賀帆，王濤，王梅，宮長榮

1 河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，鄭州文化路95號 450002；

2 曲靖市煙草公司師宗分公司，師宗通源大街中段 655700；

3 鐵嶺市煙草公司昌圖分公司，鐵嶺 112000

烘烤過程中煙葉顏色變化與主要化學成分的關系

賀帆1，王濤2，王梅3，宮長榮1

1 河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，鄭州文化路95號 450002；

2 曲靖市煙草公司師宗分公司，師宗通源大街中段 655700；

3 鐵嶺市煙草公司昌圖分公司，鐵嶺 112000

以烤煙NC89中部葉為試驗材料，對密集烘烤過程中烤煙煙葉亮度值L、紅度值a、黃度值b、飽和度C、色相角H°、色澤比H和色差值ΔE的變化規(guī)律及其與主要化學成分的關系進行了研究。結果表明，烘烤過程中煙葉正面與背面L、a、b、C、H°和H值的變化趨勢基本一致；其均在鮮煙葉至42℃結束時變化劇烈，42℃結束之后變化幅度趨緩。煙葉正背面色差值的變化則相對平穩(wěn)，從鮮煙葉至42℃開始略有上升，在54℃穩(wěn)溫結束時略有下降。相關分析表明，烘烤過程中煙葉各顏色參數(shù)與淀粉、還原糖、葉綠素、類胡蘿卜素、蛋白質、氨基酸和含水量之間相關性明顯，大部分達到了顯著或極顯著水平。通過對煙葉顏色參數(shù)與化學成分的回歸分析，建立了煙葉顏色參數(shù)與主要化學成分動態(tài)變化的預測方程；除葉綠素外，烘烤過程中烤煙煙葉其他主要化學成分預測值與實測值符合程度較好，預測精度高。通過色差計量化烘烤過程中的煙葉顏色參數(shù)，從而建立烘烤過程中主要化學成分的預測模型，進行快速準確的預測，提高烘烤操作的準確性。

烤煙；烘烤；顏色；化學成分

密集烤房是現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設的重要基礎設施，隨著在全國的大面積推廣，煙葉在烘烤過程中的溫濕度自動化和精準化控制水平不斷提高[1-2]。但當前密集烘烤溫濕度的確定仍是基于技術人員對煙葉顏色和形態(tài)變化進行的人為判斷，這種方法往往受煙葉品種、煙葉素質和技術人員的認識程度等諸多因素的影響，主觀隨意性大，不能完全滿足現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對精準化操作的要求。因此，實現(xiàn)煙葉主要化學成分的實時快速無損檢測將大大提高烘烤溫濕度調(diào)控精度。近年來的相關研究[3-4]指出，近紅外技術能實現(xiàn)煙葉主要化學成分的快速測定，但并未見應用于烘烤研究；而基于CIE色度學理論的計算機圖像處理和色差計量化烘烤中煙葉顏色參數(shù)技術的研究為揭示烘烤過程中煙葉顏色與內(nèi)在化學成分變化的關系，科學精準調(diào)控煙葉溫濕度提供了新的方法。

CIE色度系統(tǒng)是國際照明協(xié)會規(guī)定用三刺激值x、y、z表達任一顏色匹配的系統(tǒng)。目前，在水果[5-6]、蔬菜[7]和肉類[8]等農(nóng)作物或農(nóng)產(chǎn)品檢測方面得到了廣泛的應用，并利用顏色參數(shù)快速、準確的估測了色素類物質、抗壞血酸和品質的變化。梁洪波[9]、彭新輝[10]和丁根勝[11]等研究認為煙葉顏色與總糖、還原糖、總氮、蛋白質、煙堿等化學成分密切相關，可反映煙葉內(nèi)在化學品質。但迄今為止，有關煙葉顏色的定量分析及其與煙葉化學成分的關系主要集中在煙葉的成熟過程及其烤后煙葉[9-12]；對烘烤過程只是進行了顏色的定量測定及其與化學成分的簡單相關分析[13-14]，有關顏色參數(shù)與化學成分的定量關系鮮有報道。因此本研究對密集烘烤中煙葉顏色參數(shù)與淀粉、色素、蛋白質、氨基酸和含水量的定量關系進行了研究，并對模型進行了驗證，以期為快速、準確、科學的判斷煙葉烘烤中的外觀顏色、水分和內(nèi)在化學物質變化，為提高煙葉密集烘烤的精準化操作提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2011—2012年在河南省汝陽縣進行。試驗田土壤質地為紅黏土，土壤肥力中等。供試烤煙品種為NC89，種植株行距為50 cm×120 cm。按照當?shù)貎?yōu)質烤煙栽培生產(chǎn)技術規(guī)范進行田間管理。以中部煙葉（第11～12葉位）為試驗材料，依據(jù)成熟采收標準，在煙葉成熟時按照葉位單葉采收。

