不同变黄过程烟叶变黄速率及化学成分动态变化

2015-10-20韦克苏等

江苏农业科学 2015年9期

韦克苏等

摘要：以烤烟K326为材料，对比分析堆积变黄和烘烤变黄过程中烟叶变黄速率和主要化学成分的动态变化规律。结果表明，与烘烤变黄相比，堆积变黄处理的烟叶变黄速率较低，色素降解慢；烟叶烘烤处理72 h，有超过90%的烟叶达到8～9成黄，而堆积变黄处理仅有44%的烟叶达到8～9成黄；在堆积变黄过程中，以总糖和还原糖为主的碳水化合物变化最为明显，其含量随变黄时间的延长而逐渐上升；初烤烟叶中，堆积变黄的烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮含量均明显高于烘烤变黄的烟叶，而其钾和氯含量均不同程度低于烘烤变黄的烟叶。

关键词：烤烟；堆积变黄；烘烤变黄；变黄速率；化学成分

中图分类号： TS41+1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0327-04

随着烟草科学的发展，密集烤房烘烤技术得到迅速推广。烟叶烘烤是一个大量耗热的过程，煤炭是当前我国最主要的烟叶烘烤燃料，在烟叶烘烤中存在一些不可忽视的现实问题[1-2]。一方面，随着能源日趋紧张、煤炭价格不断上涨，煤炭利用率低会导致烟叶烘烤成本的持续居高不下[3-4]；另一方面，煤炭燃烧会释放粉尘、硫化物等有害物质，造成环境污染[5]。因此，如何实现“节能减排、省工降耗”，开发环境友好型现代化烟叶烘烤技术，实现我国现代烟草行业的长期可持续发展，是烟草科研工作者亟待解决的重要课题。因此，烟草科研工作者对烘烤方式和新型能源选择利用进行了诸多尝试，并取得一定的研究进展，如太阳能辅助加热烘烤、热泵型密集烤房建设、生物质能源烘烤、烟叶微波烘烤、远红外加热烘烤等技术的研究应用[6-11]，在一定程度上降低了煤炭用量，减轻了煤炭对环境的污染。另外，自然堆积变黄和半晾半烤的烘烤方式也缩短了烘烤加热过程，提高了能源的利用率[12-13]，黄锡才研究表明，半晾半烤方式不仅可实现烟叶的节本增效，而且可提高烟叶的产值[14]。

自然堆积变黄可以缩短烟叶的烘烤加热过程，降低煤炭的使用量，而变黄阶段是烟叶品质形成的关键阶段，期间温湿度变化不仅影响烟叶的颜色，而且对烟叶化学成分转化及香气质的形成具有重要影响[15-18]。目前，堆积变黄过程中烟叶的变黄条件、变黄速率及化学成分变化规律研究较少。因此，本试验以烟叶三段式烘烤变黄为对照，分析对比烟叶堆积变黄过程中色素降解、变黄速率及主要化学成分的动态变化规律，为完善烘烤方式、降低烘烤成本、提高烟叶品质提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

以2013年在贵州省烟草科学研究院龙岗基地种植的烤烟K326为材料，于成熟期挑选成熟度较为一致的烟叶，按照50张/把进行扎把并变黄处理。烟株育苗及田间管理均按当地优质烟叶栽培技术进行。

1.2试验方法

1.2.1烘烤变黄按照常规烘烤工艺[19]进行，主要变黄温度为38/36 ℃，在烘烤24、36、48、60、72 h时分别取样，进行相关指标的检测分析。

1.2.2堆积变黄将烟叶用尼龙膜包好，置于阴凉房间中，在叶片间插入温度探测器；每隔约4 h通风1次，确保叶片间温度不超过40 ℃，于处理24、36、48、60、72 h时分别取样进行检测分析。剩余烟叶立即放入烤房，按照散叶插签装烟方式装烟，直接升温至42 ℃进行烘烤。

1.3参数或指标测定

1.3.1烤烟变黄程度界定烟叶的变黄程度主要依据视觉观察和经验判定，根据烟叶变黄面积占烟叶总面积的比例，将烟叶变黄程度分为0～1成黄、2～3成黄、4～5成黄、6～7成黄、8～9成黄和10成黄，共6档。

1.3.2色素测定将烟叶鲜叶片剪碎，混匀，称取0.1 g放入具塞玻璃试管中，迅速加入10 mL 95%乙醇，加盖置于黑暗环境中浸提至叶片全部发白，期间摇晃几次，分别在波长665、649、470 nm处测定提取液的吸光度D665 nm、D649 nm、D470 nm。提取液中叶绿素a浓度（Ca）、叶绿素b（Cb）及类胡萝卜素浓度计算公式为：Ca=13.95D665 nm-6.88D649 nm；Cb=2496D649 nm-7.32D665 nm；类胡萝卜素浓度=（1 000D470 nm-205Ca-114Cb）/245；浓度单位均为mg/mL。

