烤烟密集烘烤过程中烟叶生理和物理特性及细胞超微结构变化

摘要

近年来,随着现代烟草农业“一基四化”的提出,各地密集烤房和烤房群呈快速发展态势。但由于调制技术相对落后等原因,导致部分烤后烟叶容易出现颜色浅淡、僵硬、光滑等现象,致使油分、香味等有所降低,感观质量一般,化学成分不太协调,烟叶可用性低,难以满足“卷烟上水平、原料上保障”的实际需求。为优化和完善烘烤工艺,以烤烟“NC89”、“中烟100”和“秦烟96”品种上部叶为试验材料,采用电热式温湿度自控密集烤烟箱研究了烘烤中不同关键温度点(鲜样、38℃、42℃、48℃、54℃、烤后干样)不同处理(纳米涂料处理、烟叶主脉和叶片、不同品种)烤烟烟叶生理、物理特性和细胞超微结构等指标变化,主要试验结果如下:
　　 1.烘烤中NC89烟叶可溶性果胶含量不断增加,原果胶、总果胶和纤维素含量不断降低,其中果胶(总果胶、原果胶及可溶性果胶)与PG的关系比果胶与PME的关系更密切,即PG更有利于水解细胞壁和抑制光滑叶的形成。根据细胞壁酶活性及组分在密集烘烤中的变化规律,在38～48℃,尤其是在42℃适当延长时间,创造适宜的环境条件,保持较高的细胞壁酶活性,促使酶降解细胞壁物质及内部大分子物质充分转化,有利于细胞内各种生理生化反应的充分发生,防止光滑叶的形成,确保烟叶生产的质量和效益。
　　 2.纳米处理果胶甲酯酶(PME)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)及纤维素酶活性峰值分别出现在42℃、48℃、38℃,其中PG和纤维素酶活性峰值比对照提前出现,但烘烤后期细胞壁酶活性均比对照偏低。处理纤维素含量明显高于对照,其中烤后样比对照高12 mg/g。处理可溶性果胶、原果胶、总果胶含量42℃以后也明显高于对照,其中处理总果胶含量在42℃最高,为6.34％。处理上等烟和总产值比对照分别增加7.33％、16.56％,差异均达到极显著水平,同时单叶重比对照增加0.71 g,差异显著。纳米涂料在烘烤过程中对上部叶细胞壁酶活性、组分和经济性状影响显著,能增加经济效益。根据纳米涂料的功能及处理NC89烟叶烟叶细胞生理生化变化规律,为其在烘烤工艺上的进一步应用提供了参考。
　　 3.中烟100烘烤中叶烟叶淀粉、叶绿素和类胡萝卜素含量的变化主要在变黄前期；烟叶水分含量、厚度、密度的变化主要在变黄期和定色期；果胶和纤维素含量的变化主要在定色期,烘烤中叶质重的变化相对较小。细胞超微结构观察表明,细胞壁、叶绿体和细胞核在烘烤中的变化十分明显,但线粒体不易观察到；38℃染色质减少,核膜部分消失；42℃细胞出现质壁分离现象,叶绿体等细胞器游离到细胞中央,叶绿体外膜、核膜破裂,嗜锇颗粒多数呈现半空状态,基粒片层和大部分淀粉粒消失；48℃细胞壁扭曲变形,细胞核固缩；54℃后叶绿体个体形状已不易区分,所存物质基本是电子密度较弱的嗜锇物质。在变黄期38℃前后适当延长时间,使淀粉、色素等叶绿体内含物充分降解转化,烟叶充分变黄；定色期合理调控烘烤进程,降低细胞壁物质含量,有利于提高烟叶内低聚糖、单糖和香气物质含量,改善烟叶的结构和外观质量。烘烤中烟叶细胞超微结构变化和烟叶身份、生理生化反应、内含物降解转化的程度密切相关,可为优化烘烤工艺和改善烟叶品质提供理论依据。
　　 4.烘烤中中烟100烟叶叶片质地和色度各参数在变黄期38℃前后发生了明显的变化；主脉各参数主要在42℃之后,尤其是48～54℃。烘烤中烟叶TPA(texture profile analysis)测试评价参数硬度、回复性、咀嚼性曲线图的动态变化更为直观。烘烤中烟叶色度各参数差异性均极显著(P<0.01),且a*值差异显著性好于b*值；叶片色度的差异显著性比主脉的更直观。相关分析表明,烘烤中烟叶叶片TPA测试参数硬度、粘聚性、咀嚼性的相关性较好(0.952～0.992),是评价烟叶质地变化的可靠性指标；粘聚性和回复性可以灵敏地反映烟叶主脉的质地变化。相对于主脉,叶片色度的各参数的相关性更好(0.852～0.962),呈显著或极显著正相关。色度各参数的相关分析表明,L*与a*相关性明显好于与b*的。
