變黃期和定色期不同烘烤工藝對翠碧一號煙葉細胞壁物質的影響

王威威 陳順輝 高文霞 王新旺 張炳輝

摘 要 為了探討不同烘烤工藝處理對煙葉細胞壁物質含量和品質的影響，試驗設置4種變黃期和定色期不同烘烤工藝處理，分析烘烤過程和烤后煙葉纖維素、粗木質素、果膠等細胞壁物質含量及纖維素酶、果膠甲酯酶活性。結果表明：煙葉烘烤過程中纖維素、粗木質素、果膠含量在烘烤36 h前快速降低，48 h后降幅減小，36 h前降幅依次為T3、T4、T2、T1，48 h后為T4、T2、T1、T3；果膠甲酯酶24和72 h活性最高，48 h活性降到最低，形成雙峰曲線；纖維素酶活性在48 h后達到最高。通徑分析結果表明，T2處理烤后煙葉細胞壁物質含量最低，化學成分協調，感官質量總體得分最高，煙葉質量最好。T2處理降低細胞壁物質含量有利于提高感官質量，提升烤后煙葉質量。

關鍵詞 烤煙；翠碧一號；密集烘烤；化學成分；細胞壁物質

中圖分類號 S572.062 文獻標識碼 A

Abstract In order to explore different curing techniques on the cell wall substances contents and quality of flue-cured tobacco leaves， four treatments of different curing techniques of yellowing and leaf-drying stage were arranged under the design to analyze the content of cellulose， lignin， pectin and the enzyme activity dynamics of cellulose and pectin methylesterase of the tobacco leaves during curing and after cured. The results showed that the contents of cellulose， lignin， pectin decreased rapidly before 36 hours and slowly after 48h during the curing process. And the order of the reduction amount was T3， T4， T2， T1 before 36 hours and T4， T2， T1， T3 after 48h during the curing process. The enzyme activity dynamics of pectin methylesterase of the tobacco leaves reached the highest at 24 hours and 72 hours and the lowest one was at 48 hours during curing process. It was a doublet curve. The activity of cellulose reached the highest at 48 hours during curing process. Path analysis showed that the content of cell wall substances in the cured tobacco leaves of T2 treatment was the lowest； the nicotine，total sugar，reducing sugar contents of it were the most harmonized. The reduction of the cell wall substances contents in the tobacco leaves cured by T2 treatment had favorable impact on improving the sensory quality and the quality of the tobacco leaves of CB-1.

Key words Flue-cured tobacco；CB-1；Bulk curing；Chemical components；Cell wall substances

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.05.024

煙葉細胞壁由纖維素、果膠和粗木質素等成分構成，約占烤煙煙葉干物質的30%，其含量過高對煙草品質不利[1]。纖維素是細胞壁的主要結構成分，可促進燃燒、增加陰燃持火力，含量過高可導致雜氣和刺激性增加[2-4]；果膠分解產物也會增加煙氣的刺激性[5-6]；粗木質素含量較低可增加煙氣香味，過高增加煙氣苦味[7-9]。煙葉調制是煙葉生產的中煙環節，煙葉調制過程中烘烤溫度以及濕度的變化對煙葉外觀質量以及內含化學成分的代謝都具有很大的影響。細胞壁物質在烘烤過程中的代謝變化直接影響煙葉中化學成分協調性以及煙葉品質[10]。目前煙葉的細胞壁物質研究主要集中于： （1）烤煙、曬煙、雪茄芯煙、馬里蘭煙和白肋煙等不同類型煙草細胞壁物質含量規律[11]； （2）烤煙不同部位烤后煙葉細胞壁物質含量規律[12]； （3）烘烤過程果膠甲酯酶（PME）、纖維素酶、多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性變化規律[13-14]； （4）添加外源纖維素酶、果膠酶降低烤后煙葉的纖維素、粗木質素、果膠等含量，改善吸食品質等[l5-18]。不同烘烤工藝對烤煙細胞壁物質的影響研究鮮有報道。為此，本文探討變黃期和定色期不同烘烤工藝對翠碧一號煙葉細胞壁主要物質含量及相關酶活性的變化，并對烤后煙葉細胞壁主要物質與化學成分、感官質量的關系進行分析，為進一步提升煙葉質量提供科學依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為翠碧一號（CB-1）。試驗在福建省南平煙科所試驗基地進行。試驗田土壤肥力中等，pH為6.6，有機質25.6 g/kg，施肥按純氮用量112.5 kg/hm2，m（N） ∶ m（P2O5） ： m（K2O）=1 ∶ 0.8 ∶ 3， 行株距1.20 m×0.55 m。單株留葉數16～17片，其他大田管理措施按當地優質烤煙栽培生產技術規范進行，采收成熟度一致的中部葉（第10～12葉位）作為試驗煙葉，鮮煙葉采收成熟度標準：葉色綠多黃少，主脈2/3變白、支脈基本變白。采用煙葉烘烤試驗箱（容量800～1 000片）進行烘烤。

