不同部位烟叶烘烤失水特性及化学物质变化

黄广华，徐志强，史久长，王卫民，张广普，马留军，王 晓，李 峥

（浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310024）

具有良好外观质量，尤其是具备协调的感官评吸质量的烟叶原料，由于在卷烟配方中配伍性强，对卷烟产品风格特征起主导作用，深受工业企业青睐[1-3]。而烟叶烘烤是原烟品质形成的重要环节，其实质是通过温湿度的调节，促进烟叶失水干燥，并引导烟叶颜色和生理生化进程朝预期方向发展的过程[4-6]。烘烤不同阶段烟叶的失水程度和速率影响着内在化学物质的转化程度，适宜的化学成分有利于烟叶原料评吸品质和可用性的提升[4,7]。因此，探究烘烤过程中烟叶的失水特性和化学物质的变化规律，对烟叶质量形成具有重要意义。当前，对于烘烤过程中烟叶水分变化、主要化学成分以及质体色素含量变化的独立研究较多[8-11]。例如，李峥等[12]对烘烤过程中烟叶的水分迁移干燥特性进行了综述，指出叶脉和叶肉之间失水过程的关系有待进一步研究；郑明伟等[13]研究分析了散叶烘烤烟叶主脉含水量和形态收缩的变化；贺帆等[14]基于密集烘烤期间烟叶色度参数和含水量，构建了NC89品种上部叶主要化学成分的变化模型；李艳等[15]采用色差仪量化研究了烤烟K326品种上部叶烘烤过程中颜色的变化。目前的研究针对烟叶烘烤失水特性和化学成分、色素含量变化的综合性分析鲜有报道。再者上部叶可用性较差的问题逐渐凸显，多方位的探究不同部位烟叶烘烤过程中水分、化学物质的变化规律，有助于提高烤后烟叶的质量。鉴于此，项目组以云烟87不同部位烟叶为试验材料，检测不同烘烤关键温度点的叶片、主脉、整叶的含水量及主要化学成分和叶绿素、类胡萝卜素含量，实现烟叶失水特性和主要化学物质含量的动态分析，旨在为明确不同部位烟叶烘烤质量形成过程提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在湖北省建始县金叶基地单元进行，供试烤烟品种为云烟87，2020年4月25日移栽，种植株行距55 cm×120 cm，垄高27 cm，试验田土壤类型为黄壤，土壤肥力适中，田间管理按照优质烤烟生产技术规范进行。依据田间烟叶成熟落黄程度适时采收，分别于移栽后69、87和120 d，选取无病虫害的下部叶（第4～6叶位）、中部叶（第10～12叶位）、上部叶（第16～18叶位）为试验材料采收烘烤。

1.2 烟叶烘烤方法

按三段式烘烤工艺[16]进行烘烤作业，分别于烤前（30℃，鲜烟叶）、烘烤关键温度点（38、42、45、48和54℃）末期选取叶片大小基本一致的样品30片，用于烟叶含水量、主要化学成分、色素含量的检测。

1.3 指标测定方法

1.3.1烟叶含水量检测参照行业标准YC/T 31—1996，采用烘箱法分别测量不同温度点烟叶样品的叶片含水量和主脉含水量，并计算出整叶（叶片＋主脉）含水量。同时参照夏春等[17]的方法计算相邻取样温度点间叶片、主脉失水质量占比，具体公式如下。

1.3.2主要化学成分和色素含量检测采用流动分析法[18]检测不同温度点烟叶样品的总糖、还原糖、总氮、蛋白质、淀粉含量，采用气相色谱法[19]检测样品的烟碱含量，采用高效液相色谱法[20]检测样品的叶绿素、类胡萝卜素含量。具体参照行业标准进行。总糖参照YC/T 159—2002、还原糖参照YC/T 216—2007、总氮参照YC/T 161—2002、淀粉参照YC/T 216—2013、蛋白质参照YC/T 249—2008、烟碱参照YC/T 246—2008、叶绿素和类胡萝卜素参照YC/T 382—2010测定。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016软件进行试验数据的整理和统计，采用SPSS 17.0软件进行数据间的差异显著性分析，采用Origin 2018绘制折线图。

