不同成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征及主要化学成分变化特征

向东，段淑辉，丁松爽，王振华，符昌武，王祖富，操张洪，覃潇，时向东

（1.河南农业大学 烟草行业烟草栽培重点实验室，河南 郑州 450002；2.中国烟草总公司湖南省公司，湖南 长沙 410000；3.中国烟草总公司湖南省公司张家界市公司，湖南 张家界 427000；4.中国烟草总公司湖南省公司张家界市公司桑植县分公司，湖南 桑植 427100）

雪茄烟是一类较为特殊的烟草制品，其烟叶经过晾制、发酵、醇化后手工卷制成吸用烟卷，供消费者吸食［1－3］。近年来随着中式雪茄的兴起，其强劲的发展势头激发了工业企业对优质雪茄烟原料的需求，同时也对国产雪茄烟叶原料的质量提出更高要求，所以突破相关的技术瓶颈及原料制约迫在眉睫。

适宜的采收成熟度作为优质烟叶原料形成其特色质量风格的重要前提之一，历年来一直是行业研究热点［4－8］。刘辉［9］研究了贵阳烟区采收成熟度与质量香韵之间的关系，确定了不同部位的适熟采收标准；张丽英［10］以红花大金元为试验材料，探究了采收成熟度对其烘烤品质的影响；王寒等［11］研究表明，适当提高采收成熟度可显著提升下二棚及中上部叶的化学成分协调性；刘国顺等［12］提出，较高的采收成熟度有利于香气质的提高，彰显上部叶的特色质量风格。可以看出，前人在烤烟采收成熟度方面的研究已颇为深入，而关于采收成熟度对雪茄烟叶颜色表征与化学成分的影响则鲜有研究报道。鉴于此，本试验以雪茄烟品种ND－2为材料，研究不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征与化学成分的变化及二者之间的关系，旨在明确雪茄烟叶晾制机理，完善国产优质雪茄烟叶原料晾制技术体系，为国产雪茄烟叶原料综合质量的提升提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为雪茄烟品种ND－2。栽培试验于2020年在湖南省张家界市桑植县龙潭坪镇进行，5月7日移栽，行株距为120 cm×40 cm。施氮量为234 kg／hm2，氮磷钾配比为1.0∶1.5∶2.0。各项大田管理措施按照优质雪茄烟生产技术规程执行，各项操作及时一致，同一管理措施当天完成。

1.2 试验设计

中部叶（自下而上第8～12片）进入成熟采收期时，按照表1中的分类标准分批采收各成熟度烟叶，即从M1到M3烟叶的成熟度依次增高。采收后，分别选取质量均匀的鲜烟叶编20竿，按照优质雪茄烟晾制技术规程进行晾制。晾制结束后，将烟叶置于温度45℃、湿度80%的恒温恒湿箱中进行初次发酵，发酵结束后将烟叶取出待测。

表1 烟叶成熟度分类标准

1.3 测定项目及方法

1.3.1 颜色表征 测定明度色品指数L*（限值为0～100，0代表黑色度，100代表白色度）、红绿色品指数a*（正值代表红色度，负值代表绿色度）、黄蓝色品指数b*（正值代表黄色度，负值代表蓝色度），计算饱和度C（表示颜色的纯度，其值越大代表颜色越饱满强烈，值越小代表颜色越稀疏暗淡）、总色差△E（表示整体色泽的变化程度，是L*、a*、b*的综合差别）、褐变指数BI（表示整体褐变程度，其值越大代表褐变程度越深，值越小代表褐变程度越浅）。

测定方法：烟叶于105℃杀青15 min后，45℃烘干至恒重，磨碎过60目筛，采用HP－C210色差仪测定。色差仪以厂家配备的标准白板、黑板校正作为基准，校正完成后测定烟末L*、a*及b*值，平行测定3次，取其平均值。

