The Linkage of Colors and Chemical Components within Flue-cured Tobacco Leaves
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Keywords:
- flue-cured tobacco leaves /
- storage /
- color /
- chemical component
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烟叶从烘烤结束到交售、调拨至打叶复烤，这一过程涉及不同的保管主体和贮存环境，跨越的时间长短不一，其中烟叶的贮存环境直接影响烟叶质量，生产中因贮存条件不当造成烟叶品质降低[1-2]的现象时有发生。前人对贮存初烤烟叶的研究主要集中在烟叶外观品质[3-5]、内在化学成分[6-7]或其对应关系上，对烟叶颜色的研究集中在质体色素[8-9]、烟叶褐变[10]或烘烤调制中的颜色参数[11]上，对快速检测短期贮存过程中初烤烟叶空间颜色参数变化、内在化学成分变化及两者相关性的研究国内鲜有报道。本研究以湖北利川初烤云烟87烟叶为研究对象，通过模拟标准贮存条件，研究短期贮存过程中烟叶表观颜色和内在化学成分变化的规律，以期通过烟叶外观颜色的研究揭示初烤烟叶短期贮存后内在化学成分的变化，为更好地指导烟叶贮存管理、科学判断烟叶品质转化、合理规划打叶复烤和加工方式、促进烟叶提质保香提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料
试验于2016年9月—2017年2月进行，选取湖北利川烟区云烟87烤后烟叶为供试材料，取等级C3F烟叶进行颜色指标和化学成分分析。
1.2 试验方法
烟叶样品经烤烟国标(GB 2635—1992)严格等级筛选后，取C3F烟叶分成3等份，每等份2 kg，为保证样品每次取样的代表性，模拟了3种形态进行取样，参照相关方法[12-13]分别制成长宽约4 cm的片状、宽度在0.7~1.1 mm的丝状和粗细在20目至10目筛的粉状3种不同形态样品。另选取6片完整烟叶，从叶基部至叶尖部在主脉两侧离主脉5 cm处对称、正反无损标记3对监测点，用以跟踪烟叶正面、反面空间颜色变化。
利用恒温恒湿箱将上述烟叶样品按照烟草行业标准[14]规定的温湿度条件避光贮存。分别于初烤、贮存30、60、90、120、150和180 d取样，取样后按烟草行业标准方法[15]制样并置于−20 ℃低温冰箱中保存，待试验结束后所有样品统一进行测定。
1.3 测定方法
样品中水分、总植物碱、总糖、还原糖、总氮和多酚类物质参照烟草行业标准方法[15-19]进行检测。
采用国际通用的测色标准CIE1976 LAB (或L*a*b*)系统[11]，它适用于一切光源色或物体色的表示与计算，可以从L* (从黑到白，表示亮度，0~100)、a* (从绿到红，表示红度，−A~+A)和b* (从蓝到黄，表示黄度，−B~+B) 3个方向三维立体分别评价。烟叶正面L*、a*和b*与烟叶反面L*、a*和b*差值的绝对值分别由ΔL*、Δa*和Δb*来表示。在温度20 ℃、湿度60%RH试验条件下，采用中孔模式，利用经过标准色块校准后的Color i5全自动色差仪(美国爱色丽)自动分析烟叶正反面L*、a*、b*和ΔL*、Δa*、Δb*的值。
1.4 数据分析
数据处理及作图采用Microsoft Excel 2010进行，采用SPSS 17.0进行方差分析和相关性分析。
2. 结果与分析
2.1 贮存过程中烤烟颜色的变化
由图1可知：随着贮存时间的延长，正、反面烟叶亮度L*值显著或极显著降低，至贮存180 d时，降低的趋势并未减弱，正面的降幅甚至有所增加。贮存180 d后，烟叶正、反面红度a*值较30 d时均极显著增加，其中正面90 d与30 d相比增幅极显著，90~180 d增幅放缓；反面120 d与30 d相比极显著增加，但在120~180 d时趋于平稳。正、反面黄度b*值变化较为平缓，正面贮存前后变化差异不明显，反面贮存30 d与180 d差异显著。从烟叶正、反面的比较来看，试验贮存时间内，烟叶反面亮度L*值始终高于正面，但红度a*值、黄度b*值均低于正面。
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图 1 贮存过程中烟叶颜色参数的变化注：小写字母表示5%显著性差异，大写字母表示1%极显著性差异。Figure 1. Changes in leaf color parameters during storageNote: Small letters represent 5% significant difference, while capital letters represent 1% significant difference.正、反面的颜色绝对差值(图2)显示：烟叶正、反面的ΔL*与Δa*较为接近，且在试验贮存时间内变化幅度较为一致，贮存前后相差不大；Δb*高于ΔL*和Δa*，30~60 d时Δb*有所升高，60~180 d逐步降低并相对平稳。
