密集烘烤过程中烟叶含水量与形态变化关系研究

2018-12-04典瑞丽李峥谭方利吴文信李宏光方明樊士军

天津农业科学 2018年10期

典瑞丽李峥谭方利吴文信李宏光方明樊士军

摘要：试验以湖南郴州烟区所产云烟87品种中部叶为试验材料，对密集烘烤过程中烟叶含水量及形态参数的变化进行测量，通过相关性和回归分析探究烘烤过程中烟叶水分含量与形态变化之间的关系。结果表明：全叶、叶片和主脉含水量与横向、纵向和叶面积收缩率以及横向卷曲度、主脉体积5项形态指标均呈显著或极显著负相关，全叶和叶片含水量与纵向卷曲度、主脉厚度及叶片体积呈显著或极显著负相关关系，叶片厚度与烟叶各项含水量指标的相关性均未达到显著水平；回归分析结果表明，烟叶含水量与各项形态参数的拟合程度较好，均达到极显著或显著水平，说明可依据烟叶形态变化判断烘烤过程中叶片、主脉和全叶的含水量。

关键词：密集烤房；烟叶烘烤；含水量；形态；相关性

中图分类号：S576 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.10.014

Abstract： The middle leaves of Yunyan 87 planted in Chenzhou tobacco growing area of Hunan province were used as test materials， the moisture content and morphological parameters of tobacco leaves during bulk curing process were measured， and the relationship between moisture content and morphological changes were studied through correlation and regression analysis. The results showed that the water content of the whole leaf， leaf and main vein had significant or very significant negative correlations with the 5 morphological indexes of vertical shrinkage，horizontal shrinkage， area shrinkage，transverse curvature and main vein volume. The water content of whole leaf and leaf had a significant or very significant negative correlation with vertical rolling， main vein thickness and leaf volume. The correlation between leaf thickness and moisture content of tobacco leaves did not reach a significant level. The results of regression analysis showed that the water content of tobacco leaves was well fitted with all morphological parameters， reaching a very significant or significant level， indicating that the moisture content of leaves， main veins and whole leaves could be judged according to the morphological changes.

Key words： bulk curing barn；tobacco flue-curing；moisture content；morphology；relevance

隨着我国烟叶烘烤设备的不断演变与发展，密集烤房以节能、省工、烤后烟叶质量优等特点逐渐满足了当前烟叶烘烤现代化、规模化、专业化的发展趋势[1-3]。然而高质量烤后烟叶的产出仍是基于烘烤操作人员对于烤中烟叶状态的精准判断，辅以烘烤工艺技术的优化。烟叶在密集烘烤过程中水分含量的变化与生理代谢密切相关[4]，而烟叶形态的变化在一定程度上反映了烟叶失水干燥的状态，烘烤过程中也通常以形态变化来判断烟叶的失水程度[5]，因此对于密集烘烤过程中烟叶含水量与形态变化之间关系的细化研究具有重要意义。现有研究大多集中在针对烟叶烘烤过程中的水分或形态变化探究，谢鹏飞等[6]和王涛等[7]研究发现云烟87中部叶的相对含水量在烘烤过程前期失水速度慢，中期失水速度快，烟叶厚度收缩率在干筋期之前一直呈现较大变化，烟叶收缩率和卷曲度在烘烤前期变化幅度较小，中期相对剧烈，后期又逐渐减缓；魏硕等[8]研究了上部叶带茎烘烤过程中水分与形态变化之间的关系，结果表明叶片厚度收缩率与全叶含水率、叶片含水率和自由水含量呈极显著负相关，主脉直径收缩率与烟叶含水率、主脉含水率及自由水含量呈极显著负相关关系。但有关烤烟调制过程中水分含量与宏观形态变化关系的相关研究鲜有报道。

