烤烟成熟过程中鲜烟颜色值与色素含量变化及相关分析

张军刚，王永利，吕国新，孙福山，王耀斌，徐秀红，王爱华，张国超，任 杰，王松峰，朱 佩，董淑君



烤烟成熟过程中鲜烟颜色值与色素含量变化及相关分析

张军刚1,2，王永利3，吕国新3，孙福山1*，王耀斌3，徐秀红1，王爱华1，张国超4，任 杰1，王松峰1，朱 佩1,2，董淑君1,2

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东青岛烟草有限公司，青岛 266000；4.山东烟草研究院，济南 250000）

为研究烤烟成熟过程中鲜烟叶颜色值与色素含量的变化以及相关性，测定了各部位4个成熟度鲜烟叶的颜色值和色素含量，并进行了相关性分析。结果表明，在烟叶成熟过程中，各部位烟叶的亮度值L*、红度值a*、黄度值b*均不断增大，且各部位烟叶不同成熟度间各颜色值差异显著性不同，颜色值变化趋势存在差异，其中，中、上部叶红度a*值变化较大，增幅显著。各部位烟叶叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量均逐渐减小，类叶比值不断增大。下、上部叶类叶比值增幅基本保持不变，而中部烟叶黄绿面积在70%～80%到80%～90%时类叶比值增幅较大。各颜色值均与各色素含量、类叶比值呈显著或极显著性相关关系。表明成熟过程中烤烟叶片颜色值与色素含量关系密切，叶片颜色值变化可以指示烟叶各色素含量的变化，可以将色差计作为判断烟叶成熟度的辅助工具。

烤烟；成熟度；色素；颜色值；相关性

烟叶成熟度是鲜烟叶易于烘烤和烤后烟叶能满足卷烟可用性要求的质量状态和程度，包括田间成熟度和分级成熟度[1]。烟叶成熟度是影响烟叶质量的首要因素，也是保证和提高烤后烟叶品质和外观质量的前提[2-4]。根据烟叶的田间生长发育状态及其烤后质量特点，通常将成熟度划分为生青、不熟、欠熟、生理成熟、近熟、工艺成熟、完熟、过熟和假熟等不同档次。准确判断鲜烟叶成熟度适时采收是烟叶生产过程中至关重要的一环。国内的研究人员主要凭感官和经验来判断烟叶成熟度，如韩锦峰等[5]，孙福山等[6]，龙明锦等[7]根据鲜烟叶叶面与主脉的颜色变化情况判断成熟度。国外一些学者是通过烤房试验、比色卡、烟叶成熟彩色图片、化学成分分析等方法来判别烟叶成熟与否[8-9]。

烟叶颜色既是判断烤烟田间成熟度的主要依据[10-11]，又是烘烤操作的重要依据。成熟过程中烟叶颜色的变化，实质上就是叶组织内总叶绿体色素以及类胡萝卜素占总叶绿体色素含量比例变化的外观反映[12]。色差计是一种能够准确测定物体表面颜色的仪器，在染料、纺织行业应用较多。梁洪波等[13]、刘新民[14]、丁根胜等[15]等采用色度学方法对烤后烟叶颜色进行深入研究指出，不同成熟度不同色组间颜色值差异显著，颜色值与烟叶内在化学成分显著相关，所测颜色值基本能反映烟叶的内在品质。霍开玲等[16]研究表明不同成熟度烟叶正反面颜色变化趋势基本同步，烟叶颜色参数和色素含量的相关性明显。而有关烟叶成熟采收过程中鲜烟叶颜色与色素相关性分析鲜有报道。本试验通过测定不同成熟度烟叶的颜色值与色素含量，分析烟叶成熟过程中颜色值与色素含量的变化趋势以及叶片颜色与色素的相关性，为准确判断烟叶成熟度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012年在山东省诸城市辛兴镇旭日农场进行，供试烤烟品种为当地主栽烤烟品种NC55。试验田土壤肥力中等，行距1.2 m，株距0.5 m，5月17日移栽，按照优质烟生产技术规范进行管理，7月19日打顶；选取下（3～5叶位）、中（9～11叶位）、上（15～17叶位）3个部位的烟叶为试验材料。

