定色期掉溫對煙葉品質(zhì)的影響及其閾值研究

陳家鼎，毛嵐，任江皓，趙英佑，王龍，吳彪

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 云南省曲靖市煙草公司，云南 曲靖 655000）

定色期的主要任務(wù)是使充分變黃的煙葉及時失水、固定顏色[1]，同時促進主脈變黃和煙葉內(nèi)含物質(zhì)進一步轉(zhuǎn)化，是煙葉烘烤品質(zhì)的關(guān)鍵階段，在此過程中掉溫極易導(dǎo)致煙葉冷掛灰，不僅影響煙葉的經(jīng)濟性狀和感官質(zhì)量，還會對煙葉內(nèi)在化學(xué)成分和香氣成分的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響[2-3]。王濤等[4]研究表明，在定色前期48 ℃延長穩(wěn)溫時間6 h，可以明顯提升烤后煙葉中上等煙比例和香氣成分含量。黃飛燕等[5]對云煙100 上部葉定色期升溫速度進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以1 ℃·2 h-1升溫定色，煙葉青黃煙比例明顯下降，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性得到改善。K326 烘烤工藝優(yōu)化的相關(guān)研究表明，定色期干濕球溫度設(shè)置為干球48 ℃、濕球37 ℃和干球55 ℃、濕球38 ℃時，煙葉等級和物理特性較好[6]，并提出了對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)閾值[7]。目前，關(guān)于定色期干濕球溫度、升溫速率、穩(wěn)溫時間與煙葉品質(zhì)之間的相關(guān)性研究已經(jīng)較為完善，但在掉溫對煙葉質(zhì)量具體影響上的研究相對較少。因此，本研究通過在定色期設(shè)置不同的掉溫及持續(xù)時間處理，并結(jié)合TOPSIS 綜合評價法來探究定色期掉溫對煙葉品質(zhì)的具體影響，并提出相應(yīng)的掉溫閾值參數(shù)，以期為煙葉生產(chǎn)中設(shè)置合理的溫度示警參數(shù)，保證煙葉烘烤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與地點

試驗于2021 年在曲靖市煙草公司煙葉烘烤培訓(xùn)基地（麒麟三寶）進行，供試品種為云煙97，采用氣流上升式模擬烤煙箱，烤煙箱內(nèi)徑長1 000 mm、寬1 000 mm、高1 500 mm。采用長1 050 mm、寬80 mm 煙夾，裝煙量8 桿，平均單桿質(zhì)量7.2 kg。選取大田管理規(guī)范、個體與群體生長發(fā)育協(xié)調(diào)一致、落黃均勻煙田的上部（15～17 葉位）煙葉。

1.2 試驗設(shè)計

烘烤過程按照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)三段式烘烤工藝執(zhí)行。在定色前期48 ℃煙葉穩(wěn)溫達到黃片白筋、小卷筒和定色后期54 ℃煙葉穩(wěn)溫達到大卷筒時，設(shè)置6 個降溫處理、1 個對照（CK）。降溫處理結(jié)束后，按照1 ℃·h-1升溫速度升至正常溫度，此過程中風(fēng)機頻率參數(shù)保持不動，具體試驗設(shè)計如表1 所示。

表1 試驗設(shè)計

1.3 試驗方法

1.3.1 掛灰煙等級鑒定 參照病害等級鑒定方式，在烘烤結(jié)束后，隨機選取2 竿煙樣，組織烘烤和分級專家逐片掛灰等級鑒定。具體鑒定方案如表2 所示。

表2 掛灰煙等級鑒定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 煙葉經(jīng)濟性狀統(tǒng)計 由云南省煙草公司曲靖市公司質(zhì)檢站組織分級專家采用GB2635—1992《烤煙》[8]標(biāo)準(zhǔn)對烤后煙葉進行外觀質(zhì)量評價和煙葉分級，統(tǒng)計各處理烤后煙葉的上等煙比例，并按照當(dāng)?shù)厥召弮r格計算煙葉均價。

1.3.3 化學(xué)成分測定 采用流動分析法[9]測定煙葉中還原糖、總氮、煙堿、鉀離子含量、氯離子含量，并計算出對應(yīng)的糖堿比、氮堿比和鉀氯比數(shù)值。參考王彥亭等[10]的方法對各指標(biāo)進行權(quán)重賦值，計算出煙葉的綜合得分。

