烤烟烘烤过程中电导率与颜色值的关系研究

2022-03-16李静浩孙光伟白金莹马俊桃周中宇陈振国王松峰

江西农业学报 2022年1期

李静浩，孙光伟，白金莹，马俊桃，周中宇，陈振国*，王松峰

（1.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；2.湖北省烟草科学研究院，湖北武汉 430030；3.河南中烟工业有限责任公司，河南郑州 450002；4.农业农村部烟草生物学与加工重点实验室/中国农业科学院烟草研究所，山东青岛 266101）

叶片颜色是判断采后鲜烟叶素质、烘烤过程中关键转火点的重要指标，它直观地反映了烟叶色素含量。电导率则是反映组织细胞的膜透性、内含物分解程度的重要指标。两者可分别从表观、内在质量反映烟叶的外观特征和内部组织细胞所处状态，因此研究烤烟变黄、变褐过程中的颜色、电导率的变化规律对烤烟烘烤特性判断、变褐预警具有重要意义。烤烟烘烤特性判断是制定适宜烘烤工艺的前提，因此许多学者对鲜烟叶的烘烤特性指标进行了相关研究，提出了以变褐时间、变褐指数、PPO酶活性等来判断烟叶的烘烤特性，并制定出了相关行业标准［1-3］，也揭示出耐烤性差的烟叶容易在烘烤过程中因酶促棕色化反应而发生褐变。PPO酶作为烟叶酶促棕色化反应的关键酶，其活性与烟叶耐烤性之间存在密切关联［4-7］。有研究指出鲜烟叶的颜色值可作为判断烟叶烘烤特性的指标，但也指出烟叶的颜色值反映的是成熟度，相关试验大多集中在烟叶的正常烘烤、变黄过程中的颜色变化：叶面亮度值L*、红绿值a*、黄蓝值b*均呈逐步上升趋势［8-10］。武圣江等［9］认为烟叶电导率也可用于判断烟叶的烘烤特性，指出烟叶相对电导率可客观表述烟叶烘烤的生理代谢变化。因此组织电导率常作为衡量细胞膜透性的重要指标，被广泛应用于种子活力测定以及植物抗逆性研究［11-13］。基于上述研究基础，笔者重点研究了烟叶在晾制、烘烤条件下变黄、变褐过程中的颜色、电导率变化规律，旨在为烟叶烘烤提供动态监测以及烤坏烟预警指标。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在湖北省烟草科学研究院利川柏杨实验基地进行，供试烤烟品种为云烟87、K326、鄂烤二号。供试土壤为沙壤土，其有机质含量为2.32%，速效氮含量为90.00 mg/kg，有效磷含量为58.63 mg/kg，速效钾含量为125.00 mg/kg， pH值为5.77。依照优质烟叶生产技术规程进行大田管理。

1.2 试验方法

按照宫长荣等［14］的方法正常采收云烟87、K326、鄂烤二号的适熟烟叶，分别进行晾制试验和烘烤试验。晾制试验在常温下进行，每隔12 h观察1次颜色变化情况，测定烟叶的颜色值；每隔24 h取样测定1次烟叶电导率。烘烤试验采用小型电烤箱，依照当地常规烘烤工艺进行挂杆烘烤，分别于烤前和烤后的关键温度点（鲜样以及38、40、42、48、54 ℃）末期取样，测定烟叶的颜色值、电导率、多酚氧化酶（PPO）活性。

1.3 测定项目及方法

烟叶烘烤特性测定方法［3］：烟叶采收后，2个品种烟叶各选取素质相近的15片，每12 h观察1次，记录烟叶的变黄、变褐程度，并计算变黄指数（YI）、变褐指数（BI），计算公式为YI=∑Y/n，BI=∑B/n，式中n为观察记录次数，Y和B分别为烟叶平均变黄和平均变褐比例。YI值越小，说明此烟叶的易烤性越好；BI值越小，说明此烟叶的耐烤性越好。

