烤煙烘烤過程中電導率與顏色值的關系研究

李靜浩，孫光偉，白金瑩，馬俊桃，周中宇，陳振國*，王松峰

（1.河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002；2.湖北省煙草科學研究院，湖北 武漢 430030；3.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450002；4.農業農村部 煙草生物學與加工重點實驗室/中國農業科學院 煙草研究所，山東 青島 266101）

葉片顏色是判斷采后鮮煙葉素質、烘烤過程中關鍵轉火點的重要指標，它直觀地反映了煙葉色素含量。電導率則是反映組織細胞的膜透性、內含物分解程度的重要指標。兩者可分別從表觀、內在質量反映煙葉的外觀特征和內部組織細胞所處狀態，因此研究烤煙變黃、變褐過程中的顏色、電導率的變化規律對烤煙烘烤特性判斷、變褐預警具有重要意義?？緹熀婵咎匦耘袛嗍侵贫ㄟm宜烘烤工藝的前提，因此許多學者對鮮煙葉的烘烤特性指標進行了相關研究，提出了以變褐時間、變褐指數、PPO酶活性等來判斷煙葉的烘烤特性，并制定出了相關行業標準［1-3］，也揭示出耐烤性差的煙葉容易在烘烤過程中因酶促棕色化反應而發生褐變。PPO酶作為煙葉酶促棕色化反應的關鍵酶，其活性與煙葉耐烤性之間存在密切關聯［4-7］。有研究指出鮮煙葉的顏色值可作為判斷煙葉烘烤特性的指標，但也指出煙葉的顏色值反映的是成熟度，相關試驗大多集中在煙葉的正常烘烤、變黃過程中的顏色變化：葉面亮度值L*、紅綠值a*、黃藍值b*均呈逐步上升趨勢［8-10］。武圣江等［9］認為煙葉電導率也可用于判斷煙葉的烘烤特性，指出煙葉相對電導率可客觀表述煙葉烘烤的生理代謝變化。因此組織電導率常作為衡量細胞膜透性的重要指標，被廣泛應用于種子活力測定以及植物抗逆性研究［11-13］?；谏鲜鲅芯炕A，筆者重點研究了煙葉在晾制、烘烤條件下變黃、變褐過程中的顏色、電導率變化規律，旨在為煙葉烘烤提供動態監測以及烤壞煙預警指標。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年在湖北省煙草科學研究院利川柏楊實驗基地進行，供試烤煙品種為云煙87、K326、鄂烤二號。供試土壤為沙壤土，其有機質含量為2.32%，速效氮含量為90.00 mg/kg， 有效磷含量為58.63 mg/kg，速效鉀含量為125.00 mg/kg， pH值為5.77。依照優質煙葉生產技術規程進行大田管理。

1.2 試驗方法

按照宮長榮等［14］的方法正常采收云煙87、K326、鄂烤二號的適熟煙葉，分別進行晾制試驗和烘烤試驗。晾制試驗在常溫下進行，每隔12 h觀察1次顏色變化情況，測定煙葉的顏色值；每隔24 h取樣測定1次煙葉電導率。烘烤試驗采用小型電烤箱，依照當地常規烘烤工藝進行掛桿烘烤，分別于烤前和烤后的關鍵溫度點（鮮樣以及38、40、42、48、54 ℃）末期取樣，測定煙葉的顏色值、電導率、多酚氧化酶（PPO）活性。

1.3 測定項目及方法

煙葉烘烤特性測定方法［3］：煙葉采收后，2個品種煙葉各選取素質相近的15片，每12 h觀察1次，記錄煙葉的變黃、變褐程度，并計算變黃指數（YI）、變褐指數（BI），計算公式為YI=∑Y/n，BI=∑B/n，式中n為觀察記錄次數，Y和B分別為煙葉平均變黃和平均變褐比例。YI值越小，說明此煙葉的易烤性越好；BI值越小，說明此煙葉的耐烤性越好。