1.2 試驗設計

試驗設4個不同烘烤工藝處理，具體見表1。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣方法 分別取烤前鮮煙葉、烘烤過程每12 h取一次煙葉樣品（至干球溫度50 ℃結束為止），避開主脈和大的支脈，用打孔器打取整片煙葉的葉肉部分，均勻分成6份，用于纖維素、粗木質素和果膠含量、果膠甲酯酶及纖維素酶活力的測定；另取C3F煙葉1 kg，去除主脈，粉碎過60目篩，60 ℃烘至恒重，用于烤后細胞壁物質、纖維素、粗木質素、果膠含量及總糖、還原糖、煙堿、淀粉含量測定。

1.3.2 測定方法 纖維素酶活性采用Andrews等[19]的方法測定，果膠甲酯酶活性參照寧正祥[20]方法測定，總果膠含量參照韓雅珊[21]的方法測定，參照熊素敏[22]等的方法測定粗木質素、纖維素含量。采用YC/T159～161方法測定煙葉樣品的還原糖、總糖、煙堿含量，淀粉含量參照丁映[23]利用酸水解的方法測定。

1.3.3 烤后煙葉感官評吸質量評價 各處理取烤后C3F煙葉樣品1 kg，由福建中煙工業有限責任公司技術中心進行感官評吸。

1.3.4 數據處理 采用EXCEL 2007、SPSS17.0和SAS對試驗數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 各處理烘烤過程中細胞壁主要物質含量及相關酶活性動態變化

2.1.1 各處理烘烤過程中細胞壁主要物質含量動態變化 圖1（a、b、c）可見，各處理煙葉烘烤過程纖維素、粗木質素、果膠含量均呈下降趨勢；36 h前，纖維素、粗木質素、果膠含量下降速率顯著高于48 h后；相同烘烤時間下，36 h前處理T1的含量最高，處理T2、T4、T3依次降低，48 h后處理T3含量最高，其次分別是處理T1、T2、T4。

2.1.2 各處理烘烤過程中細胞壁物質相關酶活性動態變化 圖2-a可見，各處理烘烤過程煙葉果膠甲酯酶活性變化為雙峰曲線，烘烤開始果膠甲酯酶活性先上升，24 h后開始降低，48 h后再次升高，72 h后再次下降；36 h前處理T3果膠甲酯酶活性最高，其次是處理T4、T2、T1；48 h后以處理T4果膠甲酯酶活性最高，其次是處理T2、T1、T3。圖2-b可見，各處理烘烤過程煙葉纖維素酶活性變化呈上升趨勢；36 h前處理T3纖維素酶活性最高，其次是處理T4、T2、T1，48 h后以處理T4纖維素酶活性最高，其次是處理T2、T1、T3。

2.2 各處理對烤后煙葉細胞壁主要物質含量的影響

表2可知，烤后煙葉的果膠、粗木質素含量均以處理T2最低；低于處理T1、T3、T4；細胞壁物質總量以處理T3、T4為最高，其次是處理T1和T2；纖維素含量以T4為最高，其次是處理T3和T1，處理T2最低。

綜合表1、2的結果，不同烘烤工藝處理烘烤過程細胞壁主要物質含量和相關酶活性、烤后煙葉細胞壁主要物質含量存在明顯差異。本試驗中，纖維素酶活性在烘烤過程中呈現上升趨勢，果膠甲酯酶活性在烘烤進行24 h時達到最高，與烤后煙葉中纖維素、果膠及其它細胞壁物質含量最低不存在明顯對應關系。究其原因，影響酶活性的因素包括酶濃度、底物和產物濃度、溫度、pH值、輔助因子等。然而，不同烘烤工藝處理的差異，表面上是不同烘烤階段烤房內干球溫度、濕球溫度以及烘烤時間的差異，但其對煙葉細胞內酶濃度、底物和產物濃度、pH值乃至各種輔助因子均產生影響。本試驗結果尚無法明確烘烤過程中細胞壁物質含量及相關酶活性間的關系。因此，要全面了解細胞壁物質主要含量及相關酶活性對不同烘烤工藝處理的響應機制，尚需進一步的研究。

