烤烟红花大金元不同素质上部烟叶烘烤特性研究

高娅北，娄晓平，张保全，孙占伟，周中宇，赵东方，赵贵斌，邱 坤 *

(1. 河南农业大学烟草学院, 河南 郑州 450002；2.浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310004；3.河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450016；4.贵州省黔东南州烟草公司，贵州 凯里 556000)

【研究意义】烤烟上部叶产质量对烤烟的总体产质量意义重大，是卷烟上水平优质原料的保障[1]。但是目前上部烟叶往往在烘烤过程中伴随易烤青、烤黑、失水难、不易定色等问题，降低了其工业可用性，给各烤烟产区带来较大的经济损失[2]。研究表明，产生这些问题的主要原因之一是由于田间特殊的生态环境以及不当的栽培管理措施，这使上部叶烟叶素质产生较大差异[3]，从而给烘烤带来很大难度。因此根据不同上部叶自身素质改善烘烤技术可提高上部烟叶的烘烤质量，不仅可降低烟农的经济损失，而且减少烟叶资源的浪费，对提高上部叶的可用性，使烟草行业健康发展有重要意义。【前人研究进展】目前，国内外学者对关于改善上部叶烘烤技术从而提高其可用性方面进行了大量研究，詹军等[4]通过采用低温变黄烘烤工艺提高了上部烟叶的香气质量，在一定程度上提高了上部烟叶的烘烤质量；许自成等[5]通过采用上部叶带茎烘烤的方法，明显提高了烤后烟叶的外观质量和经济效益；但是目前的研究多集中在关于直接调整烘烤干湿球温度改变烘烤工艺[6-7]或是改变田间采烤办法[8-10]等方面，针对于上部叶素质不同对其烘烤特性影响的研究较少。【本研究切入点】烤烟烘烤特性是衡量烤烟难易程度的重要指标，是制定烘烤工艺的重要依据，因此本文针对不同素质上部烟叶的变黄特性、失水特性以及烘烤过程中烤烟水分、颜色、色素的动态变化与多酚氧化酶活性等指标动态变化进行了研究。【拟解决的关键问题】旨在为解决不同素质上部烟叶的烘烤问题提供科学依据，从而减少烘烤损失、增加烟叶产量、提高烟叶内在品质，为精准制定烘烤工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年在云南省大理州弥渡县红花大金元科研基地进行，供试品种为红花大金元，部位为上部叶(16～18叶位)，种植于烤烟栽培塑料大棚内，土壤肥力条件中等，pH=7.06，有机质30.25 g/kg，碱解氮128.04 g/kg，速效磷37.22 g/kg，速效钾200.12 g/kg，烟株现蕾期进行统一打顶，每株打顶后留叶数18～20片。模拟大田生长生态条件，通过人为控制光照、温度、水分、养分等生长因素，从而形成不同特殊素质烟叶。利用福州东辉自动化科技有限公司生产的电加热式智能烟叶烘烤柜进行烘烤试验(装烟密度为31.25 kg/m3)。

1.2 试验设计

试验通过参照2015-2016年所采集的大理州弥渡县烟草生育期不同生态条件下的烟叶素质数据，结合李生栋等[11]、宫长荣[12]、朱佩等[13]的研究，按照不同特殊素质烟叶形成原因设置4个处理：CK、正常烟叶(灌溉方式为沟灌，伸根期、旺长期、成熟期灌溉量分别为12、16、12 mm·次-1，每个生育阶段灌溉10次；施氮量4g·株-1)，T1、返青烟叶(打顶后30 d前正常管理，打顶30 d后利用大棚中人工降雨模拟器(DIK-6000)进行人工模拟降雨，设置雨淋强度10 mm·h-1，持续5 d，每天持续12 h，降雨同时采用遮阳网进行50 %遮阴处理，其他栽培管理措施与CK相同)，T2、多雨寡日照烟叶(旺长期前正常管理，进入旺长期采用遮阳网进行50 %遮阴处理，同时利用大棚中人工降雨模拟器进行人工模拟降雨，设置雨淋强度10 mm·h-1，每天间隔4 h向烟株进行2 h人工降雨，其他栽培管理措施与CK相同)，T3、过量施肥烟叶(施氮量8 g·株-1，其他栽培管理措施与CK相同)，按照正常烟叶成熟落黄时间进行统一采收，按照三段式烘烤工艺进行烘烤试验。