顏色值測定方法［15］：使用色差儀對稱測定煙葉葉尖、葉中、葉基部主脈兩側共6個點的L*（亮度值）、a*（紅綠值）、b*（黃藍值），并計算平均值。

電導率測定方法［16］：使用8 mm孔徑的打孔器，在煙葉主脈兩側的葉尖、葉中、葉基對稱打取0.1 g葉片組織（避開支脈），在裝有10 mL雙蒸水的試管中浸泡3 h，使用GTCON30型便攜式電導率儀測定浸出液電導率。將試管置于100 ℃水浴鍋中10 min，冷卻至室溫后，測定絕對電導率，然后計算相對電導率，相對電導率=浸出液電導率/絕對電導率×100%。

PPO酶活性采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進行測定。依照國標對烤后煙葉進行分級，并稱重，計算不同色組煙葉的比例［17］。

1.4 統計處理

使用EXCEL 2003和SPSS 22.0軟件對試驗數據進行統計分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 煙葉在晾制過程中的顏色變化

由圖1可知：在相同條件下的晾制過程中，云煙87的煙葉變黃比其他品種快些，在采后48 h左右就幾乎完成了變黃；K326煙葉的變黃速度次之，在60 h時接近全黃；鄂烤二號的變黃速度最慢，在72 h左右才基本完成變黃。各品種中部煙葉的變黃指數表現為云煙87（8.41）＞K326（7.85）＞鄂烤二號（7.59）。在試驗進行到60 h時，云煙87的煙葉率先出現變褐，并且在108 h前變褐程度明顯高于另外2種煙葉；鄂烤二號煙葉變褐的時間最晚，于84 h出現明顯變褐，但在84~108 h期間變褐速度較快，在108~120 h期間與云煙87煙葉的變褐程度一致，但之后變褐速度減緩；K326的煙葉雖在72 h時出現明顯褐變，但總體變褐速度較慢。各品種中部煙葉的變褐指數表現為云煙87（1.29）＞鄂烤二號（1.26）＞K326（1.04）。

圖1 煙葉在晾制過程中的變黃和變褐指數

從圖2可以看出，各品種煙葉的L*值呈現先上升后趨于平緩再下降的趨勢，云煙87煙葉的L*值率先于48 h達到頂峰，在96 h后開始下降；K326煙葉的L*值于60 h達到最大值，在108 h后下降；鄂烤二號煙葉的L*值則在96 h才達巔峰值，于108 h后開始下降，僅維持了12 h的平穩期。

圖2 煙葉在晾制過程中顏色值的變化

當a*＜0時，表示綠色；當a*＞0時表示紅色，因此a*值的變化可反映煙葉的褪綠顯黃過程。在晾制過程中，各品種煙葉的a*值呈現近“S”型曲線變化，增加速度呈現“慢-快-慢”趨勢，在24 h時各煙葉的a*值變化較為同步。其中云煙87煙葉的a*值在前期增加最快，于48~60 h間達到0；K326次之，在72~84 h間達到0；鄂烤二號的a*值增速最為緩慢，于84~96 h才達到0。

當b*＞0時，表示黃色，即b*值越大，表示煙葉黃色越深，綠色越淺。在晾制過程中，各品種煙葉的b*值均呈先上升后下降的趨勢，相比于L*值，b*值沒有出現較長時間的平緩階段。其中云煙87煙葉的b*值在48 h后開始下降；K326、鄂烤二號煙葉的b*值則于60 h后開始下降，但K326煙葉在48~60 h間出現了為時12 h的平緩階段。

2.2 煙葉在晾制過程中電導率的變化

由圖3可見：在試驗時間內，各煙葉的絕對電導率基本上呈現逐漸上升的趨勢；而相對電導率則先上升，后趨于平緩。其中云煙87煙葉的絕對電導率增加速度較快，數值較高，在48 h后開始快速上升；在48 h前K326、鄂烤二號的絕對電導率的變化較為同步，均在72 h后開始快速上升，在48~96 h間鄂烤二號的絕對電導率稍微大于K326，在96 h后K326煙葉的絕對電導率逐漸高于鄂烤二號。在72 h前，云煙87煙葉的相對電導率最高，K326次之，兩者在0~24 h間出現較大的增幅；鄂烤二號煙葉的相對電導率最?。辉?6 h時，云煙87煙葉的相對電導率超過90%；在48 h后，鄂烤二號煙葉的相對電導率開始快速增加，并于120 h時接近100%；K326的相對電導率則于144 h達90%以上。