颜色值测定方法［15］：使用色差仪对称测定烟叶叶尖、叶中、叶基部主脉两侧共6个点的L*（亮度值）、a*（红绿值）、b*（黄蓝值），并计算平均值。

电导率测定方法［16］：使用8 mm孔径的打孔器，在烟叶主脉两侧的叶尖、叶中、叶基对称打取0.1 g叶片组织（避开支脉），在装有10 mL双蒸水的试管中浸泡3 h，使用GTCON30型便携式电导率仪测定浸出液电导率。将试管置于100 ℃水浴锅中10 min，冷却至室温后，测定绝对电导率，然后计算相对电导率，相对电导率=浸出液电导率/绝对电导率×100%。

PPO酶活性采用南京建成生物工程研究所的试剂盒进行测定。依照国标对烤后烟叶进行分级，并称重，计算不同色组烟叶的比例［17］。

1.4 统计处理

使用EXCEL 2003和SPSS 22.0软件对试验数据进行统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 烟叶在晾制过程中的颜色变化

由图1可知：在相同条件下的晾制过程中，云烟87的烟叶变黄比其他品种快些，在采后48 h左右就几乎完成了变黄；K326烟叶的变黄速度次之，在60 h时接近全黄；鄂烤二号的变黄速度最慢，在72 h左右才基本完成变黄。各品种中部烟叶的变黄指数表现为云烟87（8.41）＞K326（7.85）＞鄂烤二号（7.59）。在试验进行到60 h时，云烟87的烟叶率先出现变褐，并且在108 h前变褐程度明显高于另外2种烟叶；鄂烤二号烟叶变褐的时间最晚，于84 h出现明显变褐，但在84~108 h期间变褐速度较快，在108~120 h期间与云烟87烟叶的变褐程度一致，但之后变褐速度减缓；K326的烟叶虽在72 h时出现明显褐变，但总体变褐速度较慢。各品种中部烟叶的变褐指数表现为云烟87（1.29）＞鄂烤二号（1.26）＞K326（1.04）。

图1 烟叶在晾制过程中的变黄和变褐指数

从图2可以看出，各品种烟叶的L*值呈现先上升后趋于平缓再下降的趋势，云烟87烟叶的L*值率先于48 h达到顶峰，在96 h后开始下降；K326烟叶的L*值于60 h达到最大值，在108 h后下降；鄂烤二号烟叶的L*值则在96 h才达巅峰值，于108 h后开始下降，仅维持了12 h的平稳期。

图2 烟叶在晾制过程中颜色值的变化

当a*＜0时，表示绿色；当a*＞0时表示红色，因此a*值的变化可反映烟叶的褪绿显黄过程。在晾制过程中，各品种烟叶的a*值呈现近“S”型曲线变化，增加速度呈现“慢-快-慢”趋势，在24 h时各烟叶的a*值变化较为同步。其中云烟87烟叶的a*值在前期增加最快，于48~60 h间达到0；K326次之，在72~84 h间达到0；鄂烤二号的a*值增速最为缓慢，于84~96 h才达到0。

当b*＞0时，表示黄色，即b*值越大，表示烟叶黄色越深，绿色越浅。在晾制过程中，各品种烟叶的b*值均呈先上升后下降的趋势，相比于L*值，b*值没有出现较长时间的平缓阶段。其中云烟87烟叶的b*值在48 h后开始下降；K326、鄂烤二号烟叶的b*值则于60 h后开始下降，但K326烟叶在48~60 h间出现了为时12 h的平缓阶段。

2.2 烟叶在晾制过程中电导率的变化

由图3可见：在试验时间内，各烟叶的绝对电导率基本上呈现逐渐上升的趋势；而相对电导率则先上升，后趋于平缓。其中云烟87烟叶的绝对电导率增加速度较快，数值较高，在48 h后开始快速上升；在48 h前K326、鄂烤二号的绝对电导率的变化较为同步，均在72 h后开始快速上升，在48~96 h间鄂烤二号的绝对电导率稍微大于K326，在96 h后K326烟叶的绝对电导率逐渐高于鄂烤二号。在72 h前，云烟87烟叶的相对电导率最高，K326次之，两者在0~24 h间出现较大的增幅；鄂烤二号烟叶的相对电导率最小；在96 h时，云烟87烟叶的相对电导率超过90%；在48 h后，鄂烤二号烟叶的相对电导率开始快速增加，并于120 h时接近100%；K326的相对电导率则于144 h达90%以上。

