采收时间对雪茄烟叶主要碳水化合物变化及品质的影响

金明珂，陈泳纬，吴永兵，阳苇丽，何正川，赵铭钦

（1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2.四川省烟草公司达州市公司，四川 达州 635000）

雪茄烟是经过调制发酵等一系列操作后直接卷制而成的一种烟草制品［1］。近年中国的雪茄烟市场规模逐渐扩大，对其需求逐渐增多，而国产雪茄在工业应用中存在的缺陷和问题逐渐凸显［2］。与烤烟的特点不同，雪茄烟含氮量大于烤烟，而糖含量低于烤烟，但糖类物质代谢在雪茄烟生育过程中有着重要作用［3，4］，其中蔗糖和淀粉的变化对烟叶品质有着重要影响。

蔗糖是非还原性糖，而非还原性糖含量比例较高意味着烟叶成熟度不够，对烟气质量产生不利影响［5，6］。淀粉含量过高影响烟叶燃烧性和品质［7，8］。同时，抽吸时糖类化合物裂解产物可以中和产生的碱性化合物，降低刺激性［9］。还有研究证明，糖类物质也影响烟叶的拉力和柔韧性［10］。因此，研究雪茄烟叶内碳水化合物之间的动态变化，对提升雪茄烟生产技术有着重要意义。研究还证明，碳代谢相关酶的活性对烟叶内部碳水化合物转化有直接影响［11，12］。而不同采收时间对烟叶的成熟情况、烟叶内部酶活性有直接影响。因此，准确把握雪茄烟适宜采收时间，是提高雪茄烟叶品质的关键［13］。目前对烟叶碳水化合物变化及品质形成机理的相关研究多集中在烤烟，而对雪茄烟相关方面的研究尚欠缺。基于此，本试验以雪茄烟品种川雪1号为材料，研究采收时间对烟叶主要碳水化合物和品质的影响，以期为建立适宜的雪茄烟叶生产技术规程提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试雪茄烟品种为川雪1号，来自四川省烟草公司达州市公司。

1.2 试验地概况

试验于2019—2020年在四川省达州万源市河口镇进行。该地山势较缓，气候温和，雨量充沛，土壤肥力适宜。试验地0～20 cm土层养分状况为：有机质20.28 g／kg、全氮1.31 g／kg、有效磷20.32 mg／kg、速效钾98.88 mg／kg，pH值6.13。

1.3 试验设计与田间管理

采用随机区组设计方式取样，设置5个采收时间（表1），采收雪茄烟中部叶（从下向上第10～12片），取样总时间区间为35 d。

表1 试验设计

试验采用漂浮育苗方式，按照当地优质烟叶技术规范进行大田栽培管理。4月30日移栽，6月15日打顶。行株距为110 cm×40 cm，单株留叶18片。

1.4 取样与指标测定

取样于上午10～11时进行，每个处理每次取样10～13片。其中取大小均匀一致烟叶3片，去除主脉，取其第5至第6支脉叶肉组织，每片烟叶取3份，每份取约0.1 g，置于液氮中速冻，用于酶活性测定；剩余烟叶先于105℃下杀青20 min，再45℃下烘干、研磨、过60目筛保存，用于碳水化合物含量测定。其中，蔗糖合成酶（sucrose synthase，合成方向：SS－Ⅱ）、蔗糖磷酸合成酶（sucrose phosphate synthase，SPS）和淀粉酶（amylase，AL）活性采用紫外分光光度法测定（参照SS－Ⅱ、SPS及AL活性测定试剂盒说明书）［14］；葡萄糖、果糖和蔗糖含量采用分光光度法测定［15］；总糖、还原糖、淀粉含量采用AutoAnalyzer 3连续流动分析仪测定（参照行业标准YC／T 159—2002方法、YC／T 216—2013方法）。非还原糖含量是总糖含量与还原糖含量之差，即：非还原糖＝水溶性总糖－还原性糖［16］。

