烤烟K326品种不同开片度上部烟叶烘烤过程中颜色变化分析

李生栋，王小彦，郑小雨，芶剑渝，郑明伟，杨在友，李 昂，刘明宏*

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；3.贵州省烟草公司遵义市公司，贵州 遵义 563000)

【研究意义】上部叶占烟叶整株叶数的1/3，叶重占烟叶总产量的30 %～45 %[1-2]。随着国家烟草专卖局“减害降焦”战略目标的制定及烟叶资源配置改革的实施，优质上部叶已成为卷烟企业发展的必然选择，在卷烟香味及风格特征方面具有很大贡献，占据了当前卷烟叶组配方中的主导地位[3-4]。因此，上部叶对于烤烟整体产量和质量都有重要影响。在实际烟叶生产中，上部叶开片欠佳、烘烤特性差等特点[5]严重制约了其质量的提升。开片度的大小表征了烟叶的发育状况，是烟叶适应环境的一种表现，开片度的差异可能会影响烟叶组织结构、营养积累状况等[6-7]，进而影响烟叶烘烤过程中的失水变色规律。而烟叶颜色变化作为指导烘烤操作的重要依据，与烟叶品质形成密切相关。因此研究不同开片度上部烟叶烘烤过程中颜色变化，对提升上部叶可用性具有重要的现实意义。【前人研究进展】许多学者采用精密色差仪实现了烟叶表面颜色的量化研究，在烟叶质量形成[8]、品质评价[9-10]、智能检测分析[11]等方面取得了很大进展。烘烤过程中烟叶颜色变化研究多是基于颜色参数及色素含量的判断分析，例如：霍开玲等[12]研究了不同成熟度烟叶烘烤过程中正反面Lab值及色素含量变化；张丽英等[13]采用RGB颜色系统研究了烘烤过程中烟叶颜色值与叶绿素、类胡萝卜素含量的变化关系；李生栋等[14]研究了特殊素质烟叶烘烤过程中颜色值与色素含量的关系。【本研究切入点】开片度表征了烟叶的发育状态，在烘烤过程中影响烟叶的失水变色规律，但有关开片度对于烘烤调制期间烟叶颜色变化的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】本研究以烤烟K326品种不同开片度上部烟叶为试验材料，采用差仪测定不同处理烟叶烘烤中正面和背面颜色参数，并对色素含量进行测定，分析颜色参数与色素含量之间的相关关系，为生产措施调整、烘烤工艺改进提供理论依据。

表1 不同开片度上部烟叶基础性状参数统计

注：数据采用“平均值±标准差”形式表示；同列不同小写字母表示处理间存在显著差异(P<0.05)。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年在湖南省桂阳县仁义镇进行。试验田前作为水稻，土壤质地为水稻土，土壤肥力中等。供试烤烟品种为K326，03-17移栽，种植株行距50 cm×110 cm，田间管理按照优质烤烟栽培生产技术规范进行，烟株长势均衡，整株有效留叶数18片，待上部叶充分成熟后选取第15～18(自下而上)叶位一次性采收作为试验材料。依据烟叶开片度差异[15]，划分为T1、T2、T3共计3个处理，各处理烟叶基础性状参数统计情况见表1。

1.2 样品制备

按照开片度对烟叶进行分类、标记，采用KCKY-C型电热式温湿度自控密集烤烟箱(南平市科创成套机电设备有限公司)进行烘烤，每箱装烟10杆，单层装烟，装烟量65～75 kg。采用3段式烘烤工艺[16]设置烘烤参数。分别于烤前30 ℃，烤中38 ℃末、42 ℃末、45 ℃末、48 ℃末、54 ℃末及烤后68 ℃末，各选取具有代表性的完整烟叶12片，用于颜色参数和色素含量的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 颜色参数 采用HP-C210精密色差仪(深圳汉谱光彩科技有限公司)，配备标准白板以及CIE标准0/d测试探头，测量孔径为20 mm。测量时将烟叶分为上段(第2～3支脉)、中段(第5～6支脉)和下段(第8～9支脉)3个区域(图1)，测量位点距离主脉3 cm，烟叶正面和背面各6个， 每次测量重复3次，以正背面各位点测量值得平均值进行统计分析。颜色参数测量指标为亮度值L*、红绿值a*、黄蓝值b*，并计算总色差△E，计算公式为：△E= [(Lt*-L0*)2+(at*-a0*)2+(bt*-b0*)2](1/2)，式中,Lt*、at*、bt*代表取样后颜色参数测量值，L0*、a0*、b0*代表鲜烟叶初始颜色参数。烟叶正背面颜色参数相对差值采用△L*、△a*、△b*表示。