1.2 試驗設計

試驗分成兩組，分別采用河南農(nóng)業(yè)大學設計的規(guī)格相同的4臺電熱式溫濕度自控密集烤煙箱和氣流下降式密集烤房進行烘烤。裝煙密度為65 kg·m-3，參照“三段式烘烤工藝”正常烘烤。烘烤過程中分別取開烤、38℃開始、38℃結束、42℃開始、42℃結束、47℃開始、47℃結束、54℃開始、54℃結束和烘烤結束時的煙葉，取樣后空隙處用麻袋片擋住，防止因取樣帶來試驗誤差；每次共選取具有代表性的完整煙葉24片，其中12片用于煙葉顏色參數(shù)和含水量的測定，另外12片去除主脈和一級支脈在烘箱中105℃殺青5 min，60℃烘干、粉碎，過60目篩，用于煙葉主要化學成分的測定。其中通過4臺電熱式溫濕度自控密集烤煙箱采集的數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析，氣流下降式密集烤房采集的數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)的驗證。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 煙葉含水量 樣品在100～105℃的烘箱中烘2 h，冷卻稱重，計算公式為：煙葉含水量(%)=(鮮重-干重)/鮮重。

1.3.2 煙葉顏色參數(shù) 采用北京光學儀器廠產(chǎn)WSC-2型測色色差計參照霍開玲等[13]的方法測量煙葉正反面的顏色參數(shù)；分別測得煙葉正面和背面的亮度值L、紅度值a和黃度值b，并計算飽和度C、色相角H°、色澤比H、各溫度點煙葉正面、背面相對于鮮煙葉的色差值和正面與背面之間的色差值ΔE，計算公式為：色澤比(H) = a/b；

1.3.3 煙葉化學成分 淀粉、還原糖、蛋白質和氨基酸含量的測定參照王瑞新等[15]的方法。葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定采用分光光度法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS17.0進行數(shù)據(jù)處理、繪圖和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 烘烤過程中烤煙煙葉顏色參數(shù)的變化

2.1.1 烘烤過程中烤煙煙葉L、a、b值的變化

由表1可知，烘烤過程中煙葉正面與背面L、a和b值變化趨勢基本一致；且各顏色參數(shù)均在鮮煙葉至42℃結束時變化劇烈，42℃之后變化幅度較小。煙葉正面與背面的L值在烘烤過程中的變化趨勢基本一致，整體呈先上升再下降而后再上升后又略有下降的趨勢。在47℃開始時葉片正面與背面L值均達到最大，其中正面除與38℃結束時差異不顯著，與其他各溫度點差異顯著或極顯著；而葉片背面在此溫度點與其他各溫度點差異均極顯著。a值則隨著烘烤的進行整體呈升高的趨勢，但在42℃結束至47℃開始階段有所降低，之后緩慢升高并趨于平穩(wěn)；在鮮煙葉至42℃結束階段各溫度點之間a值差異極顯著。b值呈先升高在42℃開始時達到最大而后降低然后再略有上升的趨勢；在鮮煙葉至38℃結束階段各溫度點差異極顯著。

表1 烘烤過程中煙葉L、a、b值的變化Tab.1 Changes of lightness value(L),red value(a) and yellow value(b) of flue-cured tobacco leaves during curing

