环保酵素对烤烟产量品质和致香物质的影响

布云虹，方亮，李鹏恋，刘洪，刘立，张万功

（云南省烟草公司楚雄州公司，云南 楚雄 675000）

Rahman 等[1]于2006 年利用果蔬废料研制出一种具有附加值的生物制品，并将其提取液命名为“环保酵素”。环保酵素利用作物秸秆、杂草和生活中厨余（蔬菜、瓜果皮）废弃物，混合黑糖、水，经发酵后形成酵素菌液可作为天然肥料，其成分是一种复合有机物质，由有机酸、蛋白质链(酶)和矿物盐组成，有分解、合成、转化和催化作用[2]。环保酵素制作过程简单、制作材料随手可得、成本低廉、用途广泛，可减少垃圾量，近年来在环保酵素在农业生产、土壤改良已有广泛研究，并取得了较好的应用效果。环保酵素中含有大量的有益微生物，可以改善土壤的微生物环境，而且环保酵素本身具有丰富的矿物质和有机物，在发酵的过程中产生的有机酸和各种活性酶有助于改善土壤理化性质，增加土壤肥力[3]。任卓然等[4—10]研究发现，环保酵素富含养分、酶、微生物，在土壤系统改良中应用可显著提高土壤透气性，降低土壤盐碱度，提高土壤全氮和有机质、速效钾、全钾含量含量，并优化土壤微生物菌群。Rahman 等[1]对环保酵素及其生物催化和抗菌活性研究说明环保酵素具有一定的抗菌性能。郭红莲等[11-13]研究表明，在环保酵素发酵过程中会产生抗氧化活性物质，如总酚、总黄酮、花青素等，不同原料发酵后的抗氧化活性物质种类不同，且环保酵素的抗氧化活性与其抗氧化活性物质含量呈正相关。马瑞丽[14]研究认为，环保酵素不仅对番茄幼苗的生长起到了促进作用，而且也提高了番茄幼苗叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性。这些研究表明，环保酵素具有显著的改良土壤功效，有助于土壤肥力提高，可增强植株的抗逆性。但目前将环保酵素应用到烟叶生产上的研究较少，为明确环保酵素在烤烟上的使用效果，研究了环保酵素对烟苗和大田烟株生长的影响、对烟草赤星病的防治效果，以及对烟叶产量、内外观质量和致香物质成分含量的影响，以期为在烟叶生产的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

自制环保酵素：将水、酵素材料（白菜、黑麦草、青豆壳）、红糖按1∶3∶10 的比例放进有密封盖口的塑胶容器，容器留有20%～30%的发酵空间，防止酵素发酵时溢出容器。发酵过程中，开始会产生大量气体，前2 周每天打开容器放出气体，待没有气体后，放置于空气流通和阴凉干燥处，3 个月后使用。

供试品种：云烟87。

1.2 试验设计

试验进行了4 年，采用同田对比试验，试验田一半施用酵素，另一半不施环保酵素作常规对照（CK）。环保酵素施用方法：大田期浇施6 次，移栽15～20 d 后浇施，每15 d 浇施1 次，前3 次施用倍数为700 倍，后3 次为400 倍液。进入成熟期后，在下部叶、中部叶、上部叶成熟时喷施3 次，使用浓度为1 000 倍液，共喷施3 次。2018 年、2019 年、2020 年、2021 年试验地点在云南省楚雄市东华镇，2019 年增设云南省永仁县中和乡。

1.3 调查项目

大田试验调查项目：农艺性状调查，在团棵期和现蕾期按照YC/T142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》进行株高、茎围、叶数、叶面积系数的测量；赤星病害调查，在8 月中旬当地赤星病危害高峰期按GB/T 2322—2008《烟草病虫害分级及调查方法》调查赤星病危害情况；经济性状调查，记录上等烟比例、均价、产量、产值等经济性状。选取处理和对照初烤烟C3F 3 kg 进行烟叶内外观品质分析和致香物质成分分析。病情指数、发病率、防效公式如下：

1.4 数据处理与分析

试验数据用Excel 2003 软件和DPS 7.05 统计分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 环保酵素对大田烟株生长发育的影响

