烟叶烘烤中不同区段叶片含水量、色素和酶活性变化

张烨 王松峰 许锡祥 高峻 张建强 刘辉 高宪辉

摘 要：为探索不同分割区段烟叶烘烤中主要生理变化趋势和差异，将烟叶去除主脉等分为叶基（T1）、叶中（T2）、叶尖（T3）3个区段，与整叶（CK）装在同一温湿度自控电热烤箱进行烘烤，测定不同处理叶片含水量、色素和主要酶活性变化差异。结果表明，不同区段处理含水量主要在42～47 ℃差异较大，42 ℃末为CK>T1>T2>T3，47 ℃末为CK>T2>T3>T1；叶绿素含量在开烤至47 ℃末T1较高；类胡萝卜素含量在开烤至42 ℃末T1较高；类叶比在47 ℃末差异最大，且T3>T2>CK>T1；淀粉酶活性均在38 ℃末达到第1个峰值，且T3>T2>T1>CK；在38～54 ℃末CK的多酚氧化酶（PPO）活性最大，T1、T2、T3间无明显差异；各处理过氧化物酶（POD）活性均在38 ℃末达到最高峰，CK、T2、T3较接近，T1最低。在烘烤过程中烟叶不同区段叶内含水量、色素、酶活性变化趋势大体相似，但在不同烘烤关键阶段存在一定差异，这为优化片烟烘烤工艺和提高烤后烟叶质量提供了理论依据。

关键词：烤烟；烘烤；不同区段；生理指标

中图分类号：TS44+1 文章编号：1007-5119（2018）06-0066-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.06.010

在烟株大田生长期，由于光照等环境因素，烟叶生长发育过程中叶尖到叶基不同区段养分吸收和干物质积累存在差异，相同烘烤工艺下不同区段的内在物质代谢转化有一定差异，烤后烟叶质量也有所区别。目前，烟叶烘烤通常是整叶烘烤操作。烘烤过程分为变黄期、定色期、干筋期3个阶段[1]，全程一般需要108～168 h。干筋期的主要任务是排出叶片主脉中的水分使其完全干燥，通常需要24～36 h，其间需要消耗大量的热量、浪费较多能源。于是有学者提出去梗烘烤。去梗烘烤指在烟叶采收后将主脉划去，使烘烤过程省去干筋期，从而缩短烟叶烘烤时间，减少能源消耗，降低烟叶烘烤成本。如果将去除主脉的烟叶进行分割区段处理，根据不同区段的特点对烘烤工艺进行调整，可以最大化提高区段烟叶烤后质量。前人做了许多有关整叶烘烤过程中烟叶物质变化的研究[2-8]，也有人对去梗烘烤进行研究[9-11]，而对烟叶去梗后分割为多个区段进行烘烤的相关研究鲜有报道。本试验重点研究烟叶不同分割区段在烘烤过程中含水量、色素、主要酶活性的变化差异和趋势，旨在为不同区段叶片烘烤工艺优化和提高烤后烟叶质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在中国农业科学院烟草研究所进行。供试品种为NC55，采收中部叶第9～11叶位适熟烟叶作为试验材料。采用温湿度自控电热试验烤箱进行烘烤，装烟容量160片。

1.2 试验设计

设置整叶烘烤（CK）和整叶去主脉后从叶基到叶尖按长度均分为3个区段（每片叶分为6份片烟）：叶基（T1）、叶中（T2）、叶尖（T3）。CK处理40片整叶，其余120片烟叶使用分割烟叶用的去主脉工具[12]，采用王松峰等[13]的烤前预处理方法去除主脉，再将等分后的叶基、叶中、叶尖3段片烟分别编竿，每处理3竿（3个重复）装在温湿度自控电热试验烤箱，采用“五段五对应”烘烤工艺（表1）。分割区段处理不设置干筋阶段，在干片后即结束烘烤。在烘烤关键温度点（鲜烟、38 ℃、42 ℃、47 ℃、54 ℃、68 ℃）末期取样，每次CK取3片，T1、T2、T3各取18片，样品分为两份：一份立即用于色素含量、淀粉酶、PPO、POD活性的测定；另一份称量后测定叶片含水量。