本研究以湖南浓香型烟叶产区郴州烟叶为试验材料，研究烟叶在密集烘烤过程中叶片、主脉、全叶含水量与烟叶收缩率、烟叶卷曲度、叶片厚度、主脉厚度、叶片体积、主脉体积等形态学指标之间的相关性，旨在为烘烤过程中烟叶含水量的精准判断提供一定理论依据，同时为密集烘烤工艺的优化奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2017年在湖南省桂阳县正和烟草工作站进行。试验田土壤类型为典型水稻土，肥力中等。供试烤烟品种为云烟87，于3月14日移栽，田间种植株行距为50 × 110 cm；田间管理按照当地优质烤烟生产技术规范进行。烟叶烘烤选取气流下降式普通密集烤房，装烟室为2路3层设计，规格为长×宽×高=8.0 m×2.8 m×3.4 m，烘烤能力1.33 hm2，循环风机功率为2.2 kW。

1.2 供试材料

烟叶成熟后按叶位采收，以成熟度、大小、颜色基本一致的中部叶（11～13叶位）为试验材料，编竿后置于密集烤房中层，采用三段式烘烤工艺进行烘烤。分别于烤前及烤中以12 h为周期选取大小、颜色具有代表性的完整烟叶30片，其中15片用于烟叶含水量的检测，剩余15片烟叶用于形态参数测量。为避免取样带来的试验误差，每次选取不同烟杆上的烟叶进行测量，同时取样后用麻袋片填充空隙部位。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟叶含水量参照行业标准YC/T 311-2009中烘箱法测定烟叶含水量，其中5片烟叶测定全叶含水量，其余10片烟叶将叶片和主脉分离，分别测定叶片含水量和主脉含水量。

1.3.2 烟叶形态参数测定采用毫米刻度尺测量鲜烟叶的长度、宽度以及叶边缘和叶柄至叶尖的距离，并参照何颜晟等[9]方法计算叶面积，参照赵铭钦等[10]方法测量烟叶在烘烤过程中的横向收缩率、纵向收缩率和叶面积收缩率，参照樊军辉等[11]方法测量烟叶的横向卷曲度和纵向卷曲度；烟叶叶片厚度的测定采用厚度仪，主脉厚度的测量采用螺旋测微仪，其中每片烟叶的主脉厚度测量时选取叶柄至叶尖等距离的3个位点，以平均值作为最终测量值；采用排水法分别测量叶片体积和主脉体积，具体参照钟广炎[12]方法进行。

1.4 數据处理

采用SPSS 22.0软件进行试验数据的整理及统计分析；采用Microsoft Excel2013软件作图。

2 结果与分析

2.1 烟叶烘烤过程中相对含水量变化

由图1可以看出，鲜烟叶中主脉的相对含水量高于全叶（叶片+主脉），叶片中相对含水量最低，在密集烘烤过程中相对含水量的整体变化趋势基本一致，均表现为不断减小。在48 h（变黄期）之前失水速率均较小；48～120 h期间叶片的相对含水量大幅度降低，主脉则在96 h（定色后期）之后开始快速失水，全叶在60 h（定色中期）左右失水速率加快。

2.2 烟叶烘烤过程中形态变化

从图2a可以看出，烟叶在烘烤过程中的横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率均表现为不断增大的趋势，且其变化幅度均表现为横向>叶面积>纵向。在72 h（定色期）时烟叶横向收缩率和叶面积收缩率的增长速率有进一步加快的趋势，而纵向收缩率在此时的增长速率有所减小；108 h（干筋期）以后叶片水分基本全干，烟叶收缩率的变化幅度减缓，并逐渐趋于稳定状态；最终横向收缩率分别高出叶面积收缩率、纵向收缩率7.53和16.68个百分点。

由图2b可知，烟叶烘烤过程中的横向卷曲度和纵向卷曲度均表现为不断增长的趋势，且横向卷曲度的增长速率快于纵向卷曲度。48 h（变黄期）之前两个卷曲度指标增长均较为缓慢，其中横向和纵向卷曲度分别增加了8.54和2.23个百分点；48 h之后烟叶卷曲度增长速率有增大的趋势，主要是由于烟叶在定色期开始快速失水，水分的排出造成烟叶出现“卷边”和“卷筒”的现象，至132 h，烟叶横向和纵向卷曲度分别达到34.68%和8.84%。

