翠碧一号鲜烟叶素质及烘烤特性研究

仙立国 ，黄一兰，王松峰，张瀛，张烨，林智慧，刘辉 ，许锡祥，林水良，孙帅帅，孙福山*

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，青岛 266101；2 中国农业科学院研究生院，北京 100081；3 福建省烟草公司三明市公司，三明 365000；4 福建中烟工业有限公司技术中心，厦门 361021；5 山东中烟工业有限责任公司，济南 250014

烟叶烘烤特性是烟叶在生长发育过程中获得的与烘烤工艺密切相关的各种内在特性，如烟叶在烘烤过程中变黄、脱水的难易程度及定色期对烘烤环境变化的敏感性或耐受性等，是影响烟叶烘烤效果及烤后烟质量的重要因素[1]。研究明确烟叶烘烤特性的影响因素，改善烟叶烘烤工艺，对提高烟叶烘烤效果和烤后烟叶质量具有重要的意义。鲜烟叶素质是鲜叶烟自身具备的特征，因品种、部位及大田生长发育状况的不同而异，是确定烟叶烘烤特性和制定烘烤方案重要依据[2]。已有大量研究表明，SPAD[3]、色素[4]、水分[5]、化学成分[6]、酶活性[7]、组织结构[8]及多酚类物质[9]等指标均可较好的反映鲜烟叶素质特点。福建烟区特色品种翠碧一号因具有较好的抗寒性、抗病性及抗涝性，且烟叶内在品质较高，在卷烟工业的烟叶配方中的使用性较高[10]。但其烤后青筋烟、挂灰烟和光滑烟比例较高，严重降低了烟叶的质量和工业可用性，从而影响了经济效益[11]。孙福山[12]研究表明，翠碧一号烟叶在烘烤过程中变黄前期叶片失水慢，变黄较慢，定色前期失水快，易发生棕色化反应，形成杂色烟，降低外观质量。目前已有大量研究报道了翠碧一号的有关烘烤特性，但对鲜烟素质及其对烘烤特性的研究鲜有报道。本试验以云烟87 为对照，研究分析了翠碧一号成熟鲜烟叶素质特点及暗箱中的颜色变化规律，旨在为深入解析翠碧一号鲜烟素质特点和提高烟叶烘烤质量提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017—2018 年在福建省三明市泰宁烟叶试验站开展，翠碧一号、云烟87（对照）为供试品种，两品种种植在临近地块，土壤为沙壤土，肥力适中，关键栽培管理技术相同，均按照当地优质烟叶田间生产管理规范进行农艺管理，有效留叶数为18 片（包含3 片脚叶），选取成熟度一致的下二棚（第4～6 叶位）、腰叶（第8～10 叶位）、上二棚（第13～15 叶位）烟叶作为试验材料。

1.2 试验设计

在翠碧一号和云烟87 品种进入成熟期时，分别选定具备优质烟长相的烟株200 株。参照《烤烟烘烤技术规程（GB/T 23219—2008）》，在烟株下部、中部、上部达到成熟采收标准时，进行鲜烟素质和暗箱试验。（1）鲜烟素质试验，每个品种3 个部位各选取成熟一致的鲜烟150 片，分为5 组，每组各30 片，分别用于测定SPAD 值、色素含量、水分含量、化学成分和酶活性。其中每个品种中部烟再选成熟一致的鲜烟30 片，分别用于切片测定烟叶组织结构、多酚类物质含量。（2）暗箱试验，每个品种3 个部位各选取成熟一致的鲜烟30 片，烟叶挂置在自制黑色塑料布围护的暗箱内，每12 h 进行观察1 次烟叶变黄程度、变褐程度，变黄、变褐程度分别按目测烟叶变黄、变褐面积占总面积（10）的比例，用几成黄、褐表示。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 鲜烟叶素质测定

SPAD值采用叶绿素仪502PLUS测定；色素采用分光光度法；水分采用杀青烘干法；自由水、束缚水采用王传义[13]方法；总糖、还原糖采用YC/T 159—2002方法；淀粉采用YC/T 216—2007方法；总氮采用YC/T 161—2002方法；蛋白质采用YC/T 249—2008方法；烟碱采用YC/T 160—2002方法；多酚物质含量采用YC/T 202—2006方法；淀粉酶活性采用白宝璋[14]方法；多酚氧化酶（PPO）活性采用王学奎[15]方法；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用Beauchamp[16]、Zhou[17]方法；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚显色法。

