環保酵素對烤煙產量品質和致香物質的影響

布云虹，方亮，李鵬戀，劉洪，劉立，張萬功

（云南省煙草公司楚雄州公司，云南 楚雄 675000）

Rahman 等[1]于2006 年利用果蔬廢料研制出一種具有附加值的生物制品，并將其提取液命名為“環保酵素”。環保酵素利用作物秸稈、雜草和生活中廚余（蔬菜、瓜果皮）廢棄物，混合黑糖、水，經發酵后形成酵素菌液可作為天然肥料，其成分是一種復合有機物質，由有機酸、蛋白質鏈(酶)和礦物鹽組成，有分解、合成、轉化和催化作用[2]。環保酵素制作過程簡單、制作材料隨手可得、成本低廉、用途廣泛，可減少垃圾量，近年來在環保酵素在農業生產、土壤改良已有廣泛研究，并取得了較好的應用效果。環保酵素中含有大量的有益微生物，可以改善土壤的微生物環境，而且環保酵素本身具有豐富的礦物質和有機物，在發酵的過程中產生的有機酸和各種活性酶有助于改善土壤理化性質，增加土壤肥力[3]。任卓然等[4—10]研究發現，環保酵素富含養分、酶、微生物，在土壤系統改良中應用可顯著提高土壤透氣性，降低土壤鹽堿度，提高土壤全氮和有機質、速效鉀、全鉀含量含量，并優化土壤微生物菌群。Rahman 等[1]對環保酵素及其生物催化和抗菌活性研究說明環保酵素具有一定的抗菌性能。郭紅蓮等[11-13]研究表明，在環保酵素發酵過程中會產生抗氧化活性物質，如總酚、總黃酮、花青素等，不同原料發酵后的抗氧化活性物質種類不同，且環保酵素的抗氧化活性與其抗氧化活性物質含量呈正相關。馬瑞麗[14]研究認為，環保酵素不僅對番茄幼苗的生長起到了促進作用，而且也提高了番茄幼苗葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的活性。這些研究表明，環保酵素具有顯著的改良土壤功效，有助于土壤肥力提高，可增強植株的抗逆性。但目前將環保酵素應用到煙葉生產上的研究較少，為明確環保酵素在烤煙上的使用效果，研究了環保酵素對煙苗和大田煙株生長的影響、對煙草赤星病的防治效果，以及對煙葉產量、內外觀質量和致香物質成分含量的影響，以期為在煙葉生產的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

自制環保酵素：將水、酵素材料（白菜、黑麥草、青豆殼）、紅糖按1∶3∶10 的比例放進有密封蓋口的塑膠容器，容器留有20%～30%的發酵空間，防止酵素發酵時溢出容器。發酵過程中，開始會產生大量氣體，前2 周每天打開容器放出氣體，待沒有氣體后，放置于空氣流通和陰涼干燥處，3 個月后使用。

供試品種：云煙87。

1.2 試驗設計

試驗進行了4 年，采用同田對比試驗，試驗田一半施用酵素，另一半不施環保酵素作常規對照（CK）。環保酵素施用方法：大田期澆施6 次，移栽15～20 d 后澆施，每15 d 澆施1 次，前3 次施用倍數為700 倍，后3 次為400 倍液。進入成熟期后，在下部葉、中部葉、上部葉成熟時噴施3 次，使用濃度為1 000 倍液，共噴施3 次。2018 年、2019 年、2020 年、2021 年試驗地點在云南省楚雄市東華鎮，2019 年增設云南省永仁縣中和鄉。

1.3 調查項目

大田試驗調查項目：農藝性狀調查，在團棵期和現蕾期按照YC/T142—2010《煙草農藝性狀調查測量方法》進行株高、莖圍、葉數、葉面積系數的測量；赤星病害調查，在8 月中旬當地赤星病危害高峰期按GB/T 2322—2008《煙草病蟲害分級及調查方法》調查赤星病危害情況；經濟性狀調查，記錄上等煙比例、均價、產量、產值等經濟性狀。選取處理和對照初烤煙C3F 3 kg 進行煙葉內外觀品質分析和致香物質成分分析。病情指數、發病率、防效公式如下：

1.4 數據處理與分析

試驗數據用Excel 2003 軟件和DPS 7.05 統計分析軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 環保酵素對大田煙株生長發育的影響