从图2c和图2d可以看出，烟叶在密集烘烤过程中，随着叶片和主脉的失水干燥、物质降解、细胞溶解，叶片和主脉的厚度收缩率和体积收缩率均不断增长。其中叶片厚度收缩率在84 h之前高于主脉厚度收缩率，而在84 h及之后则低于主脉厚度收缩率，主要是由于烟叶烘烤过程中主脉的水分是向叶片转移，失水速率慢于叶片，同时水分直接参与代谢，也是各种反应的介质，因此主脉发生脱水干燥、大分子物质降解的过程要长于叶片，相应就导致主脉厚度的变化滞后于叶片[13]；叶片体积收缩率在108 h及之前均高于主脉体积收缩率，而在108 h后则低于主脉体积收缩率，应该是由于主脉中水分在干筋期开始大量散失所致。

2.3 烟叶烘烤过程中含水量与形态变化的相关性分析

烟叶烘烤过程中含水量与各项形态参数之间的相关性分析（表1）表明，全叶含水量与形态参数中的横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度、纵向卷曲度、主脉体积呈极显著负相关关系，与主脉厚度、叶片体积呈显著负相关关系；叶片含水量与横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度、纵向卷曲度、主脉厚度呈极显著负相关关系，与叶片体积、主脉体积呈显著负相关关系；主脉含水量与主脉体积呈极显著负相关关系，与横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度呈显著负相关关系。整体来看，密集烘烤过程中全叶含水量和主脉体积的相关性最强，横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度、主脉体积5项指标与烟叶含水量指标均呈极显著或显著相关关系，叶片厚度则与烟叶含水量各项指标的相关性均未达到显著水平，可能是由于烤烟调制过程中叶片厚度与化学成分含量变化密切相关。

2.4 烟叶含水量与形态变化的回归分析

分别以烟叶的横向收缩率（y1）、纵向收缩率（y2）、叶面积收缩率（y3）、横向卷曲度（y4）、纵向卷曲度（y5）、叶片厚度（y6）、主脉厚度（y7）、叶片体积（y8）、主脉体积（y9）9个形态指标为因变量，以全叶含水量（x1）、叶片含水量（x2）、叶脉含水量（x3）为自变量，就密集烘烤过程中烟叶含水量与形态参数之间的关系进行回归分析，拟合出回归方程y1 ～ y9，具体公式如下：

y1=-0.145x1-0.341x2+0.127x3+0.292（R2=0.990，P<0.01）；

y2=-0.212x1-0.020x2+0.089x3+0.127（R2=0.920，P<0.05）；

y3=-0.186x1-0.188x2+0.112x3+0.218（R2=0.985，P<0.01）；

y4=-0.539x1-0.193x2+0.294x3+0.359（R2=0.989，P<0.01）；

y5=-0.130x1-0.061x2+0.083x3+0.088（R2=0.952，P<0.05）；

y6=-0.672x1-0.649x2+0.811x3+0.502（R2=0.935，P<0.05）；

y7=-1.330x1-0.482x2+1.069x3+0.577（R2=0.921，P<0.05）；

y8=-1.994x1-0.264x2+1.490x3+0.638（R2=0.892，P<0.05）；

y9=-1.128x1-0.064x2+0.055x3+1.015（R2=0.998，P<0.01）。

烟叶烘烤过程中含水量与各项形态参数的回归方程拟合程度较好，方差分析结果表明含水量与横向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度、主脉体积4项形态学指标达到极显著水平，与剩余的纵向收缩率、纵向卷曲度、叶片厚度、主脉厚度、叶片体积等5项指标达到显著水平。

3 结论与讨论

本试验结果表明：烟叶在密集烘烤过程中相对含水量不断降低，其中叶片快速失水干燥主要发生在变黄后期和定色期（48～96 h），主脉含水量则在定色末期和干筋期（96～132 h），全叶含水量在烘烤过程中的失水规律表现为“慢-快-慢”的S型变化趋势，在定色期（60～96h）失水幅度较大，与宫长荣等[14]、任一鹏等[15]研究结果相一致。