2.1.2 烘烤過程中烤煙煙葉C、H°和H值的變化

烘烤過程中煙葉正面和背面的飽和度（C）、色相角（H°）和色澤比（H）的變化趨勢基本一致；均在鮮煙葉至42℃結束時變化劇烈，42℃結束后變化幅度趨緩（圖1、圖2）。其中，煙葉正面與背面C值隨著烘烤的進行呈先上升的趨勢，正面C值在42℃開始時達到最大值，背面C值在42℃結束時達到最大，然后下降而后又略有上升；且在整個烘烤進程中，葉片正面C值明顯高于葉片背面。色相角H°值的變化基本呈下降的趨勢，但在47℃開始時略有上升，但差異不明顯；同時，整個烘烤過程中，煙葉正面與背面H°值差異不明顯。鮮煙葉正面與背面的H值為負值，表明煙葉正面與背面的顏色以綠色為主；隨著烘烤進程的推進，H值逐漸增大，在47℃結束時達到最大值，而后基本不變。

圖1 烘烤過程中煙葉C和H°值的變化Fig.1 Changes of chroma (C) and hue angle (H°) of flue-cured tobacco leaves during curing

圖2 烘烤過程中煙葉H值的變化Fig.2 Changes of color ratio (H) of flue-cured tobacco leaves during curing

2.1.3 烘烤過程中烤煙煙葉色差值的變化

由圖3可知，烘烤過程中煙葉正面相對于鮮煙葉正面的色差值與煙葉背面相對于鮮煙葉背面的色差值的變化規(guī)律基本一致，在鮮煙葉至38℃末時呈急劇增加的趨勢，在42℃開始時又略有下降最后在定色前期結束（47℃末）后趨于穩(wěn)定。且煙葉正面色差值和背面色差值在38℃結束后均明顯大于12，說明38℃穩(wěn)溫結束煙葉顏色與鮮煙葉之間完全不同。而烘烤過程中煙葉正背面色差值的變化相對平穩(wěn)，從鮮煙葉至42℃開始略有上升，而后略有下降并在烤后時略有增加；并且只在38℃末和42℃開始時略大于12，而在54℃穩(wěn)溫結束時略有下降；可見，在54℃時適當延長穩(wěn)溫時間有利于降低煙葉正背面色差。

圖3 烘烤過程中煙葉色差值的變化Fig.3 Changes of color difference of flue-cured tobacco leaves during curing

2.2 烘烤過程中烤煙煙葉顏色參數(shù)與化學成分相關分析

對烘烤過程中烤煙煙葉顏色參數(shù)與主要化學成分進行相關分析（表2）表明，葉片正面和背面H°均與煙葉淀粉含量呈極顯著正相關，其他幾個顏色參數(shù)與煙葉淀粉含量呈負相關，除正面b和正面與背面色差外均達到了顯著或者極顯著水平。還原糖含量與葉片背面L、b和C，正面與背面a、H°和H以及正面色差、背面色差均達到極顯著相關；與正面L和C顯著相關。除正背面色差值與葉綠素含量的相關性不顯著外，其他各指標均分別與葉綠素含量呈現(xiàn)出顯著或極顯著負相關。煙葉類胡蘿卜素含量與葉片正面和背面a、H°、H均呈極顯著負相關，與背面b和C和背面色差值呈顯著性負相關。煙葉蛋白質含量與葉片正面和背面H°呈極顯著性正相關，與正面和背面a、H均達到了極顯著負相關，與葉片背面C和背面色差達到了顯著負相關。氨基酸含量與葉片正面與背面a、H，背面C和背面色差值均極顯著正相關；與正面H°極顯著負相關；與背面L、b、H°和正面色差顯著相關。含水量與葉片正面H和背面H°呈顯著或極顯著性正相關，與正面和背面a、H達到了顯著負相關水平。

表2 烘烤過程中煙葉顏色參數(shù)與主要化學成分的相關分析Tab.2 Correlation between color parameters and chemical components of flue-cured tobacco leaves during curing

