定色期掉溫對煙葉品質的影響及其閾值研究

陳家鼎，毛嵐，任江皓，趙英佑，王龍，吳彪

（河南農業大學煙草學院，河南 鄭州 450002；2. 云南省曲靖市煙草公司，云南 曲靖 655000）

定色期的主要任務是使充分變黃的煙葉及時失水、固定顏色[1]，同時促進主脈變黃和煙葉內含物質進一步轉化，是煙葉烘烤品質的關鍵階段，在此過程中掉溫極易導致煙葉冷掛灰，不僅影響煙葉的經濟性狀和感官質量，還會對煙葉內在化學成分和香氣成分的轉化產生影響[2-3]。王濤等[4]研究表明，在定色前期48 ℃延長穩溫時間6 h，可以明顯提升烤后煙葉中上等煙比例和香氣成分含量。黃飛燕等[5]對云煙100 上部葉定色期升溫速度進行研究，結果發現，以1 ℃·2 h-1升溫定色，煙葉青黃煙比例明顯下降，化學成分協調性得到改善。K326 烘烤工藝優化的相關研究表明，定色期干濕球溫度設置為干球48 ℃、濕球37 ℃和干球55 ℃、濕球38 ℃時，煙葉等級和物理特性較好[6]，并提出了對應的關鍵參數閾值[7]。目前，關于定色期干濕球溫度、升溫速率、穩溫時間與煙葉品質之間的相關性研究已經較為完善，但在掉溫對煙葉質量具體影響上的研究相對較少。因此，本研究通過在定色期設置不同的掉溫及持續時間處理，并結合TOPSIS 綜合評價法來探究定色期掉溫對煙葉品質的具體影響，并提出相應的掉溫閾值參數，以期為煙葉生產中設置合理的溫度示警參數，保證煙葉烘烤質量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與地點

試驗于2021 年在曲靖市煙草公司煙葉烘烤培訓基地（麒麟三寶）進行，供試品種為云煙97，采用氣流上升式模擬烤煙箱，烤煙箱內徑長1 000 mm、寬1 000 mm、高1 500 mm。采用長1 050 mm、寬80 mm 煙夾，裝煙量8 桿，平均單桿質量7.2 kg。選取大田管理規范、個體與群體生長發育協調一致、落黃均勻煙田的上部（15～17 葉位）煙葉。

1.2 試驗設計

烘烤過程按照當地標準三段式烘烤工藝執行。在定色前期48 ℃煙葉穩溫達到黃片白筋、小卷筒和定色后期54 ℃煙葉穩溫達到大卷筒時，設置6 個降溫處理、1 個對照（CK）。降溫處理結束后，按照1 ℃·h-1升溫速度升至正常溫度，此過程中風機頻率參數保持不動，具體試驗設計如表1 所示。

表1 試驗設計

1.3 試驗方法

1.3.1 掛灰煙等級鑒定 參照病害等級鑒定方式，在烘烤結束后，隨機選取2 竿煙樣，組織烘烤和分級專家逐片掛灰等級鑒定。具體鑒定方案如表2 所示。

表2 掛灰煙等級鑒定標準

1.3.2 煙葉經濟性狀統計 由云南省煙草公司曲靖市公司質檢站組織分級專家采用GB2635—1992《烤煙》[8]標準對烤后煙葉進行外觀質量評價和煙葉分級，統計各處理烤后煙葉的上等煙比例，并按照當地收購價格計算煙葉均價。

1.3.3 化學成分測定 采用流動分析法[9]測定煙葉中還原糖、總氮、煙堿、鉀離子含量、氯離子含量，并計算出對應的糖堿比、氮堿比和鉀氯比數值。參考王彥亭等[10]的方法對各指標進行權重賦值，計算出煙葉的綜合得分。

