成熟度对不同烤烟品种烘烤过程中多酚类物质含量及PPO活性变化的影响

李晓辉，甄焕菊，牛慧伟，李雪利，赵铭钦，典瑞丽

（1.中国烟草总公司职工进修学院，河南 郑州 450008；2.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002）

烟叶采收成熟度是衡量烟叶生产和质量的核心指标，影响并决定着烟叶的加工价值［1］。烘烤是烤烟生产中决定烟叶最终质量的关键环节［2］。在调制过程中，多酚类物质的代谢特性对烤后烟叶颜色和等级产生重要影响［3］，研究不同采收成熟度对烟叶多酚类物质含量及多酚氧化酶活性的影响，对于提升烟叶烘烤质量具有重要作用。

多酚类化合物是衡量烟草品质的重要指标［4］。王昇等［5］研究表明，烟草中多酚含量与烟草品质呈正相关，成熟度是影响烟叶多酚类物质含量的重要影响因素之一。在烘烤过程中，烟叶中的多酚类物质，如绿原酸、芸香苷等在多酚氧化酶的作用下，经氧化产生淡红色至黑褐色的醌类物质，使烟叶颜色由黄转变为不同程度的褐色［6］。王传义等［7］研究表明，随着成熟度的提高，PPO活性在烟叶调制过程中会随之降低，而PPO活性较低，棕色化发应就不易发生；成熟度不够的烟叶在46℃左右时PPO活性突然升高，而成熟度过高的烟叶，44℃以后酶活性迅速降低。成熟度偏低或偏高都增加了棕色化反应的可能性，降低烟叶的多酚类物质含量［8-10］。所以，合理地掌握烟叶采收成熟度，能够有效调控烟叶PPO活性，减少多酚类物质的氧化。以往对成熟度的研究大多集中在对烤烟产质量的影响，而关于成熟度对不同烤烟品种烘烤过程中多酚类物质含量及PPO活性变化的影响研究较少。本试验设置3个采收成熟度，种植5个烤烟品种，研究品种、成熟度及其互作对烤烟烘烤过程中多酚类物质含量及PPO活性变化的影响，进而把握不同烤烟品种合适的采收成熟度，以提高烟叶多酚物质含量，为提高烟叶烘烤质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为云烟87（CK）、云烟105、RY21、NC71和渠首1号。

1.2 试验设计

试验于2019年在河南省南阳市方城县金叶园进行。试验田为黄壤土，肥力中等，按照优质烟叶生产标准进行规范化栽培管理。选取大田管理规范、个体与群体生长发育协调一致、落黄均匀的优质烟田开展成熟度研究。

试验选5个品种烟株中部叶（从底部向上数12～14片），并依其成熟度设置3个处理（表1），共计15个处理，重复3次。采用温湿度自控烤箱，将不同品种不同成熟度烟叶装在同一烤箱内相同位置烘烤。

表1 不同处理鲜叶的采收成熟度标准

1.3 取样与测定项目

1.3.1 酶活性 于烘烤过程中每24 h取样1次，每次取10片烟叶，切去叶尖和基部各1／3区域，留叶中间1／3区域，采用邻苯二酚氧化法［11］测定PPO活性，所有处理重复3次。

1.3.2 多酚类物质 于烘烤过程中每24 h取样1次，每次取10片烟叶，切去叶尖和基部各1／3区域，留叶中间1／3区域，于105℃杀青15 min、60℃下烘干，用粉碎机粉碎，过60目筛后保存，用作多酚类指标的测定。绿原酸、芸香苷和莨菪亭等多酚类物质含量测定采用YC／T 202—2006［12］标准，所有处理重复3次。总酚含量为绿原酸、芸香苷和莨菪亭含量之和。

1.4 数据分析处理

数据统计分析和作图用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2016软件完成。

2 结果与分析

2.1 不同烤烟品种及成熟度对烘烤过程中多酚氧化酶（PPO）活性的影响

由表2可知，烘烤期间烟叶的PPO活性在不同成熟度、品种及其互作间的差异均达到1%显著水平。0～96 h，烟叶PPO活性成熟度间的差异大于品种间、成熟度与品种互作间的差异，说明成熟度对PPO活性的影响作用最大，其次为品种，两者互作影响最小。

