趙晨,王愛霞,范寧波,李粉粉,王佩,李成剛,周中宇

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州,450002;2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 河南 鄭州,450016;3.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 安徽 合肥,230088)

煙草是一種常見的茄科作物,是一種在世界上廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物,煙葉顏色的形成不僅是外觀質(zhì)量的體現(xiàn),也是內(nèi)在質(zhì)量的外觀反應(yīng)[1-2],因此在煙葉的生產(chǎn)中,有關(guān)煙葉顏色變化的研究得到了眾多科技工作者的關(guān)注。影響顏色形成的因素有很多,其中煙葉中水分的含量是影響煙葉顏色形成的重要因素。水分是物質(zhì)代謝的基礎(chǔ),作為生物在生命活動中的必須成分,水分在植物的生理生化反應(yīng)當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用,植物中最重要的兩大生理活動——呼吸作用和光合作用均離不開水分的作用[3]。雪茄煙葉的晾制過程本身就是一個人為控制的有規(guī)律失水干燥的過程,失水干燥和顏色變化是煙葉在調(diào)制中肉眼明顯可見的最明顯的兩大變化。

在煙葉中,已經(jīng)有大量研究證明煙葉顏色的變化與水分的含量有極大的關(guān)系。李崢[4]等以煙葉的水分作為因變量,以顏色參數(shù)作為自變量,建立回歸方程,發(fā)現(xiàn)煙葉的含水量與顏色參數(shù)的回歸方程具有較高的擬合度。高婭北[5]等通過相關(guān)分析和建立逐步回歸方程進(jìn)行驗(yàn)證,證明雪茄煙葉在晾制過程當(dāng)中水分指標(biāo)與顏色特征之間有明顯的相關(guān)性,可以用顏色參數(shù)來估量煙葉的水分含量。另外,CIE-Lab顏色系統(tǒng)在煙草生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,在煙草的栽培、采收、調(diào)制、貯存等過程中均被用來作為顏色的衡量系統(tǒng)。張軍剛[6]等將CIE-Lab色差計(jì)作為判斷煙葉成熟采收的輔助工具;賀帆[7]等通過色差計(jì)檢測煙葉烘烤過程中煙葉化學(xué)物質(zhì)的動態(tài)變化;王小升[8]等利用色差儀檢測了再造煙葉在貯存過程中的顏色變化,為煙葉的貯藏提供了一定的數(shù)據(jù)支持。因此,本文利用CIE-Lab系統(tǒng)量化雪茄煙葉顏色的變化,并測定煙葉水分含量的變化,以期為科學(xué)準(zhǔn)確快速高效判斷雪茄晾制過程中的外觀顏色以及水分的變化情況,為雪茄晾制過程中的精準(zhǔn)化操作奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2019—2020年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行,試驗(yàn)材料取自四川省德陽什邡市大泉坑村,供試雪茄煙葉品種為當(dāng)?shù)卦耘嗥贩N“德雪7號”,以中部葉(第10～12葉位)作為供試材料,試驗(yàn)田前作為水稻,土壤類型為水稻土,地勢平坦,土壤偏酸性,肥力均勻適中。按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一管理。選取處于大田成熟期,長勢基本一致的煙葉作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將試驗(yàn)所需煙葉嚴(yán)格按照適熟標(biāo)準(zhǔn)采收后,從中挑選出葉色均勻、葉片大小和成熟度基本一致的煙葉均勻懸掛于3臺型號一致的恒溫恒濕箱中進(jìn)行晾制,該恒溫恒濕箱有效容積為1 000×500×500 mm(高×寬×深)。每臺設(shè)備中晾制煙葉40片,一共120片,參照高婭北[2]等雪茄調(diào)制技術(shù)參數(shù)進(jìn)行溫濕度的設(shè)置。自晾制當(dāng)天起(鮮煙葉),固定3片煙葉(每個恒溫恒濕箱中固定1片),每2 d一次利用色差儀記錄顏色參數(shù)的變化;另外每2 d取樣一次,用于水分指標(biāo)的測定。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 煙葉顏色參數(shù)測定

使用HP-C210精密色差儀(深圳漢譜光彩科技有限公司),分別測量葉片正面和背面的顏色參數(shù)亮度值L*、紅綠值a*和黃藍(lán)值b*,并計(jì)算飽和度C*、色澤比H*以及色相角H°。參照文獻(xiàn)的測定方法,在煙葉的上部、中部、下部的左右兩側(cè)各取一個位點(diǎn)進(jìn)行測量[9],每片煙葉測量6個位點(diǎn)并取其平均值作為該煙葉的顏色參數(shù)值(如圖1)。