图3 烟叶在晾制过程中电导率的变化

2.3 烘烤过程中烟叶颜色值的变化

由图4可知：除鄂烤二号烟叶外，各品种烟叶的L*值在变黄期基本上呈上升趋势；云烟87、K326烟叶的L*值在42 ℃达到峰值；而鄂烤二号烟叶的L*值在40 ℃达到最大值；在达到峰值后，云烟87、K326的L*值逐渐趋于稳定；但鄂烤二号的L*值在40 ℃后出现较为明显的下降，并随着烘烤过程的推进，下降趋势逐渐放缓，最终趋于稳定。

图4 烟叶在烘烤过程中颜色值的变化

各品种烟叶的a*值基本上呈逐步上升的趋势，但在变黄期的增加速度存在差异。从点火到38℃烘烤结束期间，各品种烟叶a*值的增加速度表现为云烟87＞K326＞鄂烤二号；从38 ℃到40 ℃烘烤结束期间，各烟叶a*值的增加速度表现为鄂烤二号＞K326＞云烟87。在40 ℃烘烤结束后，各烟叶的a*值稳步上升，并在54 ℃之后趋于稳定。

随着烘烤的进行，云烟87、K326烟叶的b*值呈现先增加后趋于稳定的变化；鄂烤二号烟叶的b*值则在40 ℃达到峰值之后开始下降，最后趋于稳定。从点火到38 ℃烘烤期间，各烟叶的b*值增长速度表现为云烟87＞鄂烤二号＞K326；在38~40℃烘烤期间，b*值的增长速度表现为鄂烤二号＞K326＞云烟87；在之后的烘烤过程中，云烟87、K326的b*值于40 ℃达到峰值，随后逐渐稳定，鄂烤二号则于40 ℃达到最大值，之后开始下降，最终趋于稳定。

2.4 烘烤过程中烟叶电导率的变化

由图5可知，各烟叶的绝对电导率、相对电导率在烘烤过程中基本上呈上升的趋势，但云烟87、K326烟叶的相对电导率在38~40 ℃间存在稳定或降低的情况。在38 ℃时，各烟叶的绝对电导率表现为云烟87＞K326≈鄂烤二号；在40 ℃时，各烟叶的绝对电导率排序为鄂烤二号＞K326＞云烟87，相对电导率排序为鄂烤二号＞云烟87≈K326；在40 ℃烘烤结束后，云烟87、K326的电导率变化较为同步，且明显小于鄂烤二号；在48 ℃时，鄂烤二号的相对电导率已经接近100%，而云烟87、K326则为60%左右；在48 ℃之后，各烟叶的绝对电导率增速均有放缓的趋势，鄂烤二号烟叶的相对电导率不再有明显的变化，但云烟87、K326的相对电导率仍有上升趋势。

图5 烟叶在烘烤过程中电导率的变化

2.5 烘烤过程中烟叶PPO酶活性的变化

由图6可知，各品种烟叶的PPO酶活性随着烘烤的进行呈先升高后降低的变化趋势，并均在42~48 ℃期间达到峰值。烤前各鲜烟叶的PPO酶活性差异显著，表现为鄂烤二号＞云烟87＞K326；在38 ℃、42~54 ℃烘烤期间，云烟87、鄂烤二号烟叶的PPO酶活性显著高于K326的活性，但在前两者之间差异不显著；而在40 ℃烘烤期间，云烟87烟叶的PPO酶活性显著高于K326、鄂烤二号的，但在后两者之间差异不显著。