饱和度C、总色差△E、褐变指数BI计算公式为：

式中，L*为明度色品指数，a*为红绿色品指数，b*为黄蓝色品指数，为该变量在晾制过程中各取样时期的特征值为该变量在晾制0天的特征值，x为褐变指数计算系数。

1.3.2 常规化学成分 发酵后烟样水溶性总糖、还原糖含量按照YC／T 159—2019中的方法测定，总氮、烟碱、钾、氯含量依次按照YC／T 161—2002、YC／T 160—2002、YC／T 217—2002、YC／T 162—2011中的方法进行测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2002和DPS 7.05、SPSS 25.0软件对数据进行描述统计分析、差异显著性分析、典型相关分析及作图。

2 结果与分析

2.1 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征及常规化学成分含量变化规律

采收成熟度主要通过影响色素含量进而影响烟叶晾制过程中的颜色表征。由图1可知，各项颜色表征参数均表现为M3＞M2＞M1，总体表现为随成熟度的提高而上升。本试验所设成熟度处理只有M1采收时叶色透绿，M2与M3均已褪绿变黄，所以晾制开始（0 d）时a*仅M1存在负值。b*正值为黄，负值为蓝，M1在0～6 d波动幅度最大，M1与M2均于6 d出现峰值，M3于18 d达到峰值，说明较高采收成熟度可以使雪茄烟叶在晾制中变黄更加彻底。L*各处理均呈右偏单峰变化，峰值出现在18 d。饱和度C，M1与M2均表现为左偏单峰，6 d为峰值，随后缓慢下降；M3呈右偏单峰，18 d为峰值。△E整体表现为M3＞M2＞M1，各处理均为0～6 d变黄阶段波动幅度最大，随后呈波动性下降趋势。M3与M2的BI峰值均出现在12 d，而M1峰值为6 d，且M3明显大于M2与M1，表明较高的采收成熟度利于雪茄烟叶在晾制过程中深度褐变。

图1 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征变化规律

由图2可知，雪茄烟叶晾制过程中总氮含量呈缓慢下降趋势，总体表现为M3＞M2＞M1。总糖与还原糖含量规律类似，均呈左偏单峰变化，0～6 d含量上升，峰值出现在6 d，随后下降，这是由于雪茄烟叶晾制初期，淀粉等大分子物质降解为单糖，导致总糖及还原糖含量增加，而随着晾制进程，糖类物质持续供给一系列生理生化反应，导致其含量下降［13－15］。随着采收成熟度的提高，烟碱持续由根部合成而后输送至叶片储存，所以各处理烟碱含量表现为M3＞M2＞M1。氯含量表现为随采收成熟度的提高而上升，随晾制进程呈下降趋势。钾含量表现为M1＞M2＞M3，这是由于烟株内部钾在成熟期会由地上部经韧皮部向根部回流及通过根部外排，从而导致钾含量降低［16－19］。

图2 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中常规化学成分变化规律

2.2 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征与化学成分的描述统计分析

对不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征进行描述统计分析，结果（表2）显示，各处理晾制过程中L*、b*、C及BI均呈低变异性（变异系数＜10%），而a*与△E均表现为中变异性（变异系数在10%～100%之间），这是由于雪茄烟晾制后，叶色由绿变黄，进而变褐，导致a*与△E出现较大幅度波动。a*、△E、BI及M3的C偏度绝对值较大，其它指标偏度绝对值均小于1，基本符合正态分布。

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表2 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征描述统计分析

对不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中常规化学成分进行描述统计分析，结果（表3）表明，随着采收成熟度的提高，总糖及烟碱的变异系数逐渐下降，氯的变异系数逐渐上升。各处理总氮、M1与M3的钾呈低变异性（变异系数＜10%），其它指标均表现为中变异性（变异系数在10%～100%之间）。M1的总氮及烟碱、M2的总氮偏度绝对值较大，其它指标偏度绝对值均小于1，基本符合正态分布。

