云南新煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分特征及其與評(píng)吸質(zhì)量的關(guān)系

楊 欣，胡男君，關(guān)羅浩，冀 浩，王初亮，謝 晉，李 超

（廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510610）

【研究意義】化學(xué)成分是煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是工業(yè)企業(yè)原料選用的重要依據(jù)，相關(guān)研究一直備受關(guān)注［1-2］。在眾多指標(biāo)中，煙堿、總氮、還原糖、鉀、氯和總糖含量由于可以反映煙葉的生理強(qiáng)度、酸堿平衡、燃燒性和成熟度等而成為煙葉化學(xué)成分評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)［3］。但我國(guó)煙葉產(chǎn)區(qū)分布廣泛，不同地區(qū)煙葉的主要化學(xué)成分存在較大差異，同一地區(qū)不同年份間煙葉的主要化學(xué)成分也存在一定波動(dòng)［4-5］，從而影響卷煙配方的穩(wěn)定性。云南文山、普洱、臨滄等地是云南省重點(diǎn)發(fā)展的新煙區(qū)，2011年煙葉產(chǎn)量達(dá)465萬(wàn)擔(dān)，已成為我國(guó)卷煙工業(yè)企業(yè)重要的原料基地［6］，明確該區(qū)域煙葉化學(xué)成分狀況對(duì)于促進(jìn)新煙區(qū)煙葉在卷煙配方中的合理使用具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】目前，有關(guān)不同地區(qū)煙葉化學(xué)成分特征的研究已有很多報(bào)道。有研究表明，2002—2013年，我國(guó)中部煙葉淀粉、鉀和氯含量相對(duì)穩(wěn)定，還原糖含量總體呈上升趨勢(shì)，總氮和煙堿含量則呈下降趨勢(shì)［7］；2011—2015 年我國(guó)煙葉的總氮含量總體適宜，氯含量在產(chǎn)區(qū)間差異較大，結(jié)合近30年的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)煙葉的總氮和鉀含量總體上升呈上升趨勢(shì)［8］。王育軍等［9］研究發(fā)現(xiàn)，云南曲靖煙葉的煙堿、鉀、氯含量適中，總糖、還原糖含量偏高，總氮含量稍低；夏冰冰等［10］研究發(fā)現(xiàn)，遵義煙區(qū)上部煙葉的評(píng)吸質(zhì)量與總糖、還原糖、淀粉、糖堿比、鉀氯比、施木克值、糖氮比呈顯著正相關(guān)，與總植物堿、總氮、氯、揮發(fā)堿呈顯著負(fù)相關(guān)，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)提高遵義上部煙葉糖組分含量、降低含氮化合物含量將有利于提高烤煙的評(píng)吸質(zhì)量。【本研究切入點(diǎn)】云南新煙區(qū)由于發(fā)展時(shí)間相對(duì)較晚，當(dāng)?shù)責(zé)熑~的主要化學(xué)成分特征、年際間變化趨勢(shì)及其與評(píng)吸質(zhì)量的關(guān)系尚不明確，限制了在卷煙配方中的應(yīng)用。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】選取文山廣南、普洱景東和臨滄雙江3個(gè)種植規(guī)模較大的植煙縣，收集2011—2018年3個(gè)植煙縣的煙葉樣品，分析這些區(qū)域B2F、C3F、X2F 3個(gè)等級(jí)煙葉的主要化學(xué)特征，并探討其與感官評(píng)吸質(zhì)量的關(guān)系，以期為生產(chǎn)技術(shù)方案的改進(jìn)和卷煙配方的使用提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2011—2018年，從廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司在文山廣南、普洱景東和臨滄雙江的煙葉基地單元定點(diǎn)采集初烤煙葉樣品288份，其中廣南縣81份，景東縣81份，雙江縣126份，樣品等級(jí)為B2F、C3F、X2F，每份樣品2 kg，烤煙品種為云煙85、云煙87和K326。采集的煙葉樣品分為兩部分，分別用于化學(xué)成分測(cè)定和單料煙評(píng)吸鑒定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 煙葉化學(xué)成分檢測(cè) 煙葉樣品經(jīng)過(guò)50℃烘干，去梗，粉碎后，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T159-2002、YC/T 161-2002、YC/T 160-2002、YC/T 173-2003和YC/T 162-2002的連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)測(cè)定煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