1.3.4 香氣成分測定 參考何永秋等[11]的方法，使用二氯甲烷萃取煙葉中的致香物質，并使用旋蒸漏斗將溶液濃縮至1 mL，使用氣相色譜-質譜法（GCMS）進行香氣質的分析。

1.3.5 官質量評價 由云南中煙工業有限責任公司技術中心組織評吸專家對烤后煙葉進行感官質量評價。

1.3.6 TOPSIS 綜合評價法 TOPSIS 綜合評價法中評價對象各指標值與最優方案和最劣方案之間的距離和，計算公式如下：

Ci表示第i 個評價對象與最優水平的接近程度，其計算公式如下：

1.4 數據分析

數據采用Excel 2019 軟件進行整理分析，采用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 煙葉掛灰比例及經濟性狀分析

掉溫是導致煙葉冷掛灰的直接原因，定色期不同掉溫處理的煙葉掛灰比例如圖1 所示，在整個定色期，CK 處理的掛灰煙葉比例取最小值26.56%。與CK 相比，隨著掉溫幅度增大和持續時間的增長，掛灰煙葉的比例也隨之增大，在QT6 處理取極大值86.62%。在相同掉溫幅度和持續時間條件下，掛灰煙的比例表現為定色前期大于定色后期。CK 處理的掛灰煙葉等級最高為3 級，4 級掛灰煙葉首次出現在QT1 和HT1 處理，5 級掛灰煙葉首次出現在QT3 和HT3 處理，且高等級掛灰煙的比例隨著掉溫幅度及持續時間的增大而增大。這表明定色期掉溫在影響掛灰煙葉比例的同時，也對煙葉掛灰程度產生了不利影響。由圖1 可知，掉溫幅度和持續時間的增大會顯著降低上等煙比例和烤后煙葉均價，上等煙比例由CK 處理的71.73%減至QT6 處理的25.81%，煙葉均價由CK 處理的24.43 元·kg-1減至QT6 處理的15.04 元·kg-1，同一掉溫幅度和持續時間下，定色前期處理的上等煙比例和烤后煙葉均價顯著低于定色后期處理，這與掛灰煙比例的變化趨勢具有相關性，說明定色前期掉溫對煙葉掛灰及經濟性狀的影響更大。

圖1 不同處理煙葉的掛灰比例及經濟性狀

2.2 化學成分分析

煙葉化學成分協調性是其內在品質的重要體現。表3 為定色期不同降溫處理的煙葉主要化學成分含量及綜合評價得分。由表3 可知，化學成分品質得分取最高值91.72 分為CK 處理，QT6 處理取最小值64.29 分。與CK 相比，隨著降溫幅度和持續時間的增大，煙葉的還原糖含量由21.28%減至13.47%，糖堿比由9.06 減至3.37，氮堿比由0.99 減至0.65，且三者均在QT6 處理取得最小值；煙堿含量則隨降溫幅度和持續時間的增大由2.35%增至4.00%，且在QT6 處理取最大值；總氮含量、鉀含量和鉀氯比未表現出明顯規律。這說明還原糖和煙堿含量受定色期降溫的影響較大，且定色前期的影響力高于定色后期。對各化學成分指標進行評價得分，并賦予對應的權重值，以對煙葉的化學成分進行綜合評價。結果表明，CK 處理的綜合得分最高，且分值隨定色期降溫幅度和持續時間的增大而明顯減小。降溫處理中，只有QT1、QT2、QT3、HT1、HT2 和HT3 的綜合得分高于80 分；相同溫度和時間處理時，定色后期掉溫的煙葉化學成分得分更高。這表明定色期掉溫大于3 ℃、持續時間高于3 h 時，會嚴重破壞煙葉的化學成分協調性，且定色前期掉溫對煙葉的化學品質影響更大。