表3 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中常规化学成分描述统计分析

2.3 不同采收成熟度雪茄烟叶晾制过程中颜色表征及化学成分的典型相关分析

2.3.1 颜色表征及化学成分之间典型相关系数的显著性检验 为进一步分析颜色表征与常规化学成分之间的关系，采用SPSS 25.0软件对晾制过程中雪茄烟叶颜色表征L*（x1）、a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）、BI（x6）与常规化学成分总氮（y1）、烟碱（y2）、总糖（y3）、还原糖（y4）、钾（y5）、氯（y6）进行典型相关分析，结果（表4）表明，共有4组典型变量间的相关性达到显著或极显著水平，因此，对这4组典型变量进行分析。

表4 晾制过程中颜色表征与常规化学成分 之间典型相关系数的显著性检验

2.3.2 颜色表征及化学成分与典型变量之间的关系 由于原始变量的数据计量单位各不相同，不宜直接用于分析，故采用标准化典型相关系数建立典型相关模型mi和li，其中，mi表示颜色表征的典型相关模型，li表示常规化学成分的典型相关模型，并计算其原始变量与典型变量之间的相关系数（用ri表示，下同），结果见表5和表6。

表5 晾制过程中颜色表征与典型变量间的相关系数

表6 晾制过程中常规化学成分与典型变量间的相关系数

第Ⅰ组典型变量的构成如下：

在达到极显著水平（P＜0.01）的第Ⅰ组典型变量（u1，v1）中，由u1与原始变量xi的相关系数rui可得，u1与L*（x1）、BI（x6）存在较高的负相关性，其相关系数分别是－0.949、－0.877，与△E原始变量的相关性则较低，由于a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）在典型变量u1上的系数与其相关系数相反，故a*（x2）、b*（x3）、C（x4）、△E（x5）在典型变量u1中作为校正（或称抑制）变量存在［20－22］，不予分析。由v1与原始变量yi的相关系数rvi可知，v1与烟碱（y2）呈较高负相关，其相关系数为－0.889，与钾（y5）呈较高正相关，其相关系数为0.935，与其它常规化学成分原始变量的相关性较低。此线性组合表明，L*、BI与烟碱、钾之间关系密切，在一定范围内，随着L*、BI数值的下降，烟碱呈上升趋势，钾含量则表现为下降趋势。

第Ⅱ组典型变量构成如下：

在达到极显著水平（P＜0.01）的第Ⅱ组典型变量（u2，v2）中，由u2与原始变量xi的相关系数rui可知，u2与△E（x5）存在较高负相关性，其相关系数为－0.935，与其它颜色表征原始变量的相关性则较低。由v2与原始变量yi的相关系数rvi可知，v2与总氮（y1）存在较高正相关，其相关系数为0.592，与其它常规化学成分原始变量的相关性较低。此线性组合表明，在一定范围内，随着△E的减小，烟叶总氮含量呈增加趋势。

在达到极显著水平（P＜0.01）的第Ⅲ组典型变量（u3，v3）中，除去校正（抑制）变量后，BI（x6）的载荷较大，为－0.191，其它颜色表征原始变量的载荷则较低。由v3与原始变量yi的相关系数rvi可知，v3与氯（y6）呈较高正相关，其相关系数为0.661，与其它常规化学成分原始变量的相关性则较低。此线性组合可以理解为，在一定范围内，随着BI数值的减小，氯离子含量呈上升趋势。

第Ⅳ组典型变量构成如下：

在达到显著水平（P＜0.05）的第Ⅳ组典型变量（u4，v4）中，由u4与原始变量xi的相关系数rui可知，u4与b*（x3）、C（x4）存在较高正相关，其相关系数分别是0.407、0.379，与其它颜色表征原始变量相关性较低。由v4与原始变量yi的相关系数rvi可知，v4与总糖（y3）、还原糖（y4）呈较高正相关，其相关系数分别为0.692、0.618，与其它常规化学成分原始变量的相关性较低。此线性组合表明，在一定范围内，随着b*、C数值的上升，总糖及还原糖含量均呈上升趋势。