2 结果与分析

2.1 不同部位烟叶叶片含水量变化

从表1可以看出，不同部位鲜烟叶叶片含水量差异明显，随烟叶部位的提升，叶片含水量逐渐降低，且部位间差异均达到显著水平。随烘烤进行，叶片含水量逐渐降低，各部位烟叶在42℃之前叶片失水幅度较低，其中，上部叶的叶片含水量降低幅度最低。42℃之后失水速率逐渐加快，且以下部叶失水幅度最为明显。从各取样温度点不同部位烟叶叶片含水量差异来看，下部叶和中部叶均显著高于上部叶，45和54℃时下部叶与中部叶的叶片含水量差异不明显，其余温度点下部叶的含水量均显著高于中部叶。

表1 不同部位烟叶烘烤期间叶片含水量变化

2.2 不同部位烟叶主脉含水量变化

由表2可以看出，鲜烟叶主脉含水量要高于叶片，不同部位烟叶主脉含水量的规律与叶片一致，但部位间的差异明显低于叶片，仅下部叶与上部叶的差异达到显著水平。烘烤开始后，主脉含水量缓慢降低，其中以上部叶主脉失水速率最慢，45℃之前不同部位烟叶主脉含水量表现为下部叶＞中部叶＞上部叶，45℃之后呈完全相反的趋势。这表明中、下部烟叶的主脉在42℃之后失水速率开始加快，但各部位烟叶主脉失水幅度最明显的阶段均为48～54℃。烘烤期间上部叶和下部叶主脉含水量的差异较明显，在不同温度点均达到显著水平。

表2 不同部位烟叶烘烤期间主脉含水量变化

2.3 不同部位烟叶整叶含水量变化

由表3可知，不同部位鲜烟叶含水量随叶位提高逐渐降低，且部位间差异均达到显著水平。烘烤期间各温度点的整叶含水量基本表现为下部叶最高、上部叶最低的趋势，且除45℃外，其余温度点上部叶与下部叶的差异均达到显著水平。从失水量和失水速率来看，随烘烤进程的推进，整叶含水量的降低幅度逐渐增大，失水速率逐渐加快，在48～54℃失水量最大。

表3 不同部位烟叶烘烤期间整叶含水量变化

2.4 不同部位烟叶叶片、主脉失水占比变化

为直观的分析不同烘烤阶段烟叶水分散失构成，分别对烘烤期间叶片、主脉失水量占比进行统计，叶片、主脉失水量占比的变化情况分别如图1和图2所示。由图1和图2可知，烘烤过程中不同部位的烟叶（叶片、主脉）失水量占比的变化规律基本一致，叶片失水量占比在42℃之前降低，之后开始升高，以上部叶增幅最为明显，上部叶和中部叶的叶片失水量在45℃时停止增长，之后上部叶急剧降低，中部叶的叶片失水量占比在45～48℃降幅较低，48℃之后快速下降。下部叶的叶片失水量占比在42℃之后持续升高，在48℃时达到峰值，之后急剧降低。烟叶主脉失水量占比与叶片呈完全相反的变化趋势，在42℃前增长，之后开始降低，上部叶和中部叶的主脉失水量占比在45℃之后又开始升高，下部叶则在48℃之后快速上升。

图1 烘烤期间叶片失水量占比变化

图2 烘烤期间主脉失水量占比变化

2.5 不同部位烟叶主要化学成分和色素含量变化

由表4可以看出，不同部位鲜烟叶总氮、烟碱、蛋白质含量随叶位提升不断升高；总糖、还原糖含量以下部叶最高，中部叶最低；淀粉、类胡萝卜素含量则以上部叶最高，中部叶最低，叶绿素含量则以中部叶最高、上部叶最低。其中，不同部位烟叶的淀粉含量差异最为明显，部位间差异均达到显著水平。烘烤过程中不同部位烟叶总糖、还原糖含量呈不断增长的趋势，总氮、烟碱整体呈下降趋势，蛋白质、淀粉、叶绿素、类胡萝卜素呈不断下降的趋势。烘烤至54℃末时，还原糖、总氮、烟碱、蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素含量随部位提高逐渐升高；总糖含量以上部叶最高，中部叶最低；淀粉含量则以中部叶最高，下部叶最低。除淀粉和叶绿素2项指标之外，上部叶和下部叶的差异均达到显著水平，且以总糖含量差异最为明显，部位间差异均达到显著水平。

