不同主脈脫水率煙葉主要生理生化特性指標及煙葉質(zhì)量差異性研究

陳獻勇，張榮成，李靜超，王濤，邱建明，梁凱娟，任錚，李迪秦*

(1 福建省煙草公司，福建 福州 350003； 2 浙江明新能源科技有限公司，浙江 上虞 312000；3 福建省南平市煙草公司，福建 南平 353000； 4 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙 410128)

煙葉在烘烤過程中變黃、脫水的難易程度及定色期對烘烤環(huán)境變化的敏感性或耐受性等，是影響煙葉烘烤效果及烤后煙質(zhì)量的重要因素[1]。翠碧1號具有較好的抗寒性、抗病性及抗?jié)承裕瑹熑~品質(zhì)較高，但因其SPAD[2]、色素[3]、水分[4]、化學(xué)成分[5]、酶活性[6]、組織結(jié)構(gòu)[7]及多酚類物質(zhì)[8]等導(dǎo)致烘烤中變黃、脫水慢，兩者速率失調(diào)，易烤性較差，酶活性及多酚類物質(zhì)含量較高，導(dǎo)致較難定色，耐烤性較差，烘烤難度較大，大大降低了煙葉質(zhì)量及工業(yè)可用性[9]。

烤煙品種翠碧1號是2012年國家農(nóng)業(yè)部審定通過的福建地方特色烤煙品種。該品種葉形長橢圓形，葉脈較細，葉片成熟落黃一致，厚薄適中，煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，評吸香氣量足，香氣質(zhì)好。但翠碧1號由于組織結(jié)構(gòu)較厚、色素含量較高的特點，煙葉的烘烤特性較差，煙葉變黃慢，失水慢，導(dǎo)致烤后煙葉易出現(xiàn)掛灰、青筋、光滑(僵硬)等現(xiàn)象[9]，嚴重影響了煙葉外觀質(zhì)量、內(nèi)在品質(zhì)及經(jīng)濟效益。為了解決翠碧1號烘烤過程中的上述問題，前人在施氮量與打頂?shù)仍耘嗉夹g(shù)措施[10-11]、采收方式[12]、帶莖烘烤[13]、烘烤過程中溫濕度控制及烘烤工藝[14-15]等方面做了很多探索，但通過先期對采收的鮮煙葉低溫去除主脈自由水，然后采用低溫低濕烘烤來探索有利于提高翠碧1號煙葉烘烤性及烘烤質(zhì)量的相關(guān)報道至今沒有。本研究擬通過預(yù)先工藝處理脫除部分主脈水分，然后再采用低溫低濕閉式烘烤，以期探索一種解決翠碧1號煙葉烘烤難的新烘烤設(shè)備及烘烤工藝。

1 材料和方法

1.1 試驗地點與材料

試驗在福建省南平市建陽區(qū)胡巷村烤煙基地進行，試驗地為“煙稻”輪作土壤，肥力水平中等偏上。參試烤煙品種為翠碧1號，2020年11月5日播種，2021年 1月20日移栽，密度為1.2 m × 0.5 m。移栽前，條施餅肥750 kg/hm2、氫氧化鎂187.5 kg/hm2、硼砂7.5 kg/hm2、鈣鎂磷肥225 kg/hm2、煙草專用基肥375 kg/hm2。移栽后20 d，兌水澆施煙草專用追肥15 kg/hm2，團棵前干施煙草專用追肥90 kg/hm2、硝酸鉀195 kg/hm2、硫酸鉀240 kg/hm2。整個施肥有效養(yǎng)分比例為N∶P2O5∶K2O=1∶0.88∶2.98。其他按照當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)及管理措施進行。