1.3 测定方法

参照烤烟品种烘烤特性评价行业标准YC/T311-2009进行暗箱试验，每隔12 h记录烟叶变黄成数 (Y)、变褐成数(B)以及测定次数(n)，进行烟叶变黄指数(YI)、变褐指数计算(BI)，YI=∑Y/n值越大，变黄越快，BI=∑B/n值越大，变褐越快；参照张国超等[14]的方法每隔12 h测定烟叶失水量，进行烟叶失水与变黄协调性的计算，其中，K1=失水30 %时间/变黄十成时间，值越接近1，烟叶失水与变黄协调性越好，K2=(失水50 %时间-失水30 %时间)/(变褐30 %时间-变黄十成时间)，K2越小，越容易定色；采用烘箱法[15]测定烟叶含水率；采用80 %丙酮提取法[16]进行烟叶色素含量测定；采用酸解法[17]进行烟叶淀粉含量测定；采用邻苯二酚氧化法[18]进行烟叶多酚氧化酶活性的测定；烤后烟叶等级质量根据烤烟国标GB2635-92进行统计；重复3次。

1.4 数据分析

运用Microsoft Excel 2010进行试验结果统计，运用Origin 2018进行绘图，运用DPS对数据进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 暗箱条件下烟叶烘烤特性变化

2.1.1 变黄特性 由图1可知，在相同暗箱条件下，T2烟叶较其他处理变黄较快，在采后60 h内就完成了变黄；CK、T1变黄趋势较为一致，在采后变黄速度一直较为缓慢直至完全变黄，但在采后36 h内T1变黄速度稍快于CK，在采后72 h时CK、T1完全变黄；T3在采后变黄速度较慢，直至108 h才达到完全变黄，变黄指数为T2>CK>T1>T3(表1)，由此可见，各处理烟叶易烤性为T2>CK>T1>T3；T2变褐速度较快，在96 h前褐变程度远高于其他处理，变黄与变褐同时进行；CK、T1变褐趋势几乎一致，均表现为褐变开始时间较晚，在采后72～108 h期间变褐速度较快，而后减慢的趋势；T3褐变开始时间较早，但变褐速度一直较为缓慢，在采后168 h褐变只达到8成左右，各处理间褐变指数为T2>T1>CK>T3(表1)，由此可见，各处理烟叶耐烤性为T3>CK>T1>T2。

图1 在暗箱条件下各处理烟叶颜色变化Fig.1 The color changes of tobacco leaves under different conditions in black box condition

2.1.2 失水特性 由图2可见，各处理烟叶在暗箱条件下随着时间的增加，烟叶失水量也逐渐增加。T2烟叶失水最快，在采后各时间段失水率均大于其他处理烟叶，采后120 h时失水率达到60 %；在采后60 h前，CK、T1失水率差别较小，而后CK失水量增加，在采后60～108 h之间失水率高于T1；T3烟叶在采后24 h前失水率与CK几乎一致，但随后出现了较难失水的现象，失水率与其他处理相比一直保持较低的水平。可见在相同条件下，各处理烟叶失水难易程度为：T2>CK>T1>T3。

表1 暗箱条件下各处理烟叶变黄指数、变褐指数

注：同一列检测指标不同字母表示在0.05水平上存在显著差异，下同。

Note: Different letters of the same column indicate significant difference (P< 0.05).The following tables are the same.

2.1.3 变黄与失水协调性 从表2可见，不同处理烟叶间K1和K2值存在较大差异。K1值表现为T2>1>CK>T1>T3，在同等暗箱试验条件下，T2失水速度落后于变黄速度，而CK、T1、T3则表现为变黄速度落后于失水速度，其中CK在失水与变黄协调性方面表现最好，T3表现最差；K2值表现为：CK

2.2 烘烤过程中烟叶烘烤特性变化

2.2.1 烘烤过程中烟叶失水特性 由图3可见，各处理烟叶在烘烤过程中烟叶水分表现出相似的变化规律，都为先慢后快的变化规律，T2烟叶在72 h前失水量较小，而后失水加剧，含水率迅速下降在120 h时下降至15 %左右，在烘烤过程中各时期含水率均高于其他3个处理；CK、T1烟叶在60 h前失水量较小，而后迅速失水，T1失水速度略高于CK，但总体上CK烟叶含水率在烘烤过程中高于T1；T3烟叶在36 h前失水量较小，而后失水速度加快，期间其烟叶含水率低于其他处理烟叶，在84 h时含水率降低至一较低水平，而后失水速度减慢。可见，在烘烤过程中各处理烟叶失水主要集中于变黄后期及以后，而特殊素质烟叶在烘烤过程中与常规烟叶相比失水波动性较大，这可能是由于各烟叶组织结构差异较大引起的。

