烤烟烘烤特性评价及其指标筛选

李淮源，陈建军*，周 诚,2， 钟俊周，文国宇

(1.华南农业大学，广东 广州 510642；2.深圳烟草工业有限责任公司，广东 深圳 518109；3.广东烟草韶关市有限公司，广东 韶关 512000)

【研究意义】烟叶烘烤特性是指烟叶在农艺过程中获得的与烘烤技术和效果密切相关的自身所固有的特性，包括烟叶失水变黄和定色规律以及各种变化规律之间的相互协调性等[1-3]。【前人研究进展】关于烘烤特性评价指标的研究，前人开展了大量的工作。有研究表明，易烤性好的烟叶叶黄素和类胡萝卜素含量较高，易烤性差的叶绿素含量较高[4]。因而叶绿素的分解速率成为评判烟叶易烤性的重要指标[5]，研究者提出了变黄指数[5]、单位时间内类胡萝卜素与叶绿素比值的平均增值[6]等作为衡量烟叶易烤性的指标。由于多酚氧化酶在烘烤过程中决定烟叶的色泽和内在质量，因此作为判断烤烟耐烤性的关键酶类[7]。唐经祥等[8]提出了用标准凋萎、变黄、定色、褐化的时间及其比值作为衡量烟叶烘烤特性的指标。王传义等[2]在三段式烘烤工艺条件下研究了不同烤烟品种烘烤特性，提出了采用色素降解速率及降解量、失水均衡性及暗箱烟叶变黄时间判断易烤性，采用PPO 活性、暗箱烟叶变褐时间判断耐烤性。【本研究切入点】本研究在分析烘烤过程中与烘烤特性相关的多个农艺性状及生理生化指标的基础上，对烘烤特性进行综合评价，【拟解决的关键问题】试图明确其烘烤特性评价中可借鉴的性状指标及简单、可靠的方法。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用6个烤烟(NicotianatabacumL.)品种(系)为供试材料，分别为：K326、粤烟97、岩烟97、华烟06、华烟12、韶烟1号，种子由广东省烟草南雄科学研究所提供。试验于2012-2013年在广东省韶关市始兴县马市镇安水村进行。试验地为水田，肥力中等，前茬为水稻。其土壤的基本理化性质为：pH 5.11，有机质2.23 %，全氮0.15 %，全磷0.13 %，全钾2.83 %，碱解氮98.12 mg·kg-1，速效磷20.19 mg·kg-1，速效钾70.65 mg·kg-1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理 以品种为试验因素，采用完全随机区组排列。设6个处理，重复3次，共计18个小区，株行距为0.55 m×1.1 m。大田管理按照《广东烟草韶关市有限公司烤烟生产技术方案》执行。各处理烟叶成熟采收后，按南方三段式烘烤工艺进行烘烤。

1.2.2 取样方法 分别于烘烤开始和烘烤后12、24、36、48、60、72 h取样，每次每小区取叶3片，立即用保鲜袋封口，随后进行分析。将一半除去叶尖和叶基部留叶中部分用于测定鲜样指标，另一半在105 ℃杀青15 min后80 ℃烘干，粉碎后用于测定其他指标。在烘烤前另取部分烟叶用于做测定比叶重和水分。烤后原烟全部留样，进行外观质量评价和分级。

1.3 测定项目与方法

采用分光光度法测定叶绿素及类胡萝卜素含量[9]；采用邻苯二酚氧化分光光度法测定多酚氧化酶(PPO)活性[10]；根据杀青烘干法和称重法测定烟叶含水量、自由水和束缚水，计算比叶重。参照烤烟品种烘烤特性评价标准(YC/T 311-2009)计算色素降解速率，失水速率、失水均衡性[10]。烟叶采收烘烤时，按小区按叶位单收，分开挂竿烘烤，按国家烤烟分级标准(GB2635-1992)对烤烟进行分级(表1)。

