不同素质烟叶烘烤过程中生理及质地变化研究

潘飞龙，杨 洋，鄢 敏，李林秋，严 素，易 蔓，蒋博文，杨懿德*

(1. 河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002；2. 四川省烟草公司宜宾市公司，四川 宜宾 644000)

【研究意义】烟草生产对自然条件依赖性较大，在非正常气候条件下，虽然栽培管理水平很高，也会产生特殊素质烟叶[1]。近年来，烤烟生长季节自然灾害频发，特殊素质烟叶时有发生，且种类繁多，难以烘烤，这很大程度影响了烟农的烘烤信心和实际烘烤质量，严重制约着烟叶生产的经济效益[2-3]。【前人研究进展】何颜晟等[4]研究发现特殊素质烟叶田间生长过程中叶面积增长和营养物质积累存在一定相关性，可依据烟叶大田期生长状况，尽早预防特殊素质烟叶的出现；倪克平等[5]研究了白露后烟叶烘烤存在的烤青、挂灰等问题，并提出了提早移栽期、坚持成熟采收、分类编竿、调整烘烤工艺等技术措施，有效减少了挂灰、烤青烟比例；吴锡刚等[6]研究了西昌烟区非正常烟叶的形成原因、素质特点及烘烤特性，并提出了与之对应的采收、装炕和烘烤工艺要点；朱佩等[7]研究发现，特殊素质烟叶烘烤过程中失水困难或失水过快，黑暴烟色素含量高且类叶比变化小，黑茎病、病毒病、叶斑病烟叶类叶比高峰出现早，特殊素质烟叶鲜烟PPO活性高，烤后烟叶碳水化合物含量低，含氮化合物含量高，评吸质量差；李生栋[8-9]、吴文信[10]等研究了不同素质烟叶烘烤过程中烟叶颜色值、含氮化合物、色素含量之间的关系，为适时调整烘烤工艺奠定了理论基础。目前关于特殊素质烟叶的形成原因、烘烤特性、采编装技术和烘烤要点已有较多报道，但大多比较笼统和表观，而对于特殊素质烟叶烘烤过程中内部生理及质地变化的研究较少。【本研究切入点】本研究以常规烟叶为对照，比较分析了返青、后发、多肥3种特殊素质烟叶烘烤过程中烟叶呼吸强度、水分、色素含量、淀粉含量和硬度的变化规律，并对烤后烟叶的主要化学成分和经济性状进行检测和统计，进一步明确特殊素质烟叶生理生化特性。【拟解决的关键问题】本研究旨在阐明不同素质烟叶烘烤过程中生理及质地变化，为制订与其相配套的密集烘烤工艺提供一定的理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016年4-9月在云南省大理州弥渡县红花大金元科技研发基地进行，供试烤烟品种为红花大金元，在温湿大棚内通过控制烟叶大田生长期灌水、光照和施肥等措施促使形成返青、后发、多肥3种特殊素质烟叶，并以常规烟叶为对照。3月29日移栽，6月3日统一打顶，有效留叶数18片，移栽株行距为0.6 m×1.2 m，砂质土壤，肥力中等。田间栽培管理措施分别为：①常规烟叶：生育期管理按照优质烤烟生产技术规范进行灌水和施肥；②返青烟叶：中部叶采收前10 d用质量分数0.2 %的硝酸铵溶液500 mL/株进行灌根处理，并进行遮荫，其余同常规烟叶；③后发烟叶：烟株还苗后进行控水处理，在保证烟株存活的情况下尽可能减少灌水量，现蕾后进行正常灌水和遮荫，其余同常规烟叶；④多肥烟叶：施氮量为常规烟叶的1.5倍，磷钾肥施用量相同，其余同常规烟叶。各个处理60株。在常规烟叶中部叶成熟时，分别采收9～11叶位成熟特点明显的常规烟叶、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶为试验材料。

1.2 试验设计

试验共设4个处理：常规烟叶(对照)、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶，3次重复。不同处理的烟叶同时采收、编竿及装柜，采用智能烟叶烘烤实验柜(福州兴东辉自动化科技有限公司生产)按照当地优质烟叶烘烤工艺进行烘烤。在烘烤过程中关键温度点(鲜烟叶、38 ℃末、40 ℃末、43 ℃末、45 ℃末、48 ℃末、53 ℃末、烤后烟叶)取样，测定呼吸强度、色素、含水量、硬度等指标，此外测定烤后烟叶常规化学成分，并计算其经济性状。48 ℃末以后叶片基本已干，未测定呼吸强度、叶片含水量和硬度。