2.3 各處理對烤后煙葉主要化學成分含量影響

表3可見，不同烘烤工藝對烤后煙葉中主要化學成分含量及其衍生值具有顯著影響。變黃期低溫烘烤條件下，隨濕度增加烤后煙葉煙堿、總糖、還原糖、淀粉含量以及糖堿比、兩糖比、兩糖差呈上升趨勢，且煙堿、總糖、還原糖、淀粉差異達極顯著差異水平；變黃期高濕烘烤條件下，隨烘烤溫度的降低，烤后煙葉中煙堿、還原糖、兩糖比含量呈現上升趨勢，其中煙堿含量達到極顯著差異水平，總糖、淀粉、糖堿比、兩糖差含量呈現下降趨勢，其中淀粉含量達到極顯著差異水平。4種烘烤工藝烤后煙葉的煙堿含量均在適宜范圍內；T2處理的總糖、還原糖含量更高，其余處理均在適宜范圍之內；淀粉含量以T1處理最低，其次是T4處理，T3處理最高；T2處理的糖堿比最高，兩糖差和兩糖比均處在第3位。

變黃期T1處理烘烤時間最長，干濕差最大，煙葉失水速度較快，煙葉中淀粉含量分解量最多，轉化量也最多，導致烤后煙葉總糖、還原糖、淀粉含量均為最低；T2處理烘烤時間稍短于T1處理，干濕差小于T1，煙葉失水速度慢于T1，煙葉內含物質分解轉化速度稍快于T1，38、40 ℃低溫烘烤時間短于T1，雖然42 ℃的烘烤時間稍長于T1，但煙葉內淀粉分解轉化低于T1處理；T4處理38、40 ℃烘烤時間短于T1處理，干濕差小于T1，雖然47 ℃烘烤時間稍長于T1，但38 ℃最佳變黃時間過短，導致淀粉、總糖、還原糖含量高于T1處理，但低于T2；T3處理38 ℃烘烤時間比T3更短，47 ℃烘烤時間長于T4，導致淀粉分解量最少，含量為4種處理最高。綜上所述，本試驗結果進一步證實，烘烤過程中淀粉分解主要在干球溫度38、40 ℃階段，濕球溫度提高2 ℃也可明顯降低淀粉含量。

2.4 各處理對烤后煙葉感官質量的影響

表4可知，不同烘烤工藝烤后煙葉的感官評吸整體表現為：香氣質以處理T2得分最高，其次為處理T1、T3、T4。香氣量和雜氣以處理T2、T3較高，其次是處理T1和處理T4。以T2烘烤工藝烤后煙葉的細膩度較好，濃度、勁頭、刺激性適中，余味較足。總體得分以處理T2最高，分值為75.90；其次是處理T3、T1、T4，分值分別為73.80、72.10、65.60。

綜合各處理烤后煙葉的主要化學成分含量及其衍生值、感官質量結果，T2處理烤后煙葉香氣質較好，香氣量較足，雜氣較少，感官質量總得分最高；其煙堿、總糖、還原糖含量均為最高。已有研究表明，以紅花大金元、CB-1為代表清香型煙葉，在一定范圍內糖含量高，其清香香氣特征更為明顯，能夠進一步提升煙葉品質[24]。本試驗的結果顯示處理T2煙葉中總糖、還原糖含量較其他處理高，感官評吸結果中處理T2得分最高，也進一步證實了這一點。

2.5 烤后C3F煙葉中細胞壁物質、主要化學成分與評吸質量相關的通徑分析

香氣質、香氣量和雜氣是感官評吸質量的核心指標。采用SAS分析工具中backward方法對烤后煙葉細胞壁物質總量、果膠、纖維素、粗木質素、煙堿、總糖、還原糖、淀粉含量等自變量進行篩選，結果表明烤后煙葉細胞壁物質總量、果膠含量以及纖維素含量，對感官評吸中香氣質、香氣量、雜氣得分（y）貢獻較大。香氣質、香氣量、雜氣得分中直接通徑系數P1y>P2y>P3y，說明細胞壁物質（X1）對香氣質、香氣量、雜氣得分（y）貢獻較大，其次是果膠含量（X2）和纖維素含量（X3）；細胞壁物質對香氣質和香氣量的直接通徑系數分別為-2.543、-2.941和1.613，說明細胞壁物質總量增大對香氣質和香氣量存在不利影響，同時會增加雜氣；果膠、纖維素含量對香氣質和香氣量的直接通徑系數分別為1.477、0.512和2.231、0.551，說明果膠、纖維素含量增大對香氣質和香氣量存在有利影響；而果膠、纖維素含量對雜氣的直接通徑系數分別為-1.555和-0.815，說明果膠和纖維素含量增大會降低雜氣；雖然間接通徑系數表明纖維素含量（X3）與雜氣得分（y）相關系數（-0.861）較大，但是纖維素含量（X3）對雜氣得分（y）的直接通徑系數僅達到-0.815，說明纖維素含量可通過其他因素影響雜氣；纖維素含量（X3）與香氣量得分（y）的間接通徑系數大于果膠含量（X2）與香氣量得分（y）的間接通徑系數，表明纖維素含量對香氣量得分的間接貢獻大于果膠含量對香氣量得分的貢獻（如表5）。

