金明珂,陳泳緯,吳永兵,陽葦麗,何正川,趙銘欽
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.四川省煙草公司達(dá)州市公司,四川 達(dá)州 635000)
雪茄煙是經(jīng)過調(diào)制發(fā)酵等一系列操作后直接卷制而成的一種煙草制品[1]。近年中國的雪茄煙市場規(guī)模逐漸擴(kuò)大,對其需求逐漸增多,而國產(chǎn)雪茄在工業(yè)應(yīng)用中存在的缺陷和問題逐漸凸顯[2]。與烤煙的特點(diǎn)不同,雪茄煙含氮量大于烤煙,而糖含量低于烤煙,但糖類物質(zhì)代謝在雪茄煙生育過程中有著重要作用[3,4],其中蔗糖和淀粉的變化對煙葉品質(zhì)有著重要影響。
蔗糖是非還原性糖,而非還原性糖含量比例較高意味著煙葉成熟度不夠,對煙氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[5,6]。淀粉含量過高影響煙葉燃燒性和品質(zhì)[7,8]。同時,抽吸時糖類化合物裂解產(chǎn)物可以中和產(chǎn)生的堿性化合物,降低刺激性[9]。還有研究證明,糖類物質(zhì)也影響煙葉的拉力和柔韌性[10]。因此,研究雪茄煙葉內(nèi)碳水化合物之間的動態(tài)變化,對提升雪茄煙生產(chǎn)技術(shù)有著重要意義。研究還證明,碳代謝相關(guān)酶的活性對煙葉內(nèi)部碳水化合物轉(zhuǎn)化有直接影響[11,12]。而不同采收時間對煙葉的成熟情況、煙葉內(nèi)部酶活性有直接影響。因此,準(zhǔn)確把握雪茄煙適宜采收時間,是提高雪茄煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵[13]。目前對煙葉碳水化合物變化及品質(zhì)形成機(jī)理的相關(guān)研究多集中在烤煙,而對雪茄煙相關(guān)方面的研究尚欠缺?;诖?,本試驗(yàn)以雪茄煙品種川雪1號為材料,研究采收時間對煙葉主要碳水化合物和品質(zhì)的影響,以期為建立適宜的雪茄煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
供試雪茄煙品種為川雪1號,來自四川省煙草公司達(dá)州市公司。
試驗(yàn)于2019—2020年在四川省達(dá)州萬源市河口鎮(zhèn)進(jìn)行。該地山勢較緩,氣候溫和,雨量充沛,土壤肥力適宜。試驗(yàn)地0~20 cm土層養(yǎng)分狀況為:有機(jī)質(zhì)20.28 g/kg、全氮1.31 g/kg、有效磷20.32 mg/kg、速效鉀98.88 mg/kg,pH值6.13。
采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方式取樣,設(shè)置5個采收時間(表1),采收雪茄煙中部葉(從下向上第10~12片),取樣總時間區(qū)間為35 d。
表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用漂浮育苗方式,按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉技術(shù)規(guī)范進(jìn)行大田栽培管理。4月30日移栽,6月15日打頂。行株距為110 cm×40 cm,單株留葉18片。
取樣于上午10~11時進(jìn)行,每個處理每次取樣10~13片。其中取大小均勻一致煙葉3片,去除主脈,取其第5至第6支脈葉肉組織,每片煙葉取3份,每份取約0.1 g,置于液氮中速凍,用于酶活性測定;剩余煙葉先于105℃下殺青20 min,再45℃下烘干、研磨、過60目篩保存,用于碳水化合物含量測定。其中,蔗糖合成酶(sucrose synthase,合成方向:SS-Ⅱ)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)和淀粉酶(amylase,AL)活性采用紫外分光光度法測定(參照SS-Ⅱ、SPS及AL活性測定試劑盒說明書)[14];葡萄糖、果糖和蔗糖含量采用分光光度法測定[15];總糖、還原糖、淀粉含量采用AutoAnalyzer 3連續(xù)流動分析儀測定(參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 159—2002方法、YC/T 216—2013方法)。非還原糖含量是總糖含量與還原糖含量之差,即:非還原糖=水溶性總糖-還原性糖[16]。