1.3.2 色素含量 采用分光光度法[17]进行测定，测量指标为叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0进行数据处理、作图及统计分析。

图1 烟叶正背面颜色参数测量位点

2 结果与分析

2.1 开片度对烟叶颜色参数变化的影响

2.1.1 烘烤过程中烟叶正背面颜色参数变化L*值表征颜色的亮度值，取值范围为0～100，其数值越大表明烟叶表面颜色的明亮程度越高[18]。从图2a、图2b可以看出，鲜烟叶正背面亮度值L*均随开片度的升高而降低。烘烤开始后，3个处理正背面的L*值均呈快速上升的变化趋势，且叶片正面L*值变化趋势要略快于背面。38 ℃之后烟叶正面L*值变化趋势明显减缓，在48 ℃时各处理L*值达到一个低谷，其中以T3处理降低幅度最为明显，烘烤结束后各处理L*值略有增大，表现为T2>T1>T3。烟叶背面L*值在42 ℃之前表现为T1>T2>T3，42～54 ℃期间又表现为T2>T1>T3，烘烤结束后又重新达到T1>T2>T3的状态。整体来看，烘烤过程中烟叶背面L*值变化趋势较正面更为平缓，开片度对于烟叶正面L*值的影响主要在定色末期(48 ℃)，烟叶背面则主要在变黄前期(38 ℃)。

红绿值a*表示颜色由绿色到红色的变化，数值在-80～100范围内，其正值越大表明烟叶表面绿色越淡，红色愈浓[18]。由图2c和图2d可知，不同开片度上部鲜烟叶正背面a*值均表现为T1>T2>T3，但处理之间差异不明显。烘烤开始后，烟叶正背面a*值均呈不断升高的变化趋势，其中，38 ℃之前a*值增长速率最快，38～45 ℃增长速度略有减缓，45～48 ℃T2和T3处理再次进入快速上升期，在54 ℃之后a*值大小表现为T3>T2>T1。整体而言，不同开片度上部烟叶正背面a*值在烘烤调制期间变化趋势基本一致，开片度较高的上部烟叶a*值快速增长时期较为滞后，可能由于开片度影响了叶片及主脉的失水分配，进而对烟叶颜色变化产生影响。

黄蓝值由b*表示，取值范围为-80～70，表征颜色由蓝至黄的变化，其数值越高表明烟叶黄色愈浓[18]。鲜烟叶正面b*值表现为T1>T3>T2，背面表现为T2>T1>T3(图2e、图2f)。烘烤过程中各处理b*值变化趋势基本一致，38 ℃之前各处理b*值均急剧增长，38～48 ℃呈不断降低的变化趋势，并在48 ℃时达到低谷，之后稍后回升。且38 ℃之后烟叶正背面b*值均表现为T3>T2>T1，表明烟叶正背面的变黄速度均在38 ℃之前最快，进入定色期之后上部烟叶开片度越高变黄速率越快。