1.2.2 評(píng)吸質(zhì)量鑒定 感官評(píng)吸樣品經(jīng)去梗、切絲、烘干、平衡水分后卷制成卷煙，感官質(zhì)量指標(biāo)由廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司和瑞升技術(shù)有限公司有資質(zhì)的評(píng)吸人員組成的評(píng)吸小組進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要包括香氣質(zhì)、香氣量、濃度、雜氣、刺激性、余味、勁頭7個(gè)指標(biāo)，采用9分制打分。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和PASW Statistics18軟件進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)、作圖及分析，用鄧肯氏新復(fù)極差法（Duncan）進(jìn)行差異顯著性分析，利用MATLAB2016a軟件將評(píng)吸質(zhì)量總分與各化學(xué)成分進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分分析

從表1可以看出，2011—2018年文山廣南、普洱景東和臨滄雙江3個(gè)植煙縣上部煙葉總糖、鉀、還原糖、煙堿、氯和總氮的平均含量分別為 31.11%、1.78%、23.67%、3.14%、0.22% 和2.20%。其中，中部煙葉總糖、鉀、還原糖、煙堿、氯和總氮的平均含量分別為35.21%、2.03%、25.59%、2.26%、0.22%和1.85%；下部煙葉的總糖、鉀、還原糖、煙堿、氯和總氮的平均含量分別為32.15%、2.48%、23.89%、1.83%、0.22%和1.81%。總體來(lái)看，總糖、還原糖、總氮等指標(biāo)的變異系數(shù)相對(duì)較小，氯含量的變異系數(shù)明顯較大，最大達(dá)到60.31%。

表1 上、中、下3個(gè)部位煙葉主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical components of upper, middle and lower tobacco leaves

一般認(rèn)為，烤煙還原糖含量18%～24%，總氮在1.5%～2.5%之間，鉀含量1.5%以上，氯含量在0.3%～0.8%之間，上部煙葉煙堿含量在2.5%～3.5%之間，中部煙葉煙堿2.0%～3.0%之間，下部煙葉煙堿1.5%～2.0%之間的煙葉化學(xué)成分相對(duì)適宜。2011年以來(lái)，上部煙葉煙堿含量在2.5%～3.5%之間的樣品所占比例為45.21%，有33.33%的樣品煙堿含量超過(guò)3.5%，總氮含量在1.5%～2.5%之間的樣品比例為71.25%，還原糖含量在16%～26%之間的樣品比例為76.70%，鉀含量1.5%以上的樣品比例為83.31%，氯含量在0.3%～0.8%之間的樣品比例為16.75%，有28.36%的樣品氯含量低于0.1%；中部煙葉煙堿含量在2.0%～3.0%之間的樣品比例為70.91%，有89.03%的中部煙葉樣品總氮含量在1.5%～2.5%之間，還原糖含量在16%～26%之間的樣品比例為58.17%，41.92%的樣品還原糖含量超過(guò)26%，鉀含量1.5%上的樣品比例為90.36%，氯含量在0.3%～0.8%之間的樣品比例為16.10%，27.43%的樣品氯含量低于0.1%；下部煙葉還原糖含量在16%～26%之間的樣品比例為65.68%；鉀含量1.5%以上的樣品比例為95.12%，氯含量在0.3%～0.8%之間的樣品比例為27.94%，72.06%的樣品氯含量低于0.3%。由此可見(jiàn)，2011年以來(lái)，云南新煙區(qū)3個(gè)植煙縣煙葉鉀含量相對(duì)適宜，氯含量總體偏低，部分上部煙葉樣品煙堿含量偏高，中部煙葉樣品還原糖含量偏高。

從表2可以看出，廣南、景東和雙江3個(gè)植煙縣上部煙葉主要化學(xué)成分存在顯著差異。其中，煙葉總糖含量以雙江最高，其次為景東，廣南最低，最大相差0.4倍，且產(chǎn)區(qū)間總糖含量差異均達(dá)到顯著水平；煙葉鉀含量以景東最高，廣南最低，產(chǎn)區(qū)間差異均達(dá)到顯著水平；煙葉還原糖含量以廣南最低，顯著低于其他兩個(gè)產(chǎn)區(qū)；煙堿含量以廣南最高，廣南煙葉煙堿含量顯著高于雙江；煙葉氯含量在產(chǎn)區(qū)間無(wú)顯著差異；雙江煙葉總氮含量顯著低于廣南和景東。中部煙葉主要化學(xué)成分的比較結(jié)果（表3）顯示，景東及雙江煙葉的總糖、還原糖和鉀含量顯著高于廣南，產(chǎn)區(qū)間煙堿含量和氯含量無(wú)顯著性差異，廣南和景東煙葉的總氮含量顯著高于雙江。由下部煙葉化學(xué)成分的比較結(jié)果（表4）可知，煙葉總糖和還原糖含量均以雙江產(chǎn)區(qū)最高，且顯著高于廣南和景東產(chǎn)區(qū)，煙葉煙堿含量和總氮含量均以雙江產(chǎn)區(qū)相對(duì)較低，顯著低于廣南產(chǎn)區(qū)。

