烤開始后，主脈含水量緩慢降低，其中以上部葉主脈失水速率最慢，45℃之前不同部位煙葉主脈含水量表現(xiàn)為下部葉＞中部葉＞上部葉，45℃之后呈完全相反的趨勢(shì)。這表明中、下部煙葉的主脈在42℃之后失水速率開始加快，但各部位煙葉主脈失水幅度最明顯的階段均為48～54℃。烘烤期間上部葉和下部葉主脈含水量的差異較明顯，在不同溫度點(diǎn)均達(dá)到顯著水平。

表2 不同部位煙葉烘烤期間主脈含水量變化

2.3 不同部位煙葉整葉含水量變化

由表3可知，不同部位鮮煙葉含水量隨葉位提高逐漸降低，且部位間差異均達(dá)到顯著水平。烘烤期間各溫度點(diǎn)的整葉含水量基本表現(xiàn)為下部葉最高、上部葉最低的趨勢(shì)，且除45℃外，其余溫度點(diǎn)上部葉與下部葉的差異均達(dá)到顯著水平。從失水量和失水速率來看，隨烘烤進(jìn)程的推進(jìn)，整葉含水量的降低幅度逐漸增大，失水速率逐漸加快，在48～54℃失水量最大。

表3 不同部位煙葉烘烤期間整葉含水量變化

2.4 不同部位煙葉葉片、主脈失水占比變化

為直觀的分析不同烘烤階段煙葉水分散失構(gòu)成，分別對(duì)烘烤期間葉片、主脈失水量占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，葉片、主脈失水量占比的變化情況分別如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知，烘烤過程中不同部位的煙葉（葉片、主脈）失水量占比的變化規(guī)律基本一致，葉片失水量占比在42℃之前降低，之后開始升高，以上部葉增幅最為明顯，上部葉和中部葉的葉片失水量在45℃時(shí)停止增長(zhǎng)，之后上部葉急劇降低，中部葉的葉片失水量占比在45～48℃降幅較低，48℃之后快速下降。下部葉的葉片失水量占比在42℃之后持續(xù)升高，在48℃時(shí)達(dá)到峰值，之后急劇降低。煙葉主脈失水量占比與葉片呈完全相反的變化趨勢(shì)，在42℃前增長(zhǎng)，之后開始降低，上部葉和中部葉的主脈失水量占比在45℃之后又開始升高，下部葉則在48℃之后快速上升。

圖1 烘烤期間葉片失水量占比變化

圖2 烘烤期間主脈失水量占比變化

2.5 不同部位煙葉主要化學(xué)成分和色素含量變化

由表4可以看出，不同部位鮮煙葉總氮、煙堿、蛋白質(zhì)含量隨葉位提升不斷升高；總糖、還原糖含量以下部葉最高，中部葉最低；淀粉、類胡蘿卜素含量則以上部葉最高，中部葉最低，葉綠素含量則以中部葉最高、上部葉最低。其中，不同部位煙葉的淀粉含量差異最為明顯，部位間差異均達(dá)到顯著水平。烘烤過程中不同部位煙葉總糖、還原糖含量呈不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，總氮、煙堿整體呈下降趨勢(shì)，蛋白質(zhì)、淀粉、葉綠素、類胡蘿卜素呈不斷下降的趨勢(shì)。烘烤至54℃末時(shí)，還原糖、總氮、煙堿、蛋白質(zhì)、葉綠素、類胡蘿卜素含量隨部位提高逐漸升高；總糖含量以上部葉最高，中部葉最低；淀粉含量則以中部葉最高，下部葉最低。除淀粉和葉綠素2項(xiàng)指標(biāo)之外，上部葉和下部葉的差異均達(dá)到顯著水平，且以總糖含量差異最為明顯，部位間差異均達(dá)到顯著水平。