1.3.2 叶片组织结构测定

借鉴王全明[18]的方法，对鲜烟打孔取样、切片、显微观察，并用NIS-Elements BR 软件进行组织结构指标的测定。

1.3.3 烘烤特性

采用YC/T 311—2009 方法测定。12 h 观察、记录1 次两处理鲜烟叶在暗箱中自然变黄、变褐程度。

1.4 数据处理

试验数据使用SAS 9.3 和Excel 2016 等软件分析、处理。

2 结果与分析

2.1 翠碧一号成熟鲜烟叶素质特点

2.1.1 SPAD 值

图1 不同品种成熟鲜烟叶SPAD 值差异Fig. 1 Difference in SPAD value of different varieties of mature fresh tobacco leaves

如图1 所示，翠碧一号、云烟87 成熟鲜烟叶SPAD 值随着部位的升高而降低，同部位的叶基大于叶中，叶中大于叶尖，叶中SPAD 值与叶片均值相差不大，基本可用叶中代表叶片的SPAD 均值。翠碧一号三个部位叶尖、中、基的SPAD 值均高于云烟87，分别平均高出2.59、1.71、2.68，叶片平均高出2.32。这表明，两品种的SPAD 值存在一定差异，在烟叶实际采收中，翠碧一号以叶中为代表，适宜SPAD 值为31、29、27，可比云烟87 高出2个点。

2.1.2 色素含量

图2 不同品种成熟鲜烟叶色素含量差异Fig. 2 Difference in pigment contents of different varieties of mature fresh tobacco leaves

色素是影响鲜烟叶素质的关键因素，含量高低对烘烤变黄难易程度（易烤性）有重大影响。如图2所示，翠碧一号、云烟87 成熟鲜烟叶的色素含量随着叶位的升高而降低，翠碧一号的色素含量显著较高，三个部位叶绿素、类胡萝卜素平均含量和类叶比（类胡萝卜素/叶绿素）比云烟87 分别高出15.63%、55.56%和0.04%。叶绿素含量较高导致变黄较慢，易烤青，类叶比较大变黄程度较大，这表明，翠碧一号变黄较慢，易烤性较差，应适当延长烘烤过程中的变黄时间，促进叶绿素、类胡萝卜素色素降解，有利于形成香气物质，避免烟叶烤青。

2.1.3 水分含量

水分作为反映鲜烟叶素质的关键因素，对烟叶烘烤温湿度控制存在重大影响。如图3 所示，翠碧一号、云烟87 成熟鲜烟叶的水分含量随着叶位的升高而降低，且两个品种同部位成熟鲜烟叶的水分含量差异不显著。与云烟87 相比，翠碧一号的束缚水含量较高，自由水含量较低。这表明，翠碧一号脱水较慢，变黄与脱水不协调，升温快易烤青、升温慢易挂灰。

2.1.4 主要化学成分含量

成熟鲜烟叶化学成分含量程度反映鲜烟叶素质基础。如图4～5 所示，与云烟87 相比，翠碧一号成熟鲜烟叶的总糖、还原糖含量平均较高，分别高出1.95、1.08 个百分点，而淀粉含量较低主要表现在下部和上部，中部差异不大，平均低出6.07 个百分点，其他总氮、烟碱和蛋白质含量较低且不足1%，差异不明显。总体来看，与云烟87 相比，翠碧一号成熟鲜烟叶化学成分主要表现在淀粉含量较低，为其烤后烟叶降低淀粉含量奠定了鲜烟物质基础。

图3 不同品种成熟鲜烟叶水分含量差异Fig. 3 Differences in moisture contents of mature fresh tobacco leaves of different varieties

图4 不同品种成熟鲜烟叶主要化学成分含量差异Fig. 4 Difference in main chemical components of different varieties of mature fresh tobacco leaves

图5 不同品种成熟鲜烟叶淀粉含量差异Fig. 5 Difference in starch content of of different varieties of mature fresh tobacco leaves

2.1.5 主要酶活性

酶活性不仅影响烟叶化学成分降解，而且与酶促棕色化反应息息相关，是一项反映鲜烟叶素质的重要指标。由图6 所示，翠碧一号、云烟87 成熟鲜烟叶的酶活性随着叶位的升高而升高，且翠碧一号不同部位成熟鲜烟叶POD、SOD、POD、淀粉酶活性同比云烟87 都高，平均分别高出22.01%、78.95%、8.00%、10.10%，其中，POD 活性3 个部位同比到达到显著差异。这表明，翠碧一号较易发生酶促棕色化反应，较难定色，易挂灰，耐烤性较差。

