馬里蘭煙區(qū)位品質(zhì)差異化及工業