向東,段淑輝,丁松爽,王振華,符昌武,王祖富,操?gòu)埡?,覃瀟,時(shí)向東
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450002;2.中國(guó)煙草總公司湖南省公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000;3.中國(guó)煙草總公司湖南省公司張家界市公司,湖南 張家界 427000;4.中國(guó)煙草總公司湖南省公司張家界市公司桑植縣分公司,湖南 桑植 427100)
雪茄煙是一類較為特殊的煙草制品,其煙葉經(jīng)過晾制、發(fā)酵、醇化后手工卷制成吸用煙卷,供消費(fèi)者吸食[1-3]。近年來隨著中式雪茄的興起,其強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭激發(fā)了工業(yè)企業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)雪茄煙原料的需求,同時(shí)也對(duì)國(guó)產(chǎn)雪茄煙葉原料的質(zhì)量提出更高要求,所以突破相關(guān)的技術(shù)瓶頸及原料制約迫在眉睫。
適宜的采收成熟度作為優(yōu)質(zhì)煙葉原料形成其特色質(zhì)量風(fēng)格的重要前提之一,歷年來一直是行業(yè)研究熱點(diǎn)[4-8]。劉輝[9]研究了貴陽煙區(qū)采收成熟度與質(zhì)量香韻之間的關(guān)系,確定了不同部位的適熟采收標(biāo)準(zhǔn);張麗英[10]以紅花大金元為試驗(yàn)材料,探究了采收成熟度對(duì)其烘烤品質(zhì)的影響;王寒等[11]研究表明,適當(dāng)提高采收成熟度可顯著提升下二棚及中上部葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性;劉國(guó)順等[12]提出,較高的采收成熟度有利于香氣質(zhì)的提高,彰顯上部葉的特色質(zhì)量風(fēng)格??梢钥闯?,前人在烤煙采收成熟度方面的研究已頗為深入,而關(guān)于采收成熟度對(duì)雪茄煙葉顏色表征與化學(xué)成分的影響則鮮有研究報(bào)道。鑒于此,本試驗(yàn)以雪茄煙品種ND-2為材料,研究不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征與化學(xué)成分的變化及二者之間的關(guān)系,旨在明確雪茄煙葉晾制機(jī)理,完善國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉原料晾制技術(shù)體系,為國(guó)產(chǎn)雪茄煙葉原料綜合質(zhì)量的提升提供理論支持。
供試材料為雪茄煙品種ND-2。栽培試驗(yàn)于2020年在湖南省張家界市桑植縣龍?zhí)镀烘?zhèn)進(jìn)行,5月7日移栽,行株距為120 cm×40 cm。施氮量為234 kg/hm2,氮磷鉀配比為1.0∶1.5∶2.0。各項(xiàng)大田管理措施按照優(yōu)質(zhì)雪茄煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程執(zhí)行,各項(xiàng)操作及時(shí)一致,同一管理措施當(dāng)天完成。
中部葉(自下而上第8~12片)進(jìn)入成熟采收期時(shí),按照表1中的分類標(biāo)準(zhǔn)分批采收各成熟度煙葉,即從M1到M3煙葉的成熟度依次增高。采收后,分別選取質(zhì)量均勻的鮮煙葉編20竿,按照優(yōu)質(zhì)雪茄煙晾制技術(shù)規(guī)程進(jìn)行晾制。晾制結(jié)束后,將煙葉置于溫度45℃、濕度80%的恒溫恒濕箱中進(jìn)行初次發(fā)酵,發(fā)酵結(jié)束后將煙葉取出待測(cè)。
表1 煙葉成熟度分類標(biāo)準(zhǔn)
1.3.1 顏色表征 測(cè)定明度色品指數(shù)L*(限值為0~100,0代表黑色度,100代表白色度)、紅綠色品指數(shù)a*(正值代表紅色度,負(fù)值代表綠色度)、黃藍(lán)色品指數(shù)b*(正值代表黃色度,負(fù)值代表藍(lán)色度),計(jì)算飽和度C(表示顏色的純度,其值越大代表顏色越飽滿強(qiáng)烈,值越小代表顏色越稀疏暗淡)、總色差△E(表示整體色澤的變化程度,是L*、a*、b*的綜合差別)、褐變指數(shù)BI(表示整體褐變程度,其值越大代表褐變程度越深,值越小代表褐變程度越淺)。