晾制方法:采用當(dāng)?shù)匮┣褵熈乐萍夹g(shù)。將煙葉針穿于竹竿上,放置在晾房架上,隨著煙葉外部顏色和水分變化逐漸向晾房上層移動,直至煙葉干筋結(jié)束,回潮下架保存。晾制結(jié)束后,各處理分別取煙葉10片于45℃下烘干、研磨、過60目篩保存,用于晾制后雪茄煙葉的化學(xué)成分測定。晾后煙葉的總糖、還原糖、蔗糖、淀粉含量的測定方法同上,煙堿、氯、鉀含量的測定采用連續(xù)流動法。每個處理重復(fù)3次。感官質(zhì)量聘請?jiān)u吸專家進(jìn)行評吸打分,即按照長城雪茄煙廠雪茄煙葉感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn),采用9分制對煙葉感官質(zhì)量進(jìn)行評價,并計(jì)算出總分。
采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作,用SPSS24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析。
由圖1A、B、F可知,隨著采收時間推后,雪茄煙中部葉總糖、還原糖、淀粉含量均呈先上升后下降趨勢,即H1C~H3C階段保持上升趨勢,均在H3C時達(dá)到最大值。與H2C相比,H3C總糖、還原糖含量分別增加8.1%、14.9%,且差異顯著;淀粉含量增加9.5%,差異不顯著。該階段即打頂后煙葉營養(yǎng)生長得到促進(jìn),光合作用增強(qiáng),呼吸作用較弱,細(xì)胞壁組織結(jié)構(gòu)增強(qiáng),煙葉內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)積累增多,總糖、還原糖和淀粉含量上升。H3C~H5C階段,總糖、還原糖、淀粉含量持續(xù)下降。與H3C相比,H4C總糖含量顯著下降3.9%;還原糖含量僅下降1.9%,差異不顯著;淀粉含量下降11.4%,達(dá)顯著水平。H4C~H5C階段總糖、還原糖、淀粉含量均下降。說明這一階段煙葉逐漸成熟衰老,光合強(qiáng)度減弱,碳水化合物合成減緩,同時伴隨呼吸作用的消耗加劇,總糖、還原糖分解而致兩者含量下降;并且隨著淀粉酶活性升高,淀粉由積累階段轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸怆A段,含量降低。
由圖1C、G可知,隨著采收時間推后,蔗糖含量和非還原糖比例均呈先下降后上升的波動趨勢,即H1C~H4C階段逐漸下降,H4C時最小,隨后略有回升,但無顯著差異。這說明隨著采收時間的延后,煙葉內(nèi)蔗糖含量和非還原糖比例逐漸減小,煙葉成熟度增加。H4C~H5C階段蔗糖含量和非還原糖比例略有升高,可能是受酶活性與煙葉內(nèi)部代謝消耗的影響所致,因?yàn)闊熑~呼吸作用需要底物,而使自身促進(jìn)蔗糖合成,導(dǎo)致非還原糖比例升高,說明煙葉可能處于過熟階段。
從圖1D、E可知,隨著采收時間推后,果糖含量變化趨勢與總糖、還原糖相似,呈先上升后下降趨勢,葡萄糖含量呈先下降后上升趨勢。H1C~H4C階段,果糖含量逐漸升高,H4C時達(dá)到最高,而在H1C~H3C階段,葡萄糖含量逐漸降低,H3C時達(dá)到最低,H3C~H4C階段迅速上升。這可能是因?yàn)榇藭r煙葉的光合作用強(qiáng),蔗糖分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖,果糖含量增加,而淀粉合成需要消耗葡萄糖,且消耗量大于蔗糖分解得到的葡萄糖量,導(dǎo)致此階段葡萄糖含量降低。H4C~H5C階段果糖含量逐漸下降,H5C比H4C降低23.2%,且達(dá)顯著水平;葡萄糖含量略微上升,H5C比H4C增加3.3%。這可能是因?yàn)椋藭r煙葉淀粉分解產(chǎn)生葡萄糖,同時果糖和葡萄糖還可能合成少量蔗糖,淀粉分解產(chǎn)生的葡萄糖量略大于蔗糖合成需要的葡萄糖量。
圖1 不同采收時間煙葉總糖(A)、還原糖(B)、蔗糖(C)、果糖(D)、葡萄糖(E)和淀粉(F)含量及非還原糖比例(G)的變化規(guī)律
由圖2A可知,隨著采收時間推后,煙葉蔗糖合成酶SS-Ⅱ(合成方向)活性呈逐漸下降的波動趨勢,H4C最低,為0.179 mg/(g·min),比H1C下降29.9%。說明此時蔗糖的合成過程受阻,合成速率逐漸降低。而至H5C時SS-Ⅱ活性略有回升,但差異不顯著。可能原因是,煙葉逐漸成熟,光合作用減弱,呼吸作用增強(qiáng),蔗糖少量合成充當(dāng)呼吸底物,來維持煙葉的生命狀態(tài)。