由图1可知，各个成熟度烟叶在烘烤过程中的PPO活性整体呈现为：0～48 h下降，48～72 h迅速上升，之后逐渐下降并维持在较低水平。24～48 h，3个成熟度间烟叶PPO活性差异显著；72 h时未熟烟叶的PPO活性最高，分别是适熟、过熟烟叶PPO活性的1.28倍、1.54倍，且差异达到显著水平；96 h时烟叶PPO活性表现为未熟＞适熟＞过熟。

表2 烘烤过程中烟叶多酚氧化酶（PPO）活性的方差分析

图1 不同成熟度烟叶烘烤过程中多酚氧化酶（PPO）活性变化

如图2所示，5个品种烟叶的PPO活性也有差异。0～48 h，PPO活性逐渐下降，48～72 h迅速攀升且72 h时出现峰值，之后迅速下降。鲜烟叶的PPO活性表现为云烟105＞RY21＞渠首1号＞云烟87＞NC71；变黄期（24～48 h），云烟105和RY21酶活性较高，且差异不显著，渠首1号酶活性最低；定色期（72 h），云烟105和RY21保持较高的酶活性，云烟87和NC71酶活性最低；96 h时，PPO活性表现为NC71＞云烟105＞RY21＞云烟87＞渠首1号。相对其它品种，渠首1号和云烟87整个烘烤过程中其酶活性较低且变化较为平稳。

2.2 不同烤烟品种及成熟度对烘烤过程中多酚类物质的影响

2.2.1 烟叶总酚的方差分析及含量变化 由表3可知，整个烘烤过程中烟叶总酚含量在不同品种、成熟度及其互作间差异均达到1%显著水平。其中成熟度作用在初烤（0h）和后期（96h）影响最大，品种作用则在24～72 h间影响最大，0～96 h成熟度与品种互作影响最小。

图2 不同烤烟品种烘烤过程中多酚氧化酶（PPO）活性变化

由图3可知，随着烘烤的推进，总酚含量在0～48 h间上升，72 h时缓慢下降，之后上升直到烘烤结束，烤后总酚含量明显高于烤前。整个烘烤时期总酚含量始终表现为适熟＞过熟＞未熟，且各个成熟度间总酚含量差异显著。烘烤结束时，适熟烟叶的总酚含量最高，是未熟、过熟烟叶的1.09倍、1.04倍。

图3 不同成熟度对烤烟烘烤过程中总酚含量的影响

表3 烘烤过程中烟叶多酚类物质的方差分析

由图4可知，不同品种间总酚含量有差异：初烤时总酚含量表现为云烟87＞RY21＞渠首1号＞云烟105＞NC71；变黄期（24～48 h），云烟87总酚含量最高，渠首1号含量最低，RY21和NC71差异不显著；定色期（72 h），各品种总酚含量均有一定程度的下降，表现为云烟87＞NC71＞RY21＞云烟105＞渠首1号；96 h时各品种总酚含量有明显上升，但品种间差异未达到显著水平。

图4 不同烤烟品种烘烤过程中总酚含量变化

2.2.2 烟叶绿原酸的方差分析及含量变化 由表3可知，整个烘烤过程中烟叶绿原酸含量在不同品种、成熟度及其互作间差异均达到1%显著水平。其中成熟度作用在初烤（0 h）和后期（96 h）影响最大，品种作用则在24～72 h影响最大，0～96 h成熟度与品种互作影响最小。

