不同成熟度煙葉密集烘烤中顏色值和色素含量的變化

不同成熟度煙葉密集烘烤中顏色值和色素含量的變化

0煙煙年齡及顏色[研究意義]葉片采收率是衡量葉片生產和質量的核心，它的影響和決定著葉片的加工價值。當前煙葉烘烤中出現(xiàn)掛灰、烤青,烤后煙葉等級質量不高等問題通常和煙葉采摘成熟度不一、烘烤工藝不完善等因素有關。煙葉顏色既是判斷和確定烤煙田間成熟度的主要依據(jù),又是烘烤操作的重要依據(jù),并且煙葉成熟度、顏色和色度是評價烤后煙葉外觀質量及等級結構的重要指標,與煙葉的品質密切相關。因此,研究密集烘烤不同成熟度烤煙煙葉顏色及色素含量的動態(tài)變化及其關系,對優(yōu)化密集烘烤工藝,提高中國煙葉品質具有重要的現(xiàn)實意義。【前人研究進展】前人曾用比色卡和彩色圖片比色、分析采摘期煙葉化學成分以及采用顏色與葉齡相結合的方法來判斷煙葉的成熟度。王懷珠等用莖葉夾角來定量反映煙葉的成熟度。李佛琳等用葉綠素儀測定了不同成熟度的鮮煙葉,建立了可以對成熟度進行量化判別的TMDSPADV模型。此外,反射光譜、數(shù)字攝影和圖像分析技術也被用來研究成熟期煙葉的顏色變化特征,并為煙葉成熟采收標準的量化提供了一定的理論依據(jù)。但目前煙葉生產中成熟度判斷方法仍主要以定性描述為主,存在較強的主觀性和隨意性。色差計利用儀器內部的標準光源照明被測物體,測定其CIE三刺激值(X,Y,Z),然后轉換成度量顏色的數(shù)值,其結果具有較高的靈敏性與客觀性。國內外在色差分析對肉類、水果、蔬菜及觀賞植物花色等方面的研究已經比較深入。在烤煙顏色的量化方面,梁洪波等、劉新民、彭新輝等采用色度學方法研究了烤后煙葉顏色與內在品質間的關系,得出葉色參數(shù)與煙葉常規(guī)化學成分存在顯著相關性的結論?！颈狙芯壳腥朦c】但是烘烤過程中煙葉色差動態(tài)變化的定量研究還鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本試驗從烘烤環(huán)節(jié)入手,用色差計測定不同成熟度煙葉烘烤中顏色的動態(tài)變化,分析顏色參數(shù)與色素含量的相關關系,為實現(xiàn)煙葉烘烤實時監(jiān)測的定量化提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1田間采收成熟度試驗試驗于2008-2009年在湖北省襄樊市?？悼h龍坪煙站進行。供試土壤為黃黏土,弱酸性至中性,肥力中等。煙草品種為K326,5月5日移栽,種植行距120cm,株距50cm。施純氮45.0kg·hm-2,N﹕P2O5﹕K2O=1﹕2﹕3。田間管理按優(yōu)質烤煙栽培生產技術規(guī)范進行。以下部煙葉(第5—6位葉)為試驗材料,設不熟、尚熟、適熟和過熟4種田間采收成熟度處理。其外觀特征為:(1)未熟,主脈1/2發(fā)白,支脈青,葉色淡綠;(2)尚熟,主脈全白、發(fā)亮,支脈2/3變白,葉面黃色明顯,茸毛部分脫落;(3)適熟,主脈全白、發(fā)亮,支脈2/3變白,葉面黃而均勻,枯尖焦邊,茸毛較多脫落;(4)過熟,主脈和支脈全白、發(fā)亮,葉面黃泡變白,茸毛大部分脫落。1.2正常烘烤工藝取樣前選取大田煙株長勢基本一致,葉色、葉片大小相對一致,素質基本相同的煙葉。采用小型連體密集烤房(裝煙室規(guī)格4m×1.5m×3.6m)以三段式烘烤工藝正常烘烤。裝煙密度為70kg·m-3。4個處理分別于烤前(圖表中以30℃表示)及開烤后干球溫度達到38℃、42℃、48℃、54℃和烤后(圖表中以68℃表示)取樣。本試驗每次取樣共選取30片具有代表性的完整煙葉,其中15片用于顏色參數(shù)的測定,另外15片剔除主脈和支脈、取葉中部用于質體色素含量的測定。