表3 不同處理煙葉的化學成分綜合評價

2.3 香氣成分分析

定色期不同掉溫處理的煙葉香氣成分含量如表4 所示，共檢測出64 種香氣成分，包括中性香氣成分57 種、酸性香氣成分2 種、堿性香氣成分5 種，以茄酮、大馬士酮、新植二烯、西柏三烯二醇-3、西柏三烯二醇-5、棕櫚酸的含量較高。圖2 描述了定色期不同掉溫處理下各類型香氣成分的總量。由圖2 可知，中性香氣成分總量在CK 處理取極小值（821.803 5 μg·kg-1），在QT2 處理取極大值，（2 958.103 4 μg·kg-1）；酸性香氣成分總量在QT6處理取最小值（10.757 4 μg·kg-1），在QT2 處理取最大值（137.077 9 μg·kg-1）；堿性香氣成分在QT1處理取最小值（0.814 8 μg·kg-1），在QT5 處理取極大值（32.916 9 μg·kg-1），各類型香氣成分總量在QT2 處理取最大值（3 105.076 1 μg·kg-1），在CK 處理取最小值（887.557 7 μg·kg-1）。這表明定色期掉溫可以提高烤后煙葉的香氣成分含量，且對中性香氣成分含量的提升較為明顯。其中，定色前期掉溫的烤后煙葉香氣成分含量顯著高于定色后期掉溫的煙葉，原因可能是定色前期掉溫提高了煙葉內酶活性，從而促進香氣物質的形成，而定色后期時干球溫度過高，大部分酶已失去活性。

圖2 不同處理煙葉的香氣成分含量

表4 不同處理煙葉的香氣成分含量 μg·g-1

2.4 感官質量分析

由表5 可知，定色期掉溫會降低烤后煙葉的感官品質得分，CK 處理取最高分（76.65），QT6 和HT6 處理取最低分（72.15），相同降溫條件下，定色前期與定色后期之間無明顯差異。與CK 相比，掉溫幅度和持續時間的增大會使煙葉香氣類型由清香轉向中間香型，同時使煙葉的勁頭值由3.0 增至3.2，濃度值由3.0增至3.3，香氣質得分由12.15 減至10.65，香氣量得分由16.95 減至15.95，余味得分由18.85 減至17.75。而雜氣和刺激性得分未表現明顯的規律性，燃燒性和灰色分值與降溫無明顯相關性。這表明定色期降溫主要通過影響煙葉的香氣質、香氣量和余味進而影響到煙葉的感官品質，且相同掉溫條件下定色前期和定色后期對煙葉感官品質的影響能力基本相同。

2.5 逼近理想值排序法（TOPSIS）綜合評價

2.5.1 原始數據矩陣歸一化處理 利用TOPSISI 法進行評價時，要求評價對象的指標同趨勢化，因此采用倒數法將掛灰煙比例的數值轉化為高優指標，然后將同趨勢化的原始數據矩陣進行歸一化處理，并建立相關矩陣，歸一化矩陣值如表6 所示。根據歸一化矩陣值進一步得到最優向量值和最劣向量值，則最優方案：A+=（0.482 8，0.353 7，0.326 7，0.318 8，0.285 6，0.532 0）；最劣方案：A-=（0.148 0，0.127 3，0.201 2，0.223 4，0.268 8，0.152 1）。

2.5.2 TOPSIS 綜合評價 定色不同掉溫處理后烤后煙葉的各項指標變化趨勢并不相同，為綜合評價定色期掉溫處理對烤后煙葉質量的綜合，確定適宜的掉溫閾值示警，本研究對13 個處理中6 項評價指標進行TOPSIS 綜合分析，結合表6 由公式（1）和公式（2）計算出定色期不同掉溫處理各指標值與最優方案和最劣方案之間的距離和，并由公式（3）進一步計算出各處理與最優方案之間的接近程度Ci，具體結果如表7 所示。