圖3 煙葉在晾制過程中電導率的變化

2.3 烘烤過程中煙葉顏色值的變化

由圖4可知：除鄂烤二號煙葉外，各品種煙葉的L*值在變黃期基本上呈上升趨勢；云煙87、K326煙葉的L*值在42 ℃達到峰值；而鄂烤二號煙葉的L*值在40 ℃達到最大值；在達到峰值后，云煙87、K326的L*值逐漸趨于穩定；但鄂烤二號的L*值在40 ℃后出現較為明顯的下降，并隨著烘烤過程的推進，下降趨勢逐漸放緩，最終趨于穩定。

圖4 煙葉在烘烤過程中顏色值的變化

各品種煙葉的a*值基本上呈逐步上升的趨勢，但在變黃期的增加速度存在差異。從點火到38℃烘烤結束期間，各品種煙葉a*值的增加速度表現為云煙87＞K326＞鄂烤二號；從38 ℃到40 ℃烘烤結束期間，各煙葉a*值的增加速度表現為鄂烤二號＞K326＞云煙87。在40 ℃烘烤結束后，各煙葉的a*值穩步上升，并在54 ℃之后趨于穩定。

隨著烘烤的進行，云煙87、K326煙葉的b*值呈現先增加后趨于穩定的變化；鄂烤二號煙葉的b*值則在40 ℃達到峰值之后開始下降，最后趨于穩定。從點火到38 ℃烘烤期間，各煙葉的b*值增長速度表現為云煙87＞鄂烤二號＞K326；在38~40℃烘烤期間，b*值的增長速度表現為鄂烤二號＞K326＞云煙87；在之后的烘烤過程中，云煙87、K326的b*值于40 ℃達到峰值，隨后逐漸穩定，鄂烤二號則于40 ℃達到最大值，之后開始下降，最終趨于穩定。

2.4 烘烤過程中煙葉電導率的變化

由圖5可知，各煙葉的絕對電導率、相對電導率在烘烤過程中基本上呈上升的趨勢，但云煙87、K326煙葉的相對電導率在38~40 ℃間存在穩定或降低的情況。在38 ℃時，各煙葉的絕對電導率表現為云煙87＞K326≈鄂烤二號；在40 ℃時，各煙葉的絕對電導率排序為鄂烤二號＞K326＞云煙87，相對電導率排序為鄂烤二號＞云煙87≈K326；在40 ℃烘烤結束后，云煙87、K326的電導率變化較為同步，且明顯小于鄂烤二號；在48 ℃時，鄂烤二號的相對電導率已經接近100%，而云煙87、K326則為60%左右；在48 ℃之后，各煙葉的絕對電導率增速均有放緩的趨勢，鄂烤二號煙葉的相對電導率不再有明顯的變化，但云煙87、K326的相對電導率仍有上升趨勢。

圖5 煙葉在烘烤過程中電導率的變化

2.5 烘烤過程中煙葉PPO酶活性的變化

由圖6可知，各品種煙葉的PPO酶活性隨著烘烤的進行呈先升高后降低的變化趨勢，并均在42~48 ℃期間達到峰值?？厩案黪r煙葉的PPO酶活性差異顯著，表現為鄂烤二號＞云煙87＞K326；在38 ℃、42~54 ℃烘烤期間，云煙87、鄂烤二號煙葉的PPO酶活性顯著高于K326的活性，但在前兩者之間差異不顯著；而在40 ℃烘烤期間，云煙87煙葉的PPO酶活性顯著高于K326、鄂烤二號的，但在后兩者之間差異不顯著。

圖6 煙葉在烘烤過程中PPO活性的變化

2.6 烤后煙葉質量分析

從烤后煙葉的質量看，鄂烤二號煙葉由于烘烤難度較高，所以產生了大量雜色煙葉，其雜色煙率達到了54.55%，遠高于云煙87、K326，但其微帶青煙率最低，為4.55%；云煙87煙葉的橘黃煙率最高，達到了58.93%；K326的檸檬黃煙率、微帶青煙率最高，分別為61.84%、10.53%；云煙87、K326的雜色煙率差別不大，相差不足1個百分點（表1）。