图6 烟叶在烘烤过程中PPO活性的变化

2.6 烤后烟叶质量分析

从烤后烟叶的质量看，鄂烤二号烟叶由于烘烤难度较高，所以产生了大量杂色烟叶，其杂色烟率达到了54.55%，远高于云烟87、K326，但其微带青烟率最低，为4.55%；云烟87烟叶的橘黄烟率最高，达到了58.93%；K326的柠檬黄烟率、微带青烟率最高，分别为61.84%、10.53%；云烟87、K326的杂色烟率差别不大，相差不足1个百分点（表1）。

表1 不同品种烟叶烤后情况

3 讨论

从晾制过程中烟叶的变化来看，云烟87烟叶较为容易变黄，易烤性较好，但耐烤性较差；K326的易烤性适中，耐烤性较好；鄂烤二号的易烤性较差，耐烤性适中。结合颜色值、电导率的变化来看，在0~48 h间（烟叶的变黄阶段），烟叶的变黄程度、L*值、a*值、b*值、相对电导率均表现为云烟87＞K326＞鄂烤二号，绝对电导率则表现为云烟87＞K326≈鄂烤二号；在烟叶出现褐变后，其绝对电导率、相对电导率也随之出现增速变大的趋势，并且这两者均随着褐变程度的加深而逐渐增大。

在褐变过程中，烟叶的a*值变化并不明显；L*值则在褐变比例1~2成时才出现降低趋势；b*值对烟叶的褐变极为敏感。云烟87烟叶在48 h后出现褐变时，b*也随之下降，L*值则在褐变发生48 h之后才有明显的下降趋势；K326、鄂烤二号分别在72 h、84 h出现褐变，两者的b*值在60 h后便开始下降，两者的L*值则分别在褐变发生36 h、24 h后才开始下降。这说明烟叶从变黄到出现肉眼可见的变褐过程中，存在一个过渡阶段，在该阶段，仅凭肉眼辨别烟叶，其几乎没有出现变褐情况，但其b*值已经出现下降趋势。由此可知，在一定程度上可用烟叶的b*值对烟叶存在褐变的危险发出警示，从而及时调整烘烤工艺，避免烟叶烤黑。本研究烟叶颜色值的变化趋势与武圣江、高娅北等的研究结果［18-19］大致相同。

从烘烤过程中烟叶的变化来看，云烟87、K326烟叶的颜色值变化与晾制条件下变黄过程中的颜色值变化相似，而电导率变化存在较大差异。鄂烤二号由于烘烤操作不当，其烟叶的颜色值变化趋势、电导率增加幅度与在晾制条件下的基本一致；由于测定节点是根据烘烤温度点确定，并未以时间作为测定节点，其b*值并未出现提前下降的趋势。

电导率可以反映细胞的膜透性［20］。云烟87烟叶的易烤性较好，其在38 ℃的绝对电导率高于K326、鄂烤二号的；虽然鄂烤二号的绝对电导率与K326差别不大，但其相对电导率明显高于K326的。在40 ℃时，鄂烤二号的烟叶开始出现变褐，其绝对电导率与K326虽然差别不大，但相对电导率远高于K326的，并且这个差别一直维持到54 ℃。

从PPO酶活性来看，在烘烤开始后，鄂烤二号烟叶的PPO酶活性基本上高于K326的（40 ℃除外），但与云烟87并无明显差异，甚至在40 ℃时其活性显著低于云烟87的。这意味着鄂烤二号在烘烤过程中出现褐变、烤后杂色烟叶比例较高并不仅是因为其较高的PPO酶活性。

烟叶内含物质的大量分解造成了其绝对电导率的升高，烟叶较快的变黄速度可能是造成其绝对电导率在变黄阶段较高的原因之一，但本研究未发现在绝对电导率的增加幅度与烟叶的变黄速度之间存在密切联系；细胞膜过早的裂解导致相对电导率升高，以及烟叶细胞内部的PPO酶与酚类物质的过早接触，导致烟叶褐变的出现，这可能是相对电导率的大幅增加与褐变存在紧密联系的原因［21-22］。