測(cè)定方法:煙葉于105℃殺青15 min后,45℃烘干至恒重,磨碎過60目篩,采用HP-C210色差儀測(cè)定。色差儀以廠家配備的標(biāo)準(zhǔn)白板、黑板校正作為基準(zhǔn),校正完成后測(cè)定煙末L*、a*及b*值,平行測(cè)定3次,取其平均值。
飽和度C、總色差△E、褐變指數(shù)BI計(jì)算公式為:
式中,L*為明度色品指數(shù),a*為紅綠色品指數(shù),b*為黃藍(lán)色品指數(shù),為該變量在晾制過程中各取樣時(shí)期的特征值為該變量在晾制0天的特征值,x為褐變指數(shù)計(jì)算系數(shù)。
1.3.2 常規(guī)化學(xué)成分 發(fā)酵后煙樣水溶性總糖、還原糖含量按照YC/T 159—2019中的方法測(cè)定,總氮、煙堿、鉀、氯含量依次按照YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2002、YC/T 162—2011中的方法進(jìn)行測(cè)定。
采用Microsoft Excel 2002和DPS 7.05、SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析、差異顯著性分析、典型相關(guān)分析及作圖。
采收成熟度主要通過影響色素含量進(jìn)而影響煙葉晾制過程中的顏色表征。由圖1可知,各項(xiàng)顏色表征參數(shù)均表現(xiàn)為M3>M2>M1,總體表現(xiàn)為隨成熟度的提高而上升。本試驗(yàn)所設(shè)成熟度處理只有M1采收時(shí)葉色透綠,M2與M3均已褪綠變黃,所以晾制開始(0 d)時(shí)a*僅M1存在負(fù)值。b*正值為黃,負(fù)值為藍(lán),M1在0~6 d波動(dòng)幅度最大,M1與M2均于6 d出現(xiàn)峰值,M3于18 d達(dá)到峰值,說明較高采收成熟度可以使雪茄煙葉在晾制中變黃更加徹底。L*各處理均呈右偏單峰變化,峰值出現(xiàn)在18 d。飽和度C,M1與M2均表現(xiàn)為左偏單峰,6 d為峰值,隨后緩慢下降;M3呈右偏單峰,18 d為峰值。△E整體表現(xiàn)為M3>M2>M1,各處理均為0~6 d變黃階段波動(dòng)幅度最大,隨后呈波動(dòng)性下降趨勢(shì)。M3與M2的BI峰值均出現(xiàn)在12 d,而M1峰值為6 d,且M3明顯大于M2與M1,表明較高的采收成熟度利于雪茄煙葉在晾制過程中深度褐變。
圖1 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征變化規(guī)律
由圖2可知,雪茄煙葉晾制過程中總氮含量呈緩慢下降趨勢(shì),總體表現(xiàn)為M3>M2>M1??偺桥c還原糖含量規(guī)律類似,均呈左偏單峰變化,0~6 d含量上升,峰值出現(xiàn)在6 d,隨后下降,這是由于雪茄煙葉晾制初期,淀粉等大分子物質(zhì)降解為單糖,導(dǎo)致總糖及還原糖含量增加,而隨著晾制進(jìn)程,糖類物質(zhì)持續(xù)供給一系列生理生化反應(yīng),導(dǎo)致其含量下降[13-15]。隨著采收成熟度的提高,煙堿持續(xù)由根部合成而后輸送至葉片儲(chǔ)存,所以各處理煙堿含量表現(xiàn)為M3>M2>M1。氯含量表現(xiàn)為隨采收成熟度的提高而上升,隨晾制進(jìn)程呈下降趨勢(shì)。鉀含量表現(xiàn)為M1>M2>M3,這是由于煙株內(nèi)部鉀在成熟期會(huì)由地上部經(jīng)韌皮部向根部回流及通過根部外排,從而導(dǎo)致鉀含量降低[16-19]。
圖2 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分變化規(guī)律
對(duì)不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果(表2)顯示,各處理晾制過程中L*、b*、C及BI均呈低變異性(變異系數(shù)<10%),而a*與△E均表現(xiàn)為中變異性(變異系數(shù)在10%~100%之間),這是由于雪茄煙晾制后,葉色由綠變黃,進(jìn)而變褐,導(dǎo)致a*與△E出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。a*、△E、BI及M3的C偏度絕對(duì)值較大,其它指標(biāo)偏度絕對(duì)值均小于1,基本符合正態(tài)分布。