2.3 烘烤過程中烤煙煙葉顏色參數(shù)與化學成分回歸分析

以烘烤過程中烤煙煙葉淀粉（?1）、還原糖（?2）、葉綠素（?3）、類胡蘿卜素（?4）、蛋白質（?5）、氨基酸（?6）和水分（?7）含量7個指標為因變量，以葉片正面L（X1）、葉片背面L（X2）、葉片正面a（X3）、葉片背面 a（X4）、葉片正面b（X5）、葉片背面 b（X6）、葉片正面C（X7）、葉片背面C（X8）、葉片正面H°（X9）、葉片背面H°（X10）、葉片正面H（X11）、葉片背面H（X12）、正面色差值（X13）和背面色差值（X14）為自變量，進行回歸分析，建立烘烤過程中烤煙煙葉主要化學成分動態(tài)變化的預測方程：

烘烤過程中烤煙煙葉顏色參數(shù)與各化學成分的回歸方程擬合度較好，方差分析表明均達到極顯著水平。

2.4 烘烤過程中烤煙煙葉化學成分回歸模型驗證

以汝陽地區(qū)NC89中部葉為試驗材料，采用密集烤房進行烘烤，對烘烤過程中烤煙煙葉主要化學成分動態(tài)變化的預測方程進行驗證（表3）可知，烘烤過程中烤煙煙葉主要化學成分預測值與實測值符合程度較好。對各化學成分實測值與預測值進行相關分析表明，淀粉、還原糖、葉綠素、類胡蘿卜素、蛋白質、氨基酸和含水量的相關系數(shù)分別為0.998、0.993、0.999、0.977、0.997、0.992、0.993，且達到極顯著水平。其中，淀粉、還原糖、類胡蘿卜素、蛋白質、氨基酸和含水量實測值與預測值之間相對誤差分別為6.10%、3.01%、9.62%、1.28%、2.82%和9.35%，誤差均在10%以內(nèi)，預測精度較高；但葉綠素實測值與預測值相對誤差為20.34%，預測精度較差。

表3 烘烤過程中烤煙煙葉化學成分預測結果Tab.3 Predicted values of chemical components of flue-cured tobacco leaves during curing

3 討論與結論

宮長榮等[17-19]研究表明，烘烤中煙葉色素的降解主要集中在變黃期，且葉綠素的降解速率遠大于類胡蘿卜素，導致煙葉內(nèi)類胡蘿卜素與葉綠素的比值逐漸增大，其綜合作用使煙葉的顏色也逐漸由綠色轉向黃色；進入定色期之后煙葉內(nèi)葉綠素和類胡蘿卜素的含量逐漸穩(wěn)定，影響煙葉顏色的糖或者多酚類的深色復合物轉化也基本穩(wěn)定。研究結果表明，烘烤過程中煙葉正面與背面L、a、b、C、H°和H值的變化趨勢基本一致；其均在鮮煙葉至42℃結束時變化劇烈，42℃結束之后變化幅度趨緩；其中在鮮煙葉至38℃結束煙葉變黃八到九成，三個溫度點各顏色參數(shù)之間差異極顯著。烘烤過程中煙葉的紅綠顏色參數(shù)（a）、藍黃顏色參數(shù)（b）及其色相角（H°）和色澤比（H）反映了煙葉的顏色逐漸由藍綠色向紅黃色的轉變，而且主要在變黃期；即烘烤過程中煙葉顏色的變化與色素的降解規(guī)律一致。相關分析也表明，烘烤過程中煙葉各顏色參數(shù)與淀粉、還原糖、葉綠素、類胡蘿卜素、蛋白質、氨基酸和含水量之間相關性明顯。王濤[13-14]、裴曉東[20]等研究認為烘烤過程中煙葉正面與背面的各顏色參數(shù)變化趨勢基本一致，且在開烤至42℃變化最為顯著；但各顏色參數(shù)與化學成分之間的相關分析結果略有差異，這主要是由于不同生態(tài)區(qū)、不同品種的煙葉素質不同，烘烤特性不同。