1.3.4 香氣成分測定 參考何永秋等[11]的方法，使用二氯甲烷萃取煙葉中的致香物質(zhì)，并使用旋蒸漏斗將溶液濃縮至1 mL，使用氣相色譜-質(zhì)譜法（GCMS）進行香氣質(zhì)的分析。

1.3.5 官質(zhì)量評價 由云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心組織評吸專家對烤后煙葉進行感官質(zhì)量評價。

1.3.6 TOPSIS 綜合評價法 TOPSIS 綜合評價法中評價對象各指標(biāo)值與最優(yōu)方案和最劣方案之間的距離和，計算公式如下：

Ci表示第i 個評價對象與最優(yōu)水平的接近程度，其計算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2019 軟件進行整理分析，采用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉掛灰比例及經(jīng)濟性狀分析

掉溫是導(dǎo)致煙葉冷掛灰的直接原因，定色期不同掉溫處理的煙葉掛灰比例如圖1 所示，在整個定色期，CK 處理的掛灰煙葉比例取最小值26.56%。與CK 相比，隨著掉溫幅度增大和持續(xù)時間的增長，掛灰煙葉的比例也隨之增大，在QT6 處理取極大值86.62%。在相同掉溫幅度和持續(xù)時間條件下，掛灰煙的比例表現(xiàn)為定色前期大于定色后期。CK 處理的掛灰煙葉等級最高為3 級，4 級掛灰煙葉首次出現(xiàn)在QT1 和HT1 處理，5 級掛灰煙葉首次出現(xiàn)在QT3 和HT3 處理，且高等級掛灰煙的比例隨著掉溫幅度及持續(xù)時間的增大而增大。這表明定色期掉溫在影響掛灰煙葉比例的同時，也對煙葉掛灰程度產(chǎn)生了不利影響。由圖1 可知，掉溫幅度和持續(xù)時間的增大會顯著降低上等煙比例和烤后煙葉均價，上等煙比例由CK 處理的71.73%減至QT6 處理的25.81%，煙葉均價由CK 處理的24.43 元·kg-1減至QT6 處理的15.04 元·kg-1，同一掉溫幅度和持續(xù)時間下，定色前期處理的上等煙比例和烤后煙葉均價顯著低于定色后期處理，這與掛灰煙比例的變化趨勢具有相關(guān)性，說明定色前期掉溫對煙葉掛灰及經(jīng)濟性狀的影響更大。

圖1 不同處理煙葉的掛灰比例及經(jīng)濟性狀

2.2 化學(xué)成分分析

煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性是其內(nèi)在品質(zhì)的重要體現(xiàn)。表3 為定色期不同降溫處理的煙葉主要化學(xué)成分含量及綜合評價得分。由表3 可知，化學(xué)成分品質(zhì)得分取最高值91.72 分為CK 處理，QT6 處理取最小值64.29 分。與CK 相比，隨著降溫幅度和持續(xù)時間的增大，煙葉的還原糖含量由21.28%減至13.47%，糖堿比由9.06 減至3.37，氮堿比由0.99 減至0.65，且三者均在QT6 處理取得最小值；煙堿含量則隨降溫幅度和持續(xù)時間的增大由2.35%增至4.00%，且在QT6 處理取最大值；總氮含量、鉀含量和鉀氯比未表現(xiàn)出明顯規(guī)律。這說明還原糖和煙堿含量受定色期降溫的影響較大，且定色前期的影響力高于定色后期。對各化學(xué)成分指標(biāo)進行評價得分，并賦予對應(yīng)的權(quán)重值，以對煙葉的化學(xué)成分進行綜合評價。結(jié)果表明，CK 處理的綜合得分最高，且分值隨定色期降溫幅度和持續(xù)時間的增大而明顯減小。降溫處理中，只有QT1、QT2、QT3、HT1、HT2 和HT3 的綜合得分高于80 分；相同溫度和時間處理時，定色后期掉溫的煙葉化學(xué)成分得分更高。這表明定色期掉溫大于3 ℃、持續(xù)時間高于3 h 時，會嚴(yán)重破壞煙葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，且定色前期掉溫對煙葉的化學(xué)品質(zhì)影響更大。