1.3.3化学成分检测按贵州省烟草科学研究院分析测试中心建立的数据模型，用傅里叶变换近红外红外光谱仪（Antaris Ⅱ）测定烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾、氯含量，重复3次。

2结果与分析

2.1不同变黄程度烟叶色素含量的变化

由表1可见，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随烟叶变黄程度的增加而逐渐降低；叶绿素a和叶绿素b在4～5成黄前下降幅度不大，而在6～7成黄后显著降低，与此相对应，叶绿素a与叶绿素b的比值在烟叶4～5成黄前保持在2498左右，而在6～7成黄时比值开始低于2.0，并随着烘烤或堆积时间的延长而逐渐降低；烟叶类胡萝卜素与叶绿素组分的变化情况基本一致，烟叶类胡萝卜素含量在6～7成黄后呈快速下降趋势，但总体下降幅度小于叶绿素组分。

2.2不同变黄程度烟叶的变黄速率比较

由图1可见，随烘烤时间的延长，不同变黄方式的烟叶变黄程度和比例均逐渐增加，烘烤变黄处理的烟叶变黄速率相对较快；处理24 h，2种变黄方式烟叶的变黄程度和比例差异不大，0～1成和2～3成黄的烟叶均分别约为50%和30%；处理36 h，烘烤变黄处理有超过60%的烟叶均处于4～7成黄阶段，有10%的烟叶已经达到8～9成黄，而堆积变黄处理有

表1不同变黄程度烟叶色素含量的变化情况

变黄程度色素鲜质量含量（mg/g）叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素Ca/Cb0～1成黄0.499±0.0690.204±0.0160.129±0.0102.4422～3成黄0.378±0.0430.142±0.0250.111±0.0082.6854～5成黄0.342±0.0340.138±0.0110.106±0.0082.4986～7成黄0.082±0.0040.045±0.0080.086±0.0041.8588～9成黄0.023±0.0050.016±0.0030.057±0.0071.47310成黄0.009±0.0010.007±0.0010.048±0.0011.175

超过90%的烟叶变黄程度依然低于5成，甚至还有40%的烟叶处于0～1成黄，堆积变黄程度远远低于烘烤变黄；处理 48 h，烘烤变黄处理有超过80%的烟叶处于4～9成变黄，其中，8～9成黄的烟叶达到26%，而堆积变黄仅有4%的烟叶达到8～9成黄；处理72 h，烘烤变黄的烟叶有90%达到8成黄以上，其中，54%的烟叶达到10成黄，而堆积变黄仅有44%的烟叶达到8成黄以上，其中，仅有20%的烟叶达到10成黄，其变黄程度和比例均远低于烘烤变黄。

2.3不同变黄程度烟叶常规化学成分的动态变化

2.3.1烟碱和总氮由图2可见，随变黄时间的延长，2种变黄方式烟叶中烟碱和总氮含量均呈现相同的波动规律，波动幅度略有差异。0～72 h变黄处理期间，烟叶中的烟碱含量呈小幅度上升，堆积变黄过程中烟叶烟碱的含量均高于烘烤变黄；堆积变黄和烘烤变黄处理72 h的烟叶，其烟碱含量分别为3.40%和2.82%，堆积变黄的烟叶烟碱含量较烘烤变黄高0.58百分点；经过定色及干筋期（>72 h）后，初烤烟叶（烤后样）的烟碱含量较变黄72 h时的含量大幅降低，堆积变黄和烘烤变黄烟叶烟碱含量分别降为2.47%和1.98%。与烟碱含量变化不同的是，不同变黄方式烟叶总氮含量在处理36 h前有一个小幅度先降低后逐渐上升的趋势，且堆积变黄烟叶总氮含量低于烘烤变黄；定色期和干筋期，烟叶总氮含量也呈大幅度降低趋势，堆积变黄和烘烤变黄处理的初烤烟叶中总氮含量分别达到143%和1.27%，烘烤变黄方式烟叶总氮含量略低于堆积变黄。

2.3.2总糖和还原糖由图3可见，随变黄时间的延长，2种变黄方式烟叶中总糖和还原糖含量均逐渐上升，烘烤变黄烟叶总糖和还原糖含量上升速率及幅度均较大于堆积变黄。变黄 72 h，烘烤变黄烟叶总糖含量达到20.46%，而堆积变黄烟叶总糖含量仅为11.36%，明显低于烘烤变黄的烟叶；经过定色和干筋期，烘烤变黄烟叶总糖含量呈小幅度降低，而堆积变黄烟叶总糖含量急剧上升，烘烤变黄和堆积变黄初烤烟叶总糖含量分别为18.57%和23.27%，堆积变黄总糖含量显著高于烘烤变黄。与总糖含量变化规律一样，变黄处理期间堆积变黄烟叶还原糖含量低于烘烤变黄，但经历定色和干筋期后，堆积变黄烟叶还原糖含量明显上升，而烘烤变黄烟叶小幅度降低，烘烤变黄和堆积变黄初烤烟叶还原糖分别为1002%和17.32%，堆积变黄烟叶还原糖含量明显高于烘烤变黄。

