翠碧一號鮮煙葉素質及烘烤特性研究

仙立國 ，黃一蘭，王松峰，張瀛，張燁，林智慧，劉輝 ，許錫祥，林水良，孫帥帥，孫福山*

1 中國農業科學院煙草研究所，農業部煙草生物學與加工重點實驗室，青島 266101；2 中國農業科學院研究生院，北京 100081；3 福建省煙草公司三明市公司，三明 365000；4 福建中煙工業有限公司技術中心，廈門 361021；5 山東中煙工業有限責任公司，濟南 250014

煙葉烘烤特性是煙葉在生長發育過程中獲得的與烘烤工藝密切相關的各種內在特性，如煙葉在烘烤過程中變黃、脫水的難易程度及定色期對烘烤環境變化的敏感性或耐受性等，是影響煙葉烘烤效果及烤后煙質量的重要因素[1]。研究明確煙葉烘烤特性的影響因素，改善煙葉烘烤工藝，對提高煙葉烘烤效果和烤后煙葉質量具有重要的意義。鮮煙葉素質是鮮葉煙自身具備的特征，因品種、部位及大田生長發育狀況的不同而異，是確定煙葉烘烤特性和制定烘烤方案重要依據[2]。已有大量研究表明，SPAD[3]、色素[4]、水分[5]、化學成分[6]、酶活性[7]、組織結構[8]及多酚類物質[9]等指標均可較好的反映鮮煙葉素質特點。福建煙區特色品種翠碧一號因具有較好的抗寒性、抗病性及抗澇性，且煙葉內在品質較高，在卷煙工業的煙葉配方中的使用性較高[10]。但其烤后青筋煙、掛灰煙和光滑煙比例較高，嚴重降低了煙葉的質量和工業可用性，從而影響了經濟效益[11]。孫福山[12]研究表明，翠碧一號煙葉在烘烤過程中變黃前期葉片失水慢，變黃較慢，定色前期失水快，易發生棕色化反應，形成雜色煙，降低外觀質量。目前已有大量研究報道了翠碧一號的有關烘烤特性，但對鮮煙素質及其對烘烤特性的研究鮮有報道。本試驗以云煙87 為對照，研究分析了翠碧一號成熟鮮煙葉素質特點及暗箱中的顏色變化規律，旨在為深入解析翠碧一號鮮煙素質特點和提高煙葉烘烤質量提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017—2018 年在福建省三明市泰寧煙葉試驗站開展，翠碧一號、云煙87（對照）為供試品種，兩品種種植在臨近地塊，土壤為沙壤土，肥力適中，關鍵栽培管理技術相同，均按照當地優質煙葉田間生產管理規范進行農藝管理，有效留葉數為18 片（包含3 片腳葉），選取成熟度一致的下二棚（第4～6 葉位）、腰葉（第8～10 葉位）、上二棚（第13～15 葉位）煙葉作為試驗材料。

1.2 試驗設計

在翠碧一號和云煙87 品種進入成熟期時，分別選定具備優質煙長相的煙株200 株。參照《烤煙烘烤技術規程（GB/T 23219—2008）》，在煙株下部、中部、上部達到成熟采收標準時，進行鮮煙素質和暗箱試驗。（1）鮮煙素質試驗，每個品種3 個部位各選取成熟一致的鮮煙150 片，分為5 組，每組各30 片，分別用于測定SPAD 值、色素含量、水分含量、化學成分和酶活性。其中每個品種中部煙再選成熟一致的鮮煙30 片，分別用于切片測定煙葉組織結構、多酚類物質含量。（2）暗箱試驗，每個品種3 個部位各選取成熟一致的鮮煙30 片，煙葉掛置在自制黑色塑料布圍護的暗箱內，每12 h 進行觀察1 次煙葉變黃程度、變褐程度，變黃、變褐程度分別按目測煙葉變黃、變褐面積占總面積（10）的比例，用幾成黃、褐表示。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 鮮煙葉素質測定

SPAD值采用葉綠素儀502PLUS測定；色素采用分光光度法；水分采用殺青烘干法；自由水、束縛水采用王傳義[13]方法；總糖、還原糖采用YC/T 159—2002方法；淀粉采用YC/T 216—2007方法；總氮采用YC/T 161—2002方法；蛋白質采用YC/T 249—2008方法；煙堿采用YC/T 160—2002方法；多酚物質含量采用YC/T 202—2006方法；淀粉酶活性采用白寶璋[14]方法；多酚氧化酶（PPO）活性采用王學奎[15]方法；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用Beauchamp[16]、Zhou[17]方法；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚顯色法。