1.2 试验设计

按照打顶后时间以及叶面、主脉、支脉颜色、烟叶黄绿面积，对3个部位烟叶均设置4个成熟度处理，由低到高分别为M1、M2、M3、M4，共12个处理（表1）。每个处理分别选取能够代表不同成熟度的鲜烟叶6片，用于叶片颜色值和色素含量的测定。

表1 各部位不同采收成熟度处理

1.3 测定项目与方法

1.3.1 颜色值测定 色差计利用仪器内部的标准光源照明被测物体，测定其CIE三刺激值（X、Y、Z），后转换成度量颜色的数值，包括亮度值L*，红度值a*，黄度值b*，其结果具有较高的灵敏性与客观性。

本试验采用CR-10型全自动色差计，选取具有代表性鲜烟叶，测量叶片正面距离主脉约5 cm对称处，每半片叶等距离测量3个点颜色值，每片叶6个点的平均值作为叶片正面的颜色值，包括亮度值L*，红度值a*，黄度值b*。

1.3.2 色素测定 鲜烟叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素采用分光光度法[18]测定。

1.4 数据处理

数据采用SAS 9.2软件进行方差分析与简单相关分析。

2 结果

2.1 各部位不同成熟度鲜烟叶颜色值的变化

2.1.1 亮度值L*烟叶成熟过程中L*值变化结果（图1）表明，随着烟叶成熟落黄程度的提高，下、中、上3个部位烟叶L*值均不断增大。相同成熟度下，下部叶片L*值均明显大于中、上部叶。且在整个成熟过程前后，下部叶片L*值增大幅度较中、上部叶明显。方差分析表明，相邻成熟度处理间，下部叶XM2与XM3、XM3与XM4，中部叶CM2与CM3，上部叶BM1与BM2的L*值差异均达极显著水平。且从各成熟度间L*值的差值分析，说明下部叶在XM2与XM3间增幅相对较大，其他处理相对较小，表现为慢-快-慢的趋势。而中、上部烟叶L*值增幅较为平缓。

2.1.2 红度值a*颜色值a*表示从绿到红的变化，其正值越大，绿色越淡，红色愈浓。由图2可知，随着烟叶成熟程度的提高，各部位烟叶a*值总体趋势均不断增大，且中、上部烟叶从负值变为正值，说明成熟过程中叶面绿色逐渐退去。在烟叶黄绿面积为80%～90%和90%～100%成熟度下，上部叶a*值最大，中部叶次之，下部叶最小；在70%～80%成熟度下，上部叶a*值明显高于中下部叶；在60%～70%成熟度下，3个部位烟叶a*值差异较小。且在整个成熟过程前后，不同部位烟叶a*值增大幅度差异较大，表现为：上部叶＞中部叶＞下部叶。方差分析表明，相邻成熟度处理间，下部叶XM2与XM3，中部叶CM2与CM3、CM3与CM4，上部叶BM1与BM2、BM2与BM3间的差异均达极显著水平。且从各成熟度间的a*值的差值分析，说明各部位烟叶相邻成熟度间a*值增幅差异较大，表现为：上部叶BM1与BM3间a*值增幅较大，BM3与BM4间增幅较小；中部叶CM2与CM3间增幅最大，CM3与CM4间次之，CM1与CM2间最小；下部叶相邻成熟度间a*值增幅较为平缓。

