湿球温度对烟叶密集烘烤过程中酶促棕色化反应及烤后质量的影响

李晓辉，甄焕菊，李雪利，赵铭钦，典瑞丽

（1.中国烟草总公司职工进修学院，河南 郑州 450008；2.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002）

烘烤在烟叶生产中有着举足轻重的地位，是保证烟叶质量的关键环节［1］。水分是酶的活化剂，烘烤过程中烟叶水分含量和烤房湿度对烟叶生理生化反应产生重要的影响［2］。随着密集烤房的迅速发展，烤房的温湿度控制水平不断提高，但是烟农选控湿球温度没有明确的界定，导致烤后烟叶出现挂灰、杂色、黑糟，这些现象即为棕色化反应的结果［3］。所以通过控制不同湿球温度来调控棕色化反应具有重要意义。

多酚氧化酶（PPO）是烟叶组织中一种重要酶类，作为酶促棕色化反应的介导物，其活性大小直接影响酶促棕色化反应的速度［4］。烘烤阶段的变黄末期至定色期，为棕色化反应敏感期。PPO活性对水分变化较为敏感，多酚类物质易被PPO等氧化为醌。醌类物质经过一系列反应聚合生成类黑素，降低烟叶的外观和内在品质［5］。韩锦峰等［6］认为在变黄末期失水率超过50%，PPO活性会迅速降低，避免棕色化反应。王松锋等［7］研究认为高湿处理有助于降低膜脂过氧化水平，有利于提高烟叶的烘烤质量。罗定棋等［8］认为控湿烘烤可以有效减少青烟、黑糟烟的发生。文俊等［9］研究表明湿度对烟叶化学成分的转化和质量的形成影响最大。李昱霖等［10］认为同步预热低湿变黄烘烤工艺处理烤后烟叶外观质量好，化学成分协调。刘勇等［11］研究表明，多雨地区在变黄后期提前排湿的烘烤工艺，有利于提升上等烟比例。

由上看出，目前对于控制湿球温度的研究多集中在其对香气、烤后烟产质量影响等方面，而其对烘烤过程中酶促棕色化反应影响的研究较少。因此本试验在棕色化反应敏感时期，通过控制湿球温度，研究其对烘烤过程中烟叶水分、色素、PPO和多酚类物质的影响，以期减少酶促棕色化反应的发生，提升烟叶烘烤质量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在河南省许昌市王洛镇（N 33°57′31.16″，E 113°29′29.57″，海拔108 m）进行。试验地为粉砂质粘壤土，肥力均匀，地面平整，灌溉方便，肥力中等。

供试品种云烟87，田间种植300 m2左右，三行区，每行150株，行距120 cm，株距50 cm。

1.2 试验设计

试验设置3个烘烤湿球温度处理：

T1：低湿球温度处理。装箱后，以2 h左右升温1℃的速度将干球温度升到35～38℃，保持干湿球温度差为1～2.5℃，使烟叶变黄七至八成；在40～54℃（变黄后期至定色期）后调至湿球温度35～36℃。干筋期持续升温，升到65～68℃并稳住，湿球温度控制在42℃左右。

T2：中湿球温度处理。装箱后，以2 h左右升温1℃的速度将干球温度升到35～38℃，保持干湿球温度差为1～2.5℃，使烟叶变黄七至八成；在40～54℃（变黄后期至定色期）后使湿球温度稳定在37～38℃。干筋期持续升温，升到65～68℃并稳住，湿球温度控制在42℃左右。

T3：高湿球温度处理。装箱后，以2 h左右升温1℃的速度将干球温度升到35～38℃，保持干湿球温度差为1～2.5℃，使烟叶变黄七至八成；在40～54℃（变黄后期至定色期）后调至湿球温度在39～40℃。干筋期持续升温，升到65～68℃并稳住，湿球温度控制在42℃左右。

1.3 取样方法

于烤前和开始烘烤后的24 h取样，此后每隔24 h取样1次，每次取烟叶10片，分成3份。其中一份用于烟叶含水率测定；一份切去叶尖和基部各1/3区域，留叶中间1/3区域，装在液氮罐中用于酶活性测定；一份于105℃杀青15 min、60℃下烘干，用粉碎机粉碎并过60目筛后保存，用于多酚类指标和化学成分的测定。各处理均重复3次。

1.4 测定项目与方法

采用杀青烘干法［12］测定烟叶含水率；分光光度计法测定叶绿素含量［13］；参照Wang等［14］的方法稍作修改测定PPO活性：取样0.300 g，在液氮中研成粉末，加入3 mL提取缓冲液［0.1 mol/L乙酸-乙酸钠（pH=6.0），1 mmol/L EDTA，0.3% Triton X-100，2% PVP］及少许石英砂于冰浴中研磨匀浆，12 000 g、4℃离心15 min，取上清液并分装保存于-70℃超低温冰箱，用于PPO活性测定；采用YC/T 202—2006［15］中的方法测定总酚含量。外观质量评价由河南中烟公司技术中心分级专家按照外观质量量化评定标准进行评估，外观质量权重为：颜色0.1、成熟度0.15、叶片结构0.2、身份0.2、油分0.1、色度0.1、叶面组织0.05、柔韧性0.05、光泽度0.05。感官质量由河南中烟公司技术中心和河南农业大学烟草学院评吸专家按河南中烟技术中心单料烟质量评价办法进行评估。