表4 不同部位烟叶烘烤期间主要化学成分和色素含量变化

2.6 烟叶含水量与化学成分的相关分析

从表5可以看出，上部叶的叶片、主脉、整叶含水量与总氮和类胡萝卜素均呈显著或极显著正相关关系，叶片含水量、整叶含水量与蛋白质呈显著正相关关系；中部叶的叶片含水量、整叶含水量与还原糖呈显著负相关关系，与总氮、蛋白质、淀粉呈显著正相关关系，叶片、主脉、整叶含水量与烟碱、类胡萝卜素呈显著或极显著正相关关系；下部叶的叶片、整叶含水量与总糖呈显著负相关关系，与总氮、淀粉呈显著正相关关系，叶片、主脉、整叶含水量与还原糖呈显著负相关关系，与烟碱、类胡萝卜素呈显著或极显著正相关关系。

表5 不同部位烟叶含水量指标与主要化学成分和色素的相关系数

3 结论与讨论

不同部位烟叶由于叶片着生位置的空间差异，在田间发育过程中，不同叶位的烟叶所接受的光照强度和发育时间等方面存在差异[21-22]。因此，鲜烟叶的组织结构和水分含量会有所差异。张树堂等[23]研究表明，叶片厚度、表皮细胞厚度、海绵组织厚度以及栅栏组织厚度随部位提升逐渐增加，烟叶部位越高，细胞的组织结构密度就大，进而影响烘烤过程中烟叶水分的散失，对叶片、主脉水分迁移干燥特性也会产生影响。研究结果表明，不同部位鲜烟叶的叶片含水量、主脉含水量和整叶含水量随部位升高逐渐降低，且部位间差异均达到显著水平。烘烤开始后，叶片含水量在42℃之前降幅较为缓慢，42℃之后失水速率逐渐加快，且以下部叶失水幅度最为明显；上部叶主脉含水量的降低速率明显低于中、上部烟叶，但各部位烟叶主脉含水量急剧下降的阶段均为48～54℃；不同部位烟叶的整叶含水量降低趋势基本保持一致，失水速率随烘烤温度提升逐渐加快。从叶片、主脉失水质量占比情况来看，42℃之前叶片失水质量占比逐渐下降，42～45℃期间叶片失水质量占比又快速提升，以上部叶提升幅度最为明显，45～54℃期间中、上部烟叶的叶片失水质量占比呈不断降低的趋势，下部叶则在48℃之后快速降低，表明下部叶叶片细胞密度较低，组织结构相对疏松，在烘烤过程中水分更容易通过叶片散失。

烟叶部位间失水特性的差异会对内在生理生化的反应进程产生影响，烘烤过程中发生淀粉水解生成和呼吸作用消耗糖类化合物的过程[4,24]，烟叶含水量会影响淀粉的水解过程，进而对糖类物质的积累产生影响。研究结果表明，不同部位烟叶主要化学成分和色素含量烘烤期间的整体变化趋势基本一致，总糖、还原糖含量不断升高，含氮化合物和色素含量整体呈不断降低的趋势。其中，两糖含量在42℃之前增幅较为明显，淀粉含量在该阶段的降幅较大，叶绿素含量自烘烤开始后急剧降低，不同部位烟叶的叶绿素含量在45℃之后基本保持稳定，类胡萝卜素降解速率相对较为缓慢，导致类叶比（指类胡萝卜素与叶绿色之比）逐渐升高，其中以下部叶的类叶比提升速率最快。相关性分析结果表明：不同部位烟叶叶片、主脉、整叶含水量与类胡萝卜素的相关性最好，均达到显著水平及以上，与总氮的相关性也较好；中、下部叶各项含水量指标与烟碱的相关性均达到显著或极显著水平；下部叶各项含水量指标与还原糖、总糖均呈显著或极显著负相关关系。这表明烘烤过程中不同部位烟叶含水量指标与主要化学成分和色素的相关性存在明显差异，但烟叶失水特性与内在化学物质的转化降解程度之间的内在联系有待进一步研究。