图2 暗箱条件下各处理烟叶水分变化Fig.2 Changes of moisture in tobacco leaves under dark-box conditions

Table 2 The yellowing and water loss coordination of treated tobacco leaves under dark-box condition

处理TreatmentK1K2CK0.96±0.03b1.73±0.09dT10.91±0.04b2.04±0.09cT21.14±0.02a2.22±0.03bT30.78±0.04c2.79±0.06a

图3 烘烤过程中各处理烟叶总水分含量的变化Fig.3 Changes of total moisture content of tobacco leaves treated during curing

图4 烘烤过程中各处理烟叶色素含量变化Fig.4 Changes of pigment content in tobacco leaves during curing

2.2.2 烘烤过程中烟叶变黄特性 由图4可见，在烘烤过程中各处理烟叶叶绿素含量都呈现逐渐下降的趋势，且在48h前下降速度较快，而后较缓慢，其中T2鲜烟叶叶绿素含量较高，但在烘烤过程中降解速度较快，除去变黄前期各处理间叶绿素含量基本表现为T3>T1>CK>T2的情况；各处理间烟叶叶绿素a含量呈现逐渐下降的趋势，除局部波动外，各处理间叶绿素a含量基本表现为T3>T1>CK>T2的情况；除却局部波动外各处理烟叶叶绿素b含量基本呈现出逐渐下降的趋势，T2鲜烟叶叶绿素b含量显著高于其他处理，但在烘烤过程中降解速度较快，T3烟叶烘烤过程中除烘烤前期叶绿素b含量显著高于其他处理烟叶，T1、CK间含量差异较小，总体表现为T3>T1>CK>T2；在烘烤过程中各时间段T3烟叶类胡萝卜素含量都显著高于其他处理，CK、T2烟叶类胡萝卜素含量差异较小，但CK含量略高于T2，二者变化趋势几乎一致，T1烟叶在烘烤前期类胡萝卜素含量较高，但下降速度较快，在48 h后含量低于其他处理。可见，在烘烤过程中特殊素质烟叶与常规烟叶的色素降解速度相比较慢。

2.3 烘烤过程中各处理烟叶淀粉含量变化

由图5可见，烘烤过程中各处理烟叶淀粉含量呈逐渐下降趋势，在烘烤前期快速降解而后降解速度变慢，各处理烟叶淀粉含量表现为T3> T1> CK >T2。可见，特殊素质烟叶淀粉在烘烤过程中降解速度较慢，可能是烟叶失水特性之间的差异影响了淀粉降解代谢，在变黄期适度失水量加快各处理烟叶淀粉代谢，而T1、T3定色期失水程度较高从而抑制其淀粉代谢，T2烟叶淀粉含量较低可能是由于光照不足，碳代谢较弱引起的。

2.4 烘烤过程中各处理烟叶PPO活性变化

由图6可以看出，随着烘烤时间的增加，烘烤温度及烟叶失水量也逐渐增加，各处理烟叶的多酚氧化酶活性表现出先上升后下降的变化趋势，除局部波动外各处理多酚氧化酶活性变化趋势基本一致，在变黄后期及定色前期由于适宜的环境温湿度及烟叶含水量，烟叶多酚氧化酶保持较高的活性，在定色后期随着烤房温度的进一步升高以及烟叶失水程度的加剧，烟叶的综合环境条件已不适宜多酚氧化酶的生存，所以其活性在这期间快速降低，在干筋阶段烟叶内多酚氧化酶几近失活。在烘烤过程中各处理烟叶多酚氧化酶间活性表现为：T2>T3>T1>CK，可见不同特殊素质烟叶酶促棕色化反应发生程度为T2>T3>T1。

图5 烘烤过程中各处理烟叶淀粉含量变化Fig.5 Changes of starch content in tobacco leaves during curing

