变黄期和定色期不同烘烤工艺对翠碧一号烟叶细胞壁物质的影响

王威威 陈顺辉 高文霞 王新旺 张炳辉

摘 要 为了探讨不同烘烤工艺处理对烟叶细胞壁物质含量和品质的影响，试验设置4种变黄期和定色期不同烘烤工艺处理，分析烘烤过程和烤后烟叶纤维素、粗木质素、果胶等细胞壁物质含量及纤维素酶、果胶甲酯酶活性。结果表明：烟叶烘烤过程中纤维素、粗木质素、果胶含量在烘烤36 h前快速降低，48 h后降幅减小，36 h前降幅依次为T3、T4、T2、T1，48 h后为T4、T2、T1、T3；果胶甲酯酶24和72 h活性最高，48 h活性降到最低，形成双峰曲线；纤维素酶活性在48 h后达到最高。通径分析结果表明，T2处理烤后烟叶细胞壁物质含量最低，化学成分协调，感官质量总体得分最高，烟叶质量最好。T2处理降低细胞壁物质含量有利于提高感官质量，提升烤后烟叶质量。

关键词 烤烟；翠碧一号；密集烘烤；化学成分；细胞壁物质

中图分类号 S572.062 文献标识码 A

Abstract In order to explore different curing techniques on the cell wall substances contents and quality of flue-cured tobacco leaves， four treatments of different curing techniques of yellowing and leaf-drying stage were arranged under the design to analyze the content of cellulose， lignin， pectin and the enzyme activity dynamics of cellulose and pectin methylesterase of the tobacco leaves during curing and after cured. The results showed that the contents of cellulose， lignin， pectin decreased rapidly before 36 hours and slowly after 48h during the curing process. And the order of the reduction amount was T3， T4， T2， T1 before 36 hours and T4， T2， T1， T3 after 48h during the curing process. The enzyme activity dynamics of pectin methylesterase of the tobacco leaves reached the highest at 24 hours and 72 hours and the lowest one was at 48 hours during curing process. It was a doublet curve. The activity of cellulose reached the highest at 48 hours during curing process. Path analysis showed that the content of cell wall substances in the cured tobacco leaves of T2 treatment was the lowest； the nicotine，total sugar，reducing sugar contents of it were the most harmonized. The reduction of the cell wall substances contents in the tobacco leaves cured by T2 treatment had favorable impact on improving the sensory quality and the quality of the tobacco leaves of CB-1.

Key words Flue-cured tobacco；CB-1；Bulk curing；Chemical components；Cell wall substances

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.05.024

烟叶细胞壁由纤维素、果胶和粗木质素等成分构成，约占烤烟烟叶干物质的30%，其含量过高对烟草品质不利[1]。纤维素是细胞壁的主要结构成分，可促进燃烧、增加阴燃持火力，含量过高可导致杂气和刺激性增加[2-4]；果胶分解产物也会增加烟气的刺激性[5-6]；粗木质素含量较低可增加烟气香味，过高增加烟气苦味[7-9]。烟叶调制是烟叶生产的中烟环节，烟叶调制过程中烘烤温度以及湿度的变化对烟叶外观质量以及内含化学成分的代谢都具有很大的影响。细胞壁物质在烘烤过程中的代谢变化直接影响烟叶中化学成分协调性以及烟叶品质[10]。目前烟叶的细胞壁物质研究主要集中于： （1）烤烟、晒烟、雪茄芯烟、马里兰烟和白肋烟等不同类型烟草细胞壁物质含量规律[11]； （2）烤烟不同部位烤后烟叶细胞壁物质含量规律[12]； （3）烘烤过程果胶甲酯酶（PME）、纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性变化规律[13-14]； （4）添加外源纤维素酶、果胶酶降低烤后烟叶的纤维素、粗木质素、果胶等含量，改善吸食品质等[l5-18]。不同烘烤工艺对烤烟细胞壁物质的影响研究鲜有报道。为此，本文探讨变黄期和定色期不同烘烤工艺对翠碧一号烟叶细胞壁主要物质含量及相关酶活性的变化，并对烤后烟叶细胞壁主要物质与化学成分、感官质量的关系进行分析，为进一步提升烟叶质量提供科学依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤烟品种为翠碧一号（CB-1）。试验在福建省南平烟科所试验基地进行。试验田土壤肥力中等，pH为6.6，有机质25.6 g/kg，施肥按纯氮用量112.5 kg/hm2，m（N） ∶ m（P2O5） ： m（K2O）=1 ∶ 0.8 ∶ 3， 行株距1.20 m×0.55 m。单株留叶数16～17片，其他大田管理措施按当地优质烤烟栽培生产技术规范进行，采收成熟度一致的中部叶（第10～12叶位）作为试验烟叶，鲜烟叶采收成熟度标准：叶色绿多黄少，主脉2/3变白、支脉基本变白。采用烟叶烘烤试验箱（容量800～1 000片）进行烘烤。