由表1 可知，經過環保酵素處理的煙苗，移栽后煙株發根早、還苗快，表現出強勁的生長勢；團棵期經環保酵素處理的植株株高、莖圍、葉數、葉面積系數都大于對照。t 檢驗顯示，除2019 年處理的株高與對照達到極顯著差異外，其余年份各項指標差異不顯著。對團棵期年度間平均值進行分析，株高大于對照1.9 cm，莖圍增加0.2 cm，葉數增加0.34 片，葉面積系數增加0.05。t 檢驗結果顯示，團棵期株高和葉面積系數與對照達到顯著差異，莖圍、葉數差異不顯著。

表1 環保酵素對煙株農藝性狀的影響

2018 年大田后期干旱少雨，試驗田煙株長勢較差，現蕾期環保酵素處理煙株長勢與對照差異不大，株高和葉數低于對照，莖圍和葉面積系數高于對照，其余3 年試驗環保酵素處理各項農藝性狀指標都大于對照。經t 檢驗，2018 年、2019 年處理與對照差異不顯著，2020 年處理的株高、莖圍、葉數與對照達到極顯著差異，葉面積系數達到顯著差異；2021 年只有葉面積系數達到顯著差異。對現蕾期年度間平均值進行分析，結果發現環保酵素處理較對照株高平均增加4.16 cm，莖圍增加0.58 cm、葉數增加0.34片，葉面積系數增加0.22。t 檢驗結果顯示，株高、莖圍、葉數與對照差異不顯著，葉面積系數達到顯著差異。

2.2 環保酵素對煙草赤星病控制效果

煙草赤星病是煙株成熟期主要病害，具有潛育期短、流行速度快的特點，加之在成熟期使用化學農藥易造成農殘超標，因此在生產上防治較為困難。由表2 可知，通過3 年試驗調查發現，環保酵素處理赤星病發生危害低于空白對照，對赤星病有一定的防效，平均防效達到40.48%，防效最好的是2019年，達到了63.87%，防效最差的是2020 年，防效為33.11%。t 檢驗結果顯示，2019 年環保酵素處理的病葉率較對照低7.81%，與對照有顯著差異，其余各年度的病株率、病葉率、病指與對照差異不顯著。

表2 環保酵素處理赤星病發病情況

2.3 環保酵素對煙草對烤煙經濟性狀和外觀質量的影響

由表3 可知，2018 年的干旱天氣對試驗煙株產量、產值和煙葉品質都受到了較大的影響，除產量低于對照外，產值、均價、上等煙比例和上中等煙比例均高于對照，在后3 年的試驗中環保酵素處理所有的經濟性狀指標優于對照。4 年試驗環保酵素處理較對照平均增加產量148.8 kg·hm-2，產值增加了7 482.90 元·hm-2，均價提高了2.36 元·kg-1，提高上等煙比例8.08%，上中等煙比例為6.36%。t 檢驗結果顯示，2019 年上等煙比例達到顯著差異，其余指標差異不顯著。

表3 環保酵素對煙株經濟性狀的影響

由表4 可知，施用環保酵素處理的煙葉色度強，相比對照油分好、葉片的組織結構疏松，總體評價煙葉外觀質量優于空白對照。結果表明，在烤煙上施用環保酵素對提高煙葉產量產值具有較好作用，對改善煙葉外觀質量，提高煙葉上等煙和上中等煙比例效果明顯。

表4 環保酵素對烤煙外觀質量的影響

2.6 環保酵素對烤煙化學成分的影響

烤煙總氮和煙堿含量的適宜范圍為1.5%～3.5%，以2.5%為宜，氮堿比一般在0.8～1，煙堿含量過高勁頭大，吸食時刺激性強，含氮化合物含量過高，則煙氣辛辣[15]。由表5 可知，永仁點和楚雄點煙葉總氮和煙堿都處于適宜范圍，永仁點的酵素處理的煙堿含量為2.5%，低于對照，處于最適宜水平，楚雄點酵素處理的煙堿含量為2.84%，略高于對照，施用環保酵素對煙堿含量的影響還有待于進一步驗證。2 個試驗點煙葉總氮含量和氮堿比在酵素處理下與對照相近，表明施用酵素對煙葉的總氮量影響不大。

表5 環保酵素對煙葉化學成分的影響

烤煙總糖含量一般為15%～35%，適宜含量為20%～25%，還原糖含量以18%～24%為最佳，糖堿比要求為6～8，不宜超過10，糖堿比主要反映煙氣的生量強度和醇和度[15]。永仁點酵素處理的總糖和還原糖含量均高于對照，平均總糖含量為28.47%，還原糖含量為23.97%，糖堿比為11.36，對照的糖堿比為9.91；楚雄點酵素處理的平均總糖含量為30.62%，還原糖含量為22.93%，平均糖堿比為11.43；對照的糖堿比為13.51。結果表明，施用環保酵素可使糖堿比趨近于最適宜水平，使煙氣更加醇和。