煙葉烘烤在于創(chuàng)造一個適宜的環(huán)境調(diào)控煙葉失水干燥與葉內(nèi)生理生化變化過程的協(xié)調(diào)。目前來說，烘烤過程中煙葉顏色的變化既是煙葉生理生化變化的宏觀體現(xiàn)，也是調(diào)整溫濕度的重要外觀指標。理論上認為，烘烤過程中煙葉綠色逐漸消失，黃色顯現(xiàn)，此時應該表明煙葉內(nèi)的葉綠素、淀粉、蛋白質等大分子物質已降解轉化到了適宜的程度；但是在實際生產(chǎn)中，烘烤操作人員素質不同，對變黃標準的認定也不同；因此，在人為主觀的判斷下煙葉變黃并不一定表明煙葉內(nèi)在物質轉化達到了最理想的程度。目前煙葉化學成分預測的方法有近紅外、高光譜等；但是近紅外需要先將樣品粉碎等前處理，不能滿足烘烤過程實時無損預測的要求；而光譜儀成本較高，難以適應生產(chǎn)需要[21-23]。而通過色差計量化煙葉顏色參數(shù)，建立烘烤過程中烤煙煙葉主要化學成分動態(tài)變化的預測方程；除葉綠素外，對其他主要化學成分預測精度較高。段史江等[24-25]也研究認為通過提取煙葉顏色和形態(tài)特征值，建立其與煙葉內(nèi)在物質含量的無損檢測模型，可實現(xiàn)烤煙密集烘烤智能控制。本研究雖然初步建立了烘烤中煙葉主要化學成分的預測模型，但是只是針對汝陽地區(qū)NC89品種；不同地區(qū)、不同品種的煙葉在生長過程中煙葉內(nèi)在物質積累不同，在不同烘烤設備和條件下，煙葉烘烤特性各不相同，今后應在不同條件下對模型進一步進行驗證和修正，使預測模型具有更廣泛的適用性和普遍的指導意義。

[1] Larry M S.Mechanization and labor reduction: a history of U.S.flue-cured tobacco production,1950 to 2008[J].Tobacco Science,2008,47: 1-83.

[2]宋朝鵬,陳江華,許自成,等.我國烤房的建設現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].中國煙草學報,2009,15(3): 83-86.

[3]武圣江,周義和,宋朝鵬,等.密集烘烤過程中烤煙上部葉質地和色度變化研究[J].中國煙草學報,2010,16(5): 72-77.

[4]蔣錦鋒,李莉,趙明月.應用近紅外檢測技術快速測定煙葉主要化學成分[J].中國煙草學報,2006,12(2): 8-12.

[5] Garrote R L,Silva E R,Bertone R A,et al.Changes of ascorbic acid and surface color of green peas sterilized in cans subjected to end-over-end agitation[J].Journal of Food Engineering,2006,73: 29-37.

[6] Dane B,Darko D,Svjetlana L,Charlotte T,et al.Estimating rapidly and precisely the concentration of beta carotene in mango homogenates by measuring the amplitude of optothermal signals,chromaticity indices and the intensities of Raman peaks[J].Food Chem,2010,121(3): 832-838.

[7] Franco P,Jorge L,Domingo M,et al.Color development and acrylamide content of pre-dried potato chips [J].J Food Engin,2007,79(3): 786-793.

[8] Larraín R E,Schaefer D M,Reed J D.Use of digital images to estimate CIE color coordinates of beef[J].Food Res Intl,2008,41(4): 380-385.

[9]梁洪波,李念勝,元建,等.烤煙煙葉顏色與內(nèi)在品質的關系[J].中國煙草科學,2002 (1): 9-11.

[10]彭新輝,易建華,周清明,等.同部位不同等級烤煙的色澤和化學成分及其關系[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2008,34(1): 39-43.

[11]丁根勝,張慶明,巴金莎,等.煙葉顏色色度學指標與考研品質的關系分析[J].中國煙草科學,2011,32(4): 14-18.