1.2 试验设计

试验设4个不同烘烤工艺处理，具体见表1。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 取样方法 分别取烤前鲜烟叶、烘烤过程每12 h取一次烟叶样品（至干球温度50 ℃结束为止），避开主脉和大的支脉，用打孔器打取整片烟叶的叶肉部分，均匀分成6份，用于纤维素、粗木质素和果胶含量、果胶甲酯酶及纤维素酶活力的测定；另取C3F烟叶1 kg，去除主脉，粉碎过60目筛，60 ℃烘至恒重，用于烤后细胞壁物质、纤维素、粗木质素、果胶含量及总糖、还原糖、烟碱、淀粉含量测定。

1.3.2 测定方法 纤维素酶活性采用Andrews等[19]的方法测定，果胶甲酯酶活性参照宁正祥[20]方法测定，总果胶含量参照韩雅珊[21]的方法测定，参照熊素敏[22]等的方法测定粗木质素、纤维素含量。采用YC/T159～161方法测定烟叶样品的还原糖、总糖、烟碱含量，淀粉含量参照丁映[23]利用酸水解的方法测定。

1.3.3 烤后烟叶感官评吸质量评价 各处理取烤后C3F烟叶样品1 kg，由福建中烟工业有限责任公司技术中心进行感官评吸。

1.3.4 数据处理 采用EXCEL 2007、SPSS17.0和SAS对试验数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 各处理烘烤过程中细胞壁主要物质含量及相关酶活性动态变化

2.1.1 各处理烘烤过程中细胞壁主要物质含量动态变化 图1（a、b、c）可见，各处理烟叶烘烤过程纤维素、粗木质素、果胶含量均呈下降趋势；36 h前，纤维素、粗木质素、果胶含量下降速率显著高于48 h后；相同烘烤时间下，36 h前处理T1的含量最高，处理T2、T4、T3依次降低，48 h后处理T3含量最高，其次分别是处理T1、T2、T4。

2.1.2 各处理烘烤过程中细胞壁物质相关酶活性动态变化 图2-a可见，各处理烘烤过程烟叶果胶甲酯酶活性变化为双峰曲线，烘烤开始果胶甲酯酶活性先上升，24 h后开始降低，48 h后再次升高，72 h后再次下降；36 h前处理T3果胶甲酯酶活性最高，其次是处理T4、T2、T1；48 h后以处理T4果胶甲酯酶活性最高，其次是处理T2、T1、T3。图2-b可见，各处理烘烤过程烟叶纤维素酶活性变化呈上升趋势；36 h前处理T3纤维素酶活性最高，其次是处理T4、T2、T1，48 h后以处理T4纤维素酶活性最高，其次是处理T2、T1、T3。

2.2 各处理对烤后烟叶细胞壁主要物质含量的影响

表2可知，烤后烟叶的果胶、粗木质素含量均以处理T2最低；低于处理T1、T3、T4；细胞壁物质总量以处理T3、T4为最高，其次是处理T1和T2；纤维素含量以T4为最高，其次是处理T3和T1，处理T2最低。