1.3.2 葉片組織結構測定

借鑒王全明[18]的方法，對鮮煙打孔取樣、切片、顯微觀察，并用NIS-Elements BR 軟件進行組織結構指標的測定。

1.3.3 烘烤特性

采用YC/T 311—2009 方法測定。12 h 觀察、記錄1 次兩處理鮮煙葉在暗箱中自然變黃、變褐程度。

1.4 數據處理

試驗數據使用SAS 9.3 和Excel 2016 等軟件分析、處理。

2 結果與分析

2.1 翠碧一號成熟鮮煙葉素質特點

2.1.1 SPAD 值

圖1 不同品種成熟鮮煙葉SPAD 值差異Fig. 1 Difference in SPAD value of different varieties of mature fresh tobacco leaves

如圖1 所示，翠碧一號、云煙87 成熟鮮煙葉SPAD 值隨著部位的升高而降低，同部位的葉基大于葉中，葉中大于葉尖，葉中SPAD 值與葉片均值相差不大，基本可用葉中代表葉片的SPAD 均值。翠碧一號三個部位葉尖、中、基的SPAD 值均高于云煙87，分別平均高出2.59、1.71、2.68，葉片平均高出2.32。這表明，兩品種的SPAD 值存在一定差異，在煙葉實際采收中，翠碧一號以葉中為代表，適宜SPAD 值為31、29、27，可比云煙87 高出2個點。

2.1.2 色素含量

圖2 不同品種成熟鮮煙葉色素含量差異Fig. 2 Difference in pigment contents of different varieties of mature fresh tobacco leaves

色素是影響鮮煙葉素質的關鍵因素，含量高低對烘烤變黃難易程度（易烤性）有重大影響。如圖2所示，翠碧一號、云煙87 成熟鮮煙葉的色素含量隨著葉位的升高而降低，翠碧一號的色素含量顯著較高，三個部位葉綠素、類胡蘿卜素平均含量和類葉比（類胡蘿卜素/葉綠素）比云煙87 分別高出15.63%、55.56%和0.04%。葉綠素含量較高導致變黃較慢，易烤青，類葉比較大變黃程度較大，這表明，翠碧一號變黃較慢，易烤性較差，應適當延長烘烤過程中的變黃時間，促進葉綠素、類胡蘿卜素色素降解，有利于形成香氣物質，避免煙葉烤青。

2.1.3 水分含量

水分作為反映鮮煙葉素質的關鍵因素，對煙葉烘烤溫濕度控制存在重大影響。如圖3 所示，翠碧一號、云煙87 成熟鮮煙葉的水分含量隨著葉位的升高而降低，且兩個品種同部位成熟鮮煙葉的水分含量差異不顯著。與云煙87 相比，翠碧一號的束縛水含量較高，自由水含量較低。這表明，翠碧一號脫水較慢，變黃與脫水不協調，升溫快易烤青、升溫慢易掛灰。

2.1.4 主要化學成分含量

成熟鮮煙葉化學成分含量程度反映鮮煙葉素質基礎。如圖4～5 所示，與云煙87 相比，翠碧一號成熟鮮煙葉的總糖、還原糖含量平均較高，分別高出1.95、1.08 個百分點，而淀粉含量較低主要表現在下部和上部，中部差異不大，平均低出6.07 個百分點，其他總氮、煙堿和蛋白質含量較低且不足1%，差異不明顯。總體來看，與云煙87 相比，翠碧一號成熟鮮煙葉化學成分主要表現在淀粉含量較低，為其烤后煙葉降低淀粉含量奠定了鮮煙物質基礎。

圖3 不同品種成熟鮮煙葉水分含量差異Fig. 3 Differences in moisture contents of mature fresh tobacco leaves of different varieties

圖4 不同品種成熟鮮煙葉主要化學成分含量差異Fig. 4 Difference in main chemical components of different varieties of mature fresh tobacco leaves

圖5 不同品種成熟鮮煙葉淀粉含量差異Fig. 5 Difference in starch content of of different varieties of mature fresh tobacco leaves