1.3 测定项目及方法

烘烤过程中，从各个处理关键温度点末取6片烟叶，先测定烟叶呼吸强度，再测定烟叶主脉和叶片硬度，最后测定水分和色素含量，试验重复3次。呼吸强度的测定采用气相色谱法[11]；硬度测定的参数设定和方法在武圣江等[12]基础上略有改动，测定6次，取平均值；含水量的测定采用烘干称重法[13]；色素测定采用分光光度法[14]。各个处理取C3F等级初烤烟叶1 kg，于50 ℃下烘干粉碎、过滤，采用AAⅢ型连续流动化学分析仪(德国BRAN+LUEBBE公司生产)测定常规化学成分[15]，采用蒽酮比色法[16]测定烟叶淀粉含量；各处理烤后烟叶按国标等级分级，统计均价、上中等烟比例等。

1.4 数据处理

试验数据用SPSS 20.0进行统计分析，用Microsoft Excel 2010进行整理，用Origin 9.1进行作图，用新复极差法进行方差分析，显著性水平设定为P=0.05，极显著性水平P=0.01。

2 结果与分析

2.1 不同素质烟叶烘烤过程中生理生化变化

2.1.1 不同素质烟叶呼吸强度变化 呼吸作用是烟叶烘烤过程中的关键控制环节，呼吸作用的强弱直接影响烟叶的理化性质，并最终影响原烟的品质[17]。根据图1可以看出，不同素质烟叶烘烤过程中呼吸强度变化规律一致，基本呈先升高后下降趋势；鲜烟叶呼吸强度高低依次为后发烟叶>常规烟叶>返青烟叶>多肥烟叶，变黄中期(40 ℃末)烟叶呼吸强度达到最高，依次表现为后发烟叶>返青烟叶>常规烟叶>多肥烟叶；后发烟叶和常规烟叶45 ℃末呼吸强度较43 ℃末分别下降89.37 %、72.73 %，而返青烟叶和多肥烟叶仅下降12.47 %、10.00 %。

图1 不同素质烟叶烘烤过程中呼吸强度变化

2.1.2 不同素质烟叶含水率变化 失水干燥是烟叶烘烤的最终目的之一，水分含量直接影响烟叶的内部理化特性，烟叶失水速度的快慢决定了烟叶能否正常变黄和顺利定色[18]。如图2所示，烟叶主脉含水量和叶片含水量均呈下降趋势；鲜烟叶中，不同素质烟叶主脉含水量差异不明显，叶片含水量差异较大，常规烟叶、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶叶片含水量依次为68.73 %、71.35 %、65.78 %和65.87；烟叶主脉在48 ℃末以前失水较慢，48 ℃末以后失水迅速，不同素质烟叶叶片失水速度差异较大，返青烟叶43 ℃末以前叶片含水量始终保持较高水平，43 ℃末仅较鲜烟叶失水8.55 %，而其余3种素质烟叶叶片43 ℃末较鲜烟叶分别失水23.57 %、27.74 %和28.68 %，43 ℃末以后烟叶叶片失水速度加快。

图2 不同素质烟叶烘烤过程中叶片及主脉含水率变化

2.1.3 不同素质烟叶色素含量变化 质体色素对调制后烟叶叶色起决定性作用，并对烤后烟叶香气物质的形成和品质的提高具有重要贡献[19]。不同素质烟叶烘烤过程中叶绿素含量、类胡萝卜素含量和类叶比变化。如图3所示，从整个烘烤过程来看，烟叶叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降趋势，其中烟叶叶绿素含量下降迅速且下降量大，而类胡萝卜素含量下降缓慢且下降量小，因此类叶比呈逐渐升高趋势；不同素质烟叶鲜烟叶质体色素含量差异较大，叶绿素含量和类胡萝卜素含量均表现为多肥烟叶>返青烟叶>后发烟叶>常规烟叶，类叶比正好与色素含量相反，表现为常规烟叶>后发烟叶>返青烟叶>多肥烟叶；常规烟叶、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶38 ℃末时叶绿素含量已降解鲜烟叶的80.68 %、79.07 %、79.13 %、82.66 %，而类胡萝卜素降解缓慢，烤后烟叶较鲜烟叶仅分别降解31.18 %、32.32 %、32.42 %、56.94 %。

