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 煙草學院,河南 鄭州,450002;2.河南中煙工業(yè)有限責任公司 河南 鄭州,450016;3.安徽中煙工業(yè)有限責任公司 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行驗證,證明雪茄煙葉在晾制過程當中水分指標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色差計作為判斷煙葉成熟采收的輔助工具;賀帆[7]等通過色差計檢測煙葉烘烤過程中煙葉化學物質(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,以期為科學準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化操作奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019—2020年在河南農(nóng)業(yè)大學進行,試驗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?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?shù)爻Ｒ?guī)優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進行統(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材料。

1.2 試驗設(shè)計

將試驗所需煙葉嚴格按照適熟標準采收后,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)進行溫濕度的設(shè)置。自晾制當天起(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,用于水分指標的測定。

1.3 測定項目與方法

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*和黃藍值b*,并計算飽和度C*、色澤比H*以及色相角H°。參照文獻的測定方法,在煙葉的上部、中部、下部的左右兩側(cè)各取一個位點進行測量[9],每片煙葉測量6個位點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

1.3.2 煙葉中水分指標的測定

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。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果利用Excel 2010進行作圖,利用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

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

將煙葉顏色進一步進行量化,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*和黃藍值b*從晾制開始時即快速增大,并在晾制的第6 d達到最大值,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,達到最大值后又迅速下降;色澤比H*隨晾制過程的推進而逐漸增加,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%。進一步將葉片與主脈的含水率分開計算,發(fā)現(xiàn)葉片的失水速率遠遠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。進一步用水活度計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)都呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。煙葉背面的顏色參數(shù)與水分指標的相關(guān)性和煙葉正面的顏色參數(shù)與水分指標的相關(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組未達到顯著水平,因此對前2組數(shù)據(jù)進行重點分析。

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。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。由于v1與u1極顯著相關(guān),因此可以認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。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。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,導致物質(zhì)積累和降解也有所差異所造成[13-14];葉片正面細胞排列緊密,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,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行擴散,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致葉綠體被膜破裂,甚至導致了葉綠體的解體,從而進一步導致了煙葉的顏色發(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。進一步將煙葉的顏色參數(shù)分別與各項生理指標進行典型相關(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,煙葉中的水分指標對煙葉的a*(y2、y8)和H*(y5、y11)值影響最大。