2.1.5 主要酶活性

酶活性不僅影響煙葉化學成分降解，而且與酶促棕色化反應息息相關，是一項反映鮮煙葉素質的重要指標。由圖6 所示，翠碧一號、云煙87 成熟鮮煙葉的酶活性隨著葉位的升高而升高，且翠碧一號不同部位成熟鮮煙葉POD、SOD、POD、淀粉酶活性同比云煙87 都高，平均分別高出22.01%、78.95%、8.00%、10.10%，其中，POD 活性3 個部位同比到達到顯著差異。這表明，翠碧一號較易發生酶促棕色化反應，較難定色，易掛灰，耐烤性較差。

圖6 不同品種成熟鮮煙葉主要酶活性差異Fig. 6 Difference in activities of main enzymes in different varieties of mature fresh tobacco leaves

2.1.6 組織結構

煙葉組織結構厚薄、致密程度影響脫水的難易程度，反映了鮮煙葉素質的優劣。如圖7～8 所示，以中部葉為代表，翠碧一號、云煙87 成熟鮮煙葉的組織結構、組織比存在一定差異。與云煙87 相比，翠碧一號中部成熟鮮煙的葉片厚度、柵欄組織較厚，分別厚出3.07 μm、8.60 μm，海綿組織薄7.25 μm，組織比高出0.16，且海綿組織和組織比差異顯著。這表明，翠碧一號葉片較厚，結構致密，烘烤中脫水較難，容易烤青、烤黑。

圖7 不同品種中部成熟鮮煙葉組織結構差異Fig. 7 Difference in tissue structure of of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

2.1.7 多酚類物質含量

多酚類物質是酶促棕色化反應的反應底物，含量的高低對掛灰有較大影響。如圖9 所示，以中部成熟鮮煙葉為代表，與云煙87 相比，翠碧一號的多酚類物質含量合計高出38.18%，其中綠原酸含量高出73.15%。這表明，翠碧一號多酚類物質總量較高，這與褐變的物質基礎密切相關，烘烤中易掛灰，耐烤性較差。

2.2 翠碧一號成熟鮮煙葉烘烤特性

2.2.1 不同品種下部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色特點

如圖10 所示，與云煙87 相比，翠碧一號下部成熟鮮煙葉在暗箱中自然變黃出現較晚，云煙87 的0～10 成平均變黃速度為2.00 成/12 h，而翠碧一號為1.00 成/12 h，僅為云煙87 的一半；翠碧一號變褐出現較晚，且在煙葉變黃9 成時開始變褐，云煙87 的0～3 成平均變褐速度為0.85 成/12 h，而翠碧一號為0.93 成/12 h，速度相對較快，但后期變褐速度較慢。這表明，翠碧一號下部葉變黃出現較晚且速度較慢，葉片全黃前已經變褐，且0～3 成變褐速度較快，導致烘烤中的變黃期、定色期時間較長，且兩者變化不協調，黃色不易被固定，容易發生棕色化反應，烘烤特性較差。

圖8 不同品種中部成熟鮮煙葉組織比差異Fig. 8 Difference in tissue ratio of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

圖9 不同品種中部成熟鮮煙葉多酚類物質含量差異Fig. 9 Difference in polyphenols content of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves

圖10 不同品種下部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色差異Fig. 10 Difference in color change of different varieties of mature fresh lower tobacco leaves in black-box

2.2.2 不同品種中部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色特點

如圖11 所示，與云煙87 相比，翠碧一號中部成熟鮮煙葉在暗箱中自然變黃出現較晚，云煙87的0～10 成平均變黃速度為1.25 成/12 h，而翠碧一號為1.11 成/12 h，較慢；翠碧一號變褐出現較早，在變黃9 成左右時開始變褐，云煙87 的0～3 成平均變褐速度為0.88 成/12 h，而翠碧一號為0.65 成/12 h，前期變褐速度較慢，但總體變褐速度較快。這表明，翠碧一號中部葉變黃出現晚且速度較慢，葉片全黃前已經變褐且速度較快，導致在烘烤過程中變黃期較長，定色期易掛灰、青筋，烘烤特性較差。

圖11 不同品種中部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色差異Fig. 11 Difference in color change of different varieties of mature fresh middle tobacco leaves in black-box

2.2.3 不同品種上部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色特點

圖12 不同品種中部成熟鮮煙葉在暗箱中的變色差異Fig. 12 Difference in olor change of different varieties of mature fresh upper tobacco leaves in black-box