表7 TOPSIS 綜合評價結果

TOPSIS 綜合評價結果顯示，定色期各處理對烤后煙葉品質的影響由優到劣排序為：CK＞HT1＞QT1＞QT2 ＞HT2 ＞HT3 ＞QT4 ＞QT5 ＞HT4 ＞QT3 ＞HT5 ＞HT6 ＞QT6。其中，Ci值越接近于1，表明該處理越接近最優水平。從表5 可以看出，只有CK、HT1、QT1 和QT2共4 個處理的Ci值大于0.6，其余處理Ci值均在0.5以下。因此，隨著定色期掉溫幅度和持續時間的增大，烤后煙葉品質會明顯下降，結合TOPSIS 綜合評價結果分析，定色前期掉溫2 ℃，持續時長5 h，定色后期掉溫2 ℃，持續時長3 h，可以作為定色期掉溫的示警閾值參數。

3 討論與結論

煙葉烘烤的本質是變黃與失水的協調[12]，在此過程中鮮煙葉價值的實現與裝煙室內溫濕度分布、風速大小，以及自身酶活性等因素息息相關[13]。定色期作為煙葉烘烤品質固定的關鍵時期，溫度的波動會對煙葉外觀質量、感官質量和各種大分子的轉化產生影響[14]，設置適宜的定色期掉溫閾值示警參數，可以及時避免設備故障、轉火不當等因素對煙葉造成的不利影響，提升煙葉烘烤質量。

掛灰煙是指烘烤過程中褐變反應所導致的出現局部甚至全葉灰色或褐色的煙葉[15]，其中掉溫是導致煙葉冷掛灰的直接原因[16]，這在本研究中得到證實。與常規烘烤相比，經過不同定色期掉溫處理的煙葉烤后掛灰比例由26.56%提升至86.62%，且經定色前期掉溫處理后的掛灰煙比例要高于定色后期，原因可能是在變黃期充分變黃的煙葉，轉入定色初期后，煙葉內的水分含量較高，烤房內相對濕度高于定色后期，此時掉溫更容易導致水蒸氣在煙葉表面冷凝導致冷掛灰。顏色不僅是決定煙葉等級的重要因素[17]，相關研究也證實顏色參數與煙葉內在化學成分等存在顯著相關性[18]，這與本研究的結果相一致。隨著掛灰煙比例的上升，煙葉上等煙比例及煙葉均價明顯下降，且化學成分綜合得分也表現出相似的下降趨勢。劉天香等[19]研究表明，隨著定色干球溫度的上升，煙葉的總糖和還原糖含量呈明顯下降趨勢，這與本研究有所出入。原因可能是本研究中干球溫度是經人為短暫下降后又恢復至預設溫度，并非在降溫后溫度點進行定色，煙葉內還原糖等內含物質的轉化規律并不相同。

香氣物質的含量及比例共同決定煙葉自身香型、香氣量和香氣質[20]。宮長榮等[21]研究認為，延長54～55 ℃穩溫時間10 h，有利于煙葉合成香氣物質。李昱霖等[22]研究認為，煙葉經預熱后低濕定色，烤后煙葉香氣物質含量較高。而在本研究中，與常規工藝相比，經掉溫處理后的煙葉香氣物質含量有所提升，與前者研究結果有所出入。原因可能是煙葉在田間生長時栽培條件、氣候、海拔等因素與之并不相同，煙葉香氣物質轉化所需的溫濕度環境有所差異。

基于TOPSIS 綜合評價法研究定色期掉溫對烤后煙葉綜合品質的影響結果顯示，定色前期掉溫低于（2 ℃，5 h），定色后期掉溫低于（2 ℃，3 h），可以作為定色期掉溫的示警閾值參數。但掉溫對煙葉品質的影響是多方面的，僅從烤后煙葉質量評價來研究掉溫與煙葉質量的相關性，并不能全面解釋掉溫造成煙葉質量變化的內在作用機理，未來可以通過生理角度，結合煙葉細胞結構變化、酶活性變化等方面進行深入研究。