2.1.4 不同素质烟叶淀粉含量变化 淀粉在鲜烟叶中既可作为主要营养物质积累，又可在需要能量时部分水解为葡萄糖供机体利用[20]。如图4所示，从整个烘烤过程看，烟叶淀粉含量呈逐渐下降趋势，其中变黄期(43 ℃末以前)和干筋期(48 ℃末以后)淀粉降解速率较快，定色期(43 ℃末至48 ℃末)烟叶淀粉含量较稳定；常规烟叶、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶鲜烟叶淀粉含量分别为29.12 %、28.29 %、23.66 %、26.51 %；常规烟叶鲜烟叶淀粉含量充足，43 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末时较鲜烟叶降解71.90 %；返青烟叶40 ℃末以前淀粉降解迅速，43 ℃末较鲜烟叶降解62.67 %；后发烟叶淀粉积累较少，38 ℃末烟叶淀粉已降低至较低水平，43 ℃末较鲜烟叶降解68.60 %；多肥烟叶烘烤过程中淀粉含量持续下降；常规烟叶、返青烟叶、后发烟叶和多肥烟叶烤后烟叶淀粉含量较鲜烟叶分别降解82.28 %、78.68 %、82.44 %、91.77 %。

图3 不同素质烟叶烘烤过程中色素含量变化

图4 不同素质烟叶烘烤过程中淀粉含量变化

2.2 不同素质烟叶烘烤过程中硬度变化

如图5所示，硬度可以反映烟叶主脉和叶片的坚实程度，是样品达到一定形变时所必需的作用力[21]。烘烤过程中烟叶主脉硬度基本呈先降低后快速升高的变化趋势，不同素质鲜烟叶叶片硬度差异较大，多肥烟叶>后发烟叶>返青烟叶>常规烟叶；多肥烟叶和后发烟叶鲜烟叶硬度差异不显著，多肥烟叶38～40 ℃叶片硬度下降较后发烟叶迅速，40 ℃末多肥烟叶和后发烟叶叶片分别较38 ℃末下降30.20 %、9.99 %；返青烟叶叶片变黄期(43 ℃末以前)硬度变化幅度较小，43 ℃末以后叶片硬度开始大幅度下降；与其它素质烟叶叶片硬度变化规律不同，烘烤过程中常规烟叶叶片硬度变化先上升，后下降，再上升。主脉硬度明显高于叶片硬度，多肥烟叶鲜烟主脉硬度最大；后发烟叶和返青烟叶鲜烟主脉硬度差异不大，烘烤过程中返青烟叶主脉硬度下降较快；45 ℃末之前常规烟叶主脉硬度变化趋势和叶片一致，38 ℃末主脉硬度有一定程度增加，随后呈逐渐下降趋势。

图5 不同素质烟叶烘烤过程中硬度变化

2.3 不同素质烟叶烤后原烟化学成分比较

从表1可以看出，淀粉含量高低依次为返青烟叶>常规烟叶>后发烟叶>多肥烟叶，且差异达极显著水平；总糖含量高低为返青烟叶>常规烟叶>后发烟叶>多肥烟叶，还原糖含量高低为常规烟叶>后发烟叶>返青烟叶>多肥烟叶，其中常规烟叶、返青烟叶和后发烟叶总糖和还原糖含量差异不显著，均极显著高于多肥烟叶；后发烟叶和多肥烟叶烤后原烟烟碱和总氮含量较高，二者差异不显著，返青烟叶烟碱和总氮含量处以中等水平，与其它素质烟叶差异均不显著，常规烟叶烟碱和总氮含量最低；常规烟叶糖碱比极显著高于其它素质烟叶，返青烟叶和后发烟叶糖碱比差异不显著，均极显著高于多肥烟叶；常规烟叶氮碱比显著高于其它素质烟叶。从烟叶化学成分的协调性综合考虑，常规烟叶烤后原烟化学成分最协调，返青烟叶和后发烟叶较协调，多肥烟叶协调性最差。

表1 不同素质烟叶烤后原烟化学成分比较

注：同列小写字母表示在5 %水平上的显著性，大写字母表示在1 %水平上的显著性，字母相同差异不显著，不同则显著。下同。

Note: The lowercase letters in the same column indicate the significance at the 5 % level, and the uppercase letters indicate the significance at the 1 % level. The same letters have no significant difference, but the different letters have significant difference. The same as below.