表4 不同部位煙葉烘烤期間主要化學(xué)成分和色素含量變化

2.6 煙葉含水量與化學(xué)成分的相關(guān)分析

從表5可以看出，上部葉的葉片、主脈、整葉含水量與總氮和類胡蘿卜素均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，葉片含水量、整葉含水量與蛋白質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系；中部葉的葉片含水量、整葉含水量與還原糖呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總氮、蛋白質(zhì)、淀粉呈顯著正相關(guān)關(guān)系，葉片、主脈、整葉含水量與煙堿、類胡蘿卜素呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；下部葉的葉片、整葉含水量與總糖呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總氮、淀粉呈顯著正相關(guān)關(guān)系，葉片、主脈、整葉含水量與還原糖呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿、類胡蘿卜素呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表5 不同部位煙葉含水量指標(biāo)與主要化學(xué)成分和色素的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

不同部位煙葉由于葉片著生位置的空間差異，在田間發(fā)育過程中，不同葉位的煙葉所接受的光照強(qiáng)度和發(fā)育時(shí)間等方面存在差異[21-22]。因此，鮮煙葉的組織結(jié)構(gòu)和水分含量會(huì)有所差異。張樹堂等[23]研究表明，葉片厚度、表皮細(xì)胞厚度、海綿組織厚度以及柵欄組織厚度隨部位提升逐漸增加，煙葉部位越高，細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)密度就大，進(jìn)而影響烘烤過程中煙葉水分的散失，對(duì)葉片、主脈水分遷移干燥特性也會(huì)產(chǎn)生影響。研究結(jié)果表明，不同部位鮮煙葉的葉片含水量、主脈含水量和整葉含水量隨部位升高逐漸降低，且部位間差異均達(dá)到顯著水平。烘烤開始后，葉片含水量在42℃之前降幅較為緩慢，42℃之后失水速率逐漸加快，且以下部葉失水幅度最為明顯；上部葉主脈含水量的降低速率明顯低于中、上部煙葉，但各部位煙葉主脈含水量急劇下降的階段均為48～54℃；不同部位煙葉的整葉含水量降低趨勢(shì)基本保持一致，失水速率隨烘烤溫度提升逐漸加快。從葉片、主脈失水質(zhì)量占比情況來看，42℃之前葉片失水質(zhì)量占比逐漸下降，42～45℃期間葉片失水質(zhì)量占比又快速提升，以上部葉提升幅度最為明顯，45～54℃期間中、上部煙葉的葉片失水質(zhì)量占比呈不斷降低的趨勢(shì)，下部葉則在48℃之后快速降低，表明下部葉葉片細(xì)胞密度較低，組織結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，在烘烤過程中水分更容易通過葉片散失。

煙葉部位間失水特性的差異會(huì)對(duì)內(nèi)在生理生化的反應(yīng)進(jìn)程產(chǎn)生影響，烘烤過程中發(fā)生淀粉水解生成和呼吸作用消耗糖類化合物的過程[4,24]，煙葉含水量會(huì)影響淀粉的水解過程，進(jìn)而對(duì)糖類物質(zhì)的積累產(chǎn)生影響。研究結(jié)果表明，不同部位煙葉主要化學(xué)成分和色素含量烘烤期間的整體變化趨勢(shì)基本一致，總糖、還原糖含量不斷升高，含氮化合物和色素含量整體呈不斷降低的趨勢(shì)。其中，兩糖含量在42℃之前增幅較為明顯，淀粉含量在該階段的降幅較大，葉綠素含量自烘烤開始后急劇降低，不同部位煙葉的葉綠素含量在45℃之后基本保持穩(wěn)定，類胡蘿卜素降解速率相對(duì)較為緩慢，導(dǎo)致類葉比（指類胡蘿卜素與葉綠色之比）逐漸升高，其中以下部葉的類葉比提升速率最快。相關(guān)性分析結(jié)果表明：不同部位煙葉葉片、主脈、整葉含水量與類胡蘿卜素的相關(guān)性最好，均達(dá)到顯著水平及以上，與總氮的相關(guān)性也較好；中、下部葉各項(xiàng)含水量指標(biāo)與煙堿的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平；下部葉各項(xiàng)含水量指標(biāo)與還原糖、總糖均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。這表明烘烤過程中不同部位煙葉含水量指標(biāo)與主要化學(xué)成分和色素的相關(guān)性存在明顯差異，但煙葉失水特性與內(nèi)在化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化降解程度之間的內(nèi)在聯(lián)系有待進(jìn)一步研究。