用于前期主脈脫水的小型低溫除濕烤箱2臺(與低溫除濕烤房一致，只是體積大小不同)，低溫除濕烤房1座，以上均由浙江明新能源公司生產(chǎn)并提供。

1.2 試驗設(shè)計與處理

鮮煙葉來自下部和中部成熟度基本一致的煙葉。試驗設(shè)置4個不同主脈脫水率處理：T1為主脈脫水10%；T2為主脈脫水20%；T3為主脈脫水30%；CK為主脈脫水0%。每個處理裝煙6桿(100片/桿，共24桿)。其中：T1～T3先在同一個小烘烤箱中進行脫水，通過每次取樣10片煙葉測定主脈脫水率，當主脈脫水達到(10±1)%、(20±1)%、(30±1)%時，再將6桿煙轉(zhuǎn)入低溫除濕烤房中一起進行烘烤(烤房留有60桿煙的位置，烤房共裝煙380桿)。

1.3 測定項目與方法

在采收鮮煙葉中，選取有代表性大小一致的60片煙葉，稱其鮮質(zhì)量；然后用刀片將主脈與葉片分離，使用電子秤，分別稱取主脈和葉片的鮮質(zhì)量，計算其平均的單葉重、葉片重、主脈重、主脈/葉片比值(R，用于計算主脈脫水率)。

編桿前，分別隨機取有代表性鮮煙葉各20片，分別編號為1，2，……，20，稱全葉鮮質(zhì)量后編入同一桿，裝入兩個小型低溫除濕烤箱中烘烤。烘烤6 h后，取其中2片煙葉將主脈與葉片分開稱重，根據(jù)平均單葉鮮重及R值計算脫水率，此后每2 h按照相同方法測定主脈脫水率，當主脈脫水率達到T1：(10±1) %、T2：(20±1) %、T3：(30±1) %以后，取其中6桿煙裝入新型低溫除濕烤房中進行烘烤。計算公式：

主脈脫水率(%)=[烤前全葉鮮質(zhì)量×(主脈/葉片比值)-脫水后主脈質(zhì)量]÷烤前全葉鮮質(zhì)量×100

低溫除濕烤房中先裝320桿，每桿100片鮮煙葉，開烤6 h后取20桿稱重，根據(jù)平均單葉鮮質(zhì)量及R計算脫水率，此后每2 h按相同方法取樣測定主脈脫水率，保證標準低溫除濕烤房中的煙葉主脈脫水率控制在≤(30±1) %范圍內(nèi)。

同時，烤前鮮煙葉取3個不同主脈脫水率[T1：(10±1)%、T2：(20±1)%、T3：(30±1)%]煙葉4片編號，稱重后迅速將葉片與主脈分離測定主脈脫水率，葉片立即用液氮處理后置于-20℃低溫冰箱中保存(保存期≤15 d)，室內(nèi)測定葉片酶活性(SOD、CAT、POD、α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉磷酸化酶、葉綠素降解酶)及丙二醛(MDA)含量。

烤后稱取干煙質(zhì)量，并分級，取X2F和C3F煙葉，參照文獻[16]測定物理特性指標：厚度、平衡水含量、填充值、拉力、葉面重/葉面密度，計算權(quán)重總分值；采用San++(荷蘭Skalar公司)連續(xù)流動分析儀和火焰光度計法，測定煙葉總糖與還原糖、煙堿、總氮、氯、鉀含量，并計算糖堿比、鉀氯比和氮堿比，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)模型進行可用性指數(shù)(CCUI)評價；參照文獻[17]方法對外觀質(zhì)量指標顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度打分(表1)，再分別賦權(quán)重30%、25%、15%、12%、10%、8%，計算權(quán)重總分值；參照文獻[18]方法，對感官質(zhì)量指標：香氣質(zhì)(9分)、香氣量(9分)、雜氣(9分)、刺激性(9分)、燃燒性(5分)、灰分(5分)、余味(9分)、濃度(9分)、勁頭(9分)進行打分，再依次分別賦權(quán)重25%、15%、12%、13%、3%、3%、10%、10%、10%，計算權(quán)重總分值。

然后，參照文獻[16]方法，對C3F和X2F原煙的CCUI、外觀質(zhì)量指標、主要物理特性指標、感官評吸質(zhì)量指標，采用賦值權(quán)重指數(shù)和法進行評價，權(quán)重比例依次為20%、10%、10%、60%，并計算權(quán)重總分值，權(quán)重總分值越高，表明煙葉綜合質(zhì)量越好。