表3 不同處理煙葉的化學(xué)成分綜合評價

2.3 香氣成分分析

定色期不同掉溫處理的煙葉香氣成分含量如表4 所示，共檢測出64 種香氣成分，包括中性香氣成分57 種、酸性香氣成分2 種、堿性香氣成分5 種，以茄酮、大馬士酮、新植二烯、西柏三烯二醇-3、西柏三烯二醇-5、棕櫚酸的含量較高。圖2 描述了定色期不同掉溫處理下各類型香氣成分的總量。由圖2 可知，中性香氣成分總量在CK 處理取極小值（821.803 5 μg·kg-1），在QT2 處理取極大值，（2 958.103 4 μg·kg-1）；酸性香氣成分總量在QT6處理取最小值（10.757 4 μg·kg-1），在QT2 處理取最大值（137.077 9 μg·kg-1）；堿性香氣成分在QT1處理取最小值（0.814 8 μg·kg-1），在QT5 處理取極大值（32.916 9 μg·kg-1），各類型香氣成分總量在QT2 處理取最大值（3 105.076 1 μg·kg-1），在CK 處理取最小值（887.557 7 μg·kg-1）。這表明定色期掉溫可以提高烤后煙葉的香氣成分含量，且對中性香氣成分含量的提升較為明顯。其中，定色前期掉溫的烤后煙葉香氣成分含量顯著高于定色后期掉溫的煙葉，原因可能是定色前期掉溫提高了煙葉內(nèi)酶活性，從而促進香氣物質(zhì)的形成，而定色后期時干球溫度過高，大部分酶已失去活性。

圖2 不同處理煙葉的香氣成分含量

表4 不同處理煙葉的香氣成分含量 μg·g-1

2.4 感官質(zhì)量分析

由表5 可知，定色期掉溫會降低烤后煙葉的感官品質(zhì)得分，CK 處理取最高分（76.65），QT6 和HT6 處理取最低分（72.15），相同降溫條件下，定色前期與定色后期之間無明顯差異。與CK 相比，掉溫幅度和持續(xù)時間的增大會使煙葉香氣類型由清香轉(zhuǎn)向中間香型，同時使煙葉的勁頭值由3.0 增至3.2，濃度值由3.0增至3.3，香氣質(zhì)得分由12.15 減至10.65，香氣量得分由16.95 減至15.95，余味得分由18.85 減至17.75。而雜氣和刺激性得分未表現(xiàn)明顯的規(guī)律性，燃燒性和灰色分值與降溫?zé)o明顯相關(guān)性。這表明定色期降溫主要通過影響煙葉的香氣質(zhì)、香氣量和余味進而影響到煙葉的感官品質(zhì)，且相同掉溫條件下定色前期和定色后期對煙葉感官品質(zhì)的影響能力基本相同。

2.5 逼近理想值排序法（TOPSIS）綜合評價

2.5.1 原始數(shù)據(jù)矩陣歸一化處理 利用TOPSISI 法進行評價時，要求評價對象的指標(biāo)同趨勢化，因此采用倒數(shù)法將掛灰煙比例的數(shù)值轉(zhuǎn)化為高優(yōu)指標(biāo)，然后將同趨勢化的原始數(shù)據(jù)矩陣進行歸一化處理，并建立相關(guān)矩陣，歸一化矩陣值如表6 所示。根據(jù)歸一化矩陣值進一步得到最優(yōu)向量值和最劣向量值，則最優(yōu)方案：A+=（0.482 8，0.353 7，0.326 7，0.318 8，0.285 6，0.532 0）；最劣方案：A-=（0.148 0，0.127 3，0.201 2，0.223 4，0.268 8，0.152 1）。

2.5.2 TOPSIS 綜合評價 定色不同掉溫處理后烤后煙葉的各項指標(biāo)變化趨勢并不相同，為綜合評價定色期掉溫處理對烤后煙葉質(zhì)量的綜合，確定適宜的掉溫閾值示警，本研究對13 個處理中6 項評價指標(biāo)進行TOPSIS 綜合分析，結(jié)合表6 由公式（1）和公式（2）計算出定色期不同掉溫處理各指標(biāo)值與最優(yōu)方案和最劣方案之間的距離和，并由公式（3）進一步計算出各處理與最優(yōu)方案之間的接近程度Ci，具體結(jié)果如表7 所示。