图1 各部位烟叶成熟过程中L*值的变化

注：图中同部位不同成熟度处理间的大写字母不同表示处理间差异达极显著水平（≤0.01），下同。

图2 各部位烟叶成熟过程中a*值的变化

2.1.3 黄度值b*颜色值b*表示从蓝到黄的变化，其正值越大，黄色越浓。由图3可知，随着烟叶成熟程度的提高，各部位烟叶b*值逐渐增大，说明成熟过程中叶面黄色逐渐显现。在80%～90%和90%～100%成熟度下，各部位烟叶b*值差异较小；在70%～80%成熟度下，b*值表现为：上部叶＞下部叶＞中部叶；在60%～70%成熟度下，上部叶明显大于中、下部叶。且在整个成熟过程前后，不同部位烟叶b*值增大幅度差异较大，表现为：下部叶＞中部叶＞上部叶。方差分析表明，相邻成熟度处理间，下部叶XM2与XM3，中部叶CM2与CM3间b*值差异均达极显著水平，且从各成熟度间的b*值的差值分析，说明各部位烟叶不同成熟度间b*值增幅差异较大，表现为：上部叶各成熟度间b*值增幅差异较小；中部叶CM2与CM3间增幅最大，CM1与CM2次之，CM3与CM4最小；下部叶CM2与CM3间增幅最大，CM1与CM2以及CM3与CM4间增幅较小。

图3 各部位烟叶成熟过程中b*值的变化

整体而言，随着烟叶成熟落黄程度的提高，各部位烟叶L*、a*、b*值均不断增大，叶片亮度不断提高，绿色逐渐退去，黄色逐渐显现。整个成熟过程前后，不同部位烟叶L*、a*、b*值增大幅度差异较大，L*、b*值表现为：下部叶＞中部叶＞上部叶，a*值表现为：上部叶＞中部叶＞下部叶。在成熟过程中，各部位相邻成熟度间烟叶L*、a*、b*值变化趋势存在差异。下部位L*、a*、b*值变化趋势差异不明显，在XM2与XM3间各颜色值增幅均相对较大，其他阶段相对较小，表现为慢-快-慢趋势。中部叶各颜色值变化趋势差异较大，L*、b*值变化趋势相似，在CM2与CM3间L*、b*值增幅均相对较大，其他处理间相对较小，表现为慢-快-慢趋势；而a*值在CM1与CM2间几乎不变，CM2与CM4间增幅较大，表现为慢-快-快趋势。上部叶各颜色值变化趋势差异较大，L*、b*值变化趋势相似，L*、b*值在BM1与BM2增幅均相对较大，其他处理间相对较小，表现为快-慢-慢趋势；而a*值在BM1与BM3增幅均相对较大，其他处理间相对较小，表现为快-快-慢趋势。并且，在烟叶成熟过程中，相比L*、b*，中、上部叶红度a*值变化较大，增幅显著。

2.2 不同成熟度鲜烟叶色素变化

由图4~7可知，随着烟叶成熟度的提高，各部位烟叶叶绿素a、叶绿素b含量、总叶绿素、类胡萝卜素含量均不断减小，且同一成熟度、不同部位叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量表现为：上部＞中部＞下部。对烟叶叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量进行方差分析表明，各部位不同成熟度烟叶叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量差异均达极显著水平，从各成熟度间的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量的差值分析，可知各成熟度间的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量变化趋势相同，表现为：下部叶在XM1与XM4间的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素降解幅度基本不变；而中、上部叶在M2与M3间降解幅度相对较大，在M1与M2和M3与M4间的降解幅度相对较小，表现为慢-快-慢趋势。

对类胡萝卜素含量进行方差分析表明，相邻成熟度处理下部叶XM2与XM3、XM3与XM4，中部叶各相邻成熟度间，上部叶BM2与BM3、BM3与BM4间胡萝卜素含量差异均达极显著水平。且从各成熟度间类胡萝卜素的差值分析，可知下部叶在XM1与XM2的类胡萝素含量降解幅度较小，而在XM2与XM4降解幅度相对较大，表现为慢-快-快趋势。中、上部叶在M2与M3降解幅度相对较大，在M1与M2和M3与M4的降解幅度相对较小，表现为慢-快-慢趋势。