表1 煙葉外觀質(zhì)量評價指標及分值

2 結(jié)果與分析

2.1 主脈脫水率計算

烤前翠碧1號鮮煙葉全葉平均單質(zhì)量為83.83 g/片，其中鮮葉葉片平均質(zhì)量為47.80 g/片，主脈鮮質(zhì)量均值為36.19 g/片，葉片/主脈鮮質(zhì)量為1.320 9(鮮煙葉中葉片含量57.02%，主脈含量42.98%)。

從表2可知，烘烤過程中，鮮煙葉隨著烘烤時間遞增，主脈失水率表現(xiàn)為：烘烤時間6.0～10.0、10.1～18.0、18.1～27.0、27.1～35.5 h，主脈失水率依次為5.0%～8.0%、8.1%～11.0%、11.1%～21.0%、21.1%～30.5%。

表2 主脈失水率及對應(yīng)烘烤時間

2.2 葉片主要生理生化特性指標測定

從表3可知，烤前鮮煙葉(CK)的SOD活性平均值為11.71 U/g·h(FW)，POD活性平均值為19.77 U/g·h(FW)，MDA平均含量為0.006 5 nmol/mg，CAT活性平均值為4.69 U/g·h(FW)。

與烤前鮮煙葉相比較，主脈脫水后的鮮煙葉，不同失水率鮮煙葉酶活性等生化指標表現(xiàn)為：

1)當主脈失水率為9.5%～11.3%(T1)時，SOD活性比CK高53.52～64.64 U/g·h(FW)，POD活性比CK高15.48～18.11 U/g·h(FW)，MDA含量比CK高0.006 7～0.007 9 nmol/mg，CAT活性比CK高3.78～4.54 U/g·h(FW)。

2)當主脈失水率為19.1%～21.4%(T2)時，SOD活性比CK高75.82～83.42 U/g·h(FW)，POD活性比CK高19.36～31.61 U/g·h(FW)，MDA含量比CK高0.030 2～0.038 0 nmol/mg，CAT活性比CK高4.82～14.50 U/g·h(FW)。

3)當主脈失水率為28.5%～31.1%(T3)時，SOD活性比CK高91.56～194.04 U/g·h(FW)，POD活性比CK高55.36～98.08 U/g·h(FW)，MDA含量比CK高0.107～0.195 nmol/mg，CAT活性比CK高59.7～64.0 U/g·h(FW)。

結(jié)果表明，新鮮煙葉經(jīng)過烘烤脫水脅迫后，煙葉細胞組織發(fā)生了一系列生理生化變化，導(dǎo)致細胞內(nèi)的SOD、POD和CAT酶活性出現(xiàn)大幅上升，丙二醛含量增加，表明失水脅迫下對煙葉生理生化指標有較大的影響。

表3 不同脫水率鮮煙葉片主要酶活性及丙二醛含量

從表4可知，烤前鮮煙葉，其中：α-淀粉酶活性平均值為0.258 0 mg/g·min(FW)，β-淀粉酶活性平均值為0.035 2 mg/g·min(FW)，(α+β)-淀粉酶活性平均值為0.293 2 mg/g·min(FW)，淀粉磷酸化酶平均活性為3.048 5 U/mg·h(FW)，葉綠素降解酶活性平均值為0.042 3 △OD665/g·h(FW)。

與烤前鮮煙葉(CK)相比較，不同主脈脫水率鮮煙，其中：

1)當主脈失水率為9.5%～11.3%(T1)時，煙葉α-淀粉酶、β-淀粉酶、(α+β)-淀粉酶活性分別比CK高0.074 2、0.005 3和0.079 4 mg/g·min(FW)；淀粉磷酸化酶和葉綠素降解酶活性分別比CK高0.770 5 U/mg·h(FW)、0.014 8 △OD665/g·h(FW)。