由图5可知，随着烘烤的推进，绿原酸含量在0～48 h间上升，72 h时缓慢下降，之后上升直到烘烤结束，不同成熟度间变化趋势一致。3个成熟度鲜烟的绿原酸含量差异显著且表现为适熟＞过熟＞未熟；24～48 h，绿原酸含量逐渐升高，适熟烟叶绿原酸含量最高，未熟和过熟烟叶绿原酸含量差异不显著；48～72 h，绿原酸含量有一定程度的下降，降幅表现为适熟＞未熟＞过熟；72～96 h，绿原酸含量大幅上升，且表现为适熟＞过熟＞未熟。

图5 不同成熟度对烤烟烘烤过程中绿原酸含量的影响

由图6可知，不同品种间绿原酸含量存在差异，表现为：0 h时，RY21＞云烟105＞云烟87＞NC71＞渠首1号，但差异不显著；24 h时，云烟105、云烟87和RY21绿原酸含量较高，且差异不显著，渠首1号含量最低；48 h时，云烟105、云烟87绿原酸含量较高，且差异不显著，渠首1号含量也最低；72 h时不同品种绿原酸含量表现为NC71＞云烟87＞RY21＞云烟105＞渠首1号；96 h时渠首1号、RY21和NC71绿原酸含量较高，云烟105和云烟87绿原酸含量较低。

2.2.3 烟叶芸香苷的方差分析及含量变化 由表3可知，烟叶芸香苷含量在不同品种、成熟度及其互作间差异均达到1%显著水平。其中成熟度对烟叶初烤时芸香苷的积累影响最大，24～96 h间以品种影响作用最大。

图6 不同烤烟品种烘烤过程中绿原酸含量变化

由图7可知，芸香苷含量在烘烤期间的变化规律与绿原酸一致。烘烤前中期（0～48 h）5个品种芸香苷含量始终表现为适熟＞过熟＞未熟，且不同成熟度间差异显著；72 h时不同成熟度的芸香苷含量有一定程度的下降，降幅为过熟＞未熟＞适熟；96 h时芸香苷含量表现为适熟＞过熟＞未熟。

图7 不同成熟度对烤烟烘烤过程中芸香苷含量的影响

由图8可知，不同品种间芸香苷含量存在差异，表现为：0 h时，云烟87＞RY21＞渠首1号＞云烟105＞NC71；24 h时，云烟87芸香苷含量最高，其它品种含量差异不显著；48 h时，RY21和渠首1号芸香苷含量最高，其次为云烟87和NC71，云烟105最低；72 h时，不同品种的芸香苷含量有一定程度的下降，表现为云烟87＞RY21＞渠首1号＞NC71＞云烟105；96 h时，云烟87芸香苷含量显著高于其它品种，其它品种间差异不显著。

2.2.4 烟叶莨菪亭的方差分析及含量变化 由表3可知，烟叶莨菪亭含量在不同品种、成熟度及其互作间差异均达到1%显著水平。其中成熟度作用在烘烤前期（0～24 h）影响较大，之后品种作用则影响较大。

由图9可知，不同成熟度烟叶在烘烤过程中莨菪亭含量变化趋势一致，0～48 h间上升，72 h时下降到最低值，之后快速上升。烘烤前中期，不同成熟度处理间莨菪亭含量差异显著，都表现为适熟＞过熟＞未熟；72 h时不同成熟度烟叶莨菪亭含量下降到最低值，降幅表现为未熟＞过熟＞适熟；96 h时适熟烟叶莨菪亭含量最高，未熟略高于过熟烟叶。

图8 不同烤烟品种烘烤过程中芸香苷含量变化

图9 不同成熟度对烤烟烘烤过程中莨菪亭含量的影响

图10 不同烤烟品种烘烤过程中莨菪亭含量变化

由图10可知，不同品种间莨菪亭含量存在差异，表现为：0 h时，渠首1号含量最高，云烟87、RY21和NC71含量较低，且差异不显著，云烟105含量最低；48h时，云烟105莨菪亭含量最高，其它4个品种差异不显著；72 h时，各品种莨菪亭含量下降到最低值，表现为云烟87＞云烟105＞渠首1号＞RY21＞NC71；96 h时，云烟105、RY21、NC71和渠首1号莨菪亭含量较高，且差异不显著，但显著高于云烟87。