由圖2B可知,隨著采收時間推后,煙葉蔗糖磷酸合成酶SPS活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,H3C最高,為0.289 mg/(g·min),比H1C上升18.8%,而H3C~H5C階段逐漸下降,H5C略低于H4C,但無顯著差異。表明H3C時煙葉碳代謝強(qiáng)度、蔗糖合成速率仍較高,之后采收SPS活性降低,蔗糖合成速率、蔗糖含量逐漸降低。
由圖2C可知,隨著采收時間推后,淀粉酶活性呈現(xiàn)先下降后上升趨勢,以H1C處理最高,H1C~H3C階段逐漸降低,H3C比H1C降低13%。此階段煙葉正處于生長發(fā)育階段,H1C處理煙葉內(nèi)部糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化頻繁,淀粉分解能促進(jìn)基礎(chǔ)糖類增加,有利于煙葉生長發(fā)育。之后淀粉酶活性逐漸回升,H4C比H3C增加6.4%,H5C比H4C增加3.3%。這一階段淀粉酶活性不斷升高,說明淀粉逐漸由積累階段轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸怆A段,也說明煙葉淀粉含量仍較高,煙葉逐漸達(dá)到充分成熟。
圖2 不同處理蔗糖合成酶(A)、蔗糖磷酸合成酶(B)和淀粉酶(C)活性變化規(guī)律
煙葉碳水化合物相關(guān)酶活性與各糖類物質(zhì)含量的相關(guān)分析結(jié)果(表2)表明,SS-Ⅱ活性與蔗糖含量呈極顯著正相關(guān);SPS活性與淀粉含量呈顯著正相關(guān),與葡萄糖含量呈顯著負(fù)相關(guān);淀粉酶活性與水溶性糖(葡萄糖、果糖除外)、淀粉含量均呈顯著負(fù)相關(guān),與葡萄糖含量呈顯著正相關(guān)。這是因?yàn)镾S-Ⅱ控制蔗糖的合成過程,蔗糖分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖,葡萄糖又是合成淀粉的底物,而淀粉酶活性高,則促進(jìn)淀粉分解為葡萄糖,葡萄糖含量升高,從而影響SS-Ⅱ和SPS的活性。這說明SS-Ⅱ、SPS和淀粉酶活性對煙葉碳代謝進(jìn)程有著重要影響。
表2 雪茄煙碳水化合物相關(guān)酶活性與糖類物質(zhì)含量的相關(guān)性
不同采收時間晾制后的雪茄煙葉化學(xué)成分分析結(jié)果(表3)表明,H1C~H3C階段晾制后煙葉總糖、還原糖、煙堿含量過低,蔗糖、淀粉含量較高,說明此階段采收的煙葉碳氮代謝水平較低,淀粉分解不完全;而H5C與H4C相比煙葉蔗糖含量無明顯差異,但淀粉含量過高,其它水溶性糖類含量低,這可能是由H5C煙葉過熟不利于調(diào)制過程中的淀粉分解所致。H4C時采收煙葉淀粉含量較低、分解較完全,且總糖、還原糖含量最高,煙堿含量較高,蔗糖含量最低,表明煙葉內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化水平高、轉(zhuǎn)化較完全。
表3 不同采收時間雪茄煙葉晾制后的化學(xué)成分
從表4中可以看出,隨著采收時間推后,雪茄煙葉香氣質(zhì)、香氣量、濃度、勁頭、余味、燃燒性及總分均呈先增加后降低趨勢,刺激性、雜氣則逐漸降低,以H4C時采收最好。表明適當(dāng)延遲采收有利于提升煙葉感官質(zhì)量,主要表現(xiàn)在香氣質(zhì)好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好。
表4 不同采收時間雪茄煙葉感官質(zhì)量比較 (分)
準(zhǔn)確把握煙葉適宜的采收時間是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的前提,僅依賴對煙葉外觀特征的判斷,無法準(zhǔn)確把握煙葉適宜的采收時間和精準(zhǔn)控制煙葉的成熟度。打頂后雪茄煙的水溶性糖、淀粉、非還原糖比例都發(fā)生了顯著變化。煙葉達(dá)到生理成熟期后,逐漸衰老,還原糖逐漸合成蔗糖,淀粉開始分解[17,18]。因此,控制好打頂?shù)讲墒盏臅r間對控制煙葉體內(nèi)碳氮代謝水平的協(xié)調(diào)有著重要影響,以避免因提前采收而導(dǎo)致蔗糖含量和淀粉含量過高,影響煙葉品質(zhì)和吸食特性。據(jù)報道,鮮煙葉蔗糖含量越低,淀粉積累越充分,成熟度越高,調(diào)制過程中淀粉水解越完全,越有利于煙葉品質(zhì),但淀粉含量過高也影響煙葉的品質(zhì)[19,20]。