晾制方法：采用当地雪茄烟晾制技术。将烟叶针穿于竹竿上，放置在晾房架上，随着烟叶外部颜色和水分变化逐渐向晾房上层移动，直至烟叶干筋结束，回潮下架保存。晾制结束后，各处理分别取烟叶10片于45℃下烘干、研磨、过60目筛保存，用于晾制后雪茄烟叶的化学成分测定。晾后烟叶的总糖、还原糖、蔗糖、淀粉含量的测定方法同上，烟碱、氯、钾含量的测定采用连续流动法。每个处理重复3次。感官质量聘请评吸专家进行评吸打分，即按照长城雪茄烟厂雪茄烟叶感官品质评价标准，采用9分制对烟叶感官质量进行评价，并计算出总分。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据处理和图表制作，用SPSS24.0软件进行数据相关性分析。

2 结果与分析

2.1 采收时间对雪茄烟叶碳水化合物含量变化的影响

由图1A、B、F可知，随着采收时间推后，雪茄烟中部叶总糖、还原糖、淀粉含量均呈先上升后下降趋势，即H1C～H3C阶段保持上升趋势，均在H3C时达到最大值。与H2C相比，H3C总糖、还原糖含量分别增加8.1%、14.9%，且差异显著；淀粉含量增加9.5%，差异不显著。该阶段即打顶后烟叶营养生长得到促进，光合作用增强，呼吸作用较弱，细胞壁组织结构增强，烟叶内营养物质积累增多，总糖、还原糖和淀粉含量上升。H3C～H5C阶段，总糖、还原糖、淀粉含量持续下降。与H3C相比，H4C总糖含量显著下降3.9%；还原糖含量仅下降1.9%，差异不显著；淀粉含量下降11.4%，达显著水平。H4C～H5C阶段总糖、还原糖、淀粉含量均下降。说明这一阶段烟叶逐渐成熟衰老，光合强度减弱，碳水化合物合成减缓，同时伴随呼吸作用的消耗加剧，总糖、还原糖分解而致两者含量下降；并且随着淀粉酶活性升高，淀粉由积累阶段转变为分解阶段，含量降低。

由图1C、G可知，随着采收时间推后，蔗糖含量和非还原糖比例均呈先下降后上升的波动趋势，即H1C～H4C阶段逐渐下降，H4C时最小，随后略有回升，但无显著差异。这说明随着采收时间的延后，烟叶内蔗糖含量和非还原糖比例逐渐减小，烟叶成熟度增加。H4C～H5C阶段蔗糖含量和非还原糖比例略有升高，可能是受酶活性与烟叶内部代谢消耗的影响所致，因为烟叶呼吸作用需要底物，而使自身促进蔗糖合成，导致非还原糖比例升高，说明烟叶可能处于过熟阶段。

从图1D、E可知，随着采收时间推后，果糖含量变化趋势与总糖、还原糖相似，呈先上升后下降趋势，葡萄糖含量呈先下降后上升趋势。H1C～H4C阶段，果糖含量逐渐升高，H4C时达到最高，而在H1C～H3C阶段，葡萄糖含量逐渐降低，H3C时达到最低，H3C～H4C阶段迅速上升。这可能是因为此时烟叶的光合作用强，蔗糖分解产生果糖和葡萄糖，果糖含量增加，而淀粉合成需要消耗葡萄糖，且消耗量大于蔗糖分解得到的葡萄糖量，导致此阶段葡萄糖含量降低。H4C～H5C阶段果糖含量逐渐下降，H5C比H4C降低23.2%，且达显著水平；葡萄糖含量略微上升，H5C比H4C增加3.3%。这可能是因为，此时烟叶淀粉分解产生葡萄糖，同时果糖和葡萄糖还可能合成少量蔗糖，淀粉分解产生的葡萄糖量略大于蔗糖合成需要的葡萄糖量。

图1 不同采收时间烟叶总糖（A）、还原糖（B）、蔗糖（C）、果糖（D）、葡萄糖（E）和淀粉（F）含量及非还原糖比例（G）的变化规律

2.2 采收时间对雪茄烟碳水化合物相关酶活性变化的影响

由图2A可知，随着采收时间推后，烟叶蔗糖合成酶SS－Ⅱ（合成方向）活性呈逐渐下降的波动趋势，H4C最低，为0.179 mg／（g·min），比H1C下降29.9%。说明此时蔗糖的合成过程受阻，合成速率逐渐降低。而至H5C时SS－Ⅱ活性略有回升，但差异不显著。可能原因是，烟叶逐渐成熟，光合作用减弱，呼吸作用增强，蔗糖少量合成充当呼吸底物，来维持烟叶的生命状态。