3 讨论

采收成熟度对烤烟烘烤过程中PPO活性和多酚类物质含量有重要影响。调制过程中多酚类物质的变化主要是由PPO作用下进行的酶促棕色化反应的结果［13］。烘烤阶段的变黄末期至定色初期，为棕色化反应敏感期。此时随着温度的升高和水分的散失，叶细胞趋于死亡，结构发生变化，使得多酚和PPO接触，且氧气大量进入，生成醌类物质，严重影响烟叶的品质［14］。

PPO在烟草中是一种重要酶类，主要存在于叶绿体中［15］。调制过程中其活性与多酚类物质含量密切相关［16］。岳诚等［17］研究表明，PPO活性在烘烤中呈现先升高后降低的趋势，这与本研究结果一致。宋洋洋等［18］研究表明，变黄末期至定色前期各个时间点，随着采收成熟度的提高，能够有效降低PPO活性。武云杰等［19］研究表明，降低烤前和定色期烟叶的PPO活性，可以增加叶片的耐熟度，减少棕色化反应的发生，使烟叶耐烤性增强。本试验中，烘烤期间各成熟度处理烟叶PPO活性有显著差异，在棕色化反应敏感时期（48～72 h）PPO活性始终表现为未熟＞适熟＞过熟。PPO活性随着成熟度的升高而降低很可能是由于过熟烟叶水分含量较低，随着温度的升高，烟叶细胞裂解较快，细胞完整性被破坏，PPO所处环境的水分含量升高而导致［20］。

烟草中多酚类物质受品种类型、部位、烟叶成熟度的影响［21］。多酚类物质在烟叶中全部以葡萄糖苷和酯的形式存在，其中绿原酸、芸香苷、莨菪亭是最主要的成分［22］。烤烟在烘烤期间酚类物质的变化十分剧烈，烟叶中的多酚糖苷和酯类等在水解酶作用下生成大量的多酚和糖朊，酚类物质总量明显增加［23］。宫长荣等［24］研究表明，烘烤后的前24 h多酚含量呈增加趋势。樊宁［25］通过对烘烤过程中绿原酸和芸香苷的测定结果表明，烘烤定色期间二者含量比较稳定，甚至表现为减少趋势，这与本研究结果一致。本研究结果显示，初烤和烤后的多酚含量表现为适熟＞过熟＞未熟，说明成熟度高的烟叶烤前多酚含量高，烤后多酚含量也高。多酚含量高说明其不易发生棕色化反应，减少了杂色烟［26］。多酚类物质含量随着PPO活性的增加，其含量开始下降。而过熟烟叶由于细胞间隙增大，组织疏松，一部分多酚会被活性氧氧化［27］，因此多酚类物质以适熟烟叶的含量最高。

PPO活性和多酚类物质含量除随成熟度变化，还与品种特性相关。多酚类物质含量和组分具有定量遗传特性，应当选择适宜的生育期及品种［28］。品种对PPO活性和多酚类物质含量有显著性影响。在棕色化反应敏感时期，对于PPO活性较高的品种，可提高采收成熟度促进多酚类物质含量的增加。刘化冰等［29］研究表明，豫烟11号和K326以成熟采收、云烟87以过熟采收多酚类物质含量高。本研究结果表明，云烟87的PPO活性较低，适熟采收多酚物质含量高。其不一致的原因很可能是因为多酚类物质含量除受成熟度的影响外，还受生态、海拔、栽培措施等影响［30-32］。

4 结论

多酚类物质的积累与PPO活性和烟叶的成熟度密切相关。5个品种在烘烤过程中该类物质的积累趋势一致，但在量的积累上有一定差距。PPO活性和多酚类物质含量受成熟度影响较大，其次是品种。适熟烟叶与其它成熟度烟叶相比，其多酚类物质含量的积累更好，过熟烟叶相似或略低于适熟烟叶，未熟烟叶积累最少。适熟采收可以降低PPO活性，提高多酚类物质的积累。