烤煙上部煙葉顏色參數(shù)與烘烤特性分析及其關(guān)系研究

孫 陽，李青山，倪 超，譚效磊，劉 莉，王傳義，徐秀紅

(1．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所/農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京 100081； 3.中國科學(xué)院 南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210008； 4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 5.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 400000；6.山東臨沂煙草有限公司，山東 臨沂 276001)

烤煙上部葉在卷煙組配中起著主導(dǎo)作用，但目前我國存在烤煙上部葉較厚、化學(xué)成分不協(xié)調(diào)等問題，導(dǎo)致其在工業(yè)卷煙中可用性較低，急需提高其烤后質(zhì)量[1]。煙葉烘烤特性是影響烤后煙葉質(zhì)量的重要內(nèi)在因素之一，也是衡量煙葉烘烤難度的重要指標(biāo)[2-3]。烘烤前若能確定其烘烤特性，可為制定配套烘烤工藝提供依據(jù)，并在一定程度上提高煙葉烤后質(zhì)量。

田間鮮煙葉需要通過烘烤彰顯其優(yōu)良品質(zhì)，烘烤特性是影響煙葉烘烤的重要因素[4]。煙葉烘烤特性主要受遺傳、土壤類型、田間栽培管理措施、氣候、煙葉著生部位以及煙葉成熟度等因素的影響[5-6]。煙葉的成熟度是影響煙葉烘烤特性的重要因素之一[7],正常落黃或成熟度較高的煙葉烘烤特性較好[8-10]。研究表明，顏色參數(shù)判定成熟度的效果較好[11]。然而鮮煙葉顏色參數(shù)與烘烤特性的關(guān)系，及是否可以用于直接判定其烘烤特性的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，本研究選擇烤煙品種NC55和NC102的上部葉為供試材料，分析顏色參數(shù)和烘烤特性隨生育期推進(jìn)的變化規(guī)律,探究顏色參數(shù)和烘烤特性的關(guān)系，并建立回歸模型,旨在為煙葉田間采收提供指導(dǎo)，為配套烘烤方案的制定提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年在山東省沂水現(xiàn)代煙草科技園進(jìn)行。以烤煙品種NC102和NC55的上部葉為供試材料。土壤類型為褐土，肥力中等。純氮施用量82.5 kg/hm2，氮、磷、鉀質(zhì)量比為1∶1.1∶2.8。施用復(fù)合肥525 kg/hm2(含純氮52.5 kg/hm2)、豆餅300 kg/hm2、硫酸鉀225 kg/hm2、磷酸二銨75 kg/hm2。70%肥料作為基肥施用，其余于移栽30 d后追施。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇煙株長勢均一的試驗(yàn)田，劃定3個(gè)小區(qū)(666.67 m2/區(qū))，各小區(qū)選取具有代表性的3行作為定位行，選取定位行中具有代表性的煙株作為定位株(用于定位測定顏色參數(shù))，以定位株第15～16葉位的葉片為定位葉。

從打頂后第25天開始，每隔10 d設(shè)為1個(gè)處理，共設(shè)5個(gè)處理(B1—B5)。田間定位測定顏色參數(shù)后，在定位行選取與定位株長勢一致的煙株，采摘第15～16葉位的煙葉，將葉片放入黑色塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室。在黑暗、不通風(fēng)、室溫環(huán)境下進(jìn)行暗箱試驗(yàn)，觀察煙葉的變黃、變褐特征。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 顏色參數(shù)的測定 采用CR-10型全自動(dòng)色差計(jì)測定煙葉正、背面的顏色參數(shù)，L值為亮度，表示由黑到白的變化，0為黑色，100為白色，0～100之間為灰色；a值為紅度，表示由綠到紅的變化，正值為紅色，負(fù)值為綠色；b值為黃度，表示由藍(lán)到黃的變化，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色；色相角(H°)值和飽和度(C)值通過公式H°=arctan(b/a)、C=(a2+b2)/2求得。

正、背面顏色參數(shù)的測定方法一致，以橫向距離煙葉主脈5 cm處的對稱點(diǎn)為測量點(diǎn)，每半片葉等距離測量3個(gè)點(diǎn)，以6個(gè)點(diǎn)的平均值作為該葉片的顏色參數(shù)。

