紅河植煙區煙葉主要化學成分含量特征

王 熾，陳興位，阮亞男，閆 輝，李枝武，倪 明，陳澤斌*

(1.云南省農業科學院農業環境資源研究所，云南 昆明 650205；2.昆明學院農學與生命科學學院，云南 昆明 650214)

【研究意義】煙葉的化學成分是決定煙葉內在質量的物質基礎，化學成分的配位對煙葉感官評價質量有很大影響[1]。煙葉中的煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、氯等化學成分是評價煙葉質量的重要指標，相關研究一直受到業界和學者的高度重視[2]。影響煙葉不同品質特性的因素很多，如煙葉的不同部位、不同產地、不同品種，都會導致煙葉生理生化特性的顯著差異，從而造成影響煙葉品質的主要內在化學成分差異很大[3]。紅河植煙區是云南省優質煙葉原料產區之一，是紅云紅河集團“四大核心原料區”中規模最大的產區，每年從紅河植煙區采購的原料占紅河集團總采購量的近60 %，在紅河集團卷煙配方中起著極其重要的作用[4]。探討不同部位、不同產地、不同品種煙葉的化學成分特征，對促進煙草在卷煙配方中的合理使用具有重要意義。【前人研究進展】劉杰等[5]對云南12個植煙區和11個烤煙品種中部葉的化學成分進行了分析，發現同一品種、不同地區的煙葉化學成分含量差異顯著。李熙全等[6]分析了2009-2015年貴州省紫云縣B2F、C3F和X2F煙葉主要化學成分特征。結果表明，紫云縣煙葉化學成分基本在優質烤煙適宜范圍內，整體協調性較好。婁元飛等[7]以貴州省11個具有代表性的煙葉產區的72個煙葉樣品為材料，采用聚類分析方法，分析了煙葉的主要化學成分特征和區域特征。結果表明，不同產地煙葉中主要化學成分含量均符合優質煙葉標準，但不同產地煙葉中主要化學成分含量存在一定差異。【本研究切入點】目前，對煙葉化學成分的研究較多，但對不同部位、不同產地、不同品種煙葉的研究相對較少。【擬解決的關鍵問題】為此，以8個紅河植煙區，3個煙草品種的上、中、下部889份煙葉樣品為材料，按煙草行業標準檢測其主要化學成分含量，并運用聚類分析方法對紅河煙葉化學成分的區域特征、品種特征、部位特征進行分析，為紅河植煙區優化煙葉原料布局，提高生產水平，發展卷煙企業提供參考。

1 材料與方法

1.1 煙葉樣品信息

煙葉樣品于2018年采集自紅河植煙區：建水、個舊、開遠、瀘西、蒙自、彌勒、屏邊、石屏共8個縣(市)的48個鄉(鎮)(表1)，煙草品種包括K326、紅大、云87，采集部位包括上、中、下部，煙葉等級包括B2F、C3F、X2F，樣品數量共計889份。