圖1 煙葉顏色參數(shù)測量位點(diǎn)

1.3.2 煙葉中水分指標(biāo)的測定

每2 d一次從3個恒溫恒濕箱中各取1片煙葉,共取3片煙葉用于煙葉中水分指標(biāo)的測定。將煙葉主脈與葉片用美工刀分離,利用烘箱法分別測定主脈和葉片的含水率,并由此計(jì)算整葉水分含量的變化。另外每2 d一次從3個恒溫恒濕箱中各取1片煙葉,共取3片煙葉用于水活度值的檢測。利用10 mm打孔器分別在每片煙葉的葉尖、葉中和葉基部快速打孔40個,平均放入4個樣品皿中,利用HD-6型水分活度測量儀(無錫市華科儀器儀表有限公司)進(jìn)行葉片水活度的測定。將煙葉的主脈平均分成4段,每個樣品皿中每次放置1段主脈,置于樣品皿中測定主脈的水活度[2]。3個恒溫恒濕箱中的處理即作為3組重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)果利用Excel 2010進(jìn)行作圖,利用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雪茄煙葉晾制過程中顏色的變化

圖2為雪茄煙葉在曬制過程中顏色的變化,由圖2可知,在雪茄煙葉的晾制過程中,煙葉從綠色轉(zhuǎn)為黃色,再逐漸定為褐色。煙葉的變色是由葉尖、葉緣開始的,逐漸向葉片中間發(fā)展,主脈旁邊的葉片變色最為遲緩,葉片變色要早于主脈的變色。

圖2 雪茄煙葉在晾制過程中顏色的變化

2.2 雪茄煙葉晾制過程中顏色參數(shù)的變化

將煙葉顏色進(jìn)一步進(jìn)行量化,圖3為雪茄煙葉晾制過程中正面和背面顏色參數(shù)變化。由圖3可知,煙葉晾制過程中煙葉正面與背面的顏色參數(shù)變化趨勢基本一致;亮度值L*和黃藍(lán)值b*從晾制開始時即快速增大,并在晾制的第6 d達(dá)到最大值,之后又迅速下降;a*值在煙葉的調(diào)制過程中一直保持著增加的趨勢,在晾制的前期,a*值的增加速率相對較為緩慢,隨著調(diào)制時間的增加,a*值迅速增加,晾制10 d之后,增加速率又逐漸降低,a*值的增加速率呈慢—快—慢的趨勢。

圖3 雪茄煙葉晾制過程中正、背面顏色參數(shù)變化

煙葉在變色過程中正面與背面的C*值變化規(guī)律也一致,晾制前期保持一直增加的趨勢,達(dá)到最大值后又迅速下降;色澤比H*隨晾制過程的推進(jìn)而逐漸增加,增加速率較為穩(wěn)定,在晾制的過程中,H*值也逐漸由負(fù)值變?yōu)榱苏?且正面和背面的色澤比相差不大;色相角H°在晾制的前10 d逐漸下降,并在第10 d達(dá)到了最低值,之后又迅速增加并在第10 d變?yōu)檎?之后又略有降低但依然保持為正值,另外,煙葉正面和背面的色相角H°相差也一直不大。

2.3 雪茄煙葉晾制過程中水分含量的變化

圖4為雪茄煙葉晾制過程中含水率和水活度值的變化。由圖4可知,煙葉調(diào)制過程是水分散失的過程,在煙葉的晾制過程中,無論是葉片還是主脈,其水分含量都在逐漸降低。整個煙葉的總含水率在晾制的2周之內(nèi),一直保持著快速下降的趨勢,含水率從89.44%降低至39.36%,降低了50.08%。進(jìn)一步將葉片與主脈的含水率分開計(jì)算,發(fā)現(xiàn)葉片的失水速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主脈的失水速率,第14 d時,葉片的總含水率降低了73.51%,主脈的總含水率僅降低了36.77%。在整個晾制過程中,主脈中的水分含量一直高于葉片中的含水量,這可能是由于植物主脈的保水能力較好所造成的[10]。

圖4 雪茄煙葉晾制過程中含水率和水活度值的變化

水活度與含水量密切相關(guān),可用于樣品含水量的無損快速測定。進(jìn)一步用水活度計(jì)測定煙葉中的水分變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)煙葉的水活度變化規(guī)律和含水率變化一致,基本呈現(xiàn)出慢—快—慢的降低速率,主脈的水活度一直高于葉片的水活度值,在晾制的第14 d,葉片的水活度值降低了50.80%,主脈的水活度降低了36.50%。