1.3.2 烘烤特性調(diào)查 烘烤特性調(diào)查采用暗箱試驗(yàn)法[12]。暗箱試驗(yàn)作為判斷烤煙烘烤特性的方法，將烤煙烘烤特性指標(biāo)進(jìn)行了量化。將采收到的葉片掛于保持室溫的暗箱中，每24 h測量1次其變黃、變褐比例，累計(jì)測量9次。取前4次的變黃比例計(jì)算變黃指數(shù)(YI)，YI=∑Y/n，Y表示煙葉變黃比例，n表示測量次數(shù)。變黃指數(shù)越大，表示易烤性越好。從煙葉開始變褐時(shí)進(jìn)行變褐比例統(tǒng)計(jì)，變褐指數(shù)(BI),BI=∑B/n，B表示煙葉變褐比例，n表示測量次數(shù)。變褐指數(shù)越小，表示耐烤性越好。

1.4 數(shù)據(jù)分析

其中，n為樣本數(shù)，y為變黃、變褐指數(shù)的實(shí)測值，x為變黃、變褐指數(shù)的預(yù)測值，M為變黃、變褐指數(shù)實(shí)測平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤煙品種煙葉顏色參數(shù)隨采收時(shí)間的變化

如圖1所示，烤煙生長過程中，煙葉的外觀顏色會(huì)發(fā)生變化，因此，其顏色參數(shù)也會(huì)隨之變化。不同烤煙品種煙葉正面顏色參數(shù)，隨采收時(shí)間的推移，L值和C值呈不斷增大的趨勢；b值大體上呈現(xiàn)不斷增大趨勢，烤煙品種NC55 B2處理b值略大于B3處理；H°值則大體上呈不斷減小的趨勢；a值呈先減小后增大的趨勢。不同烤煙品種煙葉背面顏色參數(shù)，隨采收時(shí)間的推移，L值一直高于正面，大體上呈現(xiàn)不斷增大的趨勢，烤煙品種NC55 B2處理L值略大于B3處理，烤煙品種NC102 B2處理L值略小于B1處理；烤煙品種NC102處理C值和b值大體呈不斷增大的趨勢，烤煙品種NC55 B2處理b值和C值略大于B3處理；H°值和a值與煙葉正面變化趨勢基本一致。由此可知，烤煙品種NC55與NC102的上部葉在成熟的過程中，葉片正背面亮度增大，綠色褪去，黃色顯現(xiàn)。

圖1 不同烤煙品種煙葉正、背面顏色參數(shù)隨采收時(shí)間的變化

2.2 不同烤煙品種煙葉烘烤特性隨采收時(shí)間的變化

烘烤特性包括易烤性和耐烤性。易烤性主要反映煙葉變黃以及定色的難易程度。耐烤性是指煙葉在定色期對外界環(huán)境變化的敏感性或耐受性。變黃指數(shù)、變褐指數(shù)分別是易烤性、耐烤性的量化指標(biāo)，變黃指數(shù)越大，表示易烤性越好，變褐指數(shù)越小，表示耐烤性越好。

如圖2所示，隨煙葉采收時(shí)間的推移，烤煙品種NC55和NC102上部葉的變黃指數(shù)呈增大趨勢，變褐指數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，且B2處理的變褐指數(shù)最小。由此可知，烤煙品種NC55和NC102上部煙葉隨成熟度的提高，易烤性越來越好， B2處理耐烤性達(dá)到最佳，之后變差。

圖2 不同品種煙葉烘烤特性隨采收時(shí)間的變化

2.3 不同烤煙品種煙葉顏色參數(shù)與烘烤特性的相關(guān)性分析

由表1、2可知，烤煙品種NC55和NC102煙葉正面顏色參數(shù)b、C、H°與變黃指數(shù)呈顯著相關(guān)，煙葉正面顏色參數(shù)L與變褐指數(shù)呈極顯著相關(guān)，煙葉背面顏色參數(shù)L與變褐指數(shù)呈顯著相關(guān)，說明煙葉正面顏色參數(shù)b、C、H°與易烤性關(guān)系密切，L與耐烤性密切相關(guān)?？緹熎贩NNC102煙葉背面顏色參數(shù)b、C與變黃指數(shù)呈顯著、極顯著正相關(guān)，H°與變黃指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；烤煙品種NC55煙葉背面顏色參數(shù)b、C與變褐指數(shù)呈顯著正相關(guān)。由此可知，顏色參數(shù)與烘烤特性關(guān)系密切，可以通過顏色參數(shù)的變化來指示煙葉的烘烤特性。

表1 不同烤煙品種煙葉正面顏色參數(shù)與烘烤特性的相關(guān)性

注：* 、 ** 分別表示相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)水平，下同。

Notes:* ,** indicate significant (P<0.05) and extremely significant (P<0.01) correlation,respectively,the same below.