將BIM技術(shù)應(yīng)用于MEP預(yù)制和安裝技術(shù),利用其參數(shù)化特點(diǎn),進(jìn)行分段預(yù)制、加工。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),材料費(fèi)用可以節(jié)省10%、人工費(fèi)用節(jié)省30%、工期節(jié)省40%。在BIM模型的指導(dǎo)下,管道預(yù)制加工更精確、管件材料的計(jì)劃和采購(gòu)更準(zhǔn)確。確保設(shè)計(jì)和安裝的準(zhǔn)確性、提高安裝一次成功率、減少因材料不到位造成施工現(xiàn)場(chǎng)窩工現(xiàn)象、同時(shí)降低不良采購(gòu)造成沒必要損耗,節(jié)約工程施工成本。BIM技術(shù)在MEP安裝和預(yù)制加工中的應(yīng)用,既提高了項(xiàng)目的建造品質(zhì),又節(jié)約了大量的資源。
表2 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中顏色表征描述統(tǒng)計(jì)分析
對(duì)不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果(表3)表明,隨著采收成熟度的提高,總糖及煙堿的變異系數(shù)逐漸下降,氯的變異系數(shù)逐漸上升。各處理總氮、M1與M3的鉀呈低變異性(變異系數(shù)<10%),其它指標(biāo)均表現(xiàn)為中變異性(變異系數(shù)在10%~100%之間)。M1的總氮及煙堿、M2的總氮偏度絕對(duì)值較大,其它指標(biāo)偏度絕對(duì)值均小于1,基本符合正態(tài)分布。
表3 不同采收成熟度雪茄煙葉晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分描述統(tǒng)計(jì)分析
2.3.1 顏色表征及化學(xué)成分之間典型相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn) 為進(jìn)一步分析顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分之間的關(guān)系,采用SPSS 25.0軟件對(duì)晾制過程中雪茄煙葉顏色表征L*(x1)、a*(x2)、b*(x3)、C(x4)、△E(x5)、BI(x6)與常規(guī)化學(xué)成分總氮(y1)、煙堿(y2)、總糖(y3)、還原糖(y4)、鉀(y5)、氯(y6)進(jìn)行典型相關(guān)分析,結(jié)果(表4)表明,共有4組典型變量間的相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著水平,因此,對(duì)這4組典型變量進(jìn)行分析。
表4 晾制過程中顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分 之間典型相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)
2.3.2 顏色表征及化學(xué)成分與典型變量之間的關(guān)系 由于原始變量的數(shù)據(jù)計(jì)量單位各不相同,不宜直接用于分析,故采用標(biāo)準(zhǔn)化典型相關(guān)系數(shù)建立典型相關(guān)模型mi和li,其中,mi表示顏色表征的典型相關(guān)模型,li表示常規(guī)化學(xué)成分的典型相關(guān)模型,并計(jì)算其原始變量與典型變量之間的相關(guān)系數(shù)(用ri表示,下同),結(jié)果見表5和表6。
表5 晾制過程中顏色表征與典型變量間的相關(guān)系數(shù)
表6 晾制過程中常規(guī)化學(xué)成分與典型變量間的相關(guān)系數(shù)
第Ⅰ組典型變量的構(gòu)成如下:
在達(dá)到極顯著水平(P<0.01)的第Ⅰ組典型變量(u1,v1)中,由u1與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可得,u1與L*(x1)、BI(x6)存在較高的負(fù)相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)分別是-0.949、-0.877,與△E原始變量的相關(guān)性則較低,由于a*(x2)、b*(x3)、C(x4)、△E(x5)在典型變量u1上的系數(shù)與其相關(guān)系數(shù)相反,故a*(x2)、b*(x3)、C(x4)、△E(x5)在典型變量u1中作為校正(或稱抑制)變量存在[20-22],不予分析。由v1與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知,v1與煙堿(y2)呈較高負(fù)相關(guān),其相關(guān)系數(shù)為-0.889,與鉀(y5)呈較高正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)為0.935,與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明,L*、BI與煙堿、鉀之間關(guān)系密切,在一定范圍內(nèi),隨著L*、BI數(shù)值的下降,煙堿呈上升趨勢(shì),鉀含量則表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。
