不同部位烟叶烘烤过程中颜色与化学成分之间的关系研究

2018-11-28马留军李峥

天津农业科学 2018年9期

马留军　李峥

摘要：以烤煙品种K326的上部叶、中部叶和下部叶为试验材料，分别于烘烤过程中各关键温度点取样测量颜色指标（亮度值 L*、红绿值 a*、黄蓝值 b*、彩度值 C*、色相角 H、SPAD值）和主要化学成分（总糖、还原糖、烟碱、总氮、蛋白质、淀粉），以探究不同部位烟叶烘烤过程中颜色变化与主要化学成分之间的相关关系。结果表明：烟叶部位由上至下，其颜色指标与各化学成分之间的相关项由强变弱。上部烟叶红绿值 a*与总糖和还原糖含量极显著正相关，与蛋白质和淀粉含量分别呈显著和极显著负相关，色相角 H则与红绿值 a*相反，SPAD值与总糖和还原糖含量分别呈极显著和显著负相关，与淀粉含量显著正相关；中部烟叶亮度值 L*、红绿值 a*、彩度值 C*均与还原糖含量显著正相关，红绿值 a*、色相角 H分别与淀粉含量呈显著负相关和显著正相关，SPAD值与总糖含量显著负相关；下部烟叶色相角 H与总糖和还原糖含量极显著负相关，与总氮和淀粉含量分别呈显著和极显著正相关，SPAD值与淀粉含量显著正相关。

关键词：烟叶烘烤；部位；颜色指标；化学成分；相关性

中图分类号：S572 文献标志码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.09.016

Study on the Relationship between Color and Chemical Components in Different Positions of Tobacco Leaves during Curing Process

MA Liujun1，LI Zheng2，ZHANG Ruiya3，CUI Qingwei1， ZHENG Dengfeng3， CAO Tingmao3， LIU Qiong3

（1. China Tobacco Zhejiang Industrial Company Limited，Hangzhou， Zhejiang 310004， China；2. College of Tobacco，Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450002， China； 3. Bijie Tobacco Company of Guizhou Provance， Bijie， Guizhou 551700， China）

Abstract： In order to explore the correlation between color change and main chemical components in tobacco leaves at different positions， the upper， middle and lower leaves of flue-cured tobacco variety K326 were used as test materials， and the color indices including L*， a*， b*， C*， H and SPAD， and the main chemical components content including total sugar， reducing sugar， nicotine， total nitrogen， protein， starch were measured at each key temperature points of the baking process. The results showed that from the upper leaves， middle leaves to the lower leaves， the correlation between color indices and chemical components decreased from strong to weak. In the upper tobacco leaves， the color index a* was positive correlated with total sugar and reducing sugar content significantly but negative correlated with protein and starch content significantly； the color index H was opposite to the color index a*； the SPAD value was negative correlated with total sugar and reducing sugar content significantly but positive correlated with starch content significantly. In the middle tobacco leaves， the color indices L*， a* and C* of were positive correlated with the reducing sugar content significantly； the starch content was negative correlated with the color index a* significantly but positive correlated with the color index H； the SPAD value was negative correlated with the total sugar content significantly. In the lower tobacco leaves， the color index H was negative correlated with the contents of total sugar and reducing sugar significantly but positive correlated with the contents of total nitrogen and starch significantly； there was a significant positive correlation between SPAD value and starch content.

Key words：tobacco flue-curing；leaf position；color indicators；chemical composition；relevance

烟叶烘烤过程中的颜色变化一直以来是烘烤操作人员设定烤房温湿度的主要依据之一。而烟叶表面颜色的变化实质上是内在复杂的生理生化反应的综合呈现，与烟叶内化学成分含量密切相关[1-3]。随着现代仪器技术的不断发展，对于烟叶表面颜色变化的研究也逐步实现精准化和数字化，目前应用最为广泛的为CIE色度系统，通过计算机图像处理及色差仪量化达到识别烟叶表面颜色特征的目的[4-5]。有关烤烟颜色与化学成分之间的关系也有许多学者进行了相关研究[6-8]，贺帆等[9]研究了NC89中部叶表面颜色参数与主要化学成分之间的关系，结果表明可通过颜色参数实现内在化学成分的精准预测；裴晓东等[10]研究了烘烤过程中烤烟上部叶颜色参数与主要化学成分变化的关系，结果表明叶片的L*、a*、H与各化学成分指标的相关性均达到显著或极显著水平；霍开玲等[11]以不同成熟度的下部叶为试验材料，研究结果表明不同处理烟叶的颜色参数L* 与淀粉、总氮含量呈极显著负相关，a*与总酚呈显著正相关，H与总酚显著负相关。但有关不同部位烟叶烘烤调制过程中颜色参数与主要化学成分指标变化规律及其关系的相关报道较少。

