烤烟电导率与其耐烤性的关系研究

李静浩，孙光伟，白 森，马俊桃，杨艳华，孙敬国，陈振国*

（1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002；2.湖北省烟草科学研究院，湖北 武汉 430030；3.广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530001）

烟叶耐烤性是烟叶重要烘烤特性之一，指烟叶在变黄、定色期对环境的耐受程度，耐烤性好的烟叶表现为容易定色、烤后黑糟杂色烟叶少［1］。因此，明确烟叶耐烤性的判断指标对烘烤工艺的设计以及烟叶烤后质量的提升具有重要意义。烟叶耐烤性与其营养积累、成熟过程密切相关，例如鲜干比大于9.0的烟叶往往难以定色［2］，成熟过程较为缓慢的烟叶大多耐烤性较好，落黄衰老较快的烟叶耐烤性一般较差［3］。成熟度也是影响烟叶耐烤性的主要因素，成熟度适宜烟叶的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等保护酶活性较高，多酚氧化酶（PPO）活性较低，在烘烤过程中不易发生棕色化反应［4］。由于大田期的管理措施不当，烟叶因气候等因素影响产生的黑暴烟，以及感染病毒病、叶斑病等的烟叶，往往也会因为PPO活性较高而表现出较差的耐烤性［5］。通过大量的基础研究，研究人员们提出了以变褐时间［6］、变褐指数［7］、PPO活性等指标来判断烟叶的耐烤性，制定出相关行业标准［8］，也揭示出耐烤性差的烟叶容易在烘烤过程中因酶促棕色化反应而发生褐变。而PPO作为烟叶酶促棕色化反应的关键酶，其活性与烟叶耐烤性之间存在密切关联［9-10］。但是PPO能否与多酚类物质接触并发生反应受到烟叶细胞膜完整性、含水率等多个因素影响［9，11］。组织电导率常作为衡量细胞膜透性的重要指标，广泛应用于种子活力测定和植物抗逆性研究［12-14］。植物组织电导率，相比于丙二醛（MDA）等反映细胞膜透性的指标而言，具有检测快速、低成本的特点，烤烟在烘烤过程中的细胞膜完整性可通过测定电导率来动态监测。本研究对2个品种烤烟的烘烤特性及其在烘烤过程中的生理生化指标变化进行测定，分析电导率与其余生理生化指标间的关联，探究了烟叶组织电导率与其耐烤性的关系。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2019~2020年在湖北省烟草科学研究院利川柏杨实验基地进行，供试品种为云烟87和K326，土壤为沙壤土，有机质为2.32%、pH值为5.77、速效氮90.00 mg/kg、有效磷58.63 mg/kg、速效钾125.00 mg/kg。依照优质烟叶生产技术规程进行大田管理。

1.2 试验方法

按照宫长荣等［1］正常采收云烟87和K326适熟烟叶，进行烘烤特性试验和烘烤试验。烘烤特性试验在常温下进行，每隔24 h观察烟叶颜色变化情况，并取样测定电导率；烘烤试验采用小型电烤箱依照当地常规烘烤工艺进行挂杆烘烤，分别于烤前和烤后关键温度点（鲜样、38、40、42、44、48、54℃）末期取样，切去叶尖和基部各1/3区域，留中部用于对相关指标的测定。

1.3 测定项目及方法

烘烤特性测定方法［8］：烟叶采收后，2个品种烟叶各选取素质相近的15片，每12 h观察1次，记录2个品种烟叶的变黄、变褐程度，并计算变黄指数（YI）、变褐指数（BI）。

式（1）中，n为观察记录次数，Y为烟叶平均变黄比例，YI值越小，说明此烟叶易烤性越好；YI值越大，说明该烟叶易烤性越差。

式（2）中，n 为观察记录次数，B为烟叶平均变褐比例，BI值越小，说明此烟叶耐烤性越好；BI值越大，说明该烟叶耐烤性越差。

电导率测定方法［15］：使用8 mm孔径打孔器，在烟叶主脉两侧的叶尖、叶中、叶基对称取0.1 g叶片组织（避开支脉），在装有10 mL双蒸水的试管中浸泡3 h，使用GTCON30型便携式电导率仪测定浸出液电导率，将试管置于100 ℃水浴锅中10 min，冷却至室温后，测定绝对电导率，然后计算相对电导率。计算见公式（3）。

SOD、POD、CAT、PPO活性和MDA含量采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。

烟叶烤后依照国标对烟叶进行分级，并称重计算不同色组烟叶比例［16］。

1.4 统计处理

使用Excel 2003软件对数据进行统计及作图，采用SPSS 22.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 烘烤过程中烟叶电导率与MDA含量的变化

由图1可知，烘烤过程对烟叶来说也是一种逆境，在逆境状态下，烟叶细胞膜透性逐渐增大，电解质外渗，致使电导率升高。2种烟叶烘烤过程中浸出液电导率变化趋势相同，在烘烤过程中大致呈“S”型曲线上升。2个品种鲜烟叶的浸出液电导率、绝对电导率相似，而K326烟叶的相对电导率略高于云烟87。随着烘烤进行，2个品种烟叶的浸出液电导率在42~44 ℃之间增长幅度最大，K326烟叶的相对电导率从烘烤开始至40 ℃的增幅明显大于云烟87，云烟87烟叶的相对电导率则在40~44 ℃期间出现较大增长。并且K326烤中各阶段的浸出液电导率、相对电导率总是高于云烟87，但是在38、40 ℃时云烟87的绝对电导率较高。