1.3 测定项目与方法

叶片水分含量的测定采用烘箱法[14]；色素含量的测定采用分光光度法，淀粉酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，多酚氧化酶（PPO）活性的测定采用邻苯二酚氧化法，过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚氧化法[15]。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行数据分析，Excel 2016进行图表制作。

2 结 果

2.1 不同分割区段叶片烘烤过程中含水量的变化

由图1可以看出，烘烤过程中不同处理烟叶含水量变化呈逐渐减少趋势，鲜烟开烤至38 ℃末变片阶段各处理失水较慢，之后有所加快，47 ℃末变筋至54 ℃末干片阶段又减慢，干筋期整叶烘烤失水速率又减小。烘烤关键点不同处理间含水量差异主要在表现在42～47 ℃。42 ℃末时CK、T1、T2、T3的叶片含水量分别为61.57%、54.38%、52.57%、45.74%，其中T3含水量最低；47 ℃末时各处理叶片含水量分别达到33.53%、12.12%、18.18%、17.52%，其中T1含水量最低。到54 ℃末干片时，各处理含水量差异不大，但均在7%以下。说明在42～47 ℃烟叶不同分割区段含水量明显低于整叶。

2.2 不同分割区段叶片烘烤过程中色素含量的变化

2.2.1 葉绿素含量的变化 在烟叶烘烤过程中，叶绿素降解主要发生在变黄阶段，叶绿素及其降解产物含量高低直接影响烤后烟叶品质[16]。从图2可以看出，鲜烟不同分割区段叶片叶绿素含量有较大差异，且T1>T2>CK>T3。随着烟叶烘烤的推进，各处理叶绿素含量总体呈现逐渐下降趋势，鲜烟开烤至42 ℃末下降较快，之后下降趋于平稳。38 ℃末时CK、T1、T2、T3的叶绿素含量分别为0.31、0.94、0.47、0.31 mg/g，47 ℃末时CK、T1、T2、T3的叶绿素含量分别分0.07、0.28、0.05、0.05 mg/g。说明从开烤至47 ℃末叶基叶绿素含量明显高于其他区段处理，叶尖、叶中段含量与整叶处理接近。到54 ℃末各处理接近。

2.2.2 类胡萝卜素含量的变化 如图3所示，鲜烟不同分割区段叶片类胡萝卜素含量有较大差异，表现为T1>T2>T3>CK。随着烘烤进程的发展，各处理类胡萝卜素含量总体呈下降趋势，鲜烟开烤至54 ℃末均有不同程度的下降，之后整叶趋于平稳。开烤到38 ℃末，T2、T3含量分别为0.13、0.11 mg/g，T1、CK无明显变化；42 ℃末，CK、T1、T2、T3分别为0.12、0.14、0.10、0.13 mg/g，47 ℃末，CK、T1、T2、T3分别为0.05、0.06、0.05、0.08 mg/g，54 ℃末，各处理的类胡萝卜素含量均达到0.06 mg/g以下。说明从开烤至42 ℃叶基类胡萝卜素含量明显高于其他区段处理，叶尖、叶中段类胡萝卜素含量与整叶处理接近，之后到47 ℃末各处理差异不大。

2.2.3 类叶比的变化 类叶比是类胡萝卜素与叶绿素含量的比值，可以在一定程度上反映叶面颜色变化。由图4可知，烟叶烘烤过程中不同分割区段 处理烟叶的类叶比总体表现为先增大后减小的抛 物线变化趋势。随烘烤的进程，烘烤关键点不同处