综合表1、2的结果，不同烘烤工艺处理烘烤过程细胞壁主要物质含量和相关酶活性、烤后烟叶细胞壁主要物质含量存在明显差异。本试验中，纤维素酶活性在烘烤过程中呈现上升趋势，果胶甲酯酶活性在烘烤进行24 h时达到最高，与烤后烟叶中纤维素、果胶及其它细胞壁物质含量最低不存在明显对应关系。究其原因，影响酶活性的因素包括酶浓度、底物和产物浓度、温度、pH值、辅助因子等。然而，不同烘烤工艺处理的差异，表面上是不同烘烤阶段烤房内干球温度、湿球温度以及烘烤时间的差异，但其对烟叶细胞内酶浓度、底物和产物浓度、pH值乃至各种辅助因子均产生影响。本试验结果尚无法明确烘烤过程中细胞壁物质含量及相关酶活性间的关系。因此，要全面了解细胞壁物质主要含量及相关酶活性对不同烘烤工艺处理的响应机制，尚需进一步的研究。

2.3 各处理对烤后烟叶主要化学成分含量影响

表3可见，不同烘烤工艺对烤后烟叶中主要化学成分含量及其衍生值具有显著影响。变黄期低温烘烤条件下，随湿度增加烤后烟叶烟碱、总糖、还原糖、淀粉含量以及糖碱比、两糖比、两糖差呈上升趋势，且烟碱、总糖、还原糖、淀粉差异达极显著差异水平；变黄期高湿烘烤条件下，随烘烤温度的降低，烤后烟叶中烟碱、还原糖、两糖比含量呈现上升趋势，其中烟碱含量达到极显著差异水平，总糖、淀粉、糖碱比、两糖差含量呈现下降趋势，其中淀粉含量达到极显著差异水平。4种烘烤工艺烤后烟叶的烟碱含量均在适宜范围内；T2处理的总糖、还原糖含量更高，其余处理均在适宜范围之内；淀粉含量以T1处理最低，其次是T4处理，T3处理最高；T2处理的糖碱比最高，两糖差和两糖比均处在第3位。

变黄期T1处理烘烤时间最长，干湿差最大，烟叶失水速度较快，烟叶中淀粉含量分解量最多，转化量也最多，导致烤后烟叶总糖、还原糖、淀粉含量均为最低；T2处理烘烤时间稍短于T1处理，干湿差小于T1，烟叶失水速度慢于T1，烟叶内含物质分解转化速度稍快于T1，38、40 ℃低温烘烤时间短于T1，虽然42 ℃的烘烤时间稍长于T1，但烟叶内淀粉分解转化低于T1处理；T4处理38、40 ℃烘烤时间短于T1处理，干湿差小于T1，虽然47 ℃烘烤时间稍长于T1，但38 ℃最佳变黄时间过短，导致淀粉、总糖、还原糖含量高于T1处理，但低于T2；T3处理38 ℃烘烤时间比T3更短，47 ℃烘烤时间长于T4，导致淀粉分解量最少，含量为4种处理最高。综上所述，本试验结果进一步证实，烘烤过程中淀粉分解主要在干球温度38、40 ℃阶段，湿球温度提高2 ℃也可明显降低淀粉含量。

2.4 各处理对烤后烟叶感官质量的影响

表4可知，不同烘烤工艺烤后烟叶的感官评吸整体表现为：香气质以处理T2得分最高，其次为处理T1、T3、T4。香气量和杂气以处理T2、T3较高，其次是处理T1和处理T4。以T2烘烤工艺烤后烟叶的细腻度较好，浓度、劲头、刺激性适中，余味较足。总体得分以处理T2最高，分值为75.90；其次是处理T3、T1、T4，分值分别为73.80、72.10、65.60。

综合各处理烤后烟叶的主要化学成分含量及其衍生值、感官质量结果，T2处理烤后烟叶香气质较好，香气量较足，杂气较少，感官质量总得分最高；其烟碱、总糖、还原糖含量均为最高。已有研究表明，以红花大金元、CB-1为代表清香型烟叶，在一定范围内糖含量高，其清香香气特征更为明显，能够进一步提升烟叶品质[24]。本试验的结果显示处理T2烟叶中总糖、还原糖含量较其他处理高，感官评吸结果中处理T2得分最高，也进一步证实了这一点。