图1 烘烤过程中烟叶电导率与MDA含量的变化

丙二醛（MDA）是细胞膜脂过氧化的产物之一，其含量与电导率可反映细胞膜受损程度和细胞衰老程度。K326鲜样的丙二醛（MAD）含量稍低与云烟87，但是在烘烤过程中K326的丙二醛含量及上升速度高于云烟87，即K326在烘烤过程中细胞膜脂过氧化速度快于云烟87。尤其是在40~42℃阶段，K326的浸出液电导率、丙二醛含量升高速度均高于云烟87。

2.2 烘烤过程中耐烤性相关酶活性的变化

由图2可知，2种烟叶在烘烤过程中SOD、POD、CAT这3种抗氧化酶活性变化大致表现为先升高后降低的趋势。SOD是清除活性氧的关键酶，其可将多种活性氧歧化为H2O2，云烟87的SOD活性高峰在38 ℃，而K326则出现在42℃，并且K326的SOD活性下降较快。POD、CAT可催化H2O2分解为对细胞无害的物质，其中K326的POD活性总体要高于云烟87，并且其活性高峰出现在40 ℃，而云烟87的POD活性高峰则出现在42 ℃，在48 ℃之后，2种烟叶的POD活性均快速下降。云烟87的CAT活性呈现先下降后上升再下降的规律，并且这2种烟叶的活性高峰均出现在42 ℃。

图2 烘烤过程中烟叶SOD、POD、CAT和PPO活性的变化

烟叶的PPO被认为是一种与烟叶自身耐烤性密切相关的酶，正是由于烟叶中多酚类物质被PPO氧化为醌类，进而转化为黑色素才造成了烟叶褐变，使烟叶表现出较差的耐烤性。2种烟叶烘烤过程中的PPO活性差异较大，K326的PPO活性一直要高于云烟87。并且K326烟叶的PPO活性呈现先下降后上升再下降的趋势，在40 ℃时PPO的活性最高；云烟87的PPO活性则呈现先上升后下降的变化趋势，38 ℃时的活性最高。

2.3 烟叶耐烤性比较

由图3、表1可知，在烘烤特性试验下，2个品种烟叶的变黄变褐规律相似，变黄速率均为先快后慢，前24 h变黄最快；变褐速率均为先慢后快再减缓。但云烟87的变黄速度相对较快，变黄时间为60 h；K326变黄相对缓慢，变黄时间为84 h；云烟87、K326的变褐指数分别为0.72、1.36，而且K326在变黄未达十成的时候就已经开始变褐。云烟87相比K326延迟大约12 h才开始出现褐变现象，在褐变开始之后的48 h内，云烟87褐变速度较慢，且K326的烤后杂色烟叶比例较高，说明云烟87的耐烤性较好，K326的耐烤性较差。

表1 2种烟叶的变褐指数与烤后外观质量

图3 2种烟叶变黄、变褐程度比较

2.4 烘烤过程中各生理指标间的相关性分析

由表2可知，2种烟叶的浸出液电导率、绝对电导率、相对电导率之间存在显著或极显著的正相关关系，并且这3种电导率指标与MDA也呈极显著的正相关。在云烟87烟叶中，3种电导率指标与SOD、POD、CAT、PPO活性的相关性不显著，但SOD活性与PPO活性呈现显著正相关性。在K326烟叶中，渗出液电导率、绝对电导率与PPO活性极显著负相关。

表2 2个品种烟叶烘烤过程中各生理指标间的相关性

3 讨论

随着烘烤的进行，烟叶的丙二醛含量呈现上升趋势，而丙二醛作为细胞膜脂过氧化的主要产物，其含量的上升说明烟叶细胞膜正在分解［17-19］，从而致使烟叶细胞内含物质外渗，电导率升高，即电导率指标在烟叶烘烤过程中可以反映烟叶细胞膜的完整性。本试验研究结果表明，38、40 ℃时K326的相对电导率、渗出液电导率、MDA含量大于云烟87，而绝对电导率小于云烟87，说明渗出液电导率、相对电导率反映烟叶细胞的完整性更为合适；云烟87相比于K326变黄更快，在变黄前、中期色素降解量较大，所以烟叶绝对电导率在一定程度上可能反映了烟叶细胞内物质的分解和衰老程度［15］。

国内外一些学者的研究结果表明，POD与PPO是引起植物组织褐变的关键酶类［20-22］，这是由于POD在清除H2O2的过程中，会同时将酚类物质作为底物而氧化，而PPO则会直接氧化多酶类物质。而绿原酸作为烟草中多酚类物质之一，其可作为POD、PPO这2种酶的底物而引发烟叶褐变［23］。本试验的研究表明，在变黄期，K326的POD、PPO活性均高于云烟87，且K326烟叶的细胞膜被破坏程度较大，酚类物质与PPO、POD接触过早，致使其烤后杂色烟叶比例较高，耐烤性相比于云烟87较差。因此，在实际烘烤作业中，POD活性适当降低，对阻止烟叶的酶促褐变有利，这一点与岳诚等［24］的研究结果一致。

4 结论

烟叶的烘烤特性与其烘烤过程中生理生化指标的变化密切相关，仅凭某种单一指标难以判断烟叶的烘烤特性。研究结果表明，烟叶渗出液电导率和相对电导率与烟叶细胞膜的完整性关系密切，可作为判断烟叶耐烤性的指标之一，并可与其POD、PPO活性相结合来判断烟叶的耐烤性，同时烟叶的绝对电导率可能与烟叶细胞内物质的分解和衰老程度在着一定联系。在实际烘烤过程中，可根据烟叶自身特点，适当调整烘烤工艺，在变黄期尽量维持烟叶细胞膜的完整性，避免烟叶渗出液电导率和相对电导率大幅增长，以此降低烤后杂色烟叶比例，提升烘烤质量。