第Ⅱ組典型變量構(gòu)成如下:
在達(dá)到極顯著水平(P<0.01)的第Ⅱ組典型變量(u2,v2)中,由u2與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可知,u2與△E(x5)存在較高負(fù)相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)為-0.935,與其它顏色表征原始變量的相關(guān)性則較低。由v2與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知,v2與總氮(y1)存在較高正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)為0.592,與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明,在一定范圍內(nèi),隨著△E的減小,煙葉總氮含量呈增加趨勢(shì)。
在達(dá)到極顯著水平(P<0.01)的第Ⅲ組典型變量(u3,v3)中,除去校正(抑制)變量后,BI(x6)的載荷較大,為-0.191,其它顏色表征原始變量的載荷則較低。由v3與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知,v3與氯(y6)呈較高正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)為0.661,與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性則較低。此線性組合可以理解為,在一定范圍內(nèi),隨著BI數(shù)值的減小,氯離子含量呈上升趨勢(shì)。
第Ⅳ組典型變量構(gòu)成如下:
在達(dá)到顯著水平(P<0.05)的第Ⅳ組典型變量(u4,v4)中,由u4與原始變量xi的相關(guān)系數(shù)rui可知,u4與b*(x3)、C(x4)存在較高正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)分別是0.407、0.379,與其它顏色表征原始變量相關(guān)性較低。由v4與原始變量yi的相關(guān)系數(shù)rvi可知,v4與總糖(y3)、還原糖(y4)呈較高正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)分別為0.692、0.618,與其它常規(guī)化學(xué)成分原始變量的相關(guān)性較低。此線性組合表明,在一定范圍內(nèi),隨著b*、C數(shù)值的上升,總糖及還原糖含量均呈上升趨勢(shì)。
2.3.3 顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分的典型冗余分析 由表7可知,4組典型變量共解釋顏色表征指標(biāo)自身變異96.50%、常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)自身變異67.00%的信息。其中,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組典型變量分別解釋顏色表征自身變異57.20%、31.20%、2.20%、5.90%的信息,反映常規(guī)化學(xué)成分31.00%、8.40%、10.90%、16.70%的信息。顏色表征的4組典型變量分別反映常規(guī)化學(xué)成分總變異55.40%、27.00%、1.10%、1.70%,共計(jì)85.20%的信息;常規(guī)化學(xué)成分的4組典型變量分別反映顏色表征總變異30.00%、7.20%、5.30%、4.80%,共計(jì)47.30%的信息。
表7 晾制過程中顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分 的典型冗余分析結(jié)果
