烤烟烟叶成熟过程中的颜色参数与烘烤特性研究

张玉琴，李青山，王传义，谭效磊，许家来，杨举田，孙 阳，陈常瑜，徐秀红*

(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，山东 青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东临沂烟草有限公司，山东 临沂 276000；4.山东烟草研究院，山东 济南 250098；5.青岛农业大学，山东 青岛 266109)

【研究意义】田间收获的鲜烟叶必须经过烘烤才能体现和固定其优良品质，成为商品烟叶[1]。烟叶烘烤特性与烟叶烤后质量的形成有着极为密切的关系[2]。烟叶烘烤特性是指烟叶在烘烤过程中表现出的变黄和脱水的速度及同步程度，变黄后是否容易定色等特性，包括易烤性和耐烤性[3]。容易变黄，变黄和脱水协调的烟叶易烤性好，反之易烤性差。叶片变黄快且维持不变褐的时间越长，其耐烤性越好，烘烤特性越好[1]。对烟叶烘烤特性的研究，在国内外一直深受重视。【前人研究进展】目前，对烟叶烘烤特性的研究[4-5]多数集中在水分含量、色素含量的变化上，对烘烤特性量化指标的研究主要通过暗箱试验易烤性和耐烤性来表述，颜色、结构等指标与不同成熟度鲜烟叶烘烤特性之间客观对应关系的研究鲜有报道[6]。【本研究切入点】烟叶外观颜色是类胡萝卜素和叶绿素两者之间含量彼此消长的反映[7]，通过色差计测定烟叶颜色参数能较准确地反映烟叶外观的颜色变化。因此，本研究从分析颜色参数与成熟度、成熟度与烘烤特性的关系入手，探讨颜色参数作为烟叶烘烤特性判别指标的可行性。【拟解决的关键问题】旨在为烟叶能够适时采收和提高烟叶烘烤品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年在山东省沂水现代烟草科技园进行。供试品种为NC102，部位为中部叶。土壤类型为褐土，肥力中等。亩纯氮施用量控制在82.5 kg/hm2，氮磷钾比例为1∶1.1∶2.8。施用太阳岛复合肥(N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2)35 kg/667m2、豆饼20 kg/667m2、硫酸钾15 kg/667m2、磷酸二铵5 kg/667m2。施肥方法为60 %肥料作为基肥施用，其余于移栽30 d后追施。烟田行距1.2 m，株距0.5 m。

1.2 试验设计

选择长势一致的烟田作为试验田，按照面积划分为3个小区，各小区选取具有代表性的一行烟株作为定位行；各定位行选取具有代表性的3株烟作为定位株；各定位烟株，选取第10～11叶位的叶片作为定位叶。

取样方法：于打顶后第20天开始第一个处理，每隔6～8 d进行下一个处理，共设4个处理。田间测定颜色参数，并选取与定位株长势相似的烟株，采摘与定位叶相同叶位的烟叶，一部分用于做暗箱试验，一部分按照“8点式精准密集烘烤工艺”进行科学烘烤。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 颜色参数的测定 颜色参数测定采用CR-10型全自动色差计测量。L值为亮度值，0为黑色，100为白色，表示由黑到白的变化；a值为红度值，正值时为红色，负值时为绿色，表示由绿到红的变化；b值为黄度值，正值为黄色，负值为蓝色，表示由蓝到黄的变化；色相角(H°)是颜色的基本特征，其在0°～360°连续变化，0°是红色，90°是黄色，180°是绿色，270°是蓝色；饱和度(C)又称纯度，表示含色的多少，低饱和度意味着色泽稀疏暗淡，而高饱和度则表示饱满、强烈的颜色，其值为0～60。色相角和饱和度由L、a和b通过相应公式求得，色相角(H°)=arctan(b/a)，饱和度(C)=(a2+b2)1/2。正背面颜色参数的测定方法一致，取叶中部距离烟叶主脉5 cm处的对称点测量，每半片叶等距离测量3个点，取6个点的平均值作为该叶片的颜色参数值。