2.4 煙葉水分含量與顏色參數(shù)的簡單相關(guān)分析

對晾制過程中煙葉含水量與顏色參數(shù)進(jìn)行簡單相關(guān)分析(表1),由表1可知,葉片正面a*值與煙葉中所有的水分參數(shù)都呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;葉片正面b*值與煙葉中所有的水分參數(shù)都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;葉片正面C*值與煙葉中所有的水分參數(shù)都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;葉片正面H*值與煙葉中所有的水分參數(shù)都呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;葉片正面H°值與煙葉中所有的水分參數(shù)都呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。煙葉背面的顏色參數(shù)與水分指標(biāo)的相關(guān)性和煙葉正面的顏色參數(shù)與水分指標(biāo)的相關(guān)性一致。

表1 烘烤過程中煙葉水分含量與形態(tài)指標(biāo)和顏色參數(shù)的相關(guān)系數(shù)

續(xù)表1

2.5 煙葉水分含量與形態(tài)指標(biāo)和顏色參數(shù)的典型相關(guān)分析

利用DPS 7.5將葉片水活度(x1)、主脈水活度(x2)、葉片含水率(x3)、主脈含水率(x4)、整葉含水率(x5)分別與顏色指標(biāo)正面 L*(y1)、a*(y2)、b*(y3)、C*(y4)、H*(y5)、H°(y6), 反面 L*(y7)、a*(y8)、b*(y9)、C*(y10)、H*(y11)、H°(y12)等12個色度特征值做典型相關(guān)分析(表2)。由表2可知,煙葉中水分參數(shù)與煙葉顏色變化的典型相關(guān)分析中前2組達(dá)到顯著水平(p＜0.05),相關(guān)系數(shù)分別為0.9996與0.9042,后3組未達(dá)到顯著水平,因此對前2組數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

第1組典型相關(guān)變量為:u1=0.5212x1+0.3899x2+0.2705x3+0.3912x4-0.5585x5,v1=-0.2113y1-0.908y2+0.2042y3-0.0703y4+0.2332y5-0.1054y6-0.1018y7-0.2899y8+0.0207y9-0.0118y10-0.0162y11+0.0221y12。在典型相關(guān)變量1中,u1與葉片水活度(x1)、主脈水活度(x2)、葉片含水率(x3)、主脈含水率(x4)、整葉含水率(x5)均呈極大的正相關(guān)關(guān)系,因此u1可以理解為描述了煙葉中所有水分參數(shù)(x1-x5)變化的綜合指標(biāo)。v1與正面a*(y2)、正面H*(y5),背面a*(y8)以及反面H*(y11)有較大的負(fù)相關(guān)關(guān)系,因此v1可以描述為煙葉紅綠值a*、色澤比H*變化的綜合指標(biāo)。由于v1與u1極顯著相關(guān),因此可以認(rèn)為煙葉中的水分參數(shù)(x1-x5)對煙葉正面和背面的a*(y2、y8)、H*(y5、y11)值有較大影響,在一定范圍內(nèi)隨著煙葉中水分的散失,葉片紅綠值a*、色澤比H*逐漸產(chǎn)生變化。

第2組典型相關(guān)變量為:u2=0.5353x1-1.5096x2-2.6554x3-0.17662x4+3.666x5,v2=-0.974x1-1.359x2-0.5754x3-0.5096x4+3.0283x5-0.4015x6+1.2378y7-1.5826y8+0.1788y9-0.2027y10-0.5874y11+0.202y12。在典型相關(guān)變量2中,u2與主脈水活度(x2)的相關(guān)系數(shù)最大,為-0.1178,這表示隨著煙葉主脈水活度參數(shù)的減小,u2不斷增加,因此u2可以理解為描述了煙葉主脈水活度(x2)變化的綜合指標(biāo)。v2與正面L*(y1)的相關(guān)系數(shù)最大,為-0.2923,因此v2可以描述為葉片正面亮度值L*變化的綜合指標(biāo)。由于v2與u2呈顯著正相關(guān)關(guān)系,因此主脈水活度(x2)對煙葉正面亮度值L*(y1)有較大影響,L*值一定范圍內(nèi)隨主脈水活度的變化而變化。