采收成熟度決定了雪茄煙葉進(jìn)入晾制階段的物質(zhì)基礎(chǔ),采收成熟度適宜的雪茄煙葉組織結(jié)構(gòu)疏松、干物質(zhì)積累豐富,有利于煙葉充分變黃、徹底變褐,提升其化學(xué)成分協(xié)調(diào)性[5,23-26]。煙葉化學(xué)成分的含量及其協(xié)調(diào)性作為質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的重要組成,代表了其內(nèi)在品質(zhì)的高低。本試驗(yàn)中,隨著采收成熟度的提高,總氮、煙堿和氯表現(xiàn)為M3>M2>M1,總糖、還原糖與鉀表現(xiàn)為M1>M2>M3,這與林開創(chuàng)[27]、王潔[28]等的研究結(jié)果基本一致。晾制過程中的顏色表征不僅是煙葉晾制進(jìn)程的主要外觀辨識(shí)特征,同時(shí)也反映了煙葉內(nèi)部生理生化反應(yīng)進(jìn)程。本研究中,開始調(diào)制(0 d)時(shí)煙葉L*、a*、b*及C值均表現(xiàn)為M3>M2>M1,表明隨著煙葉成熟度的提高,煙葉亮度逐漸提高、綠色逐漸褪去、黃色逐漸凸顯,與本試驗(yàn)所設(shè)成熟度檔次符合。晾制初期,葉綠素在相關(guān)酶的作用下轉(zhuǎn)化為甲醇、葉綠醇、葉綠素酸等物質(zhì)[29-31],類胡蘿卜素在相關(guān)酶的作用下降解生成巨豆三烯酮、β-大馬酮等致香物質(zhì),但類胡蘿卜素降解速率遠(yuǎn)小于葉綠素降解速率,類葉比逐漸上升,顏色表征表現(xiàn)為褪綠變黃[32-36],所以L*、a*、b*及C值在晾制前期均表現(xiàn)為上升。BI值隨成熟度的提高而上升,且隨著晾制的進(jìn)行,先升高后趨于穩(wěn)定,表明在一定范圍內(nèi),成熟度越高,褐變程度越徹底。
晾制作為雪茄煙葉生產(chǎn)過程中重要的一環(huán),前承大田、后接發(fā)酵,是大田干物質(zhì)積累水平的體現(xiàn),也是順利進(jìn)入發(fā)酵及充分完成發(fā)酵的基礎(chǔ)。雪茄煙葉在晾制過程中,內(nèi)在化學(xué)成分在相關(guān)酶的作用下持續(xù)進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化,外在表現(xiàn)則是煙葉顏色表征的變化。根據(jù)典型相關(guān)分析結(jié)果,雪茄煙葉顏色表征及化學(xué)成分在晾制過程中表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性,在一定范圍內(nèi),L*、BI與煙堿呈負(fù)相關(guān),與鉀呈正相關(guān),△E與總氮呈負(fù)相關(guān),BI與氯呈負(fù)相關(guān),b*、C與總糖、還原糖均呈正相關(guān)。這與陳飛程[37]、李志剛[38]等的研究結(jié)果基本一致,但存在一定差異,究其原因可能是,雪茄煙葉的晾制時(shí)長(zhǎng)相對(duì)于烤煙更長(zhǎng)且對(duì)于外觀顏色表征的調(diào)制目的不同,調(diào)制時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)導(dǎo)致雪茄煙葉相關(guān)物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化幅度更大,調(diào)制目的不同導(dǎo)致雪茄煙葉傾向于促進(jìn)棕色化反應(yīng),使煙葉外觀由黃變褐以利于凸顯雪茄煙葉香型風(fēng)格[39-41]。由典型冗余分析結(jié)果可知,4組典型變量共解釋顏色表征指標(biāo)自身變異的96.50%、常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)自身變異的67.00%的信息;顏色表征的4組典型變量反映常規(guī)化學(xué)成分85.20%的信息,常規(guī)化學(xué)成分的4組典型變量反映顏色表征47.30%的信息。這一分析結(jié)果表明,晾制過程中雪茄煙葉的顏色表征與化學(xué)成分內(nèi)部指標(biāo)之間關(guān)系密切,結(jié)合典型相關(guān)分析結(jié)果可知,不同的顏色表征指標(biāo)受化學(xué)成分的影響各異。
本試驗(yàn)通過研究晾制過程中雪茄煙葉顏色表征與常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系及二者的變化規(guī)律,可為產(chǎn)區(qū)提供關(guān)于雪茄煙晾制的理論參考,為提升雪茄煙葉晾制質(zhì)量、深化雪茄煙葉晾制工藝研究、提高雪茄煙葉工業(yè)可用性提供理論支持。