由表1 可知，经过环保酵素处理的烟苗，移栽后烟株发根早、还苗快，表现出强劲的生长势；团棵期经环保酵素处理的植株株高、茎围、叶数、叶面积系数都大于对照。t 检验显示，除2019 年处理的株高与对照达到极显著差异外，其余年份各项指标差异不显著。对团棵期年度间平均值进行分析，株高大于对照1.9 cm，茎围增加0.2 cm，叶数增加0.34 片，叶面积系数增加0.05。t 检验结果显示，团棵期株高和叶面积系数与对照达到显著差异，茎围、叶数差异不显著。

表1 环保酵素对烟株农艺性状的影响

2018 年大田后期干旱少雨，试验田烟株长势较差，现蕾期环保酵素处理烟株长势与对照差异不大，株高和叶数低于对照，茎围和叶面积系数高于对照，其余3 年试验环保酵素处理各项农艺性状指标都大于对照。经t 检验，2018 年、2019 年处理与对照差异不显著，2020 年处理的株高、茎围、叶数与对照达到极显著差异，叶面积系数达到显著差异；2021 年只有叶面积系数达到显著差异。对现蕾期年度间平均值进行分析，结果发现环保酵素处理较对照株高平均增加4.16 cm，茎围增加0.58 cm、叶数增加0.34片，叶面积系数增加0.22。t 检验结果显示，株高、茎围、叶数与对照差异不显著，叶面积系数达到显著差异。

2.2 环保酵素对烟草赤星病控制效果

烟草赤星病是烟株成熟期主要病害，具有潜育期短、流行速度快的特点，加之在成熟期使用化学农药易造成农残超标，因此在生产上防治较为困难。由表2 可知，通过3 年试验调查发现，环保酵素处理赤星病发生危害低于空白对照，对赤星病有一定的防效，平均防效达到40.48%，防效最好的是2019年，达到了63.87%，防效最差的是2020 年，防效为33.11%。t 检验结果显示，2019 年环保酵素处理的病叶率较对照低7.81%，与对照有显著差异，其余各年度的病株率、病叶率、病指与对照差异不显著。

表2 环保酵素处理赤星病发病情况

2.3 环保酵素对烟草对烤烟经济性状和外观质量的影响

由表3 可知，2018 年的干旱天气对试验烟株产量、产值和烟叶品质都受到了较大的影响，除产量低于对照外，产值、均价、上等烟比例和上中等烟比例均高于对照，在后3 年的试验中环保酵素处理所有的经济性状指标优于对照。4 年试验环保酵素处理较对照平均增加产量148.8 kg·hm-2，产值增加了7 482.90 元·hm-2，均价提高了2.36 元·kg-1，提高上等烟比例8.08%，上中等烟比例为6.36%。t 检验结果显示，2019 年上等烟比例达到显著差异，其余指标差异不显著。

表3 环保酵素对烟株经济性状的影响

由表4 可知，施用环保酵素处理的烟叶色度强，相比对照油分好、叶片的组织结构疏松，总体评价烟叶外观质量优于空白对照。结果表明，在烤烟上施用环保酵素对提高烟叶产量产值具有较好作用，对改善烟叶外观质量，提高烟叶上等烟和上中等烟比例效果明显。

表4 环保酵素对烤烟外观质量的影响

2.6 环保酵素对烤烟化学成分的影响

烤烟总氮和烟碱含量的适宜范围为1.5%～3.5%，以2.5%为宜，氮碱比一般在0.8～1，烟碱含量过高劲头大，吸食时刺激性强，含氮化合物含量过高，则烟气辛辣[15]。由表5 可知，永仁点和楚雄点烟叶总氮和烟碱都处于适宜范围，永仁点的酵素处理的烟碱含量为2.5%，低于对照，处于最适宜水平，楚雄点酵素处理的烟碱含量为2.84%，略高于对照，施用环保酵素对烟碱含量的影响还有待于进一步验证。2 个试验点烟叶总氮含量和氮碱比在酵素处理下与对照相近，表明施用酵素对烟叶的总氮量影响不大。

表5 环保酵素对烟叶化学成分的影响

烤烟总糖含量一般为15%～35%，适宜含量为20%～25%，还原糖含量以18%～24%为最佳，糖碱比要求为6～8，不宜超过10，糖碱比主要反映烟气的生量强度和醇和度[15]。永仁点酵素处理的总糖和还原糖含量均高于对照，平均总糖含量为28.47%，还原糖含量为23.97%，糖碱比为11.36，对照的糖碱比为9.91；楚雄点酵素处理的平均总糖含量为30.62%，还原糖含量为22.93%，平均糖碱比为11.43；对照的糖碱比为13.51。结果表明，施用环保酵素可使糖碱比趋近于最适宜水平，使烟气更加醇和。