2.3.3 颜色表征与常规化学成分的典型冗余分析 由表7可知，4组典型变量共解释颜色表征指标自身变异96.50%、常规化学成分指标自身变异67.00%的信息。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组典型变量分别解释颜色表征自身变异57.20%、31.20%、2.20%、5.90%的信息，反映常规化学成分31.00%、8.40%、10.90%、16.70%的信息。颜色表征的4组典型变量分别反映常规化学成分总变异55.40%、27.00%、1.10%、1.70%，共计85.20%的信息；常规化学成分的4组典型变量分别反映颜色表征总变异30.00%、7.20%、5.30%、4.80%，共计47.30%的信息。

表7 晾制过程中颜色表征与常规化学成分 的典型冗余分析结果

3 讨论与结论

采收成熟度决定了雪茄烟叶进入晾制阶段的物质基础，采收成熟度适宜的雪茄烟叶组织结构疏松、干物质积累丰富，有利于烟叶充分变黄、彻底变褐，提升其化学成分协调性［5，23－26］。烟叶化学成分的含量及其协调性作为质量评价体系的重要组成，代表了其内在品质的高低。本试验中，随着采收成熟度的提高，总氮、烟碱和氯表现为M3＞M2＞M1，总糖、还原糖与钾表现为M1＞M2＞M3，这与林开创［27］、王洁［28］等的研究结果基本一致。晾制过程中的颜色表征不仅是烟叶晾制进程的主要外观辨识特征，同时也反映了烟叶内部生理生化反应进程。本研究中，开始调制（0 d）时烟叶L*、a*、b*及C值均表现为M3＞M2＞M1，表明随着烟叶成熟度的提高，烟叶亮度逐渐提高、绿色逐渐褪去、黄色逐渐凸显，与本试验所设成熟度档次符合。晾制初期，叶绿素在相关酶的作用下转化为甲醇、叶绿醇、叶绿素酸等物质［29－31］，类胡萝卜素在相关酶的作用下降解生成巨豆三烯酮、β－大马酮等致香物质，但类胡萝卜素降解速率远小于叶绿素降解速率，类叶比逐渐上升，颜色表征表现为褪绿变黄［32－36］，所以L*、a*、b*及C值在晾制前期均表现为上升。BI值随成熟度的提高而上升，且随着晾制的进行，先升高后趋于稳定，表明在一定范围内，成熟度越高，褐变程度越彻底。

晾制作为雪茄烟叶生产过程中重要的一环，前承大田、后接发酵，是大田干物质积累水平的体现，也是顺利进入发酵及充分完成发酵的基础。雪茄烟叶在晾制过程中，内在化学成分在相关酶的作用下持续进行降解与转化，外在表现则是烟叶颜色表征的变化。根据典型相关分析结果，雪茄烟叶颜色表征及化学成分在晾制过程中表现出不同程度的相关性，在一定范围内，L*、BI与烟碱呈负相关，与钾呈正相关，△E与总氮呈负相关，BI与氯呈负相关，b*、C与总糖、还原糖均呈正相关。这与陈飞程［37］、李志刚［38］等的研究结果基本一致，但存在一定差异，究其原因可能是，雪茄烟叶的晾制时长相对于烤烟更长且对于外观颜色表征的调制目的不同，调制时长更长导致雪茄烟叶相关物质降解与转化幅度更大，调制目的不同导致雪茄烟叶倾向于促进棕色化反应，使烟叶外观由黄变褐以利于凸显雪茄烟叶香型风格［39－41］。由典型冗余分析结果可知，4组典型变量共解释颜色表征指标自身变异的96.50%、常规化学成分指标自身变异的67.00%的信息；颜色表征的4组典型变量反映常规化学成分85.20%的信息，常规化学成分的4组典型变量反映颜色表征47.30%的信息。这一分析结果表明，晾制过程中雪茄烟叶的颜色表征与化学成分内部指标之间关系密切，结合典型相关分析结果可知，不同的颜色表征指标受化学成分的影响各异。

本试验通过研究晾制过程中雪茄烟叶颜色表征与常规化学成分的关系及二者的变化规律，可为产区提供关于雪茄烟晾制的理论参考，为提升雪茄烟叶晾制质量、深化雪茄烟叶晾制工艺研究、提高雪茄烟叶工业可用性提供理论支持。