不同烘烤工艺对烤烟上部叶颜色、酸酚含量和品质的影响

杨 洁，樊 利，孙皓月，谢良文，罗 攀

（1.四川省烟草公司广元市公司，四川 广元 6280001；2.河南农业大学，河南 郑州 450000；3.中国烟草总公司四川省公司，四川 成都 610000）

优质上部叶对弥补卷烟香气质和香气量不足具有较大影响，是卷烟水平的重要保障[1]。上部叶因其致密的组织结构在烘烤调制过程中常常伴随着褐变的发生，其烘烤特性与常规技术生产的中、下部烟叶存在明显差异，需要有针对性的配套烘烤技术工艺才能彰显其品质优势。因此，改变烘烤工艺是解决这些问题最有效方法，也是烟叶提升烟叶品质的重要研究方向。烘烤是典型的热风干燥过程，而热风干燥的核心技术是是热转移[2]，烟叶微观结构最能体现环境因子的影响，同时也与宏观品质特征（如颜色、外观形态等）密切相关[3-4]。烟叶烘烤中微观结构的改变，将导致烟叶中化学成分含量出现显著变化[5]；脂肪酸、酚类化合物是影响烟叶品质和香吃味的重要因素之一，但烘烤中高温环境下酚类等化合物性质不稳定，过度反应不仅影响烟叶的外观质量和感官质量，消耗烟叶的化学成分，也会导致烟叶内在质量下降[6-8]。基于此，研究不同烘烤工艺对上部叶叶片超微结构、颜色、脂肪酸酚类含量、感官质量，以及烤后等级的影响，旨在为提高上部叶烟叶质量和工业可用性提供数据支撑，明确烘烤过程中烟叶内部变化的机理，并为进一步合理运用调制技术和优质烤烟形成提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021 年在广元剑阁县普安镇基地开展，中心位置地处N31°62′，E105°41′，地处亚热带季风性湿润气候区，气候类型属北温带季风气候，品种为‘云烟87’，选取上部叶13～16 叶位为供试材料。

1.2 试验设计

选择在当地烟叶适熟季节，采收落黄均匀，长相一致的上部叶为试验材料。烟叶烘烤在当地密集烤房进行，烟叶烘烤采用“三段式烘烤”方法各处理设计如下：

（1）对照烘烤工艺（CK）：参照广元市密集烤房三段式烘烤工艺，变黄前期（36 ℃/37 ℃），变黄中期（40 ℃/37 ℃），变黄后期（42 ℃/38 ℃）在变黄期各稳温阶段逐步拉大干湿球差。（2）高温中湿烘烤工艺（T1）：参照欧阳铖人[12]等的变黄方法，在变黄前期（40 ℃/38 ℃），变黄后期（42 ℃/38 ℃），湿球温度适当提高来加速烟叶变黄失水。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟叶干燥特性分析 参考魏硕的方法[9]，利用烘箱法测定烟叶水分，按式（1-2）计算烟叶的水分比（moisture ratio,MR)，记录烟叶的MR 随干燥时间t/h 的变化情况，并绘制出干燥动力学曲线。

式中，Wt为烟叶任意干燥t 时总质量（g）；WG为烟叶干物质质量（g）；M0和Mt分别为烟叶初始、任意干燥t 时的干基水含率（g/g）。

1.3.2 烟叶色差测定 参考高辉的方法[10]，采用CR-10 型全自动色差计在每个区位样品正面均匀选取12 个平整无褶皱面使用色差计测定其CIE-L、a、b 色空间值（L，从黑到白，表示明度值；a，从绿到红，表示红度值；b，从蓝到黄，表示黄度值）。按式（3）计算各组烟叶的色差ΔE。

1.3.3 超微结构分析测定 参考郑小雨的方法[11]，选取叶片第5 到第7 支脉之间右侧相同的位置，用手术刀切成1 mm×1 mm 的小块，立即放入2.5%戊二醛溶液（pH 7.2～7.4，0.1 mol·L-1PBS 缓冲液配制）中固定。透射电镜观察角质层：用1%锇酸（pH 7.2～7.4，0.1 mol·L-1PBS 缓冲液配制）固定，经纯丙酮脱水后用Epon812 环氧树脂包埋聚合。用Leica EM UC6 Miultracut 超薄切片机（Leica Microsystems GmbH，Wetzlar，Germany）切出超薄切片，用醋酸双氧铀和柠檬酸铅双重染色，再用JEM-1400Plus 型透射电镜（日本电子）进行观察并拍照，每个处理观察10 个视野。用软件Photoshop2020 进行标注处理。