2.5 烤后C3F烟叶中细胞壁物质、主要化学成分与评吸质量相关的通径分析

香气质、香气量和杂气是感官评吸质量的核心指标。采用SAS分析工具中backward方法对烤后烟叶细胞壁物质总量、果胶、纤维素、粗木质素、烟碱、总糖、还原糖、淀粉含量等自变量进行筛选，结果表明烤后烟叶细胞壁物质总量、果胶含量以及纤维素含量，对感官评吸中香气质、香气量、杂气得分（y）贡献较大。香气质、香气量、杂气得分中直接通径系数P1y>P2y>P3y，说明细胞壁物质（X1）对香气质、香气量、杂气得分（y）贡献较大，其次是果胶含量（X2）和纤维素含量（X3）；细胞壁物质对香气质和香气量的直接通径系数分别为-2.543、-2.941和1.613，说明细胞壁物质总量增大对香气质和香气量存在不利影响，同时会增加杂气；果胶、纤维素含量对香气质和香气量的直接通径系数分别为1.477、0.512和2.231、0.551，说明果胶、纤维素含量增大对香气质和香气量存在有利影响；而果胶、纤维素含量对杂气的直接通径系数分别为-1.555和-0.815，说明果胶和纤维素含量增大会降低杂气；虽然间接通径系数表明纤维素含量（X3）与杂气得分（y）相关系数（-0.861）较大，但是纤维素含量（X3）对杂气得分（y）的直接通径系数仅达到-0.815，说明纤维素含量可通过其他因素影响杂气；纤维素含量（X3）与香气量得分（y）的间接通径系数大于果胶含量（X2）与香气量得分（y）的间接通径系数，表明纤维素含量对香气量得分的间接贡献大于果胶含量对香气量得分的贡献（如表5）。

3 讨论

纤维素、粗木质素、果胶等细胞壁物质烘烤过程中分解主要产物也是糖类。从本试验烤后烟叶纤维素、果胶、粗木质素含量、细胞壁物质总量来看，T1、T2处理的纤维素、果胶、粗木质素含量、细胞壁物质总量总体低于T3、T4处理，说明细胞壁相关物质的分解转化主要发生在干球温度42、52 ℃阶段，47 ℃阶段可能对于降低细胞壁相关物质含量影响不大。究其原因，是否变黄前、中期（干球温度38、40 ℃阶段）淀粉分解量的多少会影响到细胞壁物质及相关酶活性的对不同烘烤工艺的响应，尚待进一步的研究探讨。

烘烤过程中伴随与多种物质合成、分解和转化相关的生理生化反应。试验中各处理纤维素酶活性变化曲线与纤维素含量不完全吻合，纤维素酶活性受温度和湿度等条件的影响较大，并伴随多种生理生化反应的交互作用[23-25]。结果显示随烘烤时间的进行烟叶细胞壁中的纤维素和果胶含量逐渐下降，与武圣江[28]等人研究结果一致。本研究表明变黄期低温中湿的烘烤条件促进烟叶化学成分协调，与王定斌[26]等人研究结果一致，但与崔国民[27]等的变黄期高强度烘烤工艺可提高烟叶质量的结论不同，这可能与试验所用烤烟品种有关。试验结果显示果胶甲酯酶活性在24 h达到最高，此时烘烤温度为40 ℃，与宋朝鹏[31]等人研究显示果胶甲酯酶活性在42 ℃最高的结论存在存在差异。本试验中，烘烤过程果胶、纤维素、粗木质素等细胞壁相关物质及密切相关的果胶甲酯酶、纤维素酶活性对烘烤工艺差异的响应机理等问题，均尚待进一步的研究探讨。

4 结论

烤后烟叶细胞壁相关物质含量、化学成分与感官质量指标的通径分析结果表明，细胞壁物质总量高对香气质、香气量、杂气贡献较大，其次是果胶含量和纤维素含量。纤维素含量可通过其他因素间接影响杂气；纤维素含量对香气量得分的间接贡献大于果胶含量。细胞壁物质总量高对香气质和香气量存在不利影响，杂气增加；果胶和纤维素含量高有利于提高香气质和香气量，降低杂气。T2处理即变黄期低温中湿烘烤条件下烤后烟叶细胞壁物质、果胶、纤维素含量最低，烟碱、总糖、还原糖含量最高，感官质量总体得分最高，表明降低细胞壁物质含量有利于提高感官质量，提升翠碧一号烤后烟叶质量。

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