表7 TOPSIS 綜合評價結(jié)果

TOPSIS 綜合評價結(jié)果顯示，定色期各處理對烤后煙葉品質(zhì)的影響由優(yōu)到劣排序為：CK＞HT1＞QT1＞QT2 ＞HT2 ＞HT3 ＞QT4 ＞QT5 ＞HT4 ＞QT3 ＞HT5 ＞HT6 ＞QT6。其中，Ci值越接近于1，表明該處理越接近最優(yōu)水平。從表5 可以看出，只有CK、HT1、QT1 和QT2共4 個處理的Ci值大于0.6，其余處理Ci值均在0.5以下。因此，隨著定色期掉溫幅度和持續(xù)時間的增大，烤后煙葉品質(zhì)會明顯下降，結(jié)合TOPSIS 綜合評價結(jié)果分析，定色前期掉溫2 ℃，持續(xù)時長5 h，定色后期掉溫2 ℃，持續(xù)時長3 h，可以作為定色期掉溫的示警閾值參數(shù)。

3 討論與結(jié)論

煙葉烘烤的本質(zhì)是變黃與失水的協(xié)調(diào)[12]，在此過程中鮮煙葉價值的實現(xiàn)與裝煙室內(nèi)溫濕度分布、風(fēng)速大小，以及自身酶活性等因素息息相關(guān)[13]。定色期作為煙葉烘烤品質(zhì)固定的關(guān)鍵時期，溫度的波動會對煙葉外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量和各種大分子的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響[14]，設(shè)置適宜的定色期掉溫閾值示警參數(shù)，可以及時避免設(shè)備故障、轉(zhuǎn)火不當(dāng)?shù)纫蛩貙熑~造成的不利影響，提升煙葉烘烤質(zhì)量。

掛灰煙是指烘烤過程中褐變反應(yīng)所導(dǎo)致的出現(xiàn)局部甚至全葉灰色或褐色的煙葉[15]，其中掉溫是導(dǎo)致煙葉冷掛灰的直接原因[16]，這在本研究中得到證實。與常規(guī)烘烤相比，經(jīng)過不同定色期掉溫處理的煙葉烤后掛灰比例由26.56%提升至86.62%，且經(jīng)定色前期掉溫處理后的掛灰煙比例要高于定色后期，原因可能是在變黃期充分變黃的煙葉，轉(zhuǎn)入定色初期后，煙葉內(nèi)的水分含量較高，烤房內(nèi)相對濕度高于定色后期，此時掉溫更容易導(dǎo)致水蒸氣在煙葉表面冷凝導(dǎo)致冷掛灰。顏色不僅是決定煙葉等級的重要因素[17]，相關(guān)研究也證實顏色參數(shù)與煙葉內(nèi)在化學(xué)成分等存在顯著相關(guān)性[18]，這與本研究的結(jié)果相一致。隨著掛灰煙比例的上升，煙葉上等煙比例及煙葉均價明顯下降，且化學(xué)成分綜合得分也表現(xiàn)出相似的下降趨勢。劉天香等[19]研究表明，隨著定色干球溫度的上升，煙葉的總糖和還原糖含量呈明顯下降趨勢，這與本研究有所出入。原因可能是本研究中干球溫度是經(jīng)人為短暫下降后又恢復(fù)至預(yù)設(shè)溫度，并非在降溫后溫度點進行定色，煙葉內(nèi)還原糖等內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律并不相同。

香氣物質(zhì)的含量及比例共同決定煙葉自身香型、香氣量和香氣質(zhì)[20]。宮長榮等[21]研究認為，延長54～55 ℃穩(wěn)溫時間10 h，有利于煙葉合成香氣物質(zhì)。李昱霖等[22]研究認為，煙葉經(jīng)預(yù)熱后低濕定色，烤后煙葉香氣物質(zhì)含量較高。而在本研究中，與常規(guī)工藝相比，經(jīng)掉溫處理后的煙葉香氣物質(zhì)含量有所提升，與前者研究結(jié)果有所出入。原因可能是煙葉在田間生長時栽培條件、氣候、海拔等因素與之并不相同，煙葉香氣物質(zhì)轉(zhuǎn)化所需的溫濕度環(huán)境有所差異。

基于TOPSIS 綜合評價法研究定色期掉溫對烤后煙葉綜合品質(zhì)的影響結(jié)果顯示，定色前期掉溫低于（2 ℃，5 h），定色后期掉溫低于（2 ℃，3 h），可以作為定色期掉溫的示警閾值參數(shù)。但掉溫對煙葉品質(zhì)的影響是多方面的，僅從烤后煙葉質(zhì)量評價來研究掉溫與煙葉質(zhì)量的相關(guān)性，并不能全面解釋掉溫造成煙葉質(zhì)量變化的內(nèi)在作用機理，未來可以通過生理角度，結(jié)合煙葉細胞結(jié)構(gòu)變化、酶活性變化等方面進行深入研究。