表2 不同產(chǎn)區(qū)上部煙葉主要化學(xué)成分比較Table 2 Comparison of main chemical components among upper tobacco leaves from different production areas

表3 不同產(chǎn)區(qū)中部煙葉主要化學(xué)成分比較Table3 Comparison of main chemical components among middle tobacco leaves from different production areas

表4 不同產(chǎn)區(qū)下部煙葉主要化學(xué)成分比較Table 4 Comparison of main chemical components among lower tobacco leaves from different production areas

總體來(lái)看，不同產(chǎn)區(qū)間上、中 、下3個(gè)部位煙葉的主要化學(xué)成分均表現(xiàn)出了相似的規(guī)律，雙江產(chǎn)區(qū)煙葉的總糖、還原糖含量相對(duì)較高，總氮含量則顯著低于其他兩個(gè)產(chǎn)區(qū)；煙葉鉀含量以景東產(chǎn)區(qū)相對(duì)較高；氯含量在各產(chǎn)區(qū)間無(wú)顯著差異。可見(jiàn)，不同產(chǎn)區(qū)煙葉化學(xué)成分的差異主要表現(xiàn)為總糖、還原糖、總氮、鉀含量的的差異。

2.2 新煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分變化趨勢(shì)

圖1 2011—2018年上部煙葉主要化學(xué)成分變化Fig. 1 Variation trend of main chemical components in upper tobacco leaves from 2011 to 2018

從圖1可以看出，2011年以來(lái)，新煙區(qū)上部煙葉鉀含量和氯含量在不同年份間相對(duì)穩(wěn)定，煙葉總糖含量在2011—2013年變化明顯，由2011年的29.22%上升到32.55%，并在2013年降至25.90%，表現(xiàn)為先上升后下降的單峰形曲線(xiàn)；2013年以后，煙葉總糖含量總體呈上升趨勢(shì)，由2013年的25.90%升至2018年的30.05%，增幅為16.02%，其中以2016—2018年上升較為明顯，2013—2016年則相對(duì)穩(wěn)定。煙葉還原糖含量變化趨勢(shì)總糖含量相似。煙葉煙堿含量自2013年以來(lái)總體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，由2013年的3.48%降至2018年的3.06%。總氮含量的變化趨勢(shì)與煙堿相似。

圖2為2011—2018年中部煙葉主要化學(xué)成分變化趨勢(shì)。從圖2可以看出，2011年以來(lái)，中部煙葉鉀含量和氯含量相對(duì)穩(wěn)定；煙葉總糖含量在2011—2013年呈下降趨勢(shì)，2013年以來(lái)表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，由2013年的31.05%上升至2018年的35.50%，增幅為14.30%；煙葉還原糖含量表現(xiàn)出與總糖含量相似的趨勢(shì)；煙葉煙堿含量在2011—2013年上升明顯，2013年以后煙堿含量則呈下降趨勢(shì)，由2.90%降至2.26%，降幅為22.07%。煙葉總氮含量的變化趨勢(shì)與煙堿相似。

圖3為2011—2018年下部煙葉主要化學(xué)成分變化趨勢(shì)。由圖3可以看出，下部煙葉鉀含量和氯含量在不同年份間相對(duì)穩(wěn)定；2011年以來(lái)，煙葉總糖含量和還原糖含量上升趨勢(shì)明顯，分別由2011年的28.23%和20.87%上升至2018年的34.22%和25.71%；煙堿含量則呈明顯的下降趨勢(shì)，由2011年的2.47%降至2018年的1.74%，降幅達(dá)29.55%；總氮含量的變化趨勢(shì)與煙堿相似。

總體來(lái)看，2011—2018年新煙區(qū)上、中、下3個(gè)部位煙葉的鉀含量和氯含量在不同年份間相對(duì)穩(wěn)定，2013年以來(lái)中、上部煙葉總糖和還原糖含量呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，煙堿和總氮含量則總體呈下降趨勢(shì)。

2.3 新煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸質(zhì)量指標(biāo)之間的相關(guān)性

圖2 2011—2018年中部煙葉主要化學(xué)成分變化Fig. 2 Variation trend of main chemical components in middle tobacco leaves from 2011 to 2018