1.3葉的顏色值測量WSC-3型全自動測色色差計(北京光學儀器廠)可以從L*(從黑到白,表示亮度,0—100),a*(從綠到紅,-A—+A),b*(從藍到黃,-B—+B)3個方向三維立體分別評價。選擇大小和外觀色澤基本一致的煙葉,測量距離葉主脈約5cm處對稱點的葉色,每半片葉等距離測量3個點,每片葉6個點的平均值作為該片葉的顏色值。重復15次。煙葉反面的葉色測量與此相同。圖表中正面L*、a*、b*與反面L*、a*、b*差值的絕對值分別由△L*、△a*、△b*來表示。葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定采用分光光度法。1.4數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理及作圖采用MicrosoftExcel2003進行,用SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和相關分析。2結果2.1不同成熟度的烤煙顏色參數(shù)在烤過過程中的變化2.1.1烘烤前后各階段8—烤煙葉片正反面顏色參數(shù)的變化顏色指標a*(-A—+A)表示從綠到紅的變化,其正值越大,綠色越淡,橘紅色愈濃。4種不同成熟度煙葉正反面a*值在烘烤過程中均呈現(xiàn)升高趨勢(圖1-C、1-D)。其中尚熟、適熟和過熟煙葉在38℃之前、48—54℃的烘烤溫度段正反面a*值上升的速率較快,38—48℃的溫度段變化相對趨緩,54℃以后保持在相對較高的水平。而未熟煙葉在42—54℃上升速率較快,比其余3種處理上升時間提早。方差分析表明:烘烤關鍵溫度點和不同成熟度煙葉間正面a*、反面a*差異均極顯著,其F值分別為690.75、68.49、672.91和31.65(P<0.01)。顏色指標b*(-B—+B)表示從藍到黃的變化,其正值越大,黃色越濃。過熟鮮煙葉正反面b*值最大,其次為適熟、尚熟、未熟煙葉(圖1-E、1-F)。烘烤中不同成熟度煙葉正反面b*值變化趨勢基本一致,均在48℃之前升高,48—54℃有所下降,之后稍有回升?？竞笪词旌蜕惺鞜熑~的b*值較大,適熟和過熟煙葉相對較小。方差分析表明,烘烤關鍵溫度點和不同成熟度煙葉間正面b*、反面b*差異均極顯著,其F值分別為85.25、24.68、113.76和62.24(P<0.01)。2.1.2不同成熟度煙調中尚熟、適熟和過熟低含量b的變化由圖3可知,不同成熟度煙葉中以未熟煙葉△a*變化最明顯,在48℃達最高值,38℃和68℃達最低值。鮮煙葉中以過熟煙葉的△a*最大,未熟煙葉最小。煙葉△a*值在38℃之前較小,過熟煙葉例外,此后,△a*值增大,尚熟煙葉△a*在42—48℃降低,之后的烘烤時間段都增大。其余處理在42—48℃均增大,特別是未熟和過熟煙葉,增幅相對較大,在48—54℃急劇減小,之后適熟和過熟煙葉△a*增大,未熟煙葉△a*減小?？竞笪词鞜熑~△a*最小,適熟煙葉△a*最大。不同成熟度煙葉的△b*變化,以未熟煙葉最明顯(圖4)。未熟煙葉△b*值在48℃之前的溫度段較小,在54℃之后相對穩(wěn)定保持較高值。尚熟、適熟和過熟煙葉△b*在30℃之后明顯增大,適熟煙葉在38—54℃△b*值稍有降低。而尚熟、過熟煙葉在38—48℃之間△b*值變小,之后上升?？竞?個不同成熟度煙葉中尚熟、過熟煙葉△b*較高,適熟煙葉的△b*較低。2.2不同成熟度和烘烤過程中類胡蘿卜素的降解烤后煙葉的葉綠素含量過高對煙葉品質不利。不同成熟度處理對鮮煙葉葉綠素含量和烘烤過程中降解速率有顯著影響(圖5-A、5-B、5-C)。鮮煙葉葉綠素含量隨成熟度的提高而降低,即表現(xiàn)為未熟>尚熟>適熟>過熟。在烘烤過程中,成熟度低的煙葉葉綠素降解較快,明顯大于成熟度高的煙葉,未熟煙葉總葉綠素的總降解量為1.92mg·g-1DW,尚熟煙葉由1.46mg·g-1DW降至0.09mg·g-1DW,降解量為1.37mg·g-1DW,適熟和過熟煙葉的降解量分別為1.02和0.53mg·g-1DW。