感官总分=（香气质+香气量）×2.4+（浓度+余味）×1.6+劲头+杂气+刺激性，满分99分。

1.5 数据处理

数据统计分析和作图分别用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2016软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同湿球温度对烟叶含水率的影响

变黄期完成后的烟叶含水率多少是决定能否发生棕色化反应的先决条件，烟叶水分状况决定其生命活动的强弱。由图1可知，不同湿球温度处理下烟叶含水率都随着烘烤的推进呈下降趋势。烘烤过程中烟叶主要的失水期发生在48～96 h。随着湿球温度的提高，烟叶含水率降低。烘烤24～96 h烟叶含水率均表现为T3＞T2＞T1，且差异显著（P＜0.05）。0～96 h，T1、T2和T3处理的烟叶失水量分别为85.7%、80.3%和77.4%。0～96 h，各处理烟叶失水速率表现为T1＞T2＞T3。这表明不同湿球温度处理对烟叶水分散失有一定程度的影响。

2.2 不同湿球温度对烟叶叶绿素含量的影响

从图2可以看出，整个烘烤进程中，叶绿素含量在烘烤的前48 h内迅速降解，此后降解缓慢，烘烤结束时各处理叶绿素含量差异不显著。0～96 h，叶绿素含量始终表现为T3＞T2＞T1，且在24～72 h期间差异显著（P＜0.05）。从叶绿素降解量来看，T1、T2和T3处理的叶绿素降解量分别为94.9%、89.9%和87.0%。从叶绿素降解速率来看，0～96 h各处理表现为T1＞T2＞T3。这表明不同湿球温度对鲜烟叶叶绿素含量和烘烤过程中叶绿素降解速率有较大影响。

图1 不同湿球温度对烟叶含水率的影响

图2 不同湿球温度对烟叶叶绿素含量的影响

2.3 不同湿球温度对烟叶PPO活性的影响

从图3可以看出，不同湿球温度处理的PPO活性变化规律相似，即烘烤0～48 h呈下降趋势，48～72 h短暂上升，之后持续下降。24、96 h时各处理PPO活性差异显著（P＜0.05）；48 h，T1和T3处理PPO活性差异不显著，表现为T3＞T1＞T2；72 h，T1和T3处理PPO活性差异也不显著，表现为T1＞T3＞T2。这表明，在棕色化反应敏感期T1和T3处理的PPO活性较高。

图3 不同湿球温度对烟叶PPO活性的影响

2.4 不同湿球温度对烟叶总酚含量的影响

如图4所示，随着烘烤的推进，各处理烟叶总酚含量总体呈现升高趋势，但72 h时有一定程度的下降。烤后总酚含量明显高于烤前。0～24 h，各处理烟叶总酚含量差异不显著；48～96 h，各处理总酚含量表现为T2＞T3＞T1，且各处理差异显著（P＜0.05）。这说明不同湿球温度对烟叶总酚积累有较大影响，T2处理有利于总酚积累。

图4 不同湿球温度对烟叶总酚含量的影响

2.5 不同湿球温度对烤后烟叶经济性状的影响

由表1可以看出，T2处理的产量、产值、均价和上等烟比例均高于T1和T3。其中上等烟比例和均价分别较T1和T3高出8.3、7.1个百分点和0.2、1.0元/kg。这说明在干球温度40～54℃（变黄后期至定色期）后，使湿球温度稳定在37～38℃有利于提高烤后烟叶经济性状。

表1 不同处理烤后烟叶经济性状

2.6 不同湿球温度对烤后烟叶感官质量的影响

由表2可以看出，不同湿球温度处理下烘烤后烟叶卷制成单料烟的评吸感官质量有较大差异。从香型风格看，各处理烘烤后的烟叶都表现为焦甜焦香型。从质量评价值来看，T2处理总分最高，为70.5分，表现为劲头适宜，余味充足，尚柔和；T1处理评分相对较低，为68.4分，表现为劲头较小，余味稍涩口，烟香不够纯净；T3处理评分最低，仅为68.3分，表现为劲头中等偏大，可用性偏低。

表2 不同处理烤后烟叶感官质量评价

2.7 不同湿球温度对烤后烟叶外观质量和物理特性的影响

由表3可以看出，从外观质量方面看，T2处理烤后烟叶成熟度、结构、颜色和身份优于T1和T3，这说明不同湿球温度对烤后烟叶外观质量产生较大影响。同时，湿球温度高对油分和色度方面影响较小。在棕色化反应敏感期，湿球温度稳定在37～38℃可以提高烟叶烤后成熟度，改善烟叶结构、颜色和身份。从物理特性方面看，各处理烟叶烤后的含梗率、叶质重、拉力和填充值均不同。其中T2处理烟叶含梗率和拉力最低，叶质重最高，这说明在棕色化反应敏感期，湿球温度稳定在37～38℃可以减少内含物消耗，提高叶质重和烟叶质量。