1.2 煙葉化學成分測定

采用法國尼科萊特IS5型傅立葉變換紅外光譜儀測定煙葉還原糖、水溶性總糖、總植物堿、氯、鉀和總氮。計算氯鉀比、糖堿比、糖氮比和氮堿比。

1.3 煙葉質量的評價

根據王彥亭等[8]的煙葉質量標準進行評價。

1.4 數據統計分析

數據統計采用EXCEL 2010軟件，系統聚類分析采用DPS軟件中的最短距離法，聚類距離為歐洲距離。

2 結果與分析

2.1 煙葉樣品的主要化學成分含量

從表2可見，根據王彥亭等[8]的煙葉質量標準進行評價，紅河植煙區889份煙葉樣品的還原糖平均含量(26.41 %)偏高，高于優質煙葉標準(16.0 %～20.0 %)；水溶性總糖平均含量(31.92 %)偏高，高于優質煙葉標準(18.0 %～22.0 %)；總植物堿平均含量(2.61 %)適中，符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)；氯平均含量(0.30 %)符合優質煙葉標準(0.3 %～0.8 %)；鉀平均含量(1.71 %)符合優質煙葉標準(>1.5 %)；總氮平均含量(2.08 %)符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)；氯鉀比平均值(0.19)符合優質煙葉標準(0.10～0.25)；糖堿比平均值(12.52)偏高，高于優質煙葉標準(8.0～12.0)；糖氮比平均值(16.87)偏高，高于優質煙葉標準(6.0～10.0)；氮堿比平均值(0.86)適中，符合優質煙葉標準(0.80～1.00)。從變異系數來看，還原糖、水溶性總糖、總植物堿、氯、鉀、總氮、氯鉀比、糖堿比、糖氮比、氮堿比均存在較大的變異，其中氯含量的變異系數最大，變異系數為583.33，受氯含量波動影響，氯鉀比變異系數也較大，變異系數為89.47，多數指標的最小值或最大值超出了優質煙葉的標準范圍。從峰度系數可以看出，還原糖、氯、鉀、氯鉀比、糖堿比、氮堿比的峰度系數大于0，屬于尖峭峰，數據較集中，其余數據都較為分散；總植物堿、總氮、糖氮比的峰度系統小于0，為負偏峰，呈平闊峰分布。從偏度系數可以看出，總植物堿、氯、鉀、總氮、氯鉀比、糖堿比、糖氮比、氮堿比的偏度系數大于0，呈正向偏態分布，其它指標則呈負向偏態分布，其中，氯、氯鉀比、糖堿比、氮堿比偏度系數絕對值>2，偏離中心較遠。

表1 紅河植煙區煙葉樣品信息

表2 煙葉樣品的主要化學成分含量

2.2 不同部位煙葉的主要化學成分含量

從表3可見，煙葉還原糖平均含量由高到低依次為下部葉、中部葉、上部葉，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(16.0 %～20.0 %)，還原糖平均含量中部煙葉與下部煙葉差異未達顯著水平，上部煙葉與中、下部煙葉差異達顯著水平；煙葉水溶性總糖平均含量由高到低依次為中部葉、下部葉、上部葉，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(18.0 %～22.0 %)，水溶性總糖平均含量中部煙葉與下部煙葉差異未達顯著水平，上部煙葉與中、下部煙葉差異達顯著水平；煙葉總植物堿平均含量由高到低依次為上部葉、中部葉、下部葉，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，上、中、下部煙葉的總植物堿平均含量差異達顯著水平；煙葉氯平均含量由高到低依次為下部葉、中部葉、上部葉，下、中部煙葉氯平均含量(0.30 %)符合優質煙葉標準(0.3 %～0.8 %)，上部煙葉氯平均含量略低于優質煙葉標準，上、中、下部煙葉的氯平均含量差異未達顯著水平；煙葉鉀平均含量由高到低依次為：下部葉、中部葉、上部葉，平均含量符合優質煙葉標準(>1.5 %)，上、中、下部煙葉的鉀平均含量差異達顯著水平；煙葉總氮平均含量由高到低依次為上部葉、中部葉、下部葉，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，上、中、下部煙葉的總氮平均含量差異達顯著水平；煙葉氯鉀比平均值由高到低為中部葉、上部葉、下部葉，平均值符合優質煙葉標準(0.10～0.25)，上部煙葉與中部煙葉的氯鉀比平均值差異未達顯著水平，下部煙葉與上、中部煙葉的氯鉀比平均值差異達顯著水平；煙葉糖堿比平均值由高到低依次為下部葉、中部葉、上部葉，下、中部葉糖堿比平均值偏高，高于優質煙葉標準(8.0～12.0)，上部葉糖堿比平均值偏低，低于優質煙葉標準，上、中、下部煙葉的糖堿比平均值差異達顯著水平；煙葉糖氮比平均值由高到低依次為下部葉、中部葉、上部葉，平均值均偏高，高于優質煙葉標準(6.0～10.0)，上、中、下部煙葉的糖氮比平均值差異達顯著水平；煙葉氮堿比平均值由高到低依次為下部葉、中部葉、上部葉，中部葉氮堿比平均值適中，符合優質煙葉標準(0.80～1.00)，下部葉氮堿比平均值偏高，高于優質煙葉標準，上部葉氮堿比平均值偏低，低于優質煙葉標準，上、中部煙葉氮堿比平均值差異未達顯著水平，下部煙葉與上、中部煙葉氮堿比平均值差異達顯著水平。