永仁點煙葉含鉀量，酵素處理煙葉的與對照相近；楚雄點煙葉鉀含量較低，酵素處理煙葉鉀含量較對照平均提高0.17%，t 檢驗結果顯示，與對照有顯著差異，表明環保酵素在煙株鉀素營養不充足時可改善鉀素營養代謝，提高煙葉含鉀量，化學成分更趨于協調。

煙葉中氯含量0.3%～0.6%比較理想，含氯量大于0.6%，煙葉燃燒性變差，刺激性增大[15]。永仁點煙葉氯含量偏低，酵素處理略高于對照，但差異不顯著。楚雄點對照的煙葉氯含量偏高為1.16%，燃燒性差。環保酵素處理的煙葉氯含量為0.49%，處于適宜水平，其氯含量和鉀氯比與對照達到極顯著差異，表明施用環保酵素可調節煙葉中氯離子含量，增加鉀氯比值，改善煙葉的燃燒性，提高煙葉品質。

2.7 環保酵素對烤煙致香物質的影響

2.7.1 棕色化反應產物 棕色化反應是烤煙香氣成分形成的重要過程之一，棕色化產物含量雖然低，可產生調制后烤煙特有的濃郁香氣，起到掩蓋雜氣增強香味和提高煙氣質量的作用[16]。由表6 可知，楚雄點和永仁點使用環保酵素的處理部分棕色化反應物含量明顯高于對照。施用酵素后，楚雄點部分棕色化反應物含量較對照增加了35%，其中以糠醛和β-環檸檬醛增加最多；永仁點較對照增加了50%，其中糠醛、糠醇、5-甲基-2-糠醇、5-甲基-2 糠醛、2,4-庚二烯醛、四甲基吡嗪等多個指標都增幅都較大。結果表明，環保酵素可明顯提高烤煙棕色化反應物含量，增加烤煙香氣量。

表6 環保酵素對棕色化反應類致香物質含量的影響

2.7.2 類胡蘿卜素類降解產物 煙葉中類胡蘿卜素降解產物所形成的香氣質好，刺激性較小，是構成烤煙的主要香氣成分[16]。由表7 可知，楚雄點環保酵素處理的類胡蘿卜素類致香物質總量略高于對照，其中6-甲基-5-庚稀-2-酮、巨豆三烯酮B 和大馬士酮高于對照，其余成分低于對照；永仁點是保酵素處理的類胡蘿卜素類致香物質總量略低于對照環保酵素處理，主要是巨豆三烯酮的量低于對照，其余成分均高于對照，特別是6-甲基-5-庚稀-2-酮伯含量遠高于對照。結果表明，使用環保酵素在不同的地點對類胡蘿卜素類不同成分影響不同，但對其總含量影響不大。

表7 環保酵素對類胡蘿卜素類致香物質含量影響

2.7.3 類西柏烷類致香物質 類西柏烷類致香物質不但本身具有很好的香氣，而且其降解轉化產物也是煙草中很重要的致香物質，不僅與煙葉內在品質存在正相關關系，還對煙葉油潤度、光澤等外在質量有積極貢獻[16]。由表8 可知，楚雄點和永仁點施用環保酵素處理類西柏烷類致香物質含量明顯高于對照，楚雄點較對照高13.54 μg·g-1，永仁點較對照高11.51 μg·g-1，增幅達28.96%～30.4%，表明烤煙上使用環保酵素可明顯提高煙葉中類西柏烷類致香物質含量，增加煙葉油潤光澤，提高煙葉內在品質和外觀質量。

表8 環保酵素對類西柏烷類致香物質含量影響

2.7.4 苯丙氨酸降解產物 由表9 可知，楚雄點苯甲醇和苯乙醇含量高于對照，苯甲醛和苯乙醛含量與對照相近；永仁點苯甲醛含量較對照增加較多，苯乙醛含量低于對照，苯乙醇和苯甲醇含量相近。從苯丙氨酸降解產物總量看，2 個點施用環保酵素處理均高于對照，2 個點較對照高19.83%～2.41%，表明大田期使用環保可增加煙葉中苯丙氨酸降解產物含量。

表9 環保酵素對苯丙氨酸降解產物影響

新植二烯是煙葉中性致香成分中含量最高的成分，它對煙葉的香氣影響最大[17]。由表10 可知,楚雄新植二烯含量酵素處理高于對照74.353 μg·g-1，增加11.51%，，永仁點低于對照48.829 μg·g-1，減少10.22%，表明施用酵素對新植二烯的影響不大。