1.3.4 化学成分测定 脂肪酸等成分检测方法采用《烟草及烟草制品多元酸（草酸、苹果酸和柠檬酸）的测定气相色谱法》（YC/T 288—2009）[12]。

1.3.5 LOX 活性的测定 脂氧合酶（LOX）活性按照北京索莱宝科技有限公司生产的酶活试剂盒按照说明书方法进行测定。

1.3.6 数据处理与分析 使用t 检验比较2 个样本组，结果用平均值和相应的标准误差表示，使用SPSS21.0进行统计分析[13]。图片使用Origin2022 软件绘制[14]。

2 结果与分析

2.1 不同烘烤方式对烟叶烘烤中干燥动力学与超微结构的影响

采用透射电镜观察烟叶烘烤72 h 内超微结构变化，从而在微观上区分不同烘烤工艺下叶片角质层变化。烟叶角质层结构如图1-A、图1-B 所示，对比对照烘烤工艺，高温中湿烘烤工艺下烟叶细胞质膜随烘烤时间延长逐渐开始溶解，并出现质壁分离，角质层厚度逐渐减少且减少速度低于对照烘烤工艺，72 h 高温中湿烘烤工艺下角质层厚度是对照烘烤工艺的1.89 倍。

经测定，不同烘烤工艺下叶片与主脉水分比MR 随时间变化的曲线如图1-C 所示，对照烘烤工艺下叶片水分比在36 h 前快速下降，随着烘烤时间延长逐渐下降；高温中湿烘烤工艺下叶片水分比在前12 h 快速下降，在84 小时前水分比均高于对照烘烤工艺，84 h 后逐渐趋于稳定。对比烘烤过程中主脉水分比，对照烘烤工艺下主脉水分比在48 h 前快速下降，在48～72h 间逐渐下降趋于稳定，在72 h 后下降速度增大；在高温中湿烘烤工艺下烟叶烘烤中前24 h 主脉水分比迅速下降，在24～72 h 间逐渐下降并趋于稳定，且主脉水分比一直高于对照烘烤工艺，在72 h 后迅速下降。

图1 烘烤过程中叶片超微结构变化（A、B）和叶片与主脉干燥动力学（C、D）

2.2 不同烘烤工艺对烟叶颜色影响

由图2 可知，高温中湿烘烤工艺与对照烘烤工艺相比，可以显著增加72 h 后烟叶的明度值，减少烟叶红度值，增加烘烤过程中烟叶的黄度值，烘烤过程中色差ΔE 先上升后缓慢下降，随着烘烤时间延长，高温中湿烘烤工艺下烟叶色差逐渐低于对照烘烤工艺。这表明高温中湿烘烤工艺可以减缓色素降解，延缓烟叶色泽变暗速度。

图2 烘烤过程中烟叶颜色变化

2.3 不同工艺对烟叶烤后脂肪酸、酚类化合物含量影响

如图3 所示，烟叶中共测得肉豆蔻酸(C14∶1)、棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生酸(C20∶0)、亚油酸(C18∶2)、油酸和亚麻酸(C18∶1、C18∶3)6 种脂肪酸和莨菪葶、新绿原酸、隐绿原酸、绿原酸、芸香苷5种酚类化合物。相比对照烘烤工艺，高温中湿烘烤工艺下棕榈酸(C16∶0)、油酸和亚麻酸(C18∶1、C18∶3)分别显著下降了（P＜0.05）10.2%和9.47%，总脂肪酸含量显著6.57%；莨菪葶含量显著增加，绿原酸含量极显著下降（P＜0.01）13.96%，酚类含量显著下降5.23%。