在整個烘烤過程中,不同成熟度煙葉葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量在38℃之前降解最快,之后逐漸減慢。但未熟煙葉葉綠素的降解過程會延續(xù)到54℃。烘烤結束后,不同處理煙葉葉綠素含量基本不存在差異。不同成熟度煙葉葉綠素a含量、葉綠素b含量、總葉綠素含量均達到極顯著正相關(P<0.01)。類胡蘿卜素是煙葉香氣物質的重要來源,烘烤中類胡蘿卜素降解和轉化的程度對煙葉品質有很大的影響。本試驗結果表明,不同成熟度鮮煙葉類胡蘿卜素含量隨成熟度提高而降低(圖5-D)。烘烤過程中類胡蘿卜素的降解與葉綠素不同,隨成熟度增加呈現(xiàn)不同的變化趨勢。在烘烤過程中,適熟煙葉降解量最少,為0.08mg·g-1DW,而未熟、尚熟和過熟煙葉降解量相對較大分別為0.16、0.13和0.16mg·g-1DW。尚熟煙葉在變黃期降解較快,過熟煙葉在變黃期以后降解較快。不同成熟度煙葉類胡蘿卜素降解量的大小表現(xiàn)為過熟>未熟>尚熟>適熟。未熟和過熟煙葉類胡蘿卜素含量呈極顯著正相關(P<0.01),適熟與未熟、尚熟、過熟煙葉類胡蘿卜素含量均呈顯著正相關(P<0.05)。2.3回歸方程如表所示,尚熟和適熟煙葉的類胡蘿卜素含量與正面L*均達到極顯著負相關(P<0.01),與正面a*均達到顯著負相關(P<0.05),以適熟煙葉為例,對烘烤過程中煙葉正面明亮度L*和各種色素含量做回歸分析,擬合出回歸方程為?1=245.67x1+114.75x2-211.69x3-125.21x4+118.69(R2=0.999,P<0.05);a*和各種色素含量的回歸方程為?2=416.9x1+369.19x2-404.38x3-78.38x4+43.55(R2=0.988);b*和各種色素含量的回歸方程為?3=-1051.55x1-1270.02x2+1106.42x3+17.48x4+40.1(R2=0.853);x1、x2、x3、x4分別代表葉綠素a、葉綠素b、葉綠素和類胡蘿卜素含量。由此可知,葉色參數(shù)可以指示煙葉色素含量的變化,實現(xiàn)烘烤過程中煙葉顏色的定量化。3適熟低熱值對色譜分析的影響成熟度不同的煙葉在田間的生物質積累程度不一致,使其在烘烤中對環(huán)境溫、濕度反應不一致,因此煙葉顏色的變化存在較大差異。顏色參數(shù)是利用色差計來定量表征色澤在三維空間變化的變量值,可以實現(xiàn)葉片色澤的量化。本試驗結果表明,不同成熟度煙葉的△a*值以未熟煙葉的變化最為明顯。這可能是因為烘烤中未熟煙葉體內各種化學成分的相互轉化程度較低,未達到調制加工所要求的衰老程度,所以在烘烤前期(42℃之前)進行生理生化反應的時間較長,葉綠素在葉綠素酶的作用下降解量達到90%以上,但是前期降解產物仍是綠色,后期失綠是由于其中間降解產物卟啉環(huán)斷裂以及后續(xù)反應,失綠時間滯后可能導致其顏色變化與色素降解之間存在時間差。因此,反映煙葉正反面紅綠色差的△a*值較小。隨著烘烤溫、濕度升高,葉綠素的脫鎂反應因氫離子濃度的增加而加劇,使葉綠素降解中間產物轉變?yōu)闊o色物質的速度加快,煙葉正反面的外觀顏色特征表現(xiàn)出較大變化,以致煙葉△a*值在48℃變化幅度較大,尤其是未熟煙葉最為明顯。48℃之后隨著煙葉顏色基本固定,煙葉的△a*值較小;△b*反映的是葉正面和葉背面藍黃色度的差值,其值越小,葉片正反兩面的差異越小。適熟煙葉的內在質量潛勢和物理性狀均達到最佳水平和狀態(tài),烘烤過程中各種物質轉化程度適宜,在48℃之后葉綠素含量基本穩(wěn)定,類胡蘿卜素的降解維持在較低水平,影響煙葉顏色的細胞液色素甙、氨基酸和糖或多酚的復合物等深色復合體的轉化和合成基本完成。