表10 環保酵素對新植二烯和蒎烷的影響

蒎烷是合成高級香料的重要原料，同時也是煙葉中的關鍵致香成分之一，其含量的多少與烤煙香氣成分有著密切的關系[18]。楚雄點的蒎烷含量較永仁點高，施用酵素后蒎烷含量較對照有大幅提高，楚雄點較對照料增加1.166 μg·g-1，永仁點增加0.231 μg·g-1，增幅超過700%，表明施用酵素可有效改善煙葉香氣品質。

3 討論與結論

3.1 討論

李方志等[6,20]研究發現，淋施環保酵素有利于提高土壤有機質、全磷、有效磷和速效鉀的含量。本研究中，環保酵素對煙苗和煙株的生長發育有促進作用，葉面積系數在團棵和現蕾期均有顯著提升，表明環保酵素可改善煙株養分供應，有利于煙葉產量品質的提高。試驗結果表明，環保酵素對提高煙葉產量產值具有較好作用，特別是對改善煙葉外觀質量，提高上等煙比例效果明顯，煙葉油份好，葉片組織結構疏松，上等煙比例平均提高了8 個百分點。

Rahman 等[1]對環保酵素及其生物催化和抗菌活性進行了表征，結果在大腸桿菌中有7.5 mm 抑制區，在金黃色葡萄球菌中有5 mm 抑制區，在豆根瘤菌中有6.5 mm 抑制區，說明環保酵素具有一定的抗菌性能。利用環保酵素的殺菌作用，用于防治煙草病害，可減少化學農藥使用，提高煙葉安全性。環保酵素對烤煙成熟期赤星病害具有一定的防治效果，平均防效達到40%。本研究僅對煙草赤星病的防效進行了調查，并且3 年試驗的防效差異較大，若將環保酵素用于病蟲害防治，需對其防治對象和效果方面進行探索驗證。

當煙葉中氯含量偏高時，環保酵素可明顯降低煙葉中氯離子含量，對于提高煙葉燃燒性，改善煙葉品質具有較好作用。這對于一些土壤中氯離子超限，導致煙葉品質下降的煙區無疑是一項安全有效的措施。

在對煙葉內在成分中的煙堿、鉀，以及類胡蘿卜素含量的影響方面，2 個試驗點的結果有所不同，原因可能是2 個試驗點制作環保酵素時使用的原材料不同。目前，環保酵素在煙葉生產上應用研究還較少，環保酵素的發酵制作缺乏規范，如果廚余垃圾不夠新鮮、操作不規范，會造成有害菌數量增加，影響環保酵素的發酵和使用效果環保酵素的原料種類不同，其生物活性也存在差異，功能效果也不同[19]。環保酵素在對煙葉致香物質中的棕色化反應物、類西柏烷類和苯丙氨酸降解產物的總量均有大幅提高，特別是蒎烷，對于改善煙葉香氣品質效果明顯，但是不同種類的原材料制作的環保酵素對煙葉致香物質成分的影響是不同的。

因此，有必要在制作工藝的優化、不同種類環保酵素的功能特性及其在煙葉生產上的使用方法、使用量等方面進行更多的研究，為環保酵素在煙葉生產中的推廣應用提供詳實的科學依據。環保酵素制作過程簡單、制作材料隨手可得、成本低廉、可減少垃圾量，符合生態農業的發展趨勢，在煙葉生產中環保酵素具有良好的推廣應用前景。

3.2 結論

環保酵素可促進煙苗早生快發，煙株生長健壯，各項農藝性狀指標高于對照，對赤星病有一定的防效，平均防效達到40.48%；增加產量148.8 kg·hm-2，產值增加了7 482.90 元·hm-2，均價提高了2.36元·kg-1，上等煙比例提高了8.08%，具有較好的提質增產效果。同時，環保酵素對改善提高煙葉外觀質量和內在品質效果明顯，可調節煙葉中氯離子含量，改善鉀素營養代謝，提高鉀氯比值，改善煙葉的燃燒性；糖堿比趨近于最適宜水平，煙葉化學成分更趨于協調，煙氣醇和；明顯提高煙葉致香物質中棕色化反應物、類西柏烷類和苯丙氨酸降解產物的總量，特別是對蒎烷有大幅提高，增幅達到700%，增加了煙葉香氣，煙葉外觀表現油潤光澤，葉片組織結構疏松優于對照。