图6 不同品种成熟鲜烟叶主要酶活性差异Fig. 6 Difference in activities of main enzymes in different varieties of mature fresh tobacco leaves

2.1.6 组织结构

烟叶组织结构厚薄、致密程度影响脱水的难易程度，反映了鲜烟叶素质的优劣。如图7～8 所示，以中部叶为代表，翠碧一号、云烟87 成熟鲜烟叶的组织结构、组织比存在一定差异。与云烟87 相比，翠碧一号中部成熟鲜烟的叶片厚度、栅栏组织较厚，分别厚出3.07 μm、8.60 μm，海绵组织薄7.25 μm，组织比高出0.16，且海绵组织和组织比差异显著。这表明，翠碧一号叶片较厚，结构致密，烘烤中脱水较难，容易烤青、烤黑。

图7 不同品种中部成熟鲜烟叶组织结构差异Fig. 7 Difference in tissue structure of of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

2.1.7 多酚类物质含量

多酚类物质是酶促棕色化反应的反应底物，含量的高低对挂灰有较大影响。如图9 所示，以中部成熟鲜烟叶为代表，与云烟87 相比，翠碧一号的多酚类物质含量合计高出38.18%，其中绿原酸含量高出73.15%。这表明，翠碧一号多酚类物质总量较高，这与褐变的物质基础密切相关，烘烤中易挂灰，耐烤性较差。

2.2 翠碧一号成熟鲜烟叶烘烤特性

2.2.1 不同品种下部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色特点

如图10 所示，与云烟87 相比，翠碧一号下部成熟鲜烟叶在暗箱中自然变黄出现较晚，云烟87 的0～10 成平均变黄速度为2.00 成/12 h，而翠碧一号为1.00 成/12 h，仅为云烟87 的一半；翠碧一号变褐出现较晚，且在烟叶变黄9 成时开始变褐，云烟87 的0～3 成平均变褐速度为0.85 成/12 h，而翠碧一号为0.93 成/12 h，速度相对较快，但后期变褐速度较慢。这表明，翠碧一号下部叶变黄出现较晚且速度较慢，叶片全黄前已经变褐，且0～3 成变褐速度较快，导致烘烤中的变黄期、定色期时间较长，且两者变化不协调，黄色不易被固定，容易发生棕色化反应，烘烤特性较差。

图8 不同品种中部成熟鲜烟叶组织比差异Fig. 8 Difference in tissue ratio of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

图9 不同品种中部成熟鲜烟叶多酚类物质含量差异Fig. 9 Difference in polyphenols content of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

图10 不同品种下部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色差异Fig. 10 Difference in color change of different varieties of mature fresh lower tobacco leaves in black-box

2.2.2 不同品种中部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色特点

如图11 所示，与云烟87 相比，翠碧一号中部成熟鲜烟叶在暗箱中自然变黄出现较晚，云烟87的0～10 成平均变黄速度为1.25 成/12 h，而翠碧一号为1.11 成/12 h，较慢；翠碧一号变褐出现较早，在变黄9 成左右时开始变褐，云烟87 的0～3 成平均变褐速度为0.88 成/12 h，而翠碧一号为0.65 成/12 h，前期变褐速度较慢，但总体变褐速度较快。这表明，翠碧一号中部叶变黄出现晚且速度较慢，叶片全黄前已经变褐且速度较快，导致在烘烤过程中变黄期较长，定色期易挂灰、青筋，烘烤特性较差。

图11 不同品种中部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色差异Fig. 11 Difference in color change of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves in black-box

2.2.3 不同品种上部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色特点

图12 不同品种中部成熟鲜烟叶在暗箱中的变色差异Fig. 12 Difference in olor change of different varieties of mature fresh upper tobacco leaves in black-box

如图12 所示，与云烟87 相比，翠碧一号上部成熟鲜烟叶在暗箱中自然变黄出现较晚，云烟87 的0～10 成平均变黄速度为1.25 成/12 h，而翠碧一号为0.77 成/12 h，较慢；翠碧一号变褐出现较早，且在变黄7 成左右时开始变褐，云烟87 的0～3 成平均变褐速度为1.19 成/12 h，而翠碧一号为0.55 成/12 h，前期及总体变褐速度较慢。说明，翠碧一号上部叶变黄出现晚且速度较慢，叶片全黄前已经变褐，但变褐速度相对较慢，导致烘烤时变黄期较长，烘烤特性较差。