表2 不同烤煙品種煙葉背面顏色參數(shù)與烘烤特性的相關(guān)性Tab.2 Correlation between color parameters and curing characteristics of different flue-cured tobacco variety dorsal leaves

2.4 不同烤煙品種煙葉烘烤特性與顏色參數(shù)的回歸分析

基于不同烤煙品種煙葉顏色參數(shù)建立變黃指數(shù)、變褐指數(shù)回歸模型，以變黃指數(shù)、變褐指數(shù)為因變量，以正、背面顏色參數(shù)為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，并對回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，得到變黃指數(shù)與變褐指數(shù)的回歸模型(表3)。

表3 基于不同烤煙品種煙葉顏色參數(shù)的烘烤特性回歸模型Tab.3 Regression model of curing characteristics based on color parameters of different flue-cured tobacco variety leaves

進(jìn)行模型驗(yàn)證，對其預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行相關(guān)性分析并計(jì)算其RE。由圖3可知，基于不同烤煙品種煙葉正面顏色參數(shù)建立模型的預(yù)測值與實(shí)測值顯著相關(guān)，RE值在10%～19%，模擬效果較好。由此可知，基于煙葉正面顏色參數(shù)建立的烘烤特性回歸模型預(yù)測效果較好，利用該模型預(yù)測煙葉烘烤特性可行。

BI1：煙葉正面變褐指數(shù)；BI2：煙葉背面變褐指數(shù)；YI1：煙葉正面變黃指數(shù)；YI2：煙葉背面變黃指數(shù)

3 結(jié)論與討論

煙葉成熟過程中葉片顏色的變化可反映其組織內(nèi)色素含量的變化[13-15]，色差計(jì)作為一種精確量化物體顏色的儀器，其測定指標(biāo)(顏色參數(shù))被作為指示色素含量的輔助指標(biāo)[16]。前人研究發(fā)現(xiàn)[15，17-18]，煙葉顏色參數(shù)L、a值與葉綠素、類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，而與類葉比值呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，b值與葉綠素含量呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，與類葉比值呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，C值與類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。隨煙葉成熟度的提高，其色素含量不斷減小，類胡蘿卜素的降解幅度小于葉綠素，類葉比值不斷增大[15]。這解釋了本研究烤煙品種NC55和NC102 B1—B5處理中，L、b、C值大體上不斷增大的原因；a值隨煙葉采收時(shí)間的推移呈先減小后增大的趨勢，與孫陽等[19]的研究結(jié)果一致，而與其他學(xué)者認(rèn)為a值不斷增大的結(jié)果不一致[15，20]，具體原因需進(jìn)一步探究；H°值隨采摘時(shí)間的推延，大體上不斷減小，與李青山等[20]研究結(jié)果一致。

煙葉的成熟度是影響煙葉烘烤特性的重要因素之一[7]。戴勛等[21]對不同成熟度煙葉的烘烤特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，過熟煙葉易烤性較好。張玉琴等[11]研究認(rèn)為，隨煙葉成熟度提高，煙葉的易烤性逐漸增強(qiáng)。上述研究可對本研究中烤煙品種NC55和NC102 B1—B5處理的變黃指數(shù)逐漸增大的現(xiàn)象做出解釋。烤煙品種NC55和NC102 B1—B3處理的變褐指數(shù)相對較小，B4—B5處理的變褐指數(shù)急劇增大，說明B1—B3處理的煙葉耐烤性相對較好。綜合考慮，煙葉在成熟過程中存在某個(gè)階段的烘烤特性好于其他階段的現(xiàn)象[11，22]。

烤煙烘烤在煙葉生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，烘烤特性是影響煙葉烘烤的重要因素，是制定適宜烤煙工藝進(jìn)而獲得優(yōu)質(zhì)烤后煙的重要依據(jù)[23-29]。前人研究表明，某個(gè)成熟度的煙葉烘烤特性優(yōu)于其他成熟度煙葉[9,11，22]，可根據(jù)鮮煙葉的顏色參數(shù)對成熟度進(jìn)行判定[11]。本研究針對烤煙品種NC55和NC102上部葉正、背面的顏色參數(shù)與烘烤特性進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，兩者呈顯著或極顯著相關(guān)?；跓熑~正面顏色參數(shù)建立的烘烤特性回歸模型預(yù)測結(jié)果良好，實(shí)測值與預(yù)測值呈顯著相關(guān)。上述分析表明，利用上部葉正面顏色參數(shù)來推斷煙葉烘烤特性可行。

基于烤煙上部葉正面顏色參數(shù)建立了烘烤特性回歸模型：Y1=-49.699+3.515b(R2=0.908)，H1=-257.435+6.594L(R2=0.994)。該模型可用于預(yù)測煙葉烘烤特性，為烘烤工藝的制定提供依據(jù)，以便指導(dǎo)煙葉烘烤，提高上部葉的可用性。