1.4 统计分析

采用 Microsoft Excel 2010、SPSS 22.0 软件，运用方差分析法进行数据处理，采用邓肯氏新复极差法进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 不同烤烟品种(系)烟叶相关性状指标的差异分析

表2中列出了烘烤前后不同品种烟叶的相关性状指标。不同品种烟叶均是成熟采收，但不同品种鲜烟叶性状有较大差异，鲜烟比叶重、鲜烟含水量、自由水与束缚水比值和鲜干比品种间差异较大。在密集烘烤条件下采用南方三段式烘烤工艺调制，烘烤过程中，不同品种烟叶除失水均衡性无显著差异外，色素降解速率、平均失水速率、PPO活性平均值等都有不同程度的差异。烤后烟叶中上等烟比例除韶烟1号和华烟12差异不显著外，品种间差异显著。说明不同品种烟叶的烘烤特性是存在差异的。

表1 烘烤特性鉴定指标及对应编号

表2 不同烤烟品种(系)烟叶相关性状指标差异分析

注：表中数据的方差分析为邓肯氏新复极差法，同列数据具有不同字母的两数据之间差异达到5 %的显著水平，具有相同字母的两数据之间差异未达到5 %的显著水平

Note:Duncan multiple range test was used in ANOVA, values followed by different lowercases are significantly different at 0.05 level，and values followed by same lowercases are not significantly different at 0.05 level.

表3 相关性状与烘烤指数的相关分析

注：*表示P=0.05水平相关，**表示P=0.01水平相关，表中X1～X14代表测定的性状指标，与表1中的性状编号一致。

Note:* means significant correlation at 0.05 level，** mean significant correlation at 0.01 level ，andX1-X14are the codes of relevant traits, corresponding with the codes given in table 1.

2.2 相关分析

烘烤效果的好坏是以烤后烟叶质量及经济性状来评判的。中上等烟比例是烟叶的主要经济性状之一，是指经烟叶分级后，中等烟和上等烟所占的比例，在一定程度上反映了烟叶的品质。因此本文选用中上等烟比例来评价南方三段式工艺下不同品种烟叶的烘烤效果，命名为烘烤指数，再用各相关性状指标与烘烤指数作相关分析，由表3表明，烘烤指数与鲜烟自由水：束缚水、叶绿素平均降解速率、前48 h叶绿素降解速率和前48 h类胡萝卜素降解速率呈极显著正相关；烘烤指数与鲜烟含水量和鲜干比呈显著正相关。

2.3 主成分分析

由表4可知，按照数量的确定原则(特征值大于1)提取前4个主成分，特征值中4个成分的累积贡献率已达到88.85 %，其中前4项综合指标的贡献率分别为39.07 %、26.15 %、13.38 %和10.25 %。第1主成分是鲜烟含水量、鲜干比、叶绿素平均降解速率、前48 h叶绿素降解速率、前48 h类胡萝卜素降解速率和平均失水速率，与烘烤特性关系密切；第2主成分是类胡萝卜素平均降解速率、48～72 h类胡萝卜素降解速率和PPO活性平均值，也是比较有效的评价烘烤特性的指标；第3主成分是48～72 h叶绿素降解速率，第4主成分是面积收缩率，可作参考指标。这些指标中，鲜烟自由水：束缚水、叶绿素平均降解速率、前48 h叶绿素降解速率和前48 h类胡萝卜素降解速率与烘烤指数呈极显著正相关，鲜烟含水量和鲜干比与烘烤指数呈显著正相关(表3)。因此，鲜烟含水量、鲜干比、叶绿素平均降解速率、前48 h叶绿素降解速率和前48 h类胡萝卜素降解速率是评价烟叶烘烤特性的有效指标。

表4 不同品种(系)烟叶性状指标的系数及贡献率

2.4 逐步回归分析

以中上等烟比例为因变量(Y)，以主成分分析后具有较高荷载量的5个指标为自变量(X)，各自变量(X)进行多元线性逐步回归分析，确定各项指标对中上等烟比例的相对重要性。再经过共线性检验。得到回归方程为Y= -110.719+ 135.325X6+ 0.418X10，R2= 0.862，F= 46.845，回归模型所有变量和常数项的显著性概率都小于0.05，均通过显著性检验。说明叶绿素平均降解速率和前48 h类胡萝卜素降解速率可作为评价烟叶烘烤特性的关键指标。