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图 2 贮存过程中烟叶颜色参数绝对值的变化Figure 2. Changes of color parameters absolute value of tobacco leaves during storage2.2 烟叶贮存过程中相关化学成分的变化
由图3可知：初烤烟叶样品随贮存时间的延长，总植物碱、总氮基本表现为先升高后降低，总糖连续降低，还原糖缓慢增加至平稳。总植物碱在各形态样品贮存过程中主要表现为先升高，至150 d时明显降低的趋势；总氮表现为片状样品贮存至60 d明显升高、随后持续降低，粉状样品持续升高至120 d后明显降低，丝状样品在90 d最高，随后持续降低；总糖表现为粉状与片状样品贮存后一直持续降低，丝状样品先降低后升高最后再持续降低；还原糖表现为粉状样品持续缓慢增加，丝状、片状样品先显著增加后相对平稳。
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图 3 贮存过程中烟叶相关化学成分的含量变化Figure 3. Chemical composition changes of tobacco leaf during storage由图4可知：初烤烟叶样品随贮存时间的延长，绿原酸、总酚表现为逐步降低，莨菪亭逐步增加，芸香苷变化规律不明显。绿原酸与总酚表现的规律相似，各形态样品总体表现为随贮存时间的延长而降低，贮存180 d较贮存30 d绿原酸和总酚含量低；莨菪亭主要表现为各形态样品随贮存时间的延长而增加，总的来看，180 d时较30 d明显增加；芸香苷在粉状、片状样品中呈缓慢降低趋势，在丝状样品中呈先升高后持续降低趋势。
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图 4 贮存过程中烟叶多酚类物质的含量变化Figure 4. Changes in polyphenols content in tobacco leaves during storage2.3 烟叶颜色参数和化学成分的相关性
由表1可知：贮存过程中，烟叶正面L*、a*、b*值和反面a*、b*值均与还原糖、绿原酸、莨菪亭、芸香苷和总酚间存在显著或极显著的正或负相关，说明烟叶表观颜色与内在多酚类物质、还原糖等成分的含量密切相关。
表 1 烟叶空间颜色参数与化学成分的相关性分析Table 1. Correlation between color parameters and chemical compositions of tobacco leaves参数
parameters总植物碱
nicotine总氮
nitrogen总糖
sugar还原糖
reducing sugar绿原酸
chlorogenic acids莨菪亭
scopoletin芸香苷
rutin总酚
total phenolics正面L* front L* −0.461 −0.363 −0.774 0.959** −0.887* 0.932** −0.826* 0.883* 正面a* front a* 0.413 0.354 0.706 −0.918** 0.858* −0.962** 0.841* −0.837* 正面b* front b* −0.323 −0.160 −0.614 0.912* −0.838* 0.858* −0.729 0.918** 反面L* back L* 0.380 0.460 0.790 −0.697 0.615 −0.441 0.510 −0.634 反面a* back a* 0.395 0.204 0.655 −0.909* 0.854* −0.901* 0.770 −0.872* 反面b* back b* −0.279 0.009 −0.645 0.826* −0.863* 0.775 −0.734 0.829* 注：“*”表示相关性显著(P<0.05)，“**”表示相关性极显著(P<0.01)。
Note: “*” or “**” indicate significant difference at 5% level or 1% level.3. 讨论
初烤烟叶在贮存过程中受环境温湿度[10]、微生物[20]、氧气[21]及自身酶活性[22]等因素影响，使得烟叶内含物质进一步降解、转化，其中外观颜色的变化是烟叶在贮存过程中最直接的表现[23]。研究显示：复烤烟叶在醇化过程中，颜色逐步加深，由橘黄向深橘黄、红棕和棕褐色转变[24-25]。本研究采用CIE1976 LAB系统分析得知：初烤烟叶在短期贮存过程中，烟叶亮度持续降低、红度逐步提升并趋于稳定，黄度基本保持稳定，正反面颜色变化基本同步，这与前人的研究结果相吻合。试验中烟叶正面亮度始终低于反面，但正面红度和黄度始终高于反面，这与烟叶在生长过程中正面叶绿素多，背面叶绿素少，正面叶肉组织厚，背面叶肉组织薄等叶内组织结构的差异[26]有直接关系。
复烤片烟通过自然醇化，烟叶中的大分子物质被降解和转化，小分子物质逐步合成和积累，使得烟叶中的化学物质逐渐协调，烟叶内在品质得到改善。综合试验中不同形态的烟叶样品数据，短期贮存后，烟叶中总植物碱、总氮和总糖含量降幅分别为9.0%、1.3%和10.9%，还原糖增幅为9.4%；绿原酸、芸香苷和总酚含量降幅分别为9.3%、3.0%和6.8%，莨菪亭增幅为15.4%。这与前人[8, 27-29]的研究结果较为一致。