從本研究結(jié)果看,與打頂后21 d相比,打頂后28 d采收的雪茄煙中部葉還原糖、蔗糖含量下降,蔗糖含量、非還原糖比例達(dá)到最小值,淀粉積累較充分,還原糖、葡萄糖、果糖含量較高,煙葉成熟度較高,且根據(jù)各處理晾制后煙葉的糖類物質(zhì)含量及感官質(zhì)量分析表明,打頂后28 d采收的煙葉香氣質(zhì)好、香氣量足、勁頭足、刺激性小及燃燒性好,總分最高。因此雪茄煙中部葉適宜于在打頂后28 d采收。在整個試驗(yàn)過程中,總糖含量呈先上升后下降趨勢。該結(jié)果與林開創(chuàng)等[21]的研究結(jié)果一致,但與烤煙[22]和白肋煙[23]的總糖含量從打頂至調(diào)制成熟顯著下降的趨勢有所不同,可能是因?yàn)檠┣押涂緹煛桌邿煹纳碜兓突蛘{(diào)控不同導(dǎo)致。
不同采收時間煙葉內(nèi)的酶活性不同,其活性高低調(diào)控著煙葉內(nèi)化學(xué)成分含量的變化[24,25]。蔗糖合成酶SS-Ⅱ和蔗糖磷酸合成酶SPS控制蔗糖的合成過程,其活性越低,表明蔗糖合成速度緩慢,活性越高,表明蔗糖合成速度越快。淀粉酶控制著淀粉的分解過程,其活性越低,表明淀粉分解緩慢,活性越高,表明淀粉分解加快。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出,與打頂后21 d相比,打頂后28 d采收的煙葉SS-Ⅱ和SPS活性下降,淀粉酶活性升高,這有利于煙葉內(nèi)蔗糖和淀粉含量降低。所以從酶活性來看,雪茄煙中部葉適宜于打頂后28 d采收。魯黎明等[26]研究發(fā)現(xiàn),烤煙蔗糖磷酸合成酶活性隨采收時間的延長逐漸上升。史宏志等[27]和張曉遠(yuǎn)等[28]研究均表明,烤煙煙葉的淀粉酶活性變化呈雙峰曲線。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果略有不同,可能是因?yàn)檠┣褵熀涂緹焹?nèi)部基因調(diào)控不同導(dǎo)致,也可能是因?yàn)槊富钚允芏喾N限制因素影響,導(dǎo)致變化趨勢不同[29]。本研究中,SPS活性與蔗糖含量呈非顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,可能是因?yàn)槊傅淖饔貌课徊煌?,也可能是因?yàn)槊富钚韵拗埔蛩乇姸啵柽M(jìn)一步研究。
目前關(guān)于優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉的化學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)還不太明確,所以參考優(yōu)質(zhì)晾曬煙葉標(biāo)準(zhǔn)[30]分析。優(yōu)質(zhì)晾曬煙葉總糖含量應(yīng)在2.0%左右,還原糖含量在0.5% ~1.0%范圍內(nèi),其兩糖比值越大,反映煙葉成熟度越好。該研究中各處理總糖和還原糖含量與白肋煙相比較低,是因?yàn)檠┣褵熍c白肋煙的生理生化、調(diào)制方式不同,其內(nèi)在化學(xué)成分在生長發(fā)育過程中的積累和調(diào)制過程中的變化均不同。打頂后28 d采收的煙葉總糖和還原糖含量較高,煙堿含量適中,蔗糖、淀粉含量最低,兩糖比、糖堿比較好,且煙葉感官質(zhì)量較好。綜合來看,化學(xué)成分以打頂28 d采收的煙葉協(xié)調(diào)性最好,打頂后21 d采收的煙葉次之。
本研究表明,適宜的采收時間對控制煙葉成熟度至關(guān)重要,適當(dāng)加長打頂至采收的時間可以提高雪茄煙葉成熟度,促使蔗糖含量和非還原糖比例降低,淀粉得到充分積累且有利于調(diào)制過程的分解轉(zhuǎn)化,使調(diào)制后水溶性糖含量較高;過度延長打頂至采收的時間會導(dǎo)致蔗糖含量和非還原糖比例升高,總糖、還原糖含量下降,同時不利于調(diào)制過程中的淀粉降解??傮w來說,雪茄煙中部葉的適宜采收時間是打頂后28 d左右,即移栽后73 d左右,此時煙葉化學(xué)成分和感官質(zhì)量較好。本研究結(jié)果可為雪茄煙適宜的生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程制定提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。