理间类叶比存在一定差异，主要表现在42～47 ℃。42 ℃末时各处理类叶比表现为CK>T3>T1≈T2，且CK、T1达到峰值，47 ℃末时T3>T2>CK>T1，且T2、T3达到峰值，54 ℃时各处理类叶比接近。烘烤过程中不同处理类叶比最大差异出现在47 ℃。

2.3 不同分割叶片区段烘烤过程中淀粉酶活性的变化

烟叶烘烤过程中，在淀粉酶的作用下，淀粉不断水解为单糖，烟叶品质形成与淀粉水解程度有关[17]。烘烤过程中各处理淀粉酶活性变化见图5，烘烤过程中不同处理烟叶淀粉酶活性变化呈先升高再下降又升高的双峰变化趋势。CK的整体趋势呈“M”型双峰变化趋势，T1、T2、T3处理由于没有干筋期，整体呈“N”型变化趋势。在烘烤关键点不同处理淀粉酶活性高低有一定差异，鲜烟时各处理淀粉酶活性为T3>T1>T2>CK，T1、T2、CK相差不大，38 ℃末各处理达到第1个峰值，且不同处理表现为T3>T2>T1>CK，之后各处理淀粉酶活性下降，于42 ℃末后增加，在54 ℃末达到第2个峰值，此时各处理淀粉酶活性表现为T3>T1>CK>T2，到干筋期时，CK的淀粉酶活性急剧下降。

2.4 不同分割叶片区段烘烤过程中多酚氧化酶活性的变化

多酚氧化酶（PPO）与酶促棕色化反应有关，PPO易与多酚类物质反应，将其氧化成醌类，醌类聚合而成的大分子的棕色物质，严重影响烤后烟叶质量[1]。从烘烤过程中不同处理烟叶的PPO活性变化来看（图6），随着烘烤的进程，各处理的PPO活性总体呈下降趋势，但处理间有一定差异。烘烤开始前，鲜烟PPO活性T1≈CK>T2>T3，烘烤开始之后，CK的PPO活性一直处于较高水平，且在38 ℃末时T1又明显高于T2、T3，在42 ℃之后，CK明显高于分割区段3个处理。进入干筋期后，CK的PPO活性降至较低水平。说明CK的PPO活性在42 ℃之后明显高于其他处理，更易发生棕色化反应。

2.5 不同分割叶片区段烘烤过程中过氧化物酶活性的变化

过氧化物酶（POD）作为抗氧化防御酶，可以清除植物体内自由基，防御活性氧的伤害[18]。烘烤过程中不同处理烟叶POD活性的变化趋势如图7所 示，各处理的POD活性均表现为先升高后降低的 抛物线变化趋势，最高峰均在38 ℃末，但处理

间有一定差异。在鲜烟状态下，不同处理的POD活性差异明显，表现为T1>CK>T3>T2，38 ℃末各处理POD活性有了明显的增加，特别是T2和T3的增幅较大，POD活性T2≈T3≈CK>T1，随后各处理的POD活性开始出现下降趋势，42 ℃末CK和T2的下降程度较小，且明显高于T1、T3，CK>T2>T3>T1，47 ℃末CK的活性大幅降低，与T1活性接近，T2、T3较高且活性接近，T2≈T3>T1≈CK，54 ℃末各处理POD活性继续降低，T3与CK活性相当，T1、T2活性较高。说明在烘烤过程不同处理防御氧化的伤害能力不同。

3 讨 论

烘烤过程中，物质代谢与转化的生理生化反应与叶片水分含量密切相关。水作为重要的反应介质，对烟叶内含物质的变化产生极为重要的影响[6，19]。从本研究结果可以看出，烟叶不同分割区段的水分变化规律与整叶的变化规律一致，但在47 ℃前各区段的失水速率均快于整叶。烘烤时，主脉中的水分可以通过输导组织运送到叶片，对叶片中的水分进行补充，而去除主脉后切断水分来源，导致各分割区段处理的失水速率明显快于整叶烘烤。