本研究针对烤烟上部叶、中部叶和下部叶，通过对烘烤过程中各关键温度点烟叶颜色参数及叶片内主要化学成分含量进行测定，探讨不同部位烟叶的颜色与化学成分变化的关系，旨在为科学快速的判断烘烤过程中的颜色和内在化学物质的变化，进而为优化烘烤工艺奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 供试材料及试验设备

试验于2017年6—8月在湖南省桂阳县进行。试验田土壤质地为水稻土，土壤肥力中等。供试烤烟品种为K326，种植株行距为50×110 cm。选取下部叶（第4～6位叶）、中部叶（第10～12位叶）、上部叶（第16～18位叶）分别于移栽后70，85，120 d进行采收。

烟叶烘烤设备采用福建省烤房设备公司设计制造的KCKY-A型智能烘烤箱，装烟密度为70 kg·m-3；采用深圳汉谱光彩科技有限公司生产的HP-C210精密色差仪测量烟叶表面颜色特征值；采用日本Minolta公司生产的SPAD502叶绿素仪确定烟叶叶绿素的相对含量。

1.2 试验设计

烟叶烘烤按照三段式烘烤工艺进行，分别在烘烤过程中干球温度达到30（鲜烟叶），38，42，45，48，54，60，68 ℃末（烤后样）时取样，每次选取颜色、大小具有代表性的完整烟叶26片，平均分成两组。一组用于烟叶表面颜色特征值以及SPAD含量的测定，另一组用于烟叶主要化学成分含量的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 颜色特征值和SPAD的测量烟叶表面颜色特征值和SPAD的测量参照霍开玲等[12]方法进行，选取烟叶1/4、1/2、3/4处对称的6个位置作为测量点，测量点距离主脉约5 cm。其中颜色特征值的测量包含叶片正面和背面共12个测量点，测量指标包括：亮度值L*、红绿值a*、黄蓝值b*、彩度值C*、色相角 H共5项指标。

1.3.2 主要化学成分测量烟叶样品中的还原糖、总糖、总氮、淀粉、蛋白质等化学成分指标含量采用流动分析法测定，烟碱采用分光光度法测定。各项化学成分参照标准如下：还原糖（YC/T 216-2007）、总糖（YC/T 159-2002）、总氮（YC/T 160-2002）、淀粉（YC/T 216-2013）、蛋白质（YC/T 249-2008）、烟碱（GB/T 23225-2008）。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2013软件进行试验数据的统计和整理，采用DPS 9.50软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 烟叶烘烤过程中各项颜色指标变化

从表1可以看出，不同部位鲜烟叶样品（30 ℃）的亮度值L*和红绿值a*均表现为上部叶>下部叶>中部叶；黄蓝值 b*和彩度值C*表现为下部叶>上部叶>中部叶；色相角 H表现为中部叶>下部叶>上部叶；SPAD值表現为上部叶>中部叶>下部叶。其中亮度值L*、黄蓝值b*、彩度值C*和色相角H各部位烟叶之间差异均达到显著水平，红绿值 a*在上部叶与中部叶之间差异显著，下部叶与二者之间差异均不显著， SPAD值在上部叶与中部叶之间差异不显著，二者与下部叶差异显著。

在烘烤调制过程中，烤烟亮度值L*在上部烟叶呈先升高后降低的趋势，至45 ℃末时达到最大值，在中部和下部烟叶呈升高-降低-升高-降低的双峰趋势，分别于42 ℃末和54 ℃末达到峰值，其中前者高于后者；红绿值 a*在上部烟叶呈升高-降低-升高的趋势，至68 ℃末达到最大值，在中部叶变化趋势与亮度值 L*一致，在下部叶呈先升高后降低的趋势，至42 ℃末时达到最大值；黄蓝值b*在上部和中部烟叶均呈先升高后降低的趋势，均与45 ℃末时达到最大值，在下部烟叶呈升高-降低-升高-降低的双峰趋势，分别于38 ℃末和45 ℃末达到峰值，其中前者高于后者；彩度值 C*上部和下部烟叶均表现为升高-降低-升高-降低的双峰趋势，上部烟叶于45 ℃末和60 ℃末而下部烟叶于38 ℃末和48 ℃末达到峰值，前峰值均高于后峰值，中部烟叶呈升高-降低-升高的趋势，其中以45 ℃末时彩度值 C*最高；色相角 H呈降低-升高-降低的趋势，分别于45 ℃末、60 ℃末和54 ℃末达到最大值； SPAD值呈下降趋势，在烘烤开始至38 ℃末时下降最快，上部、中部和下部烟叶分别于48，45，42 ℃末达到最小值0。