表2 雪茄煙葉晾制過程中煙葉顏色與煙葉水分含量的典型相關(guān)分析

續(xù)表2

3 討論

本研究結(jié)果表明,葉片的L*、b*、C*值呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,且最終值都小于初始值;a*、H*、H°值均逐漸增大,這在雪茄的晾制過程中已經(jīng)被證明[5]。這可能是由于在晾制初期,煙葉主要表現(xiàn)為綠色,后表現(xiàn)為明亮的黃色,最終為暗沉的褐色,而顏色是通過眼、腦和生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的一種對光的視覺效應(yīng),不同的顏色由于波長的差異,對光的吸收和反射不同所造成的[11],因此造成了煙葉顏色參數(shù)的變化。另外,除了葉片背面的亮度值一直大于正面的亮度值外,其他的顏色參數(shù)基本表現(xiàn)為正面的顏色參數(shù)大于背面,這在烤煙和晾煙的研究中均被證明[12,5]。這可能是由于煙葉是異面葉,葉片兩面的組織結(jié)構(gòu)差異較大,導(dǎo)致物質(zhì)積累和降解也有所差異所造成[13-14];葉片正面細(xì)胞排列緊密,光合作用效率高,物質(zhì)積累豐富,顏色較深;葉片背面細(xì)胞結(jié)合松散,光合效率低,物質(zhì)積累較少,顏色也較淺,這可能就是造成煙葉兩面的顏色差異的重要原因。相關(guān)分析表明,同一顏色參數(shù)之間,煙葉正面和背面的顏色參數(shù)相關(guān)系極強(qiáng),這表明煙葉正面的顏色變化和背面的顏色變化是同步一致的[15]。

煙葉的調(diào)制過程是一種采后失水的過程[16],在雪茄煙葉的晾制過程中,整葉和葉片主脈的含水率都逐漸降低,無論是晾制開始還是結(jié)束,都表現(xiàn)為煙葉主脈含水率最高,其次是整葉和葉片的含水率最低,這可能與葉片和主脈的植物學(xué)結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系。葉片主要包括柵欄組織和海綿組織,在遭遇到失水脅迫時容易瓦解,而主脈中含有維管束,其結(jié)構(gòu)難以瓦解[17];葉片和主脈的化學(xué)組成和含量存在明顯的差異,葉綠體等物質(zhì)的含量也有較大的差異[18],因此,煙葉在調(diào)制期間葉片和主脈的失水干燥特性也具有較大的差異。葉片和主脈二者之間的含水量差異逐漸增大,失水不同步,就會導(dǎo)致葉片和主脈之間的水勢差拉大[19-20],使葉脈中的水分向葉片進(jìn)行擴(kuò)散,因此無論是在烤煙的烘烤還是晾曬的調(diào)制過程中,都要經(jīng)歷過干筋期才能算作整個調(diào)制過程的完成。水活度的測定不具破壞性,且省時省力[21],因此在本文中使用水活度計(jì)分別測定了雪茄葉片和主脈中的水分變化,其結(jié)果與含水率的變化趨勢一致,均隨著時間的增加而逐漸減小,這與高婭北[5]等在雪茄煙晾制過程中的水活度變化趨勢一致。

水分不僅是煙葉在田間生長所需的必要物質(zhì),煙葉在采后依然需要水分來維持必要的生命活動和物質(zhì)代謝。本文中,將煙葉的含水率和水活度與顏色參數(shù)作典型相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)煙葉的水分含量與葉片的顏色變化密切相關(guān),這與前人在白肋煙中的研究結(jié)果一致[22]。這可能是由于煙葉的自然失水導(dǎo)致葉綠體被膜破裂,甚至導(dǎo)致了葉綠體的解體,從而進(jìn)一步導(dǎo)致了煙葉的顏色發(fā)生了改變[23-24]。由簡單相關(guān)分析可知,煙草葉片含水率、整葉含水率、葉片自由水含量、主脈自由水含量與煙葉顏色參數(shù)均有顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系;典型相關(guān)分析也表明煙葉的水分與顏色參數(shù)之間具有一定的聯(lián)系。

4 結(jié)論

本文的研究結(jié)果表明,雪茄煙葉在晾制過程中,伴隨著煙葉顏色的變化,煙葉的水分大量散失。進(jìn)一步將煙葉的顏色參數(shù)分別與各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行典型相關(guān)分析,結(jié)果表明,雪茄煙葉顏色的變化與水分的變化相關(guān)性較強(qiáng),煙葉中的水分指標(biāo)對煙葉的a*(y2、y8)和H*(y5、y11)值影響最大。