随着烘烤过程的进行，叶绿素、类胡萝卜素等色素发生降解与转化，含量不断减少，其中类胡萝卜素降解产物的含量与协调性对烟叶香气风格产生重要影响[20]。由于叶绿素降解速度较快，类胡萝卜素降解缓慢[21-22]，黄色不断凸显，叶色由绿转黄。叶绿素降解主要发生在变黄前期，变黄后期叶绿素降解速率放缓[9，23]。本试验结果表明，在变黄期，叶基部的叶绿素降解速度较其他分割处理缓慢，各分割处理的叶绿素降解量均低于整叶烘烤，说明将烟叶进行分割处理烘烤，叶基部可能存在烤青的风险。类胡萝卜素降解产物是中性致香物质的重要组成部分，可以进一步生成对香味更有利的物质[24]，類胡萝卜素的充分降解有利于增加烟叶香味物质。本试验结果显示，在整个烘烤过程中，各分割区段的类胡萝卜素含量基本高于CK，对烤后烟叶贮存醇化中类胡萝卜素进一步降解形成致香物质是否有影响有待进一步探究。

从结果来看，在烘烤过程中，除47 ℃外，各分割处理烟叶的淀粉酶活性基本高于整叶处理，说明对烟叶进行分割处理有利于提高烘烤过程中烟叶的淀粉酶活性，有利于淀粉充分降解。烘烤过程中淀粉酶活性的“M”型双峰变化规律与前人研究一致[3，25-26]，但是第二个峰值出现时间有所差别。从烟叶烘烤生理生化角度来看，54 ℃时烟叶处于干片状态，水分含量处于极低的水平，无法满足叶内生理生化反应的发生，且在此温度条件下，叶内绝大多数酶的活性被钝化或者失去[1]，试验结果显示，在54 ℃末，淀粉酶、PPO、POD活性仍然较高，是否与取样后在室温下测定又激活了其酶活性有关仍有待于进一步探讨。38 ℃时淀粉酶活性的高低可能对淀粉降解更为重要。不同分割区段烟叶在变黄阶段淀粉活性均高于整叶，说明对烟叶进行分割处理更有利于淀粉降解。

变黄末期至定色阶段，PPO促使酚类物质氧化成醌类[1]，使叶面出现杂色，影响烟叶的外观质量和内在品质。在烘烤过程中，各分割区段处理烟叶的PPO活性明显低于整叶烘烤，说明将烟叶进行分割区段处理可以降低叶内PPO活性，从而在一定程度上抑制酶促棕色化反应的发生，减少烟叶褐变现象的出现。

在烘烤过程中，POD通过催化H2O2与其他底物反应，清除植物细胞中的活性氧，起到防止叶片氧化衰老的作用，同时，在酶促棕色化反应和类胡

萝卜素降解过程中发挥重要作用[8，24]，当POD活性较高时，可以延长细胞活动时间，更有利于物质转化。从本试验结果可以看出，变黄期整叶烘烤叶片的POD活性高于分割区段处理，定色期后分割区段处理的POD活性下降速率较整叶烘烤慢，活性高于整叶烘烤，说明分割区段处理可以相对提高定色期POD活性，更好地抑制烟叶氧化过度以及酶促棕色化反应的发生。

4 结 论

随着烘烤的进程，不同分割区段处理叶内生理变化规律与整葉大体相似，但在不同烘烤关键阶段存在一定差异。综合来看，与整叶烘烤相比，分割区段烘烤使烟叶失水加快；叶基叶绿素和类胡萝卜素含量较高且降解较慢，叶中、叶尖基本相近；在开烤至42 ℃末3个区段的淀粉酶活性较高；42 ℃之后3个区段的PPO活性差别不大且明显低于整叶；变黄中后期叶基段POD活性较低，定色阶段叶中、叶基和叶尖段稍高。此研究为不同分割区段烟叶的烘烤工艺参数优化调控提供了理论依据。

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