烤烟上部烟叶颜色参数与烘烤特性分析及其关系研究

孙 阳，李青山，倪 超，谭效磊，刘 莉，王传义，徐秀红

(1．中国农业科学院 烟草研究所/农业部烟草生物学与加工重点实验室，山东 青岛 266101；2.中国农业科学院 研究生院，北京 100081； 3.中国科学院 南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京210008； 4.中国科学院大学，北京 100049； 5.重庆中烟工业有限责任公司，重庆 400000；6.山东临沂烟草有限公司，山东 临沂 276001)

烤烟上部叶在卷烟组配中起着主导作用，但目前我国存在烤烟上部叶较厚、化学成分不协调等问题，导致其在工业卷烟中可用性较低，急需提高其烤后质量[1]。烟叶烘烤特性是影响烤后烟叶质量的重要内在因素之一，也是衡量烟叶烘烤难度的重要指标[2-3]。烘烤前若能确定其烘烤特性，可为制定配套烘烤工艺提供依据，并在一定程度上提高烟叶烤后质量。

田间鲜烟叶需要通过烘烤彰显其优良品质，烘烤特性是影响烟叶烘烤的重要因素[4]。烟叶烘烤特性主要受遗传、土壤类型、田间栽培管理措施、气候、烟叶着生部位以及烟叶成熟度等因素的影响[5-6]。烟叶的成熟度是影响烟叶烘烤特性的重要因素之一[7],正常落黄或成熟度较高的烟叶烘烤特性较好[8-10]。研究表明，颜色参数判定成熟度的效果较好[11]。然而鲜烟叶颜色参数与烘烤特性的关系，及是否可以用于直接判定其烘烤特性的研究鲜有报道。鉴于此，本研究选择烤烟品种NC55和NC102的上部叶为供试材料，分析颜色参数和烘烤特性随生育期推进的变化规律,探究颜色参数和烘烤特性的关系，并建立回归模型,旨在为烟叶田间采收提供指导，为配套烘烤方案的制定提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2015年在山东省沂水现代烟草科技园进行。以烤烟品种NC102和NC55的上部叶为供试材料。土壤类型为褐土，肥力中等。纯氮施用量82.5 kg/hm2，氮、磷、钾质量比为1∶1.1∶2.8。施用复合肥525 kg/hm2(含纯氮52.5 kg/hm2)、豆饼300 kg/hm2、硫酸钾225 kg/hm2、磷酸二铵75 kg/hm2。70%肥料作为基肥施用，其余于移栽30 d后追施。

1.2 试验设计

选择烟株长势均一的试验田，划定3个小区(666.67 m2/区)，各小区选取具有代表性的3行作为定位行，选取定位行中具有代表性的烟株作为定位株(用于定位测定颜色参数)，以定位株第15～16叶位的叶片为定位叶。

从打顶后第25天开始，每隔10 d设为1个处理，共设5个处理(B1—B5)。田间定位测定颜色参数后，在定位行选取与定位株长势一致的烟株，采摘第15～16叶位的烟叶，将叶片放入黑色塑料袋带回实验室。在黑暗、不通风、室温环境下进行暗箱试验，观察烟叶的变黄、变褐特征。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 颜色参数的测定 采用CR-10型全自动色差计测定烟叶正、背面的颜色参数，L值为亮度，表示由黑到白的变化，0为黑色，100为白色，0～100之间为灰色；a值为红度，表示由绿到红的变化，正值为红色，负值为绿色；b值为黄度，表示由蓝到黄的变化，正值为黄色，负值为蓝色；色相角(H°)值和饱和度(C)值通过公式H°=arctan(b/a)、C=(a2+b2)/2求得。