总色差△E是亨特Lab值的综合差值，反映了农产品加工或储藏过程中颜色的总体变化情况，其数值越大，表明颜色变化越明显[19]。通常△E在(0,0.5]范围内表示颜色基本无差异，在(0.5,1.5]范围内表示略有差异，(1.5,3.0]范围内视觉可以发现颜色细微的变化，(3.0,6.0]表示颜色差异显著，(6.0,12.0]范围内表示颜色差异极显著，当△E>12时表示颜色出现明显的不同[20]。从图2g、图2h可知，烟叶正背面△E值均在38 ℃之前快速上升，烘烤至38 ℃时烟叶正背面△E值均为T3>T2>T1，且△E值均显著高于12，表明烟叶正背面颜色较鲜烟叶出现明显差异。之后T1处理烟叶正面△E值呈缓慢增加的趋势，T2和T3处理烟叶正面△E值变化趋势较为一致，均在48 ℃时达到低谷后开始缓慢增加。烟叶背面△E值变化较为均衡，处理之间差异不明显，均呈缓慢增加的变化趋势。

2.1.2 烘烤过程中烟叶正背面颜色参数相对差值变化 从图3a可以看出，鲜烟叶正背面亮度值相对差值△L*表现为T1>T3>T2，随烘烤进行，△L*值均不断降低，并在42 ℃时达到最低值，之后在45 ℃内均呈缓慢增加的趋势，45～48 ℃期间T2和T3处理 △L*值变化趋势基本相同，并在48 ℃时达到一个峰值，之后迅速下降，54 ℃之后T3处理△L*值增长速率较T2处理快，T1处理△L*值则在48 ℃之后基本趋于稳定状态，烘烤结束后表现为T3>T1>T2。

由图3b可知，鲜烟叶中以T1处理△a*值最小，T2处理略低于T3处理。烘烤过程中各处理△a*值均呈先降低后升高的变化趋势，T1和T2处理烟叶△a*值在38 ℃时最小，T3处理则在42 ℃时降至最小值，42～48 ℃各处理△a*值均不断升高，在48～54 ℃期间△a*值变化趋势明显减缓，之后增长速率再次加快，烘烤结束后表现为T3>T2>T1。

图3c显示，鲜烟叶△b*值为T1>T3>T2，烘烤过程中T1处理烟叶△b*值在38 ℃之前缓慢增加，之后呈缓慢降低的变化趋势，烘烤至54 ℃时△b*值又稍有回升。T2处理烟叶△b*值变化趋势与T1处理基本一致，但在38 ℃之前△b*值增长速率显著快于T1处理。T3处理烟叶△b*值则在42 ℃之前快速上升，之后急剧降低，48 ℃之后略有增长，烘烤结束后表现为T3>T2>T1。

上部烟叶不同开片度△E值变化以T3处理最为明显(图3d)。T3处理△E值在38 ℃之前急剧上升，之后△E值快速下降， 48 ℃之后△E值基本趋于稳定状态。T1和T2处理在38 ℃之前明显增大，38～42 ℃表现为下降状态，之后又略有回升，48 ℃又后开始降低，烘烤结束后表现为T1>T2>T3。

图2 烘烤过程中烟叶正背面颜色参数

图3 烘烤过程中烟叶正背面颜色参数相对差值

2.2 开片度对烟叶色素含量变化的影响

由图4a～c可知，鲜烟叶叶绿素总量随开片度升高而增加。烘烤过程中，开片度高的烟叶叶绿素降解速率较快，大于开片度较低的烟叶。烘烤结束后，T1处理叶绿素总量较鲜烟叶降低1.267 mg·g-1，T2和T3处理叶绿素降解量分别为1.438和1.510 mg·g-1。在整个烘烤过程中，不同开片度上部烟叶叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均在38 ℃之前快速降解，之后降低速率明显降低，48 ℃之后基本保持稳定状态，烘烤结束后处理之间叶绿素含量基本不存在差异。

从图4d可以看出，烟叶类胡萝卜素含量在烘烤过程中的变化趋势与叶绿素不同，不同开片度上部烟叶类胡萝卜素含量呈现不同的变化趋势。鲜烟叶类胡萝卜素含量表现为T1>T2>T3，烘烤结束后3个处理类胡萝卜素降解量分别为0.173、0.192和0.167 mg·g-1。烘烤过程中，T1处理烟叶在变黄期(38 ℃)降解较快，T2、T3处理则在变黄期之后降解速率较快。