表3 不同部位煙葉的主要化學成分含量

圖1 不同部位煙葉的主要化學成分聚類分析

對上、中、下部煙葉的主要化學成分進行聚類分析，結果見圖1。依據化學成分含量，可將上、中、下部煙葉分為2類：第1類為上部葉和中部葉，該類煙葉具有總氮含量、氯鉀比、氮堿比適中的特點；第2類為下部葉，具有糖堿比高、氮堿比偏高的特點。上、中部煙葉較下部煙葉具有不同的化學成分含量特征，而上、中部煙葉的化學成分含量特征較為相似(圖1)。

2.3 不同品種煙葉的主要化學成分含量

從表4可見，煙葉還原糖平均含量由高到低依次為紅大、K326、云87，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(16.0 %～20.0 %)，K326、云87、紅大煙葉的還原糖平均含量差異達顯著水平；煙葉水溶性總糖平均含量由高到低依次為紅大、K326、云87，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(18.0 %～22.0 %)，煙葉的水溶性總糖平均含量K326與云87差異未達顯著水平，紅大與K326、云87差異達顯著水平；煙葉總植物堿平均含量由高到低依次為K326、云87、紅大，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，K326、云87、紅大煙葉的總植物堿平均含量差異未達顯著水平；煙葉氯平均含量由高到低依次為K326、紅大、云87，K326煙葉氯平均含量符合優質煙葉標準(0.3 %～0.8 %)，紅大、云87煙葉氯平均含量略低于優質煙葉標準，K326、云87、紅大煙葉的氯平均含量差異達顯著水平；煙葉鉀平均含量由高到低依次為K326、云87、紅大，平均含量符合優質煙葉標準(>1.5 %)，煙葉的鉀平均含量K326、云87差異未達顯著水平，紅大與K326、云87差異達顯著水平；煙葉總氮平均含量由高到低依次為云87、K326、紅大，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，云87、K326、紅大煙葉的總氮平均含量差異未達顯著水平；煙葉氯鉀比平均值由高到低為K326、紅大、云87，平均值符合優質煙葉標準(0.10～0.25)，K326、云87、紅大煙葉的氯鉀比平均值差異達顯著水平；煙葉糖堿比平均值由高到低依次為K326、紅大、云87，紅大、K326煙葉糖堿比平均值偏高，高于優質煙葉標準(8.0～12.0)，云87煙葉符合優質煙葉標準，K326、紅大煙葉的糖堿比平均值差異未達顯著水平，云87與紅大、K326的糖堿比平均值差異達顯著水平；煙葉糖氮比平均值由高到低依次為紅大、K326、云87，平均值均偏高，高于優質煙葉標準(6.0～10.0)，K326、云87煙葉的糖氮比平均值差異未達顯著水平，紅大與云87、K326煙葉的糖氮比平均值差異達顯著水平；煙葉氮堿比平均值由高到低依次為K326、云87、紅大，平均值均適中，符合優質煙葉標準(0.80～1.00)，K326、云87、紅大煙葉的氮堿比平均值差異未達顯著水平。

表4 不同品種煙葉的主要化學成分含量

圖2 不同品種煙葉的主要化學成分聚類圖

依據化學成分含量，可將K326、紅大、云87煙葉分為2類：第1類為K326和紅大，該類煙葉具有糖堿比偏高的特點；第2類為云87，具有糖堿適中的特點。K326、紅大煙葉較云87煙葉具有不同的化學成分含量特征，而K326、紅大煙葉的化學成分含量特征較為相似(圖2)。