1.3.2 烘烤特性的测定 选取与定位叶成熟度一致的烟叶进行暗箱试验[3](在黑暗、不通风、室温环境下)和烘烤试验。烘烤工艺参照“8点式精准密集烘烤工艺”。通过暗箱试验，每隔12 h记录1次叶片的变黄程度和变褐程度。变黄时间代表烟叶的易烤性，以烟叶达到全黄所需的时间为准。变黄时间越短易烤性越好，反之易烤性较差。变褐时间代表烟叶的耐烤性，以烟叶由全黄至叶片褐变三成的时间为准。变褐时间越长耐烤性越好，反之耐烤性较差。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据统计分析和作图，利用SPSS 23进行判别分析。

判别分析是用于判断样品所属类别的一种统计分析方法。它是根据已知类别的样品与其若干个观测量的关系对样品分类建立模型，从而能够对新样品判断其所属类别。判别分析的目的是得到体现分类的函数关系式，即判别式函数，并使得到的判别式函数在对观测量进行判别其所属类别时的错判率最小。试验观测变量采用Fisher判别方法进行分类[8]，判别式函数的一般形式[9]是Yik=a0k+a1kxi1+ … +apkxip。

其中，Yik是第i个样品的第k个判别式函数，p是观测变量的数量，ajk是第k个判别式函数的系数，xij是第i个样品的第j个观测变量。判别分析所获得的判别式函数的个数取p和(类别数-1)中的较小值。

2 结果与分析

2.1 烤烟颜色参数与成熟度的关系

2.1.1 鲜烟叶成熟过程中颜色参数的变化 从图1可知，鲜烟叶成熟过程中，正背面各颜色参数的变化趋势基本一致。随着成熟度的提高，烟叶正背面L值均呈不断增大的趋势，背面L值一直高于正面。鲜烟叶正背面a值均表现为先增大后减小的趋势，正背面a值达到最大值的成熟度不同，且烟叶背面a值一直高于正面。鲜烟叶正背面b值均呈不断增大的趋势，M1～M2烟叶正背面b值差异不明显，从M3开始，正面大于背面，两者之间差异趋于增大。随着成熟度的提高，鲜烟叶正背面H°值大致呈不断减小的趋势，M1～M3烟叶正面H°值均大于背面。H°值越来越接近90°，说明烟叶的颜色正由绿色向黄色转化。随着成熟度的提高，鲜烟叶正背面C值均呈不断增大的趋势，正背面C值的差值越来越大。

图1 鲜烟叶成熟过程中颜色参数的变化Fig.1 Changes of color parameters during maturation of fresh tobacco leaves

表1 颜色参数与成熟度的相关性

注：*表示在0.05 水平(双侧)上具有统计学意义，**表示在0.01 水平(双侧)上具有统计学意义。

2.1.2 颜色参数与成熟度的相关性 由表1可知，烟叶正面颜色参数(L、b、C、H°)与成熟度的正相关具有统计学意义，背面颜色参数(L、b、C)与成熟度的正相关具有统计学意义，说明颜色参数(L、b、C)可以用来判别成熟度。

2.2 鲜烟叶成熟过程中烘烤特性的变化

2.2.1 鲜烟叶烘烤特性 从图2可知，不同成熟度鲜烟叶的烘烤特性不同。随着成熟度的提高，烟叶在暗箱中的变黄和变褐时间均呈不断减小的趋势。变黄时间逐渐缩短，说明烟叶越来越易烤，变褐时间越来越短，说明烟叶越来越不耐烤。按照暗箱试验的变黄和变褐时间来确定易烤性和耐烤性的标准[3]为：中部叶变黄时间72～84 h时易烤性较好，84～108 h时易烤性中等，108 h以上时易烤性较差；中部叶变褐时间120 h以上时耐烤性较好，84～120 h时耐烤性中等，84 h以下时耐烤性较差。在易烤性上，M4>M3>M2>M1；在耐烤性上，M1>M2>M3>M4，综合考虑易烤性和耐烤性，以M3的烘烤特性最好。