2.3 烘烤过程中颜色参数与色素含量的相关性分析

对不同开片度上部烟叶烘烤过程中颜色参数与色素含量进行相关性分析，相关系统统计结果(表2)表明：T1处理的正面a*值、背面a*值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素均呈极显著负相关，正面△E值、背面△E值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素均呈极显著负相关，正面L*值与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素呈显著负相关。T2处理烟叶的正面L*值、背面L*值、正面△E值、背面△E值均与叶绿素含量指标呈极显著负相关，正面a*值与类胡萝卜素含量呈极显著负相关，与叶绿素含量均呈显著负相关，背面a*值除与叶绿素b含量呈显著负相关外，与其余3种色素含量指标均呈极显著负相关，背面b*值与总叶绿素呈极显著负相关。T3处理的正面L*值、背面L*值、正面△E值与叶绿素含量指标均呈极显著负相关，背面△E值与4种色素含量指标均呈极显著负相关，正面a*值与叶绿素a和总叶绿素含量呈显著负相关，与类胡萝卜素含量呈极显著负相关，背面a*值与叶绿素含量均呈显著负相关，与类胡萝卜素含量呈极显著负相关。

2.4 烘烤过程中色素含量回归方程的构建

不同开片度上部烟叶表面颜色参数与内在色素含量均有不同程度的密切相关性。对烘烤过程中烟叶正背面颜色参数与叶绿素、类胡萝卜素含量进行逐步回归分析，分别以正面L*值、正面a*值、正面b*值和正面△E值为x1、x2、x3、x4，以背面L*值、背面a*值、背面b*值和背面△E值为x5、x6、x7、x8；以叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量为ychla、ychlb、ychl、ycar，进行逐步回归分析。

图4 烘烤过程中烟叶色素含量

表2 烟叶烘烤过程中颜色参数与色素含量的相关系数

续表2 Continued table 2

处理Treatment颜色参数Color parameter叶绿素aChlorophyll a叶绿素bChlorophyll b叶绿素总量Total chlorophyll类胡萝卜素CarotenoidT3正面L∗值-0.7215∗∗-0.7239∗∗-0.7227∗∗-0.0798正面a∗值-0.5203∗-0.4998-0.5202∗-0.9791∗∗正面b∗值-0.2456-0.2451-0.24540.0596正面△E值-0.9368∗∗-0.9378∗∗-0.9374∗∗-0.2724背面L∗值-0.7906∗∗-0.7945∗∗-0.7925∗∗-0.3481背面a∗值-0.534∗-0.5319∗-0.5332∗-0.9727∗∗背面b∗值-0.2018-0.2009-0.20140.3555背面△E值-0.9239∗∗-0.9243∗∗-0.9243∗∗-0.6875∗∗

注：表中*和**分别表示显著相关(P<0.05)和极显著相关(P<0.01)。

T1：ychla=-0.9199-0.0237x1-0.0413x4+0.0475x5(R=0.997，P<0.01)；ychlb=0.4944-0.0247x4(R=0.982，P<0.01)；ychl=1.3040-0.0643x4(R=0.976，P<0.01)；ycar=0.4961-0.0602x2+0.0630x6+0.0034x8(R=0.986，P<0.01)。

T2：ychla=1.041+0.0167x6-0.0465x8(R=0.997，P<0.01)；ychlb=-0.8716+0.0262x5+0.0233x6-0.0457x8(R=0.998，P<0.01)；ychl=1.6643+0.0321x6-0.0756x8(R=0.996，P<0.01)；ycar=0.3938-0.0157x2+0.0043x4(R=0.999，P<0.01)。

T3：ychla=-0.1051-0.0361x4+0.0279x7(R=0.995，P<0.01)；ychlb=-0.2278-0.0107x1-0.0255x4+0.0067x5+0.0301x7(R=1.000，P<0.01)；ychl=0.3212-0.0222x1-0.0535x4+0.0664x7(R=0.998，P<0.01)；ycar=0.4064-0.0086x2(R=0.990，P<0.01)。