正、背面颜色参数的测定方法一致，以横向距离烟叶主脉5 cm处的对称点为测量点，每半片叶等距离测量3个点，以6个点的平均值作为该叶片的颜色参数。

1.3.2 烘烤特性调查 烘烤特性调查采用暗箱试验法[12]。暗箱试验作为判断烤烟烘烤特性的方法，将烤烟烘烤特性指标进行了量化。将采收到的叶片挂于保持室温的暗箱中，每24 h测量1次其变黄、变褐比例，累计测量9次。取前4次的变黄比例计算变黄指数(YI)，YI=∑Y/n，Y表示烟叶变黄比例，n表示测量次数。变黄指数越大，表示易烤性越好。从烟叶开始变褐时进行变褐比例统计，变褐指数(BI),BI=∑B/n，B表示烟叶变褐比例，n表示测量次数。变褐指数越小，表示耐烤性越好。

1.4 数据分析

其中，n为样本数，y为变黄、变褐指数的实测值，x为变黄、变褐指数的预测值，M为变黄、变褐指数实测平均值。

2 结果与分析

2.1 不同烤烟品种烟叶颜色参数随采收时间的变化

如图1所示，烤烟生长过程中，烟叶的外观颜色会发生变化，因此，其颜色参数也会随之变化。不同烤烟品种烟叶正面颜色参数，随采收时间的推移，L值和C值呈不断增大的趋势；b值大体上呈现不断增大趋势，烤烟品种NC55 B2处理b值略大于B3处理；H°值则大体上呈不断减小的趋势；a值呈先减小后增大的趋势。不同烤烟品种烟叶背面颜色参数，随采收时间的推移，L值一直高于正面，大体上呈现不断增大的趋势，烤烟品种NC55 B2处理L值略大于B3处理，烤烟品种NC102 B2处理L值略小于B1处理；烤烟品种NC102处理C值和b值大体呈不断增大的趋势，烤烟品种NC55 B2处理b值和C值略大于B3处理；H°值和a值与烟叶正面变化趋势基本一致。由此可知，烤烟品种NC55与NC102的上部叶在成熟的过程中，叶片正背面亮度增大，绿色褪去，黄色显现。

图1 不同烤烟品种烟叶正、背面颜色参数随采收时间的变化

2.2 不同烤烟品种烟叶烘烤特性随采收时间的变化

烘烤特性包括易烤性和耐烤性。易烤性主要反映烟叶变黄以及定色的难易程度。耐烤性是指烟叶在定色期对外界环境变化的敏感性或耐受性。变黄指数、变褐指数分别是易烤性、耐烤性的量化指标，变黄指数越大，表示易烤性越好，变褐指数越小，表示耐烤性越好。

如图2所示，随烟叶采收时间的推移，烤烟品种NC55和NC102上部叶的变黄指数呈增大趋势，变褐指数呈现先减小后增大的趋势，且B2处理的变褐指数最小。由此可知，烤烟品种NC55和NC102上部烟叶随成熟度的提高，易烤性越来越好， B2处理耐烤性达到最佳，之后变差。

图2 不同品种烟叶烘烤特性随采收时间的变化

2.3 不同烤烟品种烟叶颜色参数与烘烤特性的相关性分析

由表1、2可知，烤烟品种NC55和NC102烟叶正面颜色参数b、C、H°与变黄指数呈显著相关，烟叶正面颜色参数L与变褐指数呈极显著相关，烟叶背面颜色参数L与变褐指数呈显著相关，说明烟叶正面颜色参数b、C、H°与易烤性关系密切，L与耐烤性密切相关。烤烟品种NC102烟叶背面颜色参数b、C与变黄指数呈显著、极显著正相关，H°与变黄指数呈显著负相关；烤烟品种NC55烟叶背面颜色参数b、C与变褐指数呈显著正相关。由此可知，颜色参数与烘烤特性关系密切，可以通过颜色参数的变化来指示烟叶的烘烤特性。

表1 不同烤烟品种烟叶正面颜色参数与烘烤特性的相关性

注：* 、 ** 分别表示相关性达到显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)水平，下同。

Notes:* ,** indicate significant (P<0.05) and extremely significant (P<0.01) correlation,respectively,the same below.