总体来看，翠碧一号、云烟87 三个部位的成熟鲜烟叶在暗箱中的颜色变化存在显著差异，翠碧一号下、中、上三个部位成熟鲜烟叶在暗箱中的自然变黄出现均较晚且速度较慢，易烤性较差；叶片全黄前出现褐变，且前期变褐速度相对较快，耐烤性较差，烘烤特性较差。

3 讨论

鲜烟素质包括烟叶外观颜色、组织结构和内在主要化学成分等方面的综合表现，直接影响烟叶烘烤特性和烤后烟质量[19]。SPAD 值与烟叶叶绿素含量呈极显著正相关，反映了烟叶黄绿程度[20-21]。叶绿素分解、类叶比升高（类胡萝卜素等黄色素增多）是烟叶烘烤变黄期颜色变化的本质[22]。研究表明，翠碧一号同部位的SPAD 值呈现叶基大于叶中，叶中大于叶尖，符合烟叶先黄叶尖，再黄叶缘，最后黄叶基的规律，且均高于云烟87；色素含量、类叶比均高于云烟87，色素含量较高，尤其是叶绿素含量较高，用来降解叶绿素、类胡萝卜素的时间较长，变黄慢、易烤青，其易烤性较差，烟叶不易正常变黄，定色难，易出现既青又挂灰[23]。烟叶烘烤是个脱水干燥的过程，水分含量对烘烤质量有较大影响[5]。聂荣邦[24]研究表明翠碧一号鲜烟叶束缚水含量较高，自由水含量较低。夏凯[8]、李跃武[25]等研究发现烟叶成熟度较高时叶片厚度较薄，组织疏松，有利于烘烤变黄。酶促棕色化反应是由于酶活性较高导致多酚类物质氧化而发生的，与酶活性和多酚类物质含量密切相关[26]。本试验中，翠碧一号鲜烟叶束缚水含量较高，叶片明显厚于云烟87，组织结构较紧密，常规酶活性及多酚类物质含量均高于云烟87，这可能导致翠碧一号烘烤中脱水困难，变黄期易发生硬变黄，定色期易发生棕色化反应而挂灰、烤黑，耐烤性较差。

成熟鲜烟叶在暗箱条件下自然叶片的变黄、变褐情况在一定程度上代表了其烘烤特性，即易烤性和耐烤性。烟叶变黄速度快，易烤性较好；变黄速度慢，易烤性较差。烟叶变黄后变褐速度快，耐烤性较差；变褐速度慢，耐烤性较好[1-2,27-28]。孙福山[12]研究表明翠碧一号鲜烟叶在暗箱中变黄出现较晚且速度较慢，在未完全变黄时开始变褐，且变褐速度相对最快，易烤性和耐烤性表现均较差，与本试验研究结果一致。

翠碧一号烤后烟易挂灰、青筋、僵硬（光滑），影响其质量及工业可用性，主要原因是其SPAD、色素、水分及组织结构特性导致烘烤中变黄、脱水慢，两者速率失调，易烤性较差，酶活性及多酚类物质含量较高导致较难定色，耐烤性较差，烘烤难度较大，同时暗箱试验也证明烘烤特性表现较差[10-12]。针对以上问题，在烟叶采收烘烤中，针对翠碧一号特色品种采收成熟度可适当降低1 成黄绿程度，避免干物质消耗过度；烘烤中采用中高温高湿变黄为主，适当延长变黄时间，定色前期慢升温，促进烟叶变黄失水协调，减少烤青、挂灰和僵硬等现象，提高翠碧一号烟叶烘烤质量和效益。

4 结论

与云烟87 相比，翠碧一号成熟鲜烟素质特点表现为SPAD 值、色素含量、束缚水含量、酶活性及多酚类物质含量均较高，叶片较厚、组织结构紧密；其烘烤特性表现为变黄较慢，且在烟叶基本全黄前易变褐，变褐较快，易烤性较差，且不耐烤。这为翠碧一号特色品种烟叶烘烤调控温湿度、促进烟叶变黄失水协调性、减少青杂僵硬等现象提供了理论和技术依据。