由图2B可知，随着采收时间推后，烟叶蔗糖磷酸合成酶SPS活性呈现先上升后下降趋势，H3C最高，为0.289 mg／（g·min），比H1C上升18.8%，而H3C～H5C阶段逐渐下降，H5C略低于H4C，但无显著差异。表明H3C时烟叶碳代谢强度、蔗糖合成速率仍较高，之后采收SPS活性降低，蔗糖合成速率、蔗糖含量逐渐降低。

由图2C可知，随着采收时间推后，淀粉酶活性呈现先下降后上升趋势，以H1C处理最高，H1C～H3C阶段逐渐降低，H3C比H1C降低13%。此阶段烟叶正处于生长发育阶段，H1C处理烟叶内部糖类物质转化频繁，淀粉分解能促进基础糖类增加，有利于烟叶生长发育。之后淀粉酶活性逐渐回升，H4C比H3C增加6.4%，H5C比H4C增加3.3%。这一阶段淀粉酶活性不断升高，说明淀粉逐渐由积累阶段转变为分解阶段，也说明烟叶淀粉含量仍较高，烟叶逐渐达到充分成熟。

图2 不同处理蔗糖合成酶（A）、蔗糖磷酸合成酶（B）和淀粉酶（C）活性变化规律

2.3 雪茄烟碳水化合物相关酶活性与糖类物质含量的相关性分析

烟叶碳水化合物相关酶活性与各糖类物质含量的相关分析结果（表2）表明，SS－Ⅱ活性与蔗糖含量呈极显著正相关；SPS活性与淀粉含量呈显著正相关，与葡萄糖含量呈显著负相关；淀粉酶活性与水溶性糖（葡萄糖、果糖除外）、淀粉含量均呈显著负相关，与葡萄糖含量呈显著正相关。这是因为SS－Ⅱ控制蔗糖的合成过程，蔗糖分解产生果糖和葡萄糖，葡萄糖又是合成淀粉的底物，而淀粉酶活性高，则促进淀粉分解为葡萄糖，葡萄糖含量升高，从而影响SS－Ⅱ和SPS的活性。这说明SS－Ⅱ、SPS和淀粉酶活性对烟叶碳代谢进程有着重要影响。

表2 雪茄烟碳水化合物相关酶活性与糖类物质含量的相关性

2.4 采收时间对晾制后雪茄烟叶化学成分及感官质量的影响

不同采收时间晾制后的雪茄烟叶化学成分分析结果（表3）表明，H1C～H3C阶段晾制后烟叶总糖、还原糖、烟碱含量过低，蔗糖、淀粉含量较高，说明此阶段采收的烟叶碳氮代谢水平较低，淀粉分解不完全；而H5C与H4C相比烟叶蔗糖含量无明显差异，但淀粉含量过高，其它水溶性糖类含量低，这可能是由H5C烟叶过熟不利于调制过程中的淀粉分解所致。H4C时采收烟叶淀粉含量较低、分解较完全，且总糖、还原糖含量最高，烟碱含量较高，蔗糖含量最低，表明烟叶内部物质转化水平高、转化较完全。

表3 不同采收时间雪茄烟叶晾制后的化学成分

从表4中可以看出，随着采收时间推后，雪茄烟叶香气质、香气量、浓度、劲头、余味、燃烧性及总分均呈先增加后降低趋势，刺激性、杂气则逐渐降低，以H4C时采收最好。表明适当延迟采收有利于提升烟叶感官质量，主要表现在香气质好、香气量足、劲头足、刺激性小及燃烧性好。