表1 不同品種煙葉烤后情況

3 討論

從晾制過程中煙葉的變化來看，云煙87煙葉較為容易變黃，易烤性較好，但耐烤性較差；K326的易烤性適中，耐烤性較好；鄂烤二號的易烤性較差，耐烤性適中。結合顏色值、電導率的變化來看，在0~48 h間（煙葉的變黃階段），煙葉的變黃程度、L*值、a*值、b*值、相對電導率均表現為云煙87＞K326＞鄂烤二號，絕對電導率則表現為云煙87＞K326≈鄂烤二號；在煙葉出現褐變后，其絕對電導率、相對電導率也隨之出現增速變大的趨勢，并且這兩者均隨著褐變程度的加深而逐漸增大。

在褐變過程中，煙葉的a*值變化并不明顯；L*值則在褐變比例1~2成時才出現降低趨勢；b*值對煙葉的褐變極為敏感。云煙87煙葉在48 h后出現褐變時，b*也隨之下降，L*值則在褐變發生48 h之后才有明顯的下降趨勢；K326、鄂烤二號分別在72 h、84 h出現褐變，兩者的b*值在60 h后便開始下降，兩者的L*值則分別在褐變發生36 h、24 h后才開始下降。這說明煙葉從變黃到出現肉眼可見的變褐過程中，存在一個過渡階段，在該階段，僅憑肉眼辨別煙葉，其幾乎沒有出現變褐情況，但其b*值已經出現下降趨勢。由此可知，在一定程度上可用煙葉的b*值對煙葉存在褐變的危險發出警示，從而及時調整烘烤工藝，避免煙葉烤黑。本研究煙葉顏色值的變化趨勢與武圣江、高婭北等的研究結果［18-19］大致相同。

從烘烤過程中煙葉的變化來看，云煙87、K326煙葉的顏色值變化與晾制條件下變黃過程中的顏色值變化相似，而電導率變化存在較大差異。鄂烤二號由于烘烤操作不當，其煙葉的顏色值變化趨勢、電導率增加幅度與在晾制條件下的基本一致；由于測定節點是根據烘烤溫度點確定，并未以時間作為測定節點，其b*值并未出現提前下降的趨勢。

電導率可以反映細胞的膜透性［20］。云煙87煙葉的易烤性較好，其在38 ℃的絕對電導率高于K326、鄂烤二號的；雖然鄂烤二號的絕對電導率與K326差別不大，但其相對電導率明顯高于K326的。在40 ℃時，鄂烤二號的煙葉開始出現變褐，其絕對電導率與K326雖然差別不大，但相對電導率遠高于K326的，并且這個差別一直維持到54 ℃。

從PPO酶活性來看，在烘烤開始后，鄂烤二號煙葉的PPO酶活性基本上高于K326的（40 ℃除外），但與云煙87并無明顯差異，甚至在40 ℃時其活性顯著低于云煙87的。這意味著鄂烤二號在烘烤過程中出現褐變、烤后雜色煙葉比例較高并不僅是因為其較高的PPO酶活性。

煙葉內含物質的大量分解造成了其絕對電導率的升高，煙葉較快的變黃速度可能是造成其絕對電導率在變黃階段較高的原因之一，但本研究未發現在絕對電導率的增加幅度與煙葉的變黃速度之間存在密切聯系；細胞膜過早的裂解導致相對電導率升高，以及煙葉細胞內部的PPO酶與酚類物質的過早接觸，導致煙葉褐變的出現，這可能是相對電導率的大幅增加與褐變存在緊密聯系的原因［21-22］。

4 結論

本研究結果表明，煙葉顏色在由黃轉褐的過程中，煙葉的b*值會在出現明顯褐變之前開始下降，因此煙葉的b*值可作為褐變的預警指標。煙葉的絕對電導率與其變黃、變褐特性聯系不緊密，出現或即將出現褐變煙葉的相對電導率遠高于未出現褐變的煙葉，因此煙葉的相對電導率可作為判斷煙葉變褐特性以及褐變預警的指標。