圖3 2011—2018年下部煙葉主要化學(xué)成分變化Fig. 3 Variation trend of main chemical components in lower tobacco leaves from 2011 to 2018

表5 煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸質(zhì)量的簡(jiǎn)單相關(guān)分析Table 5 Simple correlation analysis between main chemical components and smoking quality of tobacco leaves

2.3.1 新煙區(qū)煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸質(zhì)量指標(biāo)之間的簡(jiǎn)單相關(guān)分析 從表5可以看出，上部煙葉的還原糖含量與余味呈顯著正相關(guān)；煙堿含量與濃度、勁頭呈顯著正相關(guān)，與刺激性呈顯著負(fù)相關(guān)；總氮含量與刺激性及香氣質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)。中部煙葉的總糖和還原糖含量與香氣量得分呈顯著正相關(guān)；煙堿含量與香氣量、評(píng)吸總分呈顯著正相關(guān)，與煙氣濃度得分呈極顯著正相關(guān)；煙堿與刺激性呈顯著負(fù)相關(guān)；總氮含量與香氣量得分、總分呈顯著正相關(guān)，與濃度極顯著正相關(guān)。下部煙葉還原糖含量與香氣量呈顯著正相關(guān)；煙堿含量與煙氣濃度得分呈極顯著正相關(guān)，與評(píng)吸總分呈顯著正相關(guān)；總氮含量與濃度得分呈顯著正相關(guān)。

2.3.2 煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸質(zhì)量指標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)分析 按照灰色關(guān)聯(lián)度分析的相關(guān)要求，將6種主要化學(xué)成分含量和評(píng)吸質(zhì)量總分看作1個(gè)灰色系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算序列間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果（表6）表明，不同部位煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸總分質(zhì)之間存在不同程度的關(guān)聯(lián)，其中上部煙葉各主要化學(xué)成分以還原糖含量與感官質(zhì)量評(píng)吸總分相關(guān)程度最大，其次為總氮、鉀、煙堿、總糖和氯；中部煙葉以總氮與感官質(zhì)量評(píng)吸總分相關(guān)程度最大，其次為還原糖、總糖、鉀、煙堿和氯；下部煙葉各成分中只有總氮和還原糖的關(guān)聯(lián)系數(shù)大于0.9，其他化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)系數(shù)在0.75～0.90之間，關(guān)聯(lián)程度依次為總氮＞還原糖＞總糖＞煙堿＞鉀＞氯。由此可見(jiàn)，在測(cè)定的化學(xué)成分范圍內(nèi)，對(duì)上、中、下3個(gè)部位煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量總分影響最大的化學(xué)成分指標(biāo)是總氮和還原糖含量，氯含量對(duì)感官評(píng)吸總分的影響最小。

表6 煙葉主要化學(xué)成分與評(píng)吸質(zhì)量總分的灰色關(guān)聯(lián)分析Table 6 Grey correlation analysis between main chemical components and total score of smoking quality of tobacco leaves

3 討論

云南烤煙化學(xué)品質(zhì)類(lèi)型的氣候分區(qū)結(jié)果表明［11］，滇西南大部分產(chǎn)區(qū)如臨滄、普洱等產(chǎn)區(qū)適產(chǎn)高糖低氮（堿）煙葉，文山等云南東南部產(chǎn)區(qū)有利于出產(chǎn)低糖高氮（堿）煙葉，這與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致，雙江產(chǎn)區(qū)煙葉表現(xiàn)出典型的高糖低氮（堿）的特征，廣南產(chǎn)區(qū)煙葉則表現(xiàn)出低糖高氮（堿）特征，景東產(chǎn)區(qū)煙葉鉀含量相對(duì)較高，表現(xiàn)出高糖適氮（堿）高鉀的特征。2011年以后普洱煙區(qū)推廣普及了更為科學(xué)的施肥技術(shù)，針對(duì)不同生態(tài)區(qū)域調(diào)整了施肥水平［12］，這可能是同屬滇西南片區(qū)的景東煙葉總氮含量更趨合理的重要原因。新煙區(qū)3個(gè)植煙縣煙葉氯含量整體偏低變異程度較大的狀況可能與降雨對(duì)水溶性氯的淋溶作用有關(guān)［13］。因此，應(yīng)注意氯源肥料的施用，避免在山地?zé)熑~生產(chǎn)中出現(xiàn)因雨水淋溶出現(xiàn)低地勢(shì)土壤中氯元素富集而高地勢(shì)土壤中氯元素缺乏的現(xiàn)象。