永仁点烟叶含钾量，酵素处理烟叶的与对照相近；楚雄点烟叶钾含量较低，酵素处理烟叶钾含量较对照平均提高0.17%，t 检验结果显示，与对照有显著差异，表明环保酵素在烟株钾素营养不充足时可改善钾素营养代谢，提高烟叶含钾量，化学成分更趋于协调。

烟叶中氯含量0.3%～0.6%比较理想，含氯量大于0.6%，烟叶燃烧性变差，刺激性增大[15]。永仁点烟叶氯含量偏低，酵素处理略高于对照，但差异不显著。楚雄点对照的烟叶氯含量偏高为1.16%，燃烧性差。环保酵素处理的烟叶氯含量为0.49%，处于适宜水平，其氯含量和钾氯比与对照达到极显著差异，表明施用环保酵素可调节烟叶中氯离子含量，增加钾氯比值，改善烟叶的燃烧性，提高烟叶品质。

2.7 环保酵素对烤烟致香物质的影响

2.7.1 棕色化反应产物 棕色化反应是烤烟香气成分形成的重要过程之一，棕色化产物含量虽然低，可产生调制后烤烟特有的浓郁香气，起到掩盖杂气增强香味和提高烟气质量的作用[16]。由表6 可知，楚雄点和永仁点使用环保酵素的处理部分棕色化反应物含量明显高于对照。施用酵素后，楚雄点部分棕色化反应物含量较对照增加了35%，其中以糠醛和β-环柠檬醛增加最多；永仁点较对照增加了50%，其中糠醛、糠醇、5-甲基-2-糠醇、5-甲基-2 糠醛、2,4-庚二烯醛、四甲基吡嗪等多个指标都增幅都较大。结果表明，环保酵素可明显提高烤烟棕色化反应物含量，增加烤烟香气量。

表6 环保酵素对棕色化反应类致香物质含量的影响

2.7.2 类胡萝卜素类降解产物 烟叶中类胡萝卜素降解产物所形成的香气质好，刺激性较小，是构成烤烟的主要香气成分[16]。由表7 可知，楚雄点环保酵素处理的类胡萝卜素类致香物质总量略高于对照，其中6-甲基-5-庚稀-2-酮、巨豆三烯酮B 和大马士酮高于对照，其余成分低于对照；永仁点是保酵素处理的类胡萝卜素类致香物质总量略低于对照环保酵素处理，主要是巨豆三烯酮的量低于对照，其余成分均高于对照，特别是6-甲基-5-庚稀-2-酮伯含量远高于对照。结果表明，使用环保酵素在不同的地点对类胡萝卜素类不同成分影响不同，但对其总含量影响不大。

表7 环保酵素对类胡萝卜素类致香物质含量影响

2.7.3 类西柏烷类致香物质 类西柏烷类致香物质不但本身具有很好的香气，而且其降解转化产物也是烟草中很重要的致香物质，不仅与烟叶内在品质存在正相关关系，还对烟叶油润度、光泽等外在质量有积极贡献[16]。由表8 可知，楚雄点和永仁点施用环保酵素处理类西柏烷类致香物质含量明显高于对照，楚雄点较对照高13.54 μg·g-1，永仁点较对照高11.51 μg·g-1，增幅达28.96%～30.4%，表明烤烟上使用环保酵素可明显提高烟叶中类西柏烷类致香物质含量，增加烟叶油润光泽，提高烟叶内在品质和外观质量。

表8 环保酵素对类西柏烷类致香物质含量影响

2.7.4 苯丙氨酸降解产物 由表9 可知，楚雄点苯甲醇和苯乙醇含量高于对照，苯甲醛和苯乙醛含量与对照相近；永仁点苯甲醛含量较对照增加较多，苯乙醛含量低于对照，苯乙醇和苯甲醇含量相近。从苯丙氨酸降解产物总量看，2 个点施用环保酵素处理均高于对照，2 个点较对照高19.83%～2.41%，表明大田期使用环保可增加烟叶中苯丙氨酸降解产物含量。

表9 环保酵素对苯丙氨酸降解产物影响

新植二烯是烟叶中性致香成分中含量最高的成分，它对烟叶的香气影响最大[17]。由表10 可知,楚雄新植二烯含量酵素处理高于对照74.353 μg·g-1，增加11.51%，，永仁点低于对照48.829 μg·g-1，减少10.22%，表明施用酵素对新植二烯的影响不大。