2.3.3钾和氯由图4可见，变黄处理初期，2种变黄方式烟叶中钾含量上升，处理24 h烘烤变黄和堆积变黄烟叶钾含量分别为1.87%和1.76%；处理超过24 h，烘烤变黄烟叶的钾含量变化比较稳定，随烘烤时间延长变幅不大；堆积变黄的烟叶，其钾含量在变黄处理60 h时达到峰值，后迅速降低；经过定色和干筋期，烘烤变黄初烤烟叶的钾含量略高于堆积变黄。与钾含量变化规律不同，随变黄时间的延长，堆积变黄烟叶的氯含量在处理开始呈小幅度降低，后开始上升，达到峰值后急剧下降；不同变黄方式烟叶氯含量达到峰值的时间不一致，堆积变黄烟叶氯含量在处理48 h时达到峰值，而烘烤变黄烟叶氯含量在处理72 h时达到峰值；经过定色和干筋期，烘烤变黄初烤烟叶的氯离子含量也略高于堆积变黄。

3结论与讨论

变黄阶段是烟叶变化和化学成分变化最为剧烈的烘烤阶段，此阶段烤房内温度及相对湿度变化对烟叶最终品质的形成具有决定性作用[15-18]。虞蛟等认为，当变黄温度在 35.75～39.50 ℃、相对湿度在75%～95%、干湿温度计差为2.0～3.5 ℃时，烟叶内石油醚提取物含量及香味评吸最佳、吸食品质最好[15]。高玉珍等研究表明，低温中变黄处理能提高烟叶中性致香物质的含量，有利于改善烟叶的内在品质[17]。王凌等研究不同变黄温湿度对烟叶香气物质的影响，结果表明，变黄期低温、低湿有利于香气前提物质生成积累，许多重要的香气成分也仅在低温、低湿下才能形成[16]。本试验结果表明，变黄前期（0～16 h），烘烤变黄由于加热作用，烟叶细胞内的自由水迅速排出，烤房内的相对湿度略大于堆积变黄处理；变黄中期（16～48 h），2种变黄处理的相对湿度差异不明显；变黄后期（48～72 h）差异最为明显，由于强排湿作用，烘烤变黄条件下相对湿度急剧降低，低至60%以下，而堆积变黄条件下相对湿度仍然保持在85%以上，相对于烘烤变黄而言，堆积变黄的烤房环境属于明显的低温、高湿环境。从变黄期化学成分动态变化规律来看，总糖和还原糖含量变化与邹焱等结论[12]一致。不同变黄处理烟叶内化学成分的变化规律基本一致，在处理期间，堆积变黄烟叶烟碱含量略高于烘烤变黄，而其总氮、总糖、还原糖、钾和氯含量均不同程度低于烘烤变黄，这可能与不同处理温度差异有关。王爱华等研究表明，变黄期温度升至40 ℃前，温度越高，烟叶细胞内膜脂过氧化作用较强，叶绿体降解速率和下降幅度也越快，而碳氮化合物相关酶活性也越高，可促进烟叶内化学成分的转化程度[20]，这很好地解释了不同变黄处理烟叶内主要化学成分的变化速率差异。值得一提的是，堆积变黄烟叶在处理72 h时总糖和还原糖含量远远低于烘烤变黄处理，但在经历定色和干筋期后，总糖和还原糖含量反而明显高于烘烤变黄，笔者推测，这是因为堆积变黄基本不排湿，导致烟叶内部水分十分充足，即使进入烘烤模式，温度直接升至42 ℃，其排湿仍然需要一个过程，这使得烟叶细胞内部的相关酶活跃时间较长，从而导致烟叶内化学成分的转化较对照更为充分。

总而言之，相对于烘烤变黄，堆积变黄条件下烤房内相对湿度较大，烟叶失水速率变慢，烟叶的变黄速率和化学成分变化速率也均相对变慢，这可能对后期烟叶内化学成分尤其是碳水化合物的充分转化有利，与常规烘烤延长变黄期的原理基本一致。另外，堆积变黄会缩短烟叶在烤房中的加热时间，极大地降低了热能损耗，堆积烘烤在烤烟烘烤环节具有一定的研究价值和实践意义。需指出的是，本研究仅仅对比2个处理在变黄阶段的理化指标变化，缺乏更多香气相关物质的转化或形成机理研究，欲充分了解堆积烘烤在生产实践上的应用意义，尚需对烘烤调制全过程烟叶内香味物质进行更为全面的研究探讨。

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