[12]霍開玲,宋朝鵬,武圣江,等.不同成熟度煙葉烘烤中顏色值和色素含量的變化[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2011,44(10):2013-2021.

[13]王濤,賀帆,詹軍,等.烘烤過程中不同部位煙葉顏色值和主要化學成分的變化[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版）,2012,38(2): 125-130.

[14]王濤,賀帆,詹軍,等.密集烘烤過程中基于色度學和形態(tài)學的烤煙外觀變化與化學成分關系[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報,2012,31(6): 765-770.

[15]王瑞新,韓富根,楊素勤,等.煙草化學品質分析法[M].鄭州: 河南科學技術出版社,1998.

[16]鄒琦.植物生理生化實驗指導[M].北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社,1995.

[17]宮長榮,趙銘欽,汪耀富,等.不同烘烤條件下煙葉色素降解規(guī)律的研究[J].煙草科技,1997(2): 33-34.

[18]楊立均,宮長榮,馬京民.烘烤過程中煙葉色素的降解及與化學成分的相關分析[J].中國煙草科學,2002 (2): 5-7.

[19]李艷梅,宮長榮,陳江華,等.煙葉在烘烤過程中脂氧合酶、脫落酸與色素降解的關系[J].中國煙草學報,2001,9(3): 46-48.

[20]裴曉東,王濤,李帆,等.密集烘烤過程中烤煙上部葉顏色參數(shù)與主要化學成分變化[J].華北農(nóng)學報,2012,27(S1): 218-222.

[21]董小衛(wèi),馬強,厲昌坤,等.近紅外檢測把煙葉片化學成分技術研究[J].中國煙草科學,2008,29(4): 10-14.

[22]付秋娟,王樹聲,竇玉青,等.煙草根中N、K、Ca、Mg的近紅外光譜分析[J].煙草科技,2006(10): 35-37.

[23]李向陽,劉國順,楊永鋒,等.烤煙葉片高光譜參數(shù)與多種生理生化指標關系研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2007,40(5): 987-994.

[24]段史江,朱紅根,傅宗仁,等.烤煙密集烘烤智能控制技術研究進展[J].江西農(nóng)業(yè)學報,2013,25(2): 107-109.

[25]段史江,馬力,史龍飛,等.基于圖像處理的密集烘烤過程煙葉β-胡蘿卜素含量的檢測[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版）,2011,37(5): 490-493.

Relationship between color changes and chemical components of flue-cured tobacco leaves during curing

HE Fan1,WANG Tao2,WANG Mei1,GONG Changrong1
1 College of Tobacco Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;
2 Yunnan Qujing Shizong Tobacco Company,Qujing 655700,Yunan,China;
3 Liaoning Tieling Changtu Tobacco Company,Tieling 112000,Liaoning,China

Changes in color indexes such as L,a,b,C,H°,H and ΔE and their relationship with chemical components in flue-cured tobacco leaves during bulk curing were studied with middle leaves of NC89 as experimental materials.Results showed that value of L,a,b,C,H° and H in front and back of leaves showed same changing trends during curing with 42℃ as turning point between drastic changes and mild changes.Smooth color changes were observed in front and back of leaves with steady increase till 42℃ and slight decline after 54℃ .Correlation analysis indicated that color parameters showed significant or extremely significant positive correlation with contents of starch,reducing sugar,chlorophyll,carotenoid,protein,amino acid and moisture.Prediction equations were established between color parameters and chemical components by regression analysis.Predicted value and tested value of chemical components except chlorophyll were almost consistent with each other,showing good accuracy of prediction,which could help establish prediction model of chemical components based on color parameter changes in tobacco leaves,improving flue-curing process with more accuracy and efficiency.

flue-cured tobacco; curing; color; chemical components

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.06.015

TS44 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）06-0097-06

國家煙草專賣局重大專項資助項目（TS-01-2011006）

賀帆（1975—），博士，副教授，主要從事煙草調(diào)制與加工研究，Email：hefanyc@163.com

宮長榮(1948—)，教授，博士生導師，主要從事煙草調(diào)制與加工研究，Email:gongchr009@126.com

2013-07-03