图3 烤后烟叶脂肪酸含量（A）与酚类化合物含量（B）

2.4 不同工艺对烤后烟叶感官质量影响

由表1 可知，对照烘烤工艺处理下烟叶感官评吸香气特征得分较低，刺激性较大；高温中湿烘烤工艺处理下烟叶香气质较好，香气量较足，杂气较轻，刺激性微有，整体质量档次较高，总得分高于对照烘烤工艺处理1.7 分。

表1 烤后烟叶感官质量

2.5 不同烘烤工艺对烟叶等级及褐变的影响

对比烤后烟叶等级（表2），相比对照烘烤工艺，高温中湿烘烤工艺上等烟比例提升4.07%，中等烟比例提升5%，同时轻度褐变减少7.02%，中度及中度以上褐变减少0.2%。这说明高温中湿工艺能降低烟叶褐变发生比例，提高烟叶等级。

表2 烟叶烤后等级与褐变比例统计%

3 讨论与结论

植物角质蜡质是抵抗生物与非生物的第一道屏障，植物表皮蜡质会随不同的温湿度条件、发育阶段下改变角质蜡质含量与结构[15]。角质层蜡中的超长链烷基酯在高温下提供了一种替代蒸腾作用的屏障，防止内部水分散失，以应对外来胁迫[16]，从而对果蔬采后品质起到调控作用。烘烤工艺影响着烟叶中的细胞结构、水分动态，本试验中高温中湿烘烤工艺处理下叶片与主脉干燥速率均小于对照烘烤处理，角质层、细胞质膜减少与瓦解速度缓慢，原因可能是较高的温度缩小了烤烟内部与干燥介质间水分梯度，干燥速度缓慢，抑制了细胞表面破碎速度。高温中湿处理下烟叶的L*值较高，烟叶色泽较亮，原因可能是叶片在烘烤过程中失水较慢，表面收缩率相比对照烘烤工艺处理烟叶较小，反射光线能力较强，b*值较高，a*较低，说明烟叶内的叶绿素得以分解，一定程度地抑制了烟叶褐变，有效防止烟叶色泽劣变。前人研究发现，褐变过程中脂肪酸含量持续增加，植物组织的损伤可能导致膜脂质的降解，在脂质酰基水解酶与磷脂酶催化作用下增加了游离脂肪酸含量[17]。本研究发现，相比对照处理，直升温烘烤工艺下烟叶棕榈酸（C16∶0）、油酸和亚麻酸（C18∶1、C18∶3）含量均显著下降，但肉豆蔻酸（C14∶1）和硬脂酸(C18∶0)含量却略有增加，说明不同种类脂肪酸在烘烤中的变化存在特异性，这可能与脂肪酸各自不同的生理功能有关。多酚类物质是评价与衡量烟叶品质，影响烟叶色泽、香吃味的重要指标[18]。本试验表明，高温中湿工艺处理下显著降低了莨菪葶与绿原酸含量，细胞膜受损程度减轻，抑制了多酚类物质的释放，有助于减轻叶片挂灰程度。对比对照烘烤工艺处理，高温中湿烘烤工艺处理下烟叶香气质较好，香气量较足，杂气有所较轻，中上等烟比例提升，同时烟叶褐变发生比例有所下降，说明高温中湿工艺能有效提升烟叶香气特征，提升烟叶等级，抑制褐变发生比例。

在烘烤过程中，上部叶常出现烤青、烤黑，以及挂灰等烤坏烟情况[19-21]。本试验探究了不同烘烤工艺对烟叶微观结构、干燥动力学、色泽、脂肪酸分类化合物及品质的影响。相对于对照烘烤工艺处理组，高温中湿烘烤工艺种高湿球温度能有效抑制角质层、细胞质膜减少与瓦解速度，干燥速率降低利于变黄失水协调；提升外观颜色，提升L*、b*颜色值，促进叶绿素降解，抑制烟叶褐变；烘烤前期高温处理降低烟叶棕榈酸（C16∶0）、油酸和亚麻酸（C18∶1、C18∶3）、莨菪葶与绿原酸含量，烟叶香气特征突出，杂气减轻，中上等烟及轻度褐变比例提高。本研究为上部叶烘烤工艺的选择和品质调控提供了理论依据和试验参考。