贮存过程中，各形态初烤烟叶样品的总植物碱、总氮含量先升高后降低，总糖连续降低，还原糖缓慢增加至趋于平稳；绿原酸和总酚含量持续降低，莨菪亭持续增加。其中，还原糖的升高应该与烟叶中的淀粉等多糖物质的降解有关，总糖的降低与部分水溶性糖类参与棕色化反应转化成其他物质或被微生物消耗等有关；总植物碱、总氮的降低与烟叶中部分植物碱转化成挥发性的碱以及部分氨基酸参与棕色化反应等有关；酚类物质的降低，与烟叶在贮存过程中氧气与多酚类物质反应生成醌类物质继而进一步转化有关[30]。
研究表明：烟叶贮存过程中表观颜色的变化与烟叶中酶促棕色化反应[31]和非酶促棕色化反应[32]有直接关系。试验中烟叶表观颜色与化学成分的相关性主要集中在还原糖和多酚类物质上，特别是烟叶正面的空间颜色参数与还原糖和多酚类物质的含量呈显著或极显著相关性。说明初烤烟叶在贮存初期既存在与还原糖有关的非酶促棕色化反应，也存在与多酚类物质相关的酶促棕色化反应。结合烟叶中还原糖和多酚类物质变化规律来看，推测初烤烟叶短期贮存初期烟叶颜色的变化主要以酶促棕色化反应为主，非酶促棕色化反应为辅。
本研究以云烟87烤烟品种为例，通过分析初烤烟叶表观颜色和内在成分随贮存时间的延长而产生的显著变化及其相关性，揭示了云烟87初烤烟叶内在强烈的酶促或非酶促反应，为研究烟叶长期贮存所发生的烟叶褐变、碳化、糟腐等现象，从表观颜色判断内在成分的变化以及内在化学成分的变化途径提供了参考，其他品种烤烟的变化规律有待进一步研究。
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图 1 贮存过程中烟叶颜色参数的变化
注：小写字母表示5%显著性差异，大写字母表示1%极显著性差异。
Figure 1. Changes in leaf color parameters during storage
Note: Small letters represent 5% significant difference, while capital letters represent 1% significant difference.
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图 2 贮存过程中烟叶颜色参数绝对值的变化
Figure 2. Changes of color parameters absolute value of tobacco leaves during storage
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图 3 贮存过程中烟叶相关化学成分的含量变化
Figure 3. Chemical composition changes of tobacco leaf during storage
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图 4 贮存过程中烟叶多酚类物质的含量变化
Figure 4. Changes in polyphenols content in tobacco leaves during storage
表 1 烟叶空间颜色参数与化学成分的相关性分析
Table 1 Correlation between color parameters and chemical compositions of tobacco leaves
参数
parameters总植物碱
nicotine总氮
nitrogen总糖
sugar还原糖
reducing sugar绿原酸
chlorogenic acids莨菪亭
scopoletin芸香苷
rutin总酚
total phenolics正面L* front L* −0.461 −0.363 −0.774 0.959** −0.887* 0.932** −0.826* 0.883* 正面a* front a* 0.413 0.354 0.706 −0.918** 0.858* −0.962** 0.841* −0.837* 正面b* front b* −0.323 −0.160 −0.614 0.912* −0.838* 0.858* −0.729 0.918** 反面L* back L* 0.380 0.460 0.790 −0.697 0.615 −0.441 0.510 −0.634 反面a* back a* 0.395 0.204 0.655 −0.909* 0.854* −0.901* 0.770 −0.872* 反面b* back b* −0.279 0.009 −0.645 0.826* −0.863* 0.775 −0.734 0.829* 注：“*”表示相关性显著(P<0.05)，“**”表示相关性极显著(P<0.01)。
Note: “*” or “**” indicate significant difference at 5% level or 1% level.
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