2.2.2 不同成熟度烟叶的烤后烟外观质量 从表2～3可以看出，随着成熟度的提高，烤后烟叶的成熟度、身份、油分、色度和结构都有所改善，在品质因素上M3>M4>M2>M1。从橘色比例、杂色比例、微带青比例来比较，M3>M4>M2>M1。综合烤后烟外观质量情况，M3成熟度处理的烤后烟质量最好，这与M3烘烤特性最好相吻合。

图2 不同成熟度鲜烟叶的烘烤特性Fig.2 Curing characteristics of fresh tobacco leaves with different maturity

表2 烤后烟外观质量—品质因素

表3 烤后烟外观质量—组别比例

2.3 烟叶成熟度的判别

2.3.1 判别函数的建立 在烤烟成熟过程中设定了4个不同成熟度M1～M4。以与烤烟成熟度有统计学意义的鲜烟叶正面颜色参数L、b、C这3个变量对M1～M4进行区分。从表4可以看出，L值、b值和C值在4个成熟度组别间的均值都有统计学意义，可以利用这3个观测变量对成熟度分组进行判别分析。表5反映了判别函数的特征值、解释方差的比例和典型相关系数。判别函数1解释了97.1 %的方差，判别函数2解释了2.8 %的方差，3个判别函数解释了全部方差。对3个判别函数进行Wilk’s Lambda的显著性检验，从表6可以看出，1至3判别函数的联合检验效果在0.01水平上有统计学意义，判别函数3在0.05水平没有统计学意义，因此起到判别作用的为前2个函数。

表4 组平均值的同等检验

表5 典型判别函数的特征值

表6 判别函数的显著性检验

表7 典型判别函数系数

表8 分类结果的交叉验证

图3 判别函数的组质心图Fig.3 Group centroids of canonical discriminant functions

从表7的标准化判别函数系数可以看出预测变量在组成判别函数时的相对贡献，b值对判别函数贡献较大。根据非标准化判别函数系数，即Fisher判别函数系数，获得Fisher判别函数F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649,F2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。图3反映了判别函数在各组的重心，可以看出4组在第1判别函数上的重心明显不同，第1判别函数可以明显地区分4组，而第2判别函数区分4组的效果并不十分明显。在应用判别函数做分类判别时，根据判别函数计算每个样品的判别得分，对照典型判别的领域图将样品进行分类。

2.3.2 判别函数的交叉验证 利用建立的判别函数对分类结果进行验证，从表8可以看出，对原始已分组个案进行分类的正确率为100.00 %。针对分析中的个案进行交叉验证，在交叉验证中，每个个案都由那些从该个案以外的所有个案派生的函数进行分类，交叉分类的总正确率为83.33 %。

3 讨 论

试验研究结果表明，在烤烟鲜烟叶成熟过程中，随着成熟度的提高，烟叶正背面颜色参数L、b、C值均呈不断增大的趋势，且与成熟度都具有统计学意义。烟叶a值为先增大后减小，H°值总体呈不断减小的趋势。这与张军刚[10]、李青山[11]的研究结果一致。

影响烟叶烘烤特性的因素主要有遗传因素、土壤类型、田间栽培管理措施、气候、烟叶着生部位以及烟叶成熟度等[12-13]。试验以烟叶暗箱试验变黄时间和变褐时间作为判定烟叶易烤性和耐烤性的量化指标[3]，发现不同成熟度鲜烟叶的烘烤特性不一样。在一定范围内，随着成熟度的提高，烟叶易烤性越来越好，但耐烤性却趋于变差。结合烤后烟外观质量综合分析，烤烟烟叶在成熟过程中某个成熟度阶段的烘烤特性相对其他阶段是较好的，这与朱先志[14]等的研究结果一致。

以鲜烟叶正面颜色参数L、b、C值为观测指标建立判别函数，能够区分不同成熟度鲜烟叶，这与霍开玲[15]、张军刚[10]等的研究结果一致。颜色参数可以作为判断鲜烟叶成熟度和烘烤特性的辅助指标。

4 结 论

通过鲜烟叶正面颜色参数L、b、C3个观测变量建立了成熟度分组Fisher判别式函数：F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649，F2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。判别函数能很好地区分不同成熟度鲜烟叶，可以作为鲜烟叶烘烤特性的辅助判别指标。

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