2.4 不同產區煙葉的主要化學成分含量

從表5可見，煙葉還原糖平均含量由高到低依次為石屏、彌勒、蒙自、瀘西、個舊、建水、開遠、屏邊，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(16.0 %～20.0 %)，蒙自、瀘西、個舊、建水平均含量差異未達顯著水平；煙葉水溶性總糖平均含量由高到低依次為瀘西、彌勒、石屏、蒙自、建水、個舊、開遠、屏邊，平均含量均偏高，高于優質煙葉標準(18.0 %～22.0 %)，瀘西、彌勒平均含量無顯著差異，且與其他縣(市)差異達顯著；煙葉總植物堿平均含量由高到低依次為石屏、建水、個舊、開遠、屏邊、瀘西、蒙自、彌勒，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，瀘西、蒙自、彌勒平均含量無顯著差異；煙葉氯平均含量由高到低依次為瀘西、建水、彌勒、石屏、開遠、蒙自、個舊、屏邊，瀘西、建水。煙葉氯平均含量符合優質煙葉標準(0.3 %～0.8 %)，彌勒、石屏、開遠、蒙自、個舊、屏邊煙葉氯平均含量略低于優質煙葉標準，瀘西平均含量與其他縣(市)差異達顯著；煙葉鉀平均含量由高到低依次為屏邊、個舊、石屏、開遠、蒙自、建水、彌勒、瀘西，平均含量符合優質煙葉標準(>1.5 %)，開遠、蒙自、建水、彌勒平均含量差異不顯著；煙葉總氮平均含量由高到低依次為屏邊、開遠、個舊、建水、石屏、蒙自、瀘西、彌勒，平均含量均符合優質煙葉標準(1.5 %～3.5 %)，開遠、個舊、建水、石屏平均含量無顯著差異；煙葉氯鉀比平均值由高到低為瀘西、建水、彌勒、石屏、開遠、蒙自、個舊、屏邊，建水、彌勒、石屏、開遠、蒙自，平均值符合優質煙葉標準(0.10～0.25)，瀘西煙葉氯鉀比平均值高于優質煙葉標準，個舊、屏邊煙葉氯鉀比平均值低于優質煙葉標準，瀘西平均值與其他縣(市)差異顯著；煙葉糖堿比平均值由高到低依次為彌勒、瀘西、蒙自、開遠、石屏、建水、屏邊、個舊，彌勒、瀘西、蒙自，煙葉糖堿比平均值偏高，高于優質煙葉標準(8.0～12.0)，開遠、石屏、建水、屏邊、個舊煙葉符合優質煙葉標準，石屏、建水、屏邊、個舊平均值差異不顯著；煙葉糖氮比平均值由高到低依次為彌勒、瀘西、石屏、蒙自、建水、開遠、個舊、屏邊，平均值均偏高，高于優質煙葉標準(6.0～10.0)，彌勒、瀘西、石屏平均值差異不顯著；煙葉氮堿比平均值由高到低依次為屏邊、蒙自、開遠、彌勒、瀘西、個舊、建水、石屏，屏邊、蒙自、開遠、彌勒、瀘西、個舊，建水符合優質煙葉標準(0.80～1.00)，石屏低于優質煙葉標準，蒙自、開遠、彌勒、瀘西、建水、個舊平均值差異不顯著。

依據化學成分含量，可將屏邊、蒙自、開遠、彌勒、瀘西、建水、個舊、石屏煙葉分為4類：第1類為個舊、開遠、建水，該類煙葉具有總氮平均含量、氯鉀比適中的特點；第2類為蒙自、石屏，該類煙葉具有糖氮比適中、糖堿比平均值偏高的特點；第3類為瀘西、彌勒，該類煙葉具有氮堿比適中、氯鉀比平均值偏高的特點；第4類為屏邊，具有氯平均含量、氯鉀比較低的特點。石屏煙葉較其他7個縣(市)煙葉具有不同的化學成分含量特征(圖3)。