表2 不同烤烟品种烟叶背面颜色参数与烘烤特性的相关性Tab.2 Correlation between color parameters and curing characteristics of different flue-cured tobacco variety dorsal leaves

2.4 不同烤烟品种烟叶烘烤特性与颜色参数的回归分析

基于不同烤烟品种烟叶颜色参数建立变黄指数、变褐指数回归模型，以变黄指数、变褐指数为因变量，以正、背面颜色参数为自变量，进行逐步回归分析，并对回归模型进行显著性检验，得到变黄指数与变褐指数的回归模型(表3)。

表3 基于不同烤烟品种烟叶颜色参数的烘烤特性回归模型Tab.3 Regression model of curing characteristics based on color parameters of different flue-cured tobacco variety leaves

进行模型验证，对其预测值与实测值进行相关性分析并计算其RE。由图3可知，基于不同烤烟品种烟叶正面颜色参数建立模型的预测值与实测值显著相关，RE值在10%～19%，模拟效果较好。由此可知，基于烟叶正面颜色参数建立的烘烤特性回归模型预测效果较好，利用该模型预测烟叶烘烤特性可行。

BI1：烟叶正面变褐指数；BI2：烟叶背面变褐指数；YI1：烟叶正面变黄指数；YI2：烟叶背面变黄指数

3 结论与讨论

烟叶成熟过程中叶片颜色的变化可反映其组织内色素含量的变化[13-15]，色差计作为一种精确量化物体颜色的仪器，其测定指标(颜色参数)被作为指示色素含量的辅助指标[16]。前人研究发现[15，17-18]，烟叶颜色参数L、a值与叶绿素、类胡萝卜素含量呈现显著负相关，而与类叶比值呈现极显著正相关，b值与叶绿素含量呈现极显著负相关，与类叶比值呈现极显著正相关，C值与类胡萝卜素含量呈现显著正相关。随烟叶成熟度的提高，其色素含量不断减小，类胡萝卜素的降解幅度小于叶绿素，类叶比值不断增大[15]。这解释了本研究烤烟品种NC55和NC102 B1—B5处理中，L、b、C值大体上不断增大的原因；a值随烟叶采收时间的推移呈先减小后增大的趋势，与孙阳等[19]的研究结果一致，而与其他学者认为a值不断增大的结果不一致[15，20]，具体原因需进一步探究；H°值随采摘时间的推延，大体上不断减小，与李青山等[20]研究结果一致。

烟叶的成熟度是影响烟叶烘烤特性的重要因素之一[7]。戴勋等[21]对不同成熟度烟叶的烘烤特性进行研究发现，过熟烟叶易烤性较好。张玉琴等[11]研究认为，随烟叶成熟度提高，烟叶的易烤性逐渐增强。上述研究可对本研究中烤烟品种NC55和NC102 B1—B5处理的变黄指数逐渐增大的现象做出解释。烤烟品种NC55和NC102 B1—B3处理的变褐指数相对较小，B4—B5处理的变褐指数急剧增大，说明B1—B3处理的烟叶耐烤性相对较好。综合考虑，烟叶在成熟过程中存在某个阶段的烘烤特性好于其他阶段的现象[11，22]。

烤烟烘烤在烟叶生产中起着至关重要的作用，烘烤特性是影响烟叶烘烤的重要因素，是制定适宜烤烟工艺进而获得优质烤后烟的重要依据[23-29]。前人研究表明，某个成熟度的烟叶烘烤特性优于其他成熟度烟叶[9,11，22]，可根据鲜烟叶的颜色参数对成熟度进行判定[11]。本研究针对烤烟品种NC55和NC102上部叶正、背面的颜色参数与烘烤特性进行相关性分析，结果表明，两者呈显著或极显著相关。基于烟叶正面颜色参数建立的烘烤特性回归模型预测结果良好，实测值与预测值呈显著相关。上述分析表明，利用上部叶正面颜色参数来推断烟叶烘烤特性可行。

基于烤烟上部叶正面颜色参数建立了烘烤特性回归模型：Y1=-49.699+3.515b(R2=0.908)，H1=-257.435+6.594L(R2=0.994)。该模型可用于预测烟叶烘烤特性，为烘烤工艺的制定提供依据，以便指导烟叶烘烤，提高上部叶的可用性。