2)當主脈失水率為19.1%～21.4%(T2)時，煙葉α-淀粉酶、β-淀粉酶、(α+β)-淀粉酶活性分別比CK高0.126 7、0.009 7、0.136 4 mg/g·min(FW)；淀粉磷酸化酶和葉綠素降解酶活性分別比CK高2.425 3 U/mg·h(FW)、0.020 3 △OD665/g·h(FW)。

3)當主脈失水率為28.5%～31.1%(T3)時，煙葉α-淀粉酶、β-淀粉酶、(α+β)-淀粉酶活性分別比CK高0.158 9、0.014 7、0.173 6 mg/g·min FW；淀粉磷酸化酶和葉綠素降解酶活性分別比CK高1.307 0 U/mg·h(FW)、0.035 3 △OD665/g·h(FW)。

結(jié)果表明，新鮮煙葉經(jīng)過烘烤脫水脅迫以后，煙葉細胞組織發(fā)生了一系列生理生化變化，導(dǎo)致細胞內(nèi)的α-淀粉酶、β-淀粉酶和(α+β)-淀粉酶活性、葉綠素降解酶活性出現(xiàn)大幅度的上升；而淀粉磷酸化酶活性則呈現(xiàn)出從主脈脫水率0.0%～21.4%呈現(xiàn)升高，然后下降的變化趨勢。表明主脈失水脅迫下對煙葉淀粉酶及葉綠素降解酶均有著較大的影響。

表4 不同脫水率鮮煙葉片主要酶活性

2.3 烤后X2F和C3F煙葉主要質(zhì)量指標及其綜合評價

從表5可知，不同處理烤后煙葉質(zhì)量指標，其中：1)煙葉主要物理特性指標權(quán)重總分值，X2F和C3F煙葉均表現(xiàn)為：CK>T1>T2>T3，T1、T2與CK間無顯著性差異，T3顯著低于其余處理。2)不同處理煙葉主要化學(xué)成分工業(yè)可用性指數(shù)(CCUI)，X2F和C3F煙葉均表現(xiàn)為：CKT2>T3，T1、T2與CK間無顯著性差異，T3顯著低于其余處理。3)煙葉外觀質(zhì)量指標顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度評價權(quán)重總分值，X2F和C3F煙葉均表現(xiàn)為：CKT2>T3，T1、T2與CK間無顯著性差異，T3顯著低于其余處理。4)煙葉感官質(zhì)量指標香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、燃燒性、灰分、余味、濃度、勁頭評價權(quán)重總分值，X2F和C3F煙葉均表現(xiàn)為：CK、T1>T2>T3，T1、T2與CK間無顯著性差異，T3顯著低于其余處理。

通過對物理特性指標、CCUI、外觀質(zhì)量指標、感官質(zhì)量指標權(quán)重總分值的綜合評價，X2F和C3F煙葉4項指標綜合評價權(quán)重總分值，均表現(xiàn)為：CK、T1>T2>T3，T1、T2與CK間無顯著性差異，T3顯著低于其余處理。

結(jié)果表明，與主脈不脫水煙葉相比，煙葉烘烤前對采摘的煙葉進行主脈低溫除濕，使主脈脫水9.5%～21.4%以后，再采用閉式低溫除濕烘烤，烤后煙葉的主要物理特性指標、CCUI、外觀和感官質(zhì)量無顯著性差異，表明主脈脫水不超過20.14%時煙葉采用閉式低溫除濕烤房及烘烤工藝，烤后煙葉質(zhì)量無顯著性差異，設(shè)備設(shè)施及配套烘烤工藝具有實際實用價值。