表10 环保酵素对新植二烯和蒎烷的影响

蒎烷是合成高级香料的重要原料，同时也是烟叶中的关键致香成分之一，其含量的多少与烤烟香气成分有着密切的关系[18]。楚雄点的蒎烷含量较永仁点高，施用酵素后蒎烷含量较对照有大幅提高，楚雄点较对照料增加1.166 μg·g-1，永仁点增加0.231 μg·g-1，增幅超过700%，表明施用酵素可有效改善烟叶香气品质。

3 讨论与结论

3.1 讨论

李方志等[6,20]研究发现，淋施环保酵素有利于提高土壤有机质、全磷、有效磷和速效钾的含量。本研究中，环保酵素对烟苗和烟株的生长发育有促进作用，叶面积系数在团棵和现蕾期均有显著提升，表明环保酵素可改善烟株养分供应，有利于烟叶产量品质的提高。试验结果表明，环保酵素对提高烟叶产量产值具有较好作用，特别是对改善烟叶外观质量，提高上等烟比例效果明显，烟叶油份好，叶片组织结构疏松，上等烟比例平均提高了8 个百分点。

Rahman 等[1]对环保酵素及其生物催化和抗菌活性进行了表征，结果在大肠杆菌中有7.5 mm 抑制区，在金黄色葡萄球菌中有5 mm 抑制区，在豆根瘤菌中有6.5 mm 抑制区，说明环保酵素具有一定的抗菌性能。利用环保酵素的杀菌作用，用于防治烟草病害，可减少化学农药使用，提高烟叶安全性。环保酵素对烤烟成熟期赤星病害具有一定的防治效果，平均防效达到40%。本研究仅对烟草赤星病的防效进行了调查，并且3 年试验的防效差异较大，若将环保酵素用于病虫害防治，需对其防治对象和效果方面进行探索验证。

当烟叶中氯含量偏高时，环保酵素可明显降低烟叶中氯离子含量，对于提高烟叶燃烧性，改善烟叶品质具有较好作用。这对于一些土壤中氯离子超限，导致烟叶品质下降的烟区无疑是一项安全有效的措施。

在对烟叶内在成分中的烟碱、钾，以及类胡萝卜素含量的影响方面，2 个试验点的结果有所不同，原因可能是2 个试验点制作环保酵素时使用的原材料不同。目前，环保酵素在烟叶生产上应用研究还较少，环保酵素的发酵制作缺乏规范，如果厨余垃圾不够新鲜、操作不规范，会造成有害菌数量增加，影响环保酵素的发酵和使用效果环保酵素的原料种类不同，其生物活性也存在差异，功能效果也不同[19]。环保酵素在对烟叶致香物质中的棕色化反应物、类西柏烷类和苯丙氨酸降解产物的总量均有大幅提高，特别是蒎烷，对于改善烟叶香气品质效果明显，但是不同种类的原材料制作的环保酵素对烟叶致香物质成分的影响是不同的。

因此，有必要在制作工艺的优化、不同种类环保酵素的功能特性及其在烟叶生产上的使用方法、使用量等方面进行更多的研究，为环保酵素在烟叶生产中的推广应用提供详实的科学依据。环保酵素制作过程简单、制作材料随手可得、成本低廉、可减少垃圾量，符合生态农业的发展趋势，在烟叶生产中环保酵素具有良好的推广应用前景。

3.2 结论

环保酵素可促进烟苗早生快发，烟株生长健壮，各项农艺性状指标高于对照，对赤星病有一定的防效，平均防效达到40.48%；增加产量148.8 kg·hm-2，产值增加了7 482.90 元·hm-2，均价提高了2.36元·kg-1，上等烟比例提高了8.08%，具有较好的提质增产效果。同时，环保酵素对改善提高烟叶外观质量和内在品质效果明显，可调节烟叶中氯离子含量，改善钾素营养代谢，提高钾氯比值，改善烟叶的燃烧性；糖碱比趋近于最适宜水平，烟叶化学成分更趋于协调，烟气醇和；明显提高烟叶致香物质中棕色化反应物、类西柏烷类和苯丙氨酸降解产物的总量，特别是对蒎烷有大幅提高，增幅达到700%，增加了烟叶香气，烟叶外观表现油润光泽，叶片组织结构疏松优于对照。