试验中对于形态指标变化的测定结果显示：烟叶收缩率（纵向、横向、叶面积、叶片厚度、主脉厚度、叶片体积和主脉体积）及卷曲度（纵向和横向）在烘烤过程中均呈不断增大的趋势，其中纵向收缩率和纵向卷曲度变化幅度较小，烘烤结束后变化幅度仅为11.84%和8.65%；定色中期（72 h）之后，烟叶横向收缩率和叶面积收缩率有进一步加快的趋势，到达干筋期（108 h）后叶片中水分基本全干，烟叶收缩率逐渐趋于稳定状态；在变黄期（0～48 h），烟叶的横向卷曲度和纵向卷曲度增长速度较为缓慢，变黄后期（48 h）之后烟叶卷曲度有增大的趋势，且横向卷曲度的增长速率明显快于纵向卷曲度；叶片和主脉的厚度收缩率与体积收缩率的变化趋势基本一致，在定色中期（84 h）之前，主脉厚度收缩率低于叶片，在干筋期（120 h）之前，主脉和体积收缩率低于叶片，之后则高于叶片。

相关性分析从定性角度研究了烘烤过程中烟叶含水量与形态参数之间的关系，本试验结果表明除叶片厚度外，密集烘烤过程中全叶含水量和叶片含水量与其余各项形态参数之间的相关性均达到极显著或显著的负相关关系；主脉含水量也与主脉体积呈极显著的负相关关系，与横向收缩率、纵向收缩率、叶面积收缩率、横向卷曲度呈显著负相关；通过回归拟合方程发现，可从定量的角度将密集烘烤过程中烟叶含水量与形态参数的变化规律联系起来，各项指标的多元线性回归方程的拟合效果均达显著或极显著水平，说明烟叶含水量可在一定程度上解释烟叶烘烤过程中形态参数地变化，但由于烟叶烘烤过程中淀粉、蛋白质、叶绿素大分子物质的降解转化过程也是烟叶品质形成的重要过程，亦会影响烟叶外在形态、颜色的变化[4，16]，故可将颜色与化学成分含量等指标融入进一步研究中，为精益烘烤和烘烤工艺的优化提供参考。

参考文献：

[1]宋朝鹏，陈江华，许自成，等. 我国烤房的建设现状与发展方向[J]. 中国烟草学报， 2009， 15（3）：83-86.

[2]詹军，周芳芳，张晓龙，等. 密集烤房与普通烤房烘烤过程中环境和烟叶颜色的变化[J]. 河南农业大学学报， 2015， 49（1）：17-21.

[3]李峥，谭方利，吴文信，等. 烟叶烘烤新型能源和技术研究进展[J]. 天津農业科学， 2017，23（11）：68-72.

[4]武圣江，宋朝鹏，贺帆，等. 密集烘烤过程中烟叶生理指标和物理特性及细胞超微结构变化[J]. 中国农业科学， 2011， 44（1）：125-132.

[5]朱金峰，李广良，黄海棠. 不同成熟度烟叶烘烤过程中叶片组织结构和形态的变化[J]. 江西农业学报， 2011， 23（7）：53-56.

[6]谢鹏飞，邓小华，周清明，等. 密集烘烤过程中烟叶颜色、形态和水分变化及相互关系[J]. 作物研究， 2012， 26（5）：486-490.

[7]王涛，贺帆，詹军，等. 密集烘烤过程中基于色度学和形态学的烤烟外观变化与化学成分关系[J]. 华中农业大学学报， 2012， 31（6）：765-770.

[8]魏硕，罗定棋，顾勇，等. 烤烟上部叶带茎烘烤水分状态及形态变化分析[J]. 南方农业学报， 2017， 48（9）：1659-1664.

[9]何颜晟，典瑞丽，谭方利，等. 特殊素质烟叶生长与营养物质积累之间的相关性[J]. 天津农业科学， 2017， 23（6）：99-102.

[10]赵铭钦，宫长荣，汪耀富，等. 不同烘烤条件下烟叶失水规律的研究[J]. 河南农业大学学报， 1995（4）：382-387.

[11]樊军辉，陈江华，宋朝鹏，等. 不同烤房烘烤过程中烟叶形态和物理特性的变化[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2010， 38（6）：109-114.