表5 不同處理煙葉物理特性、外觀與感官質(zhì)量及CCUI權(quán)重總分值和綜合評價

3 討論

3.1 主脈脫水對煙葉烘烤質(zhì)量影響

烘烤特性是指煙葉在生長發(fā)育過程中，自身具有的與烘烤工藝緊密關(guān)聯(lián)的內(nèi)在特性，包括煙葉在烘烤過程中變黃與脫水難易度、定色期感受溫濕度變化的敏感性等。烘烤特性直接影響煙葉烘烤效果及烤后煙葉質(zhì)量[1]。煙葉烘烤包括變黃期、定色期、干筋期三個階段，其中適度脫水有利于煙葉變黃期烘烤[19]。聶榮邦等[20]研究表明，翠碧1號鮮煙葉束縛水含量較高，自由水含量較低。宮長榮等[21]研究指出，合理調(diào)控烘烤期間脫水速度和脫水量，是增進和改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)的技術(shù)核心和關(guān)鍵，不同鮮煙含水量烘烤工藝技術(shù)有差異；不同鮮煙含水量及烘烤中脫水，烘烤過程中色素降解有差異[22]；干筋階段是主脈水分蒸發(fā)散失煙筋水分干燥的主要過程，對煙葉香氣質(zhì)量和香吃味的影響較大[23]。本研究結(jié)果表明，翠碧1號鮮煙烤前通過低溫除濕工藝，脫去鮮煙主脈游離水20%左右，鮮煙保護性酶和淀粉酶及葉綠素降解酶等主要酶活性與不脫水鮮煙無顯著性差異，烤后煙葉物理性狀、主要化學(xué)成分、外觀質(zhì)量和感官質(zhì)量等煙葉質(zhì)量指標均無顯著性差異。本研究為開展翠碧1號提質(zhì)烘烤設(shè)備設(shè)施及烘烤工藝技術(shù)提供了新途徑。但在主脈適宜脫水率情況下，煙葉烘烤質(zhì)量無顯著性差異，其原因有待進一步深入探討；同時，翠碧1號上部煙葉在主脈脫水情況下，主要酶活性等生理生化指標及烤后煙葉質(zhì)量指標的變化情況，也需要進一步深入研究。

3.2 烘烤設(shè)備設(shè)施對煙葉主脈脫水的影響

煙葉烘烤是一個先葉片脫水、葉脈部分脫水，經(jīng)過變黃和定色，實現(xiàn)物質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化，形成煙葉內(nèi)在質(zhì)量，再經(jīng)過干筋階段，脫去葉脈中的水分，固定煙葉內(nèi)在質(zhì)量的過程[1，15，20，22]?，F(xiàn)有的密集式烤房及烘烤工藝，主要通過加熱的空氣在風機吹動下，帶走煙葉的水分，實現(xiàn)煙葉烘烤。利用現(xiàn)有烤房設(shè)備設(shè)施及烘烤工藝，很難解決烤后煙葉掛灰等導(dǎo)致的煙葉質(zhì)量穩(wěn)定性差的難題，而導(dǎo)致這一情況的主要原因是翠碧1號鮮煙含水率高所致。為解決這一問題，本研究試圖通過低溫下先脫去主脈中的一部分水分，再采用新型除濕工藝，進行烘烤；但由于煙葉質(zhì)量差異，很難控制脫水率的高度一致，為此本研究進行了不同主脈脫水率范圍下的烘烤研究，通過烤后煙葉質(zhì)量分析，探尋適宜的主脈脫水率范圍，為設(shè)備設(shè)施及烘烤工藝在翠碧1號烘烤上的應(yīng)用提供參考。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，成熟采收鮮煙采取低溫除濕設(shè)備及工藝，在主脈游離水脫水10%±1%、20%±1%情況下，鮮煙保護性酶SOD、CAT、POD及MDA含量，葉片α-淀粉酶、β-淀粉酶、淀粉磷酸化酶和葉綠素降解酶活性，與主脈不脫水鮮煙無顯著性差異；烤后煙葉質(zhì)量同樣無顯著性差異。當主脈游離水脫水30%±1%時，由于鮮煙酶活性等主要生理生化指標產(chǎn)生顯著性差異，導(dǎo)致烤后煙葉質(zhì)量出現(xiàn)顯著性差異。

通過探討不同主脈脫水率煙葉烤后質(zhì)量結(jié)果表明，在一定主脈脫水率范圍內(nèi)，采用低溫低濕閉式烘烤，可提高翠碧1號煙葉的烘烤質(zhì)量。本設(shè)備設(shè)施及烘烤工藝，為今后探索解決翠碧1號烘烤難的問題，提供了參考。