烘烤结束后，亮度值L*表现为中部叶>下部叶>上部叶，其中中部叶与上部叶差异显著，下部叶与二者之间差异均不显著；红绿值a*、黄蓝值 b*和彩度值C*表现为上部叶>中部叶>下部叶，其中红绿值 a*在不同部位烟叶间差异均达显著水平，而黄蓝值b*和彩度值C*在不同部位烟叶间差异均未达显著水平；色相角 H表现为下部叶>中部叶>上部叶，其中下部叶与上部叶和中部叶差异显著，后二者之间差异不显著；各部位烟叶烤后的SPAD值均为0。

2.2 烟叶烘烤过程中主要化学成分变化

由表2可知，不同部位鲜烟叶样品主要化学成分含量中，总糖、还原糖表现为下部叶>上部叶>中部叶；烟碱、总氮和蛋白质表现为上部叶>中部叶>下部叶；淀粉含量为上部叶>下部叶>中部叶。其中，总糖、还原糖和总氮含量在不同部位烟叶之间差异不显著；烟碱和蛋白质含量在上部叶与下部叶之间差异达到显著水平，中部叶与二者差异均不显著；淀粉含量在上部叶与中部叶之间差异显著，下部叶与二者差异均不显著。

在烘烤过程中，除上部叶还原糖含量呈升-降-升的趋势外，其他各部位烟叶的总糖和还原糖含量均表现为不断上升的趋势；烟碱在上部烟叶，总氮在上部和下部烟叶，以及蛋白质在上部和中部烟叶呈降低-升高-降低的趋势，其他各部位烟叶的总氮、蛋白质和淀粉含量则呈逐渐下降的趋势。烤后烟叶样品中，总糖和淀粉含量表现为上部叶>下部叶>中部叶，但不同部位烟叶间差异不显著；还原糖、烟碱、总氮和蛋白质含量表现为上部叶>中部叶>下部叶，其中总氮含量在不同部位烟叶间差异均不显著，其他3项指标在上部叶和下部叶之间差异显著，中部叶与二者差异均不显著。

2.3 颜色指标与主要化学成分的相关性分析

由表3可知，烟碱含量与各项颜色指标，以及黄蓝值b*与各项化学成分的相关性均未达显著水平。就上部烟叶而言，红绿值 a*与总糖和还原糖含量呈极显著正相关，而与蛋白质和淀粉含量分别呈显著和极显著负相关；色相角H则相反，与总糖和还原糖含量极显著负相关，而与蛋白质和淀粉含量分别呈显著和极显著正相关；SPAD值与总糖和还原糖含量分别呈极显著和显著负相关，而与淀粉含量呈显著正相关。就中部烟叶而言，亮度值L*、红绿值a*、彩度值 C*均与还原糖含量呈显著正相关；红绿值a*、色相角 H与淀粉含量分别呈显著负相关和显著正相关；SPAD值与总糖含量呈显著负相关。就下部烟叶而言，色相角 H与总糖和还原糖含量呈极显著负相关，与总氮和淀粉含量分别呈显著和极显著正相关；SPAD值与淀粉含量呈显著正相关。综合说明，烟叶部位由上至下，其颜色指标与各化学成分之间的相关项由强变弱。

3 结论与讨论

不同部位烟叶在生长过程中所处生态环境存在差异，使不同部位烟叶的组织结构、水分含量、干物质积累等方面存在不同，导致烟叶的烘烤特性各不相同，在烘烤过程中对于各阶段温湿度的响应情况也有较大的差别[13-14]。从烟叶采收原则来看，各部位烟叶采收时间存在差异，下部叶应适时早收，中部叶应成熟采收，上部叶则需充分养熟后采收[15]。因此，不同部位的鲜烟叶样品在各项颜色指标与主要化学成分含量方面各不相同。

本研究对烤烟品种K326不同部位烟叶在烘烤过程中的颜色和主要化学成分含量的变化及二者之间的关系进行探究，结果表明：各部位烟叶的颜色指标均在鲜烟叶至42 ℃之间变化幅度最大，也就是说此时期烟叶颜色变化最为明显。从数值来看，烟叶由青转黄的过程，下部叶最容易发生，其次为中部叶，上部叶最难。主要化学成分的变化也主要集中在42 ℃之前，其中以还原糖和总糖的变化幅度最为明显，其次为淀粉含量，烟碱、总氮、蛋白质的变化则较为平缓。相关性分析表明，K326品种的上部叶颜色指标与化学成分之间的相关性最好，下部叶的相关性最弱，与王涛等[16]的研究结果有所不同，可能是由于品种、生态、烘烤工艺等因素的不同所致；各项颜色指标与总糖、还原糖和淀粉含量具有较强的相关性，其次为总氮和蛋白质含量，相关性最差的指标为烟碱含量。本研究虽然初步确定了K326品种不同部位烟叶烘烤过程中各项颜色指标与主要化学成分之间的关系，但只是针对湖南桂阳烟区的烟叶样品，今后可进一步扩大样本数目，对颜色与化学成分之间的相关性做进一步验证与分析。

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