图4 各部位烟叶成熟过程中叶绿素a含量的变化

图5 各部位烟叶成熟过程中叶绿素b含量的变化

图6 各部位烟叶成熟过程中总叶绿素含量的变化

图7 各部位烟叶成熟过程中类胡萝卜素含量的变化

从图8表明，随着烟叶成熟度的提高，各部位烟叶类叶比值不断增大，同一烟叶成熟度、不同部位的类叶比值表现为：下部＞中部＞上部。对类叶比值进行方差分析，表明相邻成熟度处理间，中部叶CM2与CM3，下、上部叶各相邻成熟度间类叶比差异均达极显著水平。且从各成熟度间类叶比值的差值分析可知，下、上部叶的类叶比值增幅基本保持不变，而中部叶的类叶比值增加幅度呈现慢-快-慢的趋势。说明在烟叶整个成熟过程中，下、上部叶叶面落黄速度较一致，而中部叶烟叶黄绿面积在70%～80%到80%～90%色素降解幅度较大。

2.3 不同成熟度鲜烟叶颜色值与色素相关性分析

由鲜烟叶颜色值与色素含量的简单相关分析（表2）可知，明度（L*）和红度（a*）分别与叶绿色a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、胡萝卜素含量呈极显著性负相关，而与类叶比值呈极显著性正相关。黄度（b*）与叶绿色a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量均呈极显著性负相关，而与胡萝卜素含量成显著负相关，且与类叶比值呈极显著性正相关。表明鲜烟叶片颜色值与色素关系密切，叶片颜色值可以指示烟叶各色素含量的变化。

图8 各部位烟叶成熟过程中类叶比值的变化

表2 鲜烟叶颜色值与色素含量的简单相关分析

注：*表示5%差异显著水平，**表示1%差异显著水平。

3 讨 论

本试验研究表明，随着烟叶成熟落黄程度的提高，各部位烟叶的L*、a*、b*值均不断增大，这与霍开玲等[16]的研究结果相同。不同部位不同成熟度间各颜色值差异显著性不尽相同，各部位烟叶L*、a*、b*值变化趋势存在差异。具体表现为：（1）下部位L*、a*、b*值变化趋势差异不明显，呈慢-快-慢趋势。（2）中部叶L*、b*值变化趋势相似，呈慢-快-慢趋势，而a*值呈慢-快-快趋势。（3）上部叶L*、b*值变化趋势相似，呈快-慢-慢趋势，而a*值呈快-快-慢趋势。说明各部位烟叶成熟落黄过程中，叶片的亮度的提高、绿色的消退、黄色的显现的幅度各有差异。并且在烟叶成熟过程中，相比L*、b*，中、上部叶红度a*值变化较大，增幅显著。随着烟叶成熟度的提高，各部位烟叶叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量不断减小，同一成熟度、不同部位叶片各色素含量表现为：上部＞中部＞下部，这与张树堂等[17]、赵铭钦等[18]的研究结果一致。

类叶比值即类胡萝卜素与叶绿素的比值反映了叶面颜色的基本情况，值越大，黄绿面积占烟叶总面积的比例越大，落黄程度越高[19]。在烟叶成熟过程中，类胡萝卜素的降解幅度小于叶绿素，各部位烟叶类叶比值不断增大，叶片褪绿显黄，这与叶片a*值、b*值的变化结果相一致。且各部位不同成熟度间类叶比值差异达极显著或显著水平。同一烟叶成熟度、不同部位的类叶比值表现为：下部＞中部＞上部。下、上部位叶类叶比值降低幅度基本保持不变，叶面落黄速度较一致。中部叶的类叶比值增加幅度呈现慢-快-慢趋势，说明在烟叶整个成熟过程中，下、上部叶叶面落黄速度较一致，而中部叶烟叶黄绿面积在70%～80%到80%～90%色素降解幅度较大。