表4 不同采收时间雪茄烟叶感官质量比较 （分）

3 讨论

准确把握烟叶适宜的采收时间是生产优质烟叶的前提，仅依赖对烟叶外观特征的判断，无法准确把握烟叶适宜的采收时间和精准控制烟叶的成熟度。打顶后雪茄烟的水溶性糖、淀粉、非还原糖比例都发生了显著变化。烟叶达到生理成熟期后，逐渐衰老，还原糖逐渐合成蔗糖，淀粉开始分解［17，18］。因此，控制好打顶到采收的时间对控制烟叶体内碳氮代谢水平的协调有着重要影响，以避免因提前采收而导致蔗糖含量和淀粉含量过高，影响烟叶品质和吸食特性。据报道，鲜烟叶蔗糖含量越低，淀粉积累越充分，成熟度越高，调制过程中淀粉水解越完全，越有利于烟叶品质，但淀粉含量过高也影响烟叶的品质［19，20］。从本研究结果看，与打顶后21 d相比，打顶后28 d采收的雪茄烟中部叶还原糖、蔗糖含量下降，蔗糖含量、非还原糖比例达到最小值，淀粉积累较充分，还原糖、葡萄糖、果糖含量较高，烟叶成熟度较高，且根据各处理晾制后烟叶的糖类物质含量及感官质量分析表明，打顶后28 d采收的烟叶香气质好、香气量足、劲头足、刺激性小及燃烧性好，总分最高。因此雪茄烟中部叶适宜于在打顶后28 d采收。在整个试验过程中，总糖含量呈先上升后下降趋势。该结果与林开创等［21］的研究结果一致，但与烤烟［22］和白肋烟［23］的总糖含量从打顶至调制成熟显著下降的趋势有所不同，可能是因为雪茄和烤烟、白肋烟的生理变化和基因调控不同导致。

不同采收时间烟叶内的酶活性不同，其活性高低调控着烟叶内化学成分含量的变化［24，25］。蔗糖合成酶SS－Ⅱ和蔗糖磷酸合成酶SPS控制蔗糖的合成过程，其活性越低，表明蔗糖合成速度缓慢，活性越高，表明蔗糖合成速度越快。淀粉酶控制着淀粉的分解过程，其活性越低，表明淀粉分解缓慢，活性越高，表明淀粉分解加快。从本试验结果可以看出，与打顶后21 d相比，打顶后28 d采收的烟叶SS－Ⅱ和SPS活性下降，淀粉酶活性升高，这有利于烟叶内蔗糖和淀粉含量降低。所以从酶活性来看，雪茄烟中部叶适宜于打顶后28 d采收。鲁黎明等［26］研究发现，烤烟蔗糖磷酸合成酶活性随采收时间的延长逐渐上升。史宏志等［27］和张晓远等［28］研究均表明，烤烟烟叶的淀粉酶活性变化呈双峰曲线。本试验结果与上述研究结果略有不同，可能是因为雪茄烟和烤烟内部基因调控不同导致，也可能是因为酶活性受多种限制因素影响，导致变化趋势不同［29］。本研究中，SPS活性与蔗糖含量呈非显著负相关关系，可能是因为酶的作用部位不同，也可能是因为酶活性限制因素众多，需进一步研究。

目前关于优质雪茄烟叶的化学质量标准还不太明确，所以参考优质晾晒烟叶标准［30］分析。优质晾晒烟叶总糖含量应在2.0%左右，还原糖含量在0.5% ～1.0%范围内，其两糖比值越大，反映烟叶成熟度越好。该研究中各处理总糖和还原糖含量与白肋烟相比较低，是因为雪茄烟与白肋烟的生理生化、调制方式不同，其内在化学成分在生长发育过程中的积累和调制过程中的变化均不同。打顶后28 d采收的烟叶总糖和还原糖含量较高，烟碱含量适中，蔗糖、淀粉含量最低，两糖比、糖碱比较好，且烟叶感官质量较好。综合来看，化学成分以打顶28 d采收的烟叶协调性最好，打顶后21 d采收的烟叶次之。

4 结论

本研究表明，适宜的采收时间对控制烟叶成熟度至关重要，适当加长打顶至采收的时间可以提高雪茄烟叶成熟度，促使蔗糖含量和非还原糖比例降低，淀粉得到充分积累且有利于调制过程的分解转化，使调制后水溶性糖含量较高；过度延长打顶至采收的时间会导致蔗糖含量和非还原糖比例升高，总糖、还原糖含量下降，同时不利于调制过程中的淀粉降解。总体来说，雪茄烟中部叶的适宜采收时间是打顶后28 d左右，即移栽后73 d左右，此时烟叶化学成分和感官质量较好。本研究结果可为雪茄烟适宜的生产技术规程制定提供理论依据和技术支撑。