表5 不同產區煙葉的主要化學成分含量

圖3 不同產區煙葉的主要化學成分聚類圖

3 討 論

本研究對采集自紅河植煙區8個縣(市)的889份煙葉樣品的還原糖、水溶性總糖、總植物堿、氯、鉀、總氮含量進行了測定，計算了氯鉀比、糖堿比、糖氮比和氮堿比。其次，采用DPS軟件中的最短距離法，聚類分析了不同部位、不同品種、不同產區煙葉的主要化學成分含量，并根據王彥亭等[8]的煙葉質量標準進行了評價。分析結果表明，煙葉樣品的還原糖、水溶性總糖平均含量稍高于優質煙葉標準。這與朱云燕等[9]對畢節地區煙葉化學成分的研究結果一致。已有報道表明，糖含量高的煙葉，煙葉品質高，但糖含量過高會導致煙氣醇和度降低，吃味變淡[10]。在889份煙葉樣品中，還原糖含量最大值達42.26 %，水溶性總糖含量最大值達45.27 %，嚴重影響煙葉品質。在生產中，建議適當提高種植密度，合理控制施肥比例和用量，降低煙葉總糖和還原糖含量[11]。研究發現，紅河植煙區煙葉總植物堿平均含量、氯平均含量、氮堿比平均值適中，符合優質煙葉標準，平均含量均在適宜范圍內。這與闕勁松等[12]對紅河植煙區煙葉內在質量評價研究的結果一致。紅河植煙區煙葉糖堿比、糖氮比平均值偏高，高于優質煙葉標準，主要是由于紅河植煙區煙葉還原糖、水溶性總糖平均含量偏高所致。從變異系數來看，還原糖、水溶性總糖、總植物堿、氯、鉀、總氮、氯鉀比、糖堿比、糖氮比、氮堿比均存在較大的變異，說明紅河植煙區煙葉主要化學成分含量不穩定，變異波動幅度較大。推測可能與紅河植煙區的地形和氣候有關。紅河州境內山巒起伏，地貌復雜多樣。由于緯度和海拔的差異，立體氣候明顯，自然條件差異很大，導致各煙區煙葉的品質特征和風格特征各不相同[13]。本研究中，氯含量的變異系數最大，這與梁兵等[14]的研究結果一致。紅河植煙區上、中、下葉總植物堿含量均在優質煙葉標準范圍內，葉位間差異達到極顯著水平，且氯含量在葉位間差異不顯著，鉀氯比的協調性好。說明紅河植煙區降堿降焦措施效果顯著。紅河植煙區煙葉總糖、還原糖含量在較高的范圍內，這與朱云燕等[9]的研究結果一致。對上、中、下部煙葉的主要化學成分進行聚類分析，結果表明，上、中部煙葉化成成分含量特征較為相似，下部煙葉具有與其他葉位煙葉不同的化成成分含量特征。據高家和等[14]報道，不同葉位間總糖含量變化幅度最小，葉間總氮變化幅度較小，這與本研究結果不符。趙立紅[15]認為不同葉位煙葉化學成分含量差異與煙葉產區的海拔高度、土壤養分、氣候條件密切相關，并無規律可循。據報道，普洱植煙區總糖含量葉位間差異較大；大理植煙區煙堿、總氮含量葉位間差異較大；保山植煙區鉀、氯離子含量葉位間差異較大；玉溪植煙區糖/堿葉位間差異較大；曲靖植煙區氮/堿葉位間差異較大[15]。其次，高家和等[14]還報道，煙堿含量葉位間變化程度最大，這與本研究結果一致。不同品種煙葉的主要化學成分含量分析結果表明，K326、紅大、云87煙葉還原糖、水溶性總糖平均含量偏高，總植物堿、氯、鉀、總氮平均含量適中。K326、紅大煙葉較云87煙葉具有不同的化學成分含量特征，而K326、紅大煙葉的化學成分含量特征較為相似。這與劉杰等[16]人的研究結果基本一致。已有研究表明，即使是同一品種的煙草，種植在不同地域，其煙葉化學成分也不盡相同。一方面受煙草遺傳基因影響，一方面受煙草種植地域土壤養分的影響[17]。研究發現石屏、彌勒、蒙自、瀘西、個舊、建水、開遠、屏邊煙葉還原糖、煙葉水溶性總糖平均含量偏高，高于優質煙葉標準。煙葉、氯、鉀、總氮、總植物堿平均含量符合優質煙葉標準，這與魯黎明等的研究結果一致[18]。從本研究的結果來看，紅河植煙區煙葉總糖與還原糖的含量均較高，這與近年來四川植煙區煙葉的特征一致[19]。因此，如何降低煙葉總糖與還原糖的含量，仍然是紅河優質煙葉生產應重點解決的問題。本研究僅是對2018年的煙葉進行分析，樣本數量有限，需要對多年、多樣本的檢測結果進行驗證，以便更客觀地反映紅河植煙區煙葉主要化學成分特征。

4 結 論

紅河植煙區煙葉主要化學成分基本在優質烤煙適宜范圍，總體協調性較好。表現為煙葉的還原糖、水溶性總糖平均含量稍高于優質煙葉標準；紅河植煙區煙葉樣品植物總堿平均含量、氯平均含量、氮堿比平均值適中，符合優質煙葉標準。但煙葉主要化學成分含量不穩定，變異波動幅度較大。為更好地滿足卷煙工業的需要，煙葉產區應明確不同產地煙葉化學成分的特點和主要影響因素，應采取相應的技術措施，優化和提高煙葉化學成分與內在品質的協調性。