2.5 烤后烟叶经济形状

由表3可见，各处理烤后烟上、中等烟比例表现为CK>T1>T2>T3，其中CK显著大于T1、T2、T3；各处理烤后烟橘色烟比例表现为CK>T2>T1>T3，其中CK显著大于T1、T2、T3，T1、T2之间差异不显著；各处理烤后烟青烟比例表现为T1>T3>T2>CK，其中T1显著大于CK、T2、T3，CK、T2之间差异不显著；各处理烤后烟黑糟烟比例表现为T2>T3>T1>CK，其中T2、T3显著大于CK、T1；各处理烤后烟挂灰、杂色烟比例表现为T2>T3>T1>CK，其中T2、T3显著大于CK、T1。可见，多雨寡日照、过量施肥烟叶在烘烤过程中出现挂灰的概率较高，容易烤黑、烤糟，烘烤质量较差；而返青烟叶在烘烤过程中易出现烤青的现象，但相较于其他处理烟叶来说，整体烘烤质量较好。

3 讨 论

研究表明，返青烟叶叶绿素降解较慢、烟叶易烤性较差且淀粉含量与正常烟叶相比稍高，这可能是由于前期干旱影响烟株正常生长发育，对氮素的吸收速率快于干物质的积累，氮素在烟叶中积累浓缩，碳氮代谢失调[19]，在后期灌水充足的条件下，叶片内硝酸还原酶活力增强，烟叶对氮素的同化能力增强，叶绿素含量较高，从而导致光合作用较强，光合产物增多引起的[20]；与常规烟叶相比返青烟叶含水量较低且在烘烤过程中失水较慢，这可能是由于烟株在前期干旱条件下生长在一定程度上提高了烟株的抗旱性，使叶片组织结构紧密，海绵组织厚度增加，在一定程度上提高了叶片保水力引起的[21]，但因此叶片含水量也相对较低，从而引起变黄速度稍落后于失水速度，与常规烟叶相比失水与变黄协调性较差，导致烤后青烟比例较高；与常规烟叶相比在定色期多酚氧化酶活性较高，增大烟叶酶促褐变几率，在一定程度上可增加烤后烟叶黑糟及挂灰杂色烟比例。

研究表明多雨寡日照烟叶叶绿素含量与常规烟叶相比较高，类胡萝卜素含量较低，淀粉含量较低，这可能是由于烟叶在生长发育时期光照不足，降雨量较大，烟株适当提高体内叶绿素含量以适应弱光条件引起的，这也与孙小玲等[22]的研究结果相一致，但弱光条件下叶片光合作用减弱从而导致光合产物积累较少，因此淀粉积累量较少；叶片含水量较高，这可能是在多雨条件下土壤中水量充足引起的[23]；烟叶在烘烤过程中叶绿素降解较快、易变黄，烟叶易烤性较好，因此烤后青烟比例较低，但烟叶在遮光条件下干物质积累量减少，耐烤性较差，定色期烟叶含水量较高，多酚氧化酶活性较强，提高烘烤过程中褐变发生率，增加烟叶在烘烤过程中出现黑糟、挂灰、杂色烟的风险，导致烤后烟叶质量较差。

图6 烘烤过程中各处理烟叶PPO活性变化Fig.6 Changes of PPO activity in tobacco leaves during curing

表3 各处理烤后烟叶经济形状分析

研究表明过量施肥烟叶在烘烤过程中叶绿素含量较高且降解缓慢、难变黄、易烤性较差，淀粉含量高，这可能是由于氮肥施用过量，烟株氮代谢过旺引起的；而过强的氮代谢导致烟叶光合作用较强，光合产物较多，导致在烘烤过程中烟叶内含物质降解转化不够充分，增加烤后黑糟烟比例；而在定色期多酚氧化酶活性较高使烟叶容易发生褐变，导致烘烤过程中烟叶易发生挂灰、杂色等现象。

4 结 论

返青烟叶易烤性较差而耐烤性良好，在烘烤过程中需要在变黄期注意低温保湿促使烟叶变黄，减少烤青烟比例；多雨寡日照烟叶易烤性较好而耐烤性较差，烟叶含水量较高，在定色期要注意及时排湿，减少烟叶褐变风险；过量施肥烟叶难变黄，易变褐，易烤性耐烤性均较差，在烘烤时可采取诱发变黄等烘烤工艺，最大程度上减少烤坏烟比例；但目前关于不同特殊素质烟叶的烘烤工艺还需进一步通过烘烤试验进行验证。