表3 不同处理烤后烟叶外观质量和物理特性

3 讨论

烘烤过程中，烟叶在适宜的温湿度条件下进行着失水干燥的物理变化和内部生物化学变化，两者协调统一。烘烤期间烟叶内的大分子物质降解受制于环境温湿度所影响到的水分动态［16］。马玉红等［17］研究表明，烟叶出现汗烫、烤红、挂灰等问题，是叶片在变黄末期和定色期温度高且烟叶水分多综合作用的结果。因此，变黄末期和定色期改变环境中的湿球温度对于烤烟质量的形成有重大影响。岳城等［18］研究表明，定色期是烟叶在烘烤过程中的主要失水期。本研究表明，不同湿球温度对于烟叶含水率有重要影响：低湿球温度条件下，烟叶失水量大且失水速率快；高湿球温度条件下，失水量小且烟叶含水率高。这与武圣江等［19］的研究结果一致。同时，不同湿球温度对于烘烤过程中叶绿素的降解有重要影响：在棕色化反应敏感期，叶绿素降解量T1＞T2＞T3，说明湿球温度影响叶绿素的降解。T3处理叶绿素含量高可能是烟叶所处环境水分较多而致烟叶生理代谢迟缓，叶绿素降解慢［20］。T1处理叶绿素含量最低，可能是因为：湿球温度低，烟叶失水快，使得烤箱通气状况改善，且随着烘烤的进行，烤箱内环境温度不断升高，烟叶代谢加快从而引起叶绿素降解速率升高［21］。

多酚氧化酶（PPO）是呼吸链末端氧化酶之一，参与多酚类物质的氧化，是酶促棕色化反应的关键酶，在烟株防御保护体系中起着重要作用。烘烤过程中，其活性大小和烟叶含水率密切相关［22］。各处理烟叶PPO活性在变黄期呈下降趋势，可能是因为变黄末期至定色期烟叶开始大量失水，从而导致PPO活性下降。烘烤过程中，定色期PPO活性越大，变褐速度越快，且与烤后杂色烟叶比例呈显著正相关［23］。而过早地降低PPO活性会使烟叶干燥速度过快，易形成大量青烟或黄中带青烟，严重影响烟叶品质［24］。因此T2处理烟叶的PPO活性有利于其品质提升。

酶促棕色化反应的实质在于烟叶中的多酚类物质在多酚氧化酶的作用下，经氧化产生黑褐色的醌类物质，这类物质积累和聚合会导致烟叶由黄色转变为不同程度的褐色［25］。贺文俊等［26］研究表明：总酚含量烘烤的前24 h增加，而后略有下降，72 h之后又升高，至烘烤结束其总量明显增加。本研究结果也显示：总酚含量烘烤72 h时会有一定的下降，表现为T2＞T3＞T1。T1处理的总酚含量较低，且在72 h之后含量无差别，可能是因为PPO活性丧失，而酚类物质被活性氧和过氧化酶氧化导致［27］；T3处理的总酚含量较低是由于PPO活性的增加，其多酚类物质含量会被PPO氧化导致。定色期至烤后，烟叶总酚含量均以T2处理最高，说明T2处理下，PPO作用于多酚类物质的氧化还原反应能够维持一定的平衡状态，即多酚类物质在被氧化的同时也在不断还原，因此棕色化反应不易发生［28］。

不同湿球温度处理对烤后烟叶外观质量、感官质量、经济性状和物理特性都有重要影响。詹军等［29］研究表明，密集烘烤后期湿度对烤烟的各类致香物质有密切的关系。黄宝瑞等［30］研究表明，在隆林烟区，合理提高湿球温度有利于提高烟叶外观质量和经济性状。本研究表明，在经济性状方面，T2处理上等烟比例、均价、产值和产量均高于T1和T3；在外观质量方面，T2处理显著提高烤后烟叶成熟度、结构、颜色和身份；在感官质量方面，T2处理评分最高，烤后烟评吸效果好；在物理特性方面，T2处理含梗率和拉力最低，叶质重最高，说明T2处理湿球温度可以减少内含物消耗。

4 结论

综合来看，变黄末期至定色期，湿球温度对烘烤过程中烟叶含水率、叶绿素含量、PPO活性、总酚含量、经济性状、外观质量、感官质量和物理特性均有重要影响。处理间比较，T2处理即在40～54℃（变黄后期至定色期）后使湿球温度稳定在37～38℃，其PPO活性较低，叶绿素含量适中，有利于抑制烟叶酶促棕色化反应的发生，且总体上其经济性状、外观质量和物理特性好，感官质量更优越，从而提高烤烟品质。