　　 5.中烟100烟叶质地测定参数在38～48℃发生显著的变化,在此期间细胞壁酶活性较高,细胞壁物质降解量和水分的变化较为显著。烘烤过程中烟叶质地的绵软在某种程度上是细胞间结合力减小的结果,即细胞壁物质不断降解的结果。烘烤中烟叶剪切力的动态变化较为直观,而烟叶细胞生理变化是导致质地差异显著的主要因素。在38℃烟叶塌架、变黄8成左右时合理调控烘烤进程,42℃适当延长烘烤时间,并结合烟叶的外观形态变化,合理调控烘烤期间的环境及烘烤进程,使烟叶的回复性和拉力等质地参数值降低,可降低细胞壁物质含量,抑制致密组织结构的形成。
　　 6.相对于中烟100,秦烟96烟叶烘烤中38～54℃含水率较高,变黄期呈现相对较高的过氧化物酶(POD)活性和相对较低的脂氧合酶(LOX)活性,烟叶质地各参数值较大,定色期则相反；但定色期.48℃后颜色各参数较好；烘烤中烟叶外观颜色及质地参数变化均较显著(P<0.05),色素降解更充分。相关分析表明,烘烤中颜色各参数相关性较好(｜R｜=0.677～4).997),颜色参数与色素的相关性也较好(｜R｜=0.661～0.973)；硬度和咀嚼性呈极显著正相关(P<0.01)；回复性与a*、H均呈极显著相关(P<0.01)；黏聚性和L*、b*、C*均呈显著或极显著负相关(P<0.05)。因此,质地4个参数和颜色5个参数均为研究烘烤中烟叶变化的有效参数；烘烤后期秦烟96烟叶质地较为疏松,颜色较好。该研究为烘烤中烟叶质地和颜色变化的定量化实时监测和烘烤工艺的优化提供了理论依据。
　　 7.相对于中烟100,秦烟96烟叶内细胞物质降解的较早,烘烤中秦烟96烟叶色素和淀粉的降解较为彻底,烘烤后期色素和淀粉含量相对较低。中烟100烟叶细胞壁在烘烤中较早地扭曲变形,细胞内生理生化反应被过早地抑制,内部物质降解的程度在一定意义上受到限制。这表明烘烤中烟叶生理生化反应及其程度与超微结构变化有着紧密的联系,这也是同一成熟度不同品种烟叶差别的最重要的一个因素。
　　 8.变黄期(38～42℃)保持相对较高的POD活性及相对较低的呼吸作用、LOX和细胞壁酶活性,使烟叶适度失水,延长烟叶的呼吸寿命；定色期(42～54℃)则相反,使色素、细胞壁物质有充分的时间降解和转化,提高烤后烟叶的香气生成转化量,改善烟叶的组织结构。对于中烟100,应适当延长变黄期和提高烟叶含水率,提高变黄期烟叶组织细胞的保护功能,以达到充分降解色素的目的。
　　 9.通过调节烟叶烘烤中烤箱的温湿度及烘烤进程,在48℃前后使色素、细胞壁等物质充分降解,适度破坏烟叶的组织结构,使烟叶硬度、咀嚼性、回复性、剪切力、拉力值降低,改善烟叶的质地特征。对于中烟100,42℃前应增强保护酶(POD)活性,降低细胞膜的损伤,使细胞内大分子物质得以充分的降解和转化,降低叶片的致密程度。
　　 10.外观颜色一方面与烟叶烘烤的温湿度环境有关,另一方面,与叶绿素、类胡萝卜素的降解和转化程度及比例有关。60℃后相对较高的湿度有利于加深烟叶的橘色浓度(增大a值)。对于中烟100,应适当提高该时期的湿球温度(42～43℃)。另外,合理调控中烟100烟叶的烘烤进程,使其经历较长的饥饿代谢时间,有利于色素物质的充分降解和转化,改善烟叶的外观颜色。秦烟96和中烟100烤后烟叶的差别,与在烘烤中的差别是一致的。即烤后烟叶品质的形成源自于烘烤过程中烟叶品质因素的积累。