煙葉還原糖含量主要受到鮮煙采收成熟度和調(diào)制過(guò)程的影響［14-15］，鮮煙葉采收成熟度的提高、調(diào)制過(guò)程中變黃期和定色初期時(shí)間的延長(zhǎng)有助于提高煙葉還原糖含量。2014年以來(lái)，云南新煙區(qū)各地相繼開(kāi)展以煙葉成熟度提高、調(diào)制技術(shù)改進(jìn)為中心的科研成果應(yīng)用推廣［16-18］，與這一時(shí)期煙葉還原糖的升高相一致。由此判斷，各產(chǎn)區(qū)鮮煙葉采收成熟度的提高和調(diào)制技術(shù)的優(yōu)化可能是還原糖上升的主要原因。研究表明［19］，2002—2012年全國(guó)煙葉鉀含量緩慢上升，2012年達(dá)到最高，之后趨于平穩(wěn)。戴華鑫等［8］比較了1983—1984年、2001—2004年、2011—2015年間中部煙葉的氯元素含量，發(fā)現(xiàn)近30年來(lái)我國(guó)煙葉的氯含量變化不大，未表現(xiàn)出明顯的趨勢(shì)。在本次試驗(yàn)范圍內(nèi)，煙葉鉀和氯含量在不同年份間相對(duì)穩(wěn)定，與前人的研究結(jié)果一致。

灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，對(duì)新煙區(qū)感官評(píng)吸質(zhì)量總分影響最大的化學(xué)成分指標(biāo)是總氮和還原糖。一般認(rèn)為，總氮含量過(guò)高容易使刺激性變大、余味舒適度下降［20-23］。還原糖是香氣物質(zhì)的重要前體物，燃燒后形成的物質(zhì)能使煙氣醇和舒適，但含量過(guò)高則會(huì)使煙氣吃味平淡，濃度和香氣不足，勁頭和強(qiáng)度減弱［12,24-25］。對(duì)3個(gè)產(chǎn)區(qū)煙葉化學(xué)成分的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，來(lái)自廣南地區(qū)的上部煙葉樣品中，煙堿含量超過(guò)3.5%、總氮含量超過(guò)2.5%的比例分別達(dá)到63.64%和50.00%。來(lái)自雙江地區(qū)中部煙葉樣品中，還原糖含量高于26%的比例達(dá)到65.31%。上部煙葉總氮和煙堿含量偏高、中部煙葉還原糖含量偏高已成為影響兩地?zé)熑~化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的主要因素。因此，針對(duì)區(qū)域煙葉的化學(xué)成分特點(diǎn)，可采取相應(yīng)的農(nóng)藝措施進(jìn)行調(diào)節(jié)并調(diào)整肥料的施用改善化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性。在雙江地區(qū)可通過(guò)減小基肥比重、增加追肥比例和次數(shù)、延長(zhǎng)追肥期等措施，減少前期氮肥淋洗等造成的損失，適當(dāng)提高總氮含量，控制還原糖的含量。在廣南地區(qū)則可采取增加硝態(tài)氮比例大的肥料施用，“氮肥前移、鉀肥后移”，氮素肥料的施用時(shí)間適當(dāng)提前等措施，控制煙葉總氮和煙堿含量。

4 結(jié)論

云南新煙區(qū)3個(gè)植煙縣的煙葉表現(xiàn)出不同的化學(xué)成分特點(diǎn)，雙江產(chǎn)區(qū)煙葉表現(xiàn)出典型的高糖低氮（堿）的特征，廣南產(chǎn)區(qū)煙葉則表現(xiàn)出低糖高氮（堿）特征，景東產(chǎn)區(qū)煙葉鉀含量相對(duì)較高，表現(xiàn)出高糖適氮（堿）高鉀的特征。2011—2018年3個(gè)植煙縣煙葉的鉀含量和氯含量相對(duì)穩(wěn)定。2013年以來(lái)，中、上部煙葉總糖和還原糖含量主要表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，煙堿和總氮含量則總體呈下降趨勢(shì)。灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果表明，總氮和還原糖含量是影響煙葉感官質(zhì)量的主要因素，氯含量對(duì)感官評(píng)吸總分的影響最小。上部煙葉總氮和煙堿含量偏高、中部煙葉還原糖含量偏高分別是影響廣南和雙江地區(qū)煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的主要因素，針對(duì)兩地的化學(xué)成分特點(diǎn)，可采取相應(yīng)的農(nóng)藝措施和施肥策略調(diào)節(jié)煙葉總氮和還原糖含量，提高工業(yè)可用性。