因此,適熟煙葉的△b*在48℃之后最小;在42—48℃溫度段尚熟、適熟和過熟煙葉△L*均稍有增大趨勢,而△b*降低,未熟和過熟煙葉△a*明顯變大。這說明此期是煙葉正反面顏色值差異較大的時期,成熟度偏低或偏高都增加了烤壞煙葉的可能性。因此,在42—54℃溫度段調控適宜的烘烤工藝對縮小正反面煙葉顏色差、提高煙葉質量和使用價值具有重要作用,能在一定程度上彌補田間造成的缺憾。烘烤中烤煙顏色變化是葉片內各種色素比例變化所表現(xiàn)出來的綜合結果。各處理煙葉葉綠素的降解量表現(xiàn)為:未熟>尚熟>適熟>過熟,且在38℃之前降解較快,降解量分別達到87.45%、90.28%、87.78%和77.99%,而類胡蘿卜素在這一時期的降解量最大僅為7.5%。由此可知,此期葉綠素的降解速度遠遠大于類胡蘿卜素的降解速度,這與王傳義等、王愛華等的研究結果一致。葉綠素的快速降解使類胡蘿卜素占色素總量的比例增加,致使煙葉在外觀上呈現(xiàn)黃色。因此,僅就質體色素而言,葉綠素降解在38℃之前對煙葉顏色變化的影響較大。38℃之后尚熟、適熟和過熟煙葉中葉綠素降解基本停滯,未熟煙葉雖仍有降解但是含量甚微,各處理煙葉中類胡蘿卜素含量均遠遠高于其葉綠素含量,且各處理煙葉類胡蘿卜素在38℃之后的降解量分別為78.48%、95.78%、52.79%和92.36%,而葉綠素的降解量則分別為8.59%、3.95%、4.35%和13.42%。因此,在38℃之后類胡蘿卜素降解量的多少對色素總量和煙葉顏色的影響較大。相關分析表明,煙葉類胡蘿卜素含量與葉色參數(shù)相關性顯著。由適熟煙葉顏色參數(shù)和色素含量的回歸方程可知,在烘烤過程中,色差計可以作為測量煙葉色素含量的相對方法,估測煙葉色素含量的變化。方程的建立從定量的角度把烘烤過程中烤煙顏色參數(shù)和色素含量聯(lián)系起來,通過進一步的深入研究可以根據(jù)煙葉顏色參數(shù)的變化來精準的控制烘烤進程。不同成熟度鮮煙葉中未熟煙葉的L*、a*和b*值均最小,且4種成熟度煙葉的L*、a*、b*值在烘烤同一溫度點均隨成熟度的提升(除個別)而升高,這說明煙葉田間的內含物積累程度影響烘烤中生理生化轉化和變黃程度,進而影響煙葉顏色的變化。在烘烤過程中,煙葉的L*、a*和b*值在不同成熟度間的差異均極顯著,煙葉正面和反面顏色參數(shù)的相關性均極顯著,這說明煙葉正反面的顏色變化在烘烤過程中基本同步。同一成熟度煙葉在烘烤同一溫度點正面的a*和b*值分別大于反面的a*和b*值,而L*值小于反面的L*值,這說明煙葉正面顏色比反面偏紅、偏黃,明度偏黑,從而論證了煙葉正面的變黃速度比葉背面快。煙葉烘烤是一個與物理變化相伴隨的復雜的生理生化過程,煙葉顏色是生理生化變化的集中外觀體現(xiàn),與煙葉水分的變化關系密切,受水分排出途徑和路線的影響。由于煙葉屬于典型異面葉,葉面和葉背在細胞結構、生理生化特征等方面差異較大,水分的蒸發(fā)速度不一致,色素的含量及變化也存在差異,從而影響煙葉正反面顏色的變化程度。有關烤煙煙葉在整個烘烤過程細胞結構、生理生化特征等差異是如何影響L*、a*和b*值的變化還需要進一步深入研究。4不同成熟度煙調中各變量的信號轉化未熟煙葉較其它3種成熟度煙葉顏色變化差異較大,適熟煙葉烤后顏色最好。根據(jù)不同成熟度煙葉在烘烤過程中的顏色變化特征,48℃時調控色素降解和顏色變化對煙葉正反面呈色具有重要影響。尚熟煙葉和適熟煙葉的類胡蘿卜素含量與正面L*值呈極顯著負相關,與正面a*值呈顯著負相關。適熟煙葉的L*、a*和b*與各種色素含量的回歸方程分別為?1=245.67x1+114.75x2-211.69x3-125.21x4+118.69,?2=416.9x1+369.19x2-404.