表2 不同素质烟叶烤后经济性状比较

2.4 不同素质烟叶烤后经济性状比较

由表2可以看出，不同素质烟叶烤后原烟经济性状以常规烟叶最好，其上、中等烟比例高达90.71 %，青烟和杂色烟比例仅占1.22 %、4.12 %，均价和产值极显著高于其它素质烟叶；返青烟叶和后发烟叶经济性状较好，其中返青烟叶杂色烟比例较高，后发烟叶青烟比例较高，其上、中等烟比例，产量和均价差异不显著，返青烟叶产值显著高于后发烟叶；多肥烟叶经济性状最差，上、中等烟比例低，青烟和杂色烟叶比例分别高达8.31 %、18.37 %，均价和产值较低。

3 讨 论

本研究发现鲜烟叶中，后发烟叶呼吸强度最高，这可能与后发烟叶依然处于旺盛生长期有关，此时后发烟叶还没有进入衰老成熟期，线粒体内膜较完整，呼吸代谢旺盛[22]；多肥烟叶呼吸强度较低，这可能是多肥烟叶表皮细胞皮革化、木质化严重引起的。本研究仅测定了烘烤过程中关键温度点的呼吸强度，测定点相差时间间隔较长，呼吸强度峰重合，因此没有呈现出李卫芳等[17]研究结果中的双峰曲线，仅呈先上升后下降的单峰曲线。后发烟叶和常规烟叶变黄期呼吸强度较高，生理代谢旺盛，有利于烟叶色素降解和内在化学成分的分解转化，43 ℃末以后呼吸强度直线下降，生理代谢迅速降低至较低水平，利于定色；返青烟叶变黄期呼吸强度较高，但定色期呼吸代谢仍然旺盛，不利于烟叶及时定色；多肥烟叶呼吸强度变黄期较弱，且定色期不能及时降低至较低水平，导致烟叶变黄慢，定色难。

本研究测定了烘烤过程中烟叶主脉和叶片的含水率变化，发现不同素质鲜烟叶主脉含水率差距不大，返青烟叶鲜烟叶叶片含水率较高，烘烤过程中脱水困难，这和前人研究结果[6]一致；与常规烟叶相比，后发烟叶鲜烟含水量略低，但主脉和叶片较易失水；李长江[23]研究发现黑暴烟水分含量大，本研究中多肥烟叶鲜烟叶含水量低，这可能是因为本试验所采烟叶为老黑暴烟，烟叶水分含量低，嫩黑暴烟则水分含量高[6]。本研究中烟叶水分含量变化与呼吸强度变化基本一致，说明水分动态控制烟叶生理变化[24]。

本研究中，返青和多肥烟叶鲜烟质体色素含量高，类叶比低，易烤青；返青烟叶鲜烟淀粉含量较高，但烘烤过程中降解转化不充分，烤后烟叶淀粉含量依然较高；多肥和后发烟叶鲜烟淀粉含量较低，营养物质不充足，易烤黑烤糟。

本研究对烘烤过程中主脉和叶片硬度进行测定，结果发现，常规烟叶主脉和叶片硬度均呈先下降后升高的趋势，这与宋朝鹏等[25]的研究结果相吻合。特殊素质烟叶鲜烟叶主脉和叶片硬度较大，烘烤过程中48 ℃之前呈持续下降趋势，其中返青烟叶叶片硬度下降迟缓，主脉硬度下降迅速，这可能与主脉水分向叶片迁移有关[26]，也可能是返青烟叶细胞壁物质降解迟缓[25]。后发烟叶鲜烟和变黄期叶片硬度较大，45 ℃时硬度较小，这表明烟叶组织结构破坏严重，叶片致密程度较低[27]。

云南是典型的清香型烟叶产区，烟叶总糖和钾含量较高，化学成分协调，且两糖比相对较高[28]。本研究中，多肥烟叶虽然产量显著高于其它素质烟叶，但其烤后烟叶化学成分协调性差，青杂烟比例高，均价较低，产值最差；返青烟叶杂色烟比例高，后发烟叶青烟和杂色烟比例均较高，产值均极显著低于常规烟叶。

4 结 论

综上所述，与常规烟叶相比，返青烟叶水分含量高，叶片和主脉硬度下降迟缓，叶片失水凋萎困难，定色期呼吸代谢仍然旺盛，较难定色，易烤黑烤糟；后发烟叶水分含量低，变黄期呼吸代谢旺盛，有利于色素和化学成分的充分降解转化，但叶片和主脉失水较快，烟叶组织结构破坏严重，烟叶硬度下降快，易烤青烤黑；多肥烟叶色素含量高，营养物质积累不充实，水分含量低，烘烤过程中烟叶呼吸强度始终处于较低水平，烤后烟叶化学成分协调性差，烟叶经济效益较低。