通过对本试验结果的分析，烟叶叶片颜色值与色素的相关性显著。因此在判断烟叶成熟度时，建议将色差计作为一种辅助工具，测定颜色值，进而根据数据判断成熟度。这与霍开玲等[16]、张丽英等[20]建议一致。

4 结 论

（1）随着烟叶成熟落黄程度的提高，各部位烟叶L*、a*、b*值均不断增大，叶片亮度不断提高，绿色逐渐退去，黄色逐渐显现。各部位烟叶L*、a*、b*值变化趋势存在差异。整个成熟过程前后，不同部位烟叶L*、a*、b*值增大幅度差异较大，尤以中、上部叶红度a*值变化较大，增幅显著。

（2）各部位烟叶各色素含量均不断减小，类叶比值不断增大，绿色色素比例逐渐减少，黄色色素比例不断增大。且不同部位色素变化趋势不一致，表现为下、上部位类叶比值增幅基本保持不变，而中部叶烟叶黄绿面积在70%～80%到80%～90%间类叶比值增幅比较大。

（3）成熟过程中烤烟叶片颜色值与色素含量关系密切，叶片颜色值可以指示烟叶各色素含量的变化，可以将色差计作为判断烟叶成熟度的辅助工具。

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Changes of Color Parameters and Pigment Contents in Flue-cured Tobacco Leaves During Maturing Process and Their Correlational relationship

ZHANG Jungang1,2, WANG Yongli3, LÜ Guoxin3, SUN Fushan1*, WANG Yaobin3, XU Xiuhong1, WANG Aihua1, ZHANG Guochao4, REN Jie1, WANG Songfeng1, ZHU Pei1,2, DONG Shujun1,2

(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Graduate School of CAAS, Beijing 100081, China; 3. Qingdao Tobacco Limited Corporation, Qingdao 266000 China; 4. Tobacco Research Institute of Shandong, Jinan 250000, China)

In order to provide a theoretical basis for accurate judgment of harvest maturity degrees of tobacco leaves, this study investigated changes of color parameters and pigment contents of flue-cured tobacco leaves during maturing process and their correlational relationship. The color parameters of flue-cured tobacco leaves of four different maturities were determined by color difference meter, and pigment contents was determined by spectrophotometer. This study used analysis of variance and simple correlation analysis. The results showed that lightness value (L*), redness value (a*) and yellowness value (b*) of flue-cured tobacco leaves of various parts showed ascending tendencies during maturing process. There were different significances of differences of color parameters among four treatments with different maturities of tobacco leaves of various parts. During maturing process, variation tendencies of L*, a*and b*of flue-cured tobacco leaves of various parts are different, so the variation trends of color parameters were different. And a*of middle and upper leaves showed a larger. The contents of chlorophyll-a, chlorophyll-b, total chlorophyll and carotenoid all showed decreasing tendencies during maturing process, and the ratios of carotenoid and chlorophyll showed a ascending tendency. The lower and upper leaves kept almost simple decreasing amplitudes, but ratios of carotenoid and chlorophyll of middle leaves whose color changing area were between 70%-80% and 80%-90% showed a larger ascending tendency. The color parameters had highly or not highly significant correlation with contents of various pigments and the ratios of carotenoid and chlorophyll. The changes of contents of various pigments can be indicated by the color parameters, so the colorimeters can be supposed to be an auxiliary mean to judge the maturity of tobacco.

flue-cured tobacco; maturity degree; pigment; color parameters; correlation analysis

S572.09

1007-5119（2014）01-0054-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.010

中国烟草总公司山东省公司科技项目“山东主栽品种烟叶密集烘烤烤香精准工艺研究”（201011）；山东青岛烟草有限公司科技项目“密集烘烤增油烤香技术示范推广”（201206）

张军刚，男，在读硕士，研究方向为烟草调制与加工。E-mail：zhangjungang8101@163.com。

通信作者，E-mail：sfshqd@163.com

2013-10-28

2013-12-23