3 討論

纖維素、粗木質素、果膠等細胞壁物質烘烤過程中分解主要產物也是糖類。從本試驗烤后煙葉纖維素、果膠、粗木質素含量、細胞壁物質總量來看，T1、T2處理的纖維素、果膠、粗木質素含量、細胞壁物質總量總體低于T3、T4處理，說明細胞壁相關物質的分解轉化主要發生在干球溫度42、52 ℃階段，47 ℃階段可能對于降低細胞壁相關物質含量影響不大。究其原因，是否變黃前、中期（干球溫度38、40 ℃階段）淀粉分解量的多少會影響到細胞壁物質及相關酶活性的對不同烘烤工藝的響應，尚待進一步的研究探討。

烘烤過程中伴隨與多種物質合成、分解和轉化相關的生理生化反應。試驗中各處理纖維素酶活性變化曲線與纖維素含量不完全吻合，纖維素酶活性受溫度和濕度等條件的影響較大，并伴隨多種生理生化反應的交互作用[23-25]。結果顯示隨烘烤時間的進行煙葉細胞壁中的纖維素和果膠含量逐漸下降，與武圣江[28]等人研究結果一致。本研究表明變黃期低溫中濕的烘烤條件促進煙葉化學成分協調，與王定斌[26]等人研究結果一致，但與崔國民[27]等的變黃期高強度烘烤工藝可提高煙葉質量的結論不同，這可能與試驗所用烤煙品種有關。試驗結果顯示果膠甲酯酶活性在24 h達到最高，此時烘烤溫度為40 ℃，與宋朝鵬[31]等人研究顯示果膠甲酯酶活性在42 ℃最高的結論存在存在差異。本試驗中，烘烤過程果膠、纖維素、粗木質素等細胞壁相關物質及密切相關的果膠甲酯酶、纖維素酶活性對烘烤工藝差異的響應機理等問題，均尚待進一步的研究探討。

4 結論

烤后煙葉細胞壁相關物質含量、化學成分與感官質量指標的通徑分析結果表明，細胞壁物質總量高對香氣質、香氣量、雜氣貢獻較大，其次是果膠含量和纖維素含量。纖維素含量可通過其他因素間接影響雜氣；纖維素含量對香氣量得分的間接貢獻大于果膠含量。細胞壁物質總量高對香氣質和香氣量存在不利影響，雜氣增加；果膠和纖維素含量高有利于提高香氣質和香氣量，降低雜氣。T2處理即變黃期低溫中濕烘烤條件下烤后煙葉細胞壁物質、果膠、纖維素含量最低，煙堿、總糖、還原糖含量最高，感官質量總體得分最高，表明降低細胞壁物質含量有利于提高感官質量，提升翠碧一號烤后煙葉質量。

參考文獻

[1] 余永茂， 高芳馨， 張淑華，等. 微生物發酵醇化低次煙葉初試報告[J]. 煙草科技， 1988（5）： 16-l8.

[2] 劉曉冰， 孟 霖， 梁 盟， 等. 武陵山區烤煙上部葉片纖維素、 粗木質素含量與質量指標間相關性研究[J]. 中國農學通報， 2015， 31（7）： 235-240.

[3] Davis D I， Nielsen M T. 國家煙草專賣局科技教育司譯. 煙草-生產， 化學和技術[M]. 北京： 化學工業出版社， 2002.

[4] 劉立全. 煙草和纖維素材料熱解生成PAH的機理[J]. 煙草科技， 2002（12）： 35-37， 48.

[5] 金聞博， 戴 亞. 煙草化學[M]. 北京： 清華大學出版社， 1994.

[6] 朱大恒， 李彩霞， 張愛忠，等. 煙氣有害成分與煙葉化學成分的關系[J]. 煙草科技， 1999（4）： 25-26.

[7] 閏克玉，劉風珠. 酶降解煙葉中細胞壁物質[J]. 生物技術， 1999（3）： 19-21.

[8] 左天覺. 煙草的生產、 生理和生物和化學[M]. 上海： 上海遠東出版社， 1993.

[9] 閏克玉. 煙草化學[M]. 鄭州： 鄭州大學出版社， 2002.

[10] 霍開玲， 宋朝鵬， 張衛建，等. 密集烘烤烤煙細胞壁主要成分及降解酶變化研究[J]. 華北農學報， 2010（04）： 166-169.

[11] 李興波， 閏克玉， 丁海燕，等. 河南烤煙細胞壁物質含量及其規律性研究[J]. 鄭州輕工業學院報， 1999， 14（3）： 27-30.

[12] 譚 洪， 王樹榮，駱仲渙，等. 粗木質素快速熱裂解試驗研究[J]. 浙江大學學報（工學版）， 2005， 39（5）： 710-714.

[13] 宋朝鵬， 宮長榮， 武圣江，等. 密集烘烤過程中烤煙細胞生理和質地變化[J]. 作物學報， 2010， 36（11）： 1 967-1 973.

[17] 武圣江， 宋朝鵬， 霍開玲，等. 納米涂料烤箱烘烤對煙葉細胞壁酶活性及組分和經濟性狀的影響[J]. 中國農業科學， 2009， 42（11）： 4 115-4 119.

[12] 王秀珍， 王 英. 植物的細胞壁[J]. 生物學雜志， 1994， 58（2）： 33-35.

[13] 楊虹琦， 周冀衡， 羅澤民，等. 微生物和酶在煙葉發酵中的應用[J]. 湖南農業科學， 2003（6）： 63-66.

[14] 鄧國賓， 李 成， 李雪梅，等. 煙葉果膠質分解菌的選育[J]. 生物技術， 2003， 13（3）： 36-38.

[15] 鄧國賓， 李雪梅， 李成斌，等. 降果膠菌改善煙葉品質研究[J]. 煙草科技， 2003（11）： 17-19.

[18] 楊傳強， 龍德樹. 纖維素酶的活性測定及其影響因素[J]. 天津紡織工學院學報， 1999， 18（4）： 31-35.

[19] 寧正祥. 食品成分分析手冊[M]. 北京： 中國輕工業出版社， 1998.

[20] 韓雅珊. 食品化學實驗指導[M]. 北京： 北京農業大學出版社， 1996.

[21] 熊素敏， 左秀鳳， 朱 永. 稻殼中纖維素、半纖維素和粗木質素的測定[J]. 糧食與飼料工業， 2005（8）： 40-41.

[22] 丁 映， 陳 鷹， 樂俊明，等. 利用酸水解法測定煙葉中淀粉的含量[J]. 貴州農業科學， 2004， 32（6）： 72.

[24] 黃中艷， 朱 勇， 王樹會，等. 云南烤煙內在品質與氣候的關系[J]. 資源科學， 2007（02）： 83-90.

[25] 柳 咪， 遲聰聰， 龔亞輝，等. 木質纖維素酶水解分形動力學的研究進展[J]. 中國造紙， 2015（08）： 62-67.

[26] 楚文娟， 李文偉， 程向紅，等. 煙草粗木質素的熱解特性及與纖維素、 木聚糖熱解協同作用規律研究[J]. 長江大學學報（自科版）， 2015， 12（25）： 17-19.

[27] 龔玉雷. 纖維素酶和果膠酶復合體系在茶葉提取加工中的應用研究[D]. 杭州： 浙江工業大學， 2013.

[28] 武圣江， 宋朝鵬， 許自成，等. 烘烤過程中烤煙細胞壁生理變化研究[J]. 中國煙草科學， 2010（03）： 73-77.

[29] 王定斌， 吳傳華. 不同部位煙葉烘烤技術研究[J]. 現代農業科技， 2013（06）： 192， 198.

[30] 崔國民， 黃 維， 趙高坤，等. 不同烘烤工藝對原煙外觀等級質量及關鍵化學成分的影響[J]. 園藝與種苗， 2013（09）： 52-56， 62.

[31] 宋朝鵬， 宮長榮， 武圣江，等. 密集烘烤過程中烤煙細胞生理和質地變化[J]. 作物學報， 2010（11）： 1 967-1 973.