烘烤过程中不同开片度上部烟叶表面颜色参数与色素含量回归拟合分析结果表明，各方程均达到极显著水平。

3 讨 论

不同开片度上部烟叶在田间生育期生物质积累程度存在差异，导致烟叶在烘烤过程中对于温、湿环境的响应程度不一致，进而影响烟叶的变黄定色特性。Lab系统是由国际照明委员会(CIE)确定的标准色度系统，填补了RGB和CMYK颜色模式对色彩描述的空缺，理论上可描述视觉能观测到的所有色彩[21]，完全可以实现烘烤调制期间烟叶表面颜色变化的精准量化研究。本试验结果表明：烘烤过程中3种开片度的上部烟叶正背面颜色参数变化基本同步，但烟叶正面颜色变化略快于背面。在植物学性状方面，烟叶属典型异面叶，叶片正背面的细胞结构、生理生化特征存在差异[12,22]，化学物质积累程度和水分迁移速率不一致，导致颜色变化不同步。不同开片度上部烟叶颜色参数变化幅度最为显著的阶段均为38 ℃之前，表明烟叶在变黄期颜色变化最为明显，进入定色期之后颜色变化趋于稳定。随烟叶开片度增加，颜色变化有加快趋势，开片程度小的烟叶紧密度更高，主脉水含量较高，束缚水含量占比较高，烘烤过程中较难失水[6]，影响烟叶生理代谢进程进而导致颜色变化速率不同。

烟叶表面所呈现的颜色是叶内各种色素含量比例的综合体现[14]。不同开片度上部烟叶烘烤过程中叶绿素含量均在38 ℃之前快速降解，T1、T2、T3处理的叶绿素降解幅度分别达到76.38 %、83.04 %和90.81 %。而各处理类胡萝卜素含量在烘烤过程中的降解速率和幅度较为平缓，38 ℃时T1、T2、T3处理降解幅度分别为11.07 %、5.96 %、6.45 %。可见，此时期叶绿素含量降解速率远快于类胡萝卜素，烟叶色素中类胡萝卜素含量所占比例增加，使烟叶表面黄色越发明显。38 ℃之后T3处理烟叶的叶绿素降解基本停滞，T1和T2处理虽仍存在小幅度降解的趋势，但在42 ℃时其叶绿素含量基本降解完全，处理之间叶绿素含量差异甚微。

相关性分析表明，T1、T2处理烟叶正背面a*值，T3处理背面L*值、背面a*值、背面△E值均与各色素含量指标呈显著或极显著负相关；3个处理的正面L*值、正面△E值，T1、T2处理的背面△E值，及T2处理的背面L*值均与叶绿素含量呈显著或极显著负相关；T2处理的背面b*值与总叶绿素含量呈极显著负相关，T3处理的正面a*值分别于叶绿素a和总叶绿素含量呈显著负相关，与类胡萝卜素含量呈极显著负相关。该研究结果与霍开玲等[12]研究结果存在差异，一方面是由于色差仪型号不同，测量精密程度存在差异，另一方面是由于生态区、品种、部位的不同导致烟叶烘烤特性存在明显差异。

4 结 论

烘烤过程中3种开片度的上部烟叶正背面颜色参数变化基本同步，但烟叶正面颜色变化略快于背面。烟叶在变黄期颜色变化最为明显，进入定色期之后颜色变化趋于稳定。烘烤中不同开片度烟叶叶绿素含量的差异主要在38 ℃，之后类胡萝卜素的降解速率和幅度主要影响烟叶色素含量和颜色变化。通过回归拟合方程发现，可从定量角度将不同开片程度上部烟叶烘烤过程中颜色参数和色素含量变化联系起来。但本试验仅为初步研究结果，不同开片度烟叶烘烤过程中颜色变化有待与水分迁移干燥特性、内在物质转化规律等相结合进行更深入的探究。