如圖12 所示，與云煙87 相比，翠碧一號上部成熟鮮煙葉在暗箱中自然變黃出現較晚，云煙87 的0～10 成平均變黃速度為1.25 成/12 h，而翠碧一號為0.77 成/12 h，較慢；翠碧一號變褐出現較早，且在變黃7 成左右時開始變褐，云煙87 的0～3 成平均變褐速度為1.19 成/12 h，而翠碧一號為0.55 成/12 h，前期及總體變褐速度較慢。說明，翠碧一號上部葉變黃出現晚且速度較慢，葉片全黃前已經變褐，但變褐速度相對較慢，導致烘烤時變黃期較長，烘烤特性較差。

總體來看，翠碧一號、云煙87 三個部位的成熟鮮煙葉在暗箱中的顏色變化存在顯著差異，翠碧一號下、中、上三個部位成熟鮮煙葉在暗箱中的自然變黃出現均較晚且速度較慢，易烤性較差；葉片全黃前出現褐變，且前期變褐速度相對較快，耐烤性較差，烘烤特性較差。

3 討論

鮮煙素質包括煙葉外觀顏色、組織結構和內在主要化學成分等方面的綜合表現，直接影響煙葉烘烤特性和烤后煙質量[19]。SPAD 值與煙葉葉綠素含量呈極顯著正相關，反映了煙葉黃綠程度[20-21]。葉綠素分解、類葉比升高（類胡蘿卜素等黃色素增多）是煙葉烘烤變黃期顏色變化的本質[22]。研究表明，翠碧一號同部位的SPAD 值呈現葉基大于葉中，葉中大于葉尖，符合煙葉先黃葉尖，再黃葉緣，最后黃葉基的規律，且均高于云煙87；色素含量、類葉比均高于云煙87，色素含量較高，尤其是葉綠素含量較高，用來降解葉綠素、類胡蘿卜素的時間較長，變黃慢、易烤青，其易烤性較差，煙葉不易正常變黃，定色難，易出現既青又掛灰[23]。煙葉烘烤是個脫水干燥的過程，水分含量對烘烤質量有較大影響[5]。聶榮邦[24]研究表明翠碧一號鮮煙葉束縛水含量較高，自由水含量較低。夏凱[8]、李躍武[25]等研究發現煙葉成熟度較高時葉片厚度較薄，組織疏松，有利于烘烤變黃。酶促棕色化反應是由于酶活性較高導致多酚類物質氧化而發生的，與酶活性和多酚類物質含量密切相關[26]。本試驗中，翠碧一號鮮煙葉束縛水含量較高，葉片明顯厚于云煙87，組織結構較緊密，常規酶活性及多酚類物質含量均高于云煙87，這可能導致翠碧一號烘烤中脫水困難，變黃期易發生硬變黃，定色期易發生棕色化反應而掛灰、烤黑，耐烤性較差。

成熟鮮煙葉在暗箱條件下自然葉片的變黃、變褐情況在一定程度上代表了其烘烤特性，即易烤性和耐烤性。煙葉變黃速度快，易烤性較好；變黃速度慢，易烤性較差。煙葉變黃后變褐速度快，耐烤性較差；變褐速度慢，耐烤性較好[1-2,27-28]。孫福山[12]研究表明翠碧一號鮮煙葉在暗箱中變黃出現較晚且速度較慢，在未完全變黃時開始變褐，且變褐速度相對最快，易烤性和耐烤性表現均較差，與本試驗研究結果一致。

翠碧一號烤后煙易掛灰、青筋、僵硬（光滑），影響其質量及工業可用性，主要原因是其SPAD、色素、水分及組織結構特性導致烘烤中變黃、脫水慢，兩者速率失調，易烤性較差，酶活性及多酚類物質含量較高導致較難定色，耐烤性較差，烘烤難度較大，同時暗箱試驗也證明烘烤特性表現較差[10-12]。針對以上問題，在煙葉采收烘烤中，針對翠碧一號特色品種采收成熟度可適當降低1 成黃綠程度，避免干物質消耗過度；烘烤中采用中高溫高濕變黃為主，適當延長變黃時間，定色前期慢升溫，促進煙葉變黃失水協調，減少烤青、掛灰和僵硬等現象，提高翠碧一號煙葉烘烤質量和效益。

4 結論

與云煙87 相比，翠碧一號成熟鮮煙素質特點表現為SPAD 值、色素含量、束縛水含量、酶活性及多酚類物質含量均較高，葉片較厚、組織結構緊密；其烘烤特性表現為變黃較慢，且在煙葉基本全黃前易變褐，變褐較快，易烤性較差，且不耐烤。這為翠碧一號特色品種煙葉烘烤調控溫濕度、促進煙葉變黃失水協調性、減少青雜僵硬等現象提供了理論和技術依據。