3 讨论与结论

烟叶烘烤特性包括“易烤性”和“耐烤性”两个方面[11]。烟叶的“易烤性”主要反映烟叶的变黄特性，也反映变黄后定色的难易程度，即指烟叶在烘烤过程中水分变化、颜色变化以及物质转化的速度和人为控制的难易程度[12]。烟叶的“耐烤性”主要指烟叶在定色阶段和干筋阶段对烘烤环境(温湿度)的敏感性和耐受性。凡是对定色环境不敏感、不易褐变的烟叶，即属于耐烤性好，否则为不耐烤。本文提出以烤后烟叶中上等烟比例作为落脚点来评价烘烤特性，通俗地讲，烤出的好烟多，烘烤特性就好，否则被称为烘烤特性差或较差。本文刷选出的性状指标是反映烘烤过程中烟叶生理生化变化规律的主要指标，具有简单、实用、直观、较易测定等优点。

烟叶烘烤调制过程并不是简单的失水干燥过程，而是其与生物化学变化过程的统一，水分是各种生理生化变化不可缺少的因素，烟叶组织中的水分状况直接影响着各种生理生化转化过程[11]。烟叶中的水分是以自由水和束缚水两种不同的状态存在，自由水与束缚水含量的高低与植物组织代谢活动有密切关系，是决定烟叶失水速率的重要因素之一[13]。自由水含量低脱水困难[14]。自由水与束缚水比值高，失水速率较高，烟叶内的酶活性较高，烘烤过程中易发生酶促棕色化反应[15]。因此鲜烟含水量、失水速率和失水均衡性等性状指标可作为烘烤特性的评价指标。

烟叶烘烤过程中最直观、最明显的现象是叶色逐渐由绿变黄，其实质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[6,16-17]。也有研究表明类胡萝卜素的降解速度与水分含量呈极显著正相关，而与总糖和还原糖含量呈极显著负相关关系[18]。Burton等[19]还证实烘烤过程中约有15 %的β-胡萝卜素转化成为挥发性成分。黄维等[20]指出在烘烤的0～12 h内，适熟烟叶中的叶绿素、类胡萝卜素分解产物均呈增加趋势，可显著改善烟叶香气质。淀粉等大分子物质的降解转化与叶绿素的降解同步进行，烟叶变黄程度可直观反映淀粉等物质的降解程度。因此以色素降解速率作为烘烤特性的评价指标是具有理论基础的。

烟叶PPO 活性的高低与品种烘烤特性中的耐烤性存在着极为密切的关系[21]。烟草在烘烤过程中，多酚类物质在氧化酶(主要是多酚氧化酶)作用下发生酶促棕色化反应，产生大量棕色色素。不同烤烟品种烟叶定色特性的好坏很大程度上取决于烟叶内发生酶促棕色化反应的程度，烘烤过程中如果温度、湿度不能合理控制，则多酚氧化酶会引起烟叶过度褐变，严重影响烟叶外观色泽和内在质量，大大降低其工业可用性[22]。同时只有水分控制得当，PPO活性并不是影响烘烤特性的关键因素。

烟叶烘烤特性不仅与品种、生态条件、肥料水平有关，而且与烘烤工艺有关，是一个受多种因素影响的复杂的数量性状。用单一指标或某几个指标难以全面准确地反映烘烤特性，本文采用相关分析、主成分分析和逐步回归分析方法得出，叶绿素平均降解速率和前48 h类胡萝卜素降解速率是评价烘烤特性的关键指标，其他相关性状指标如鲜烟含水量、鲜干比、前48 h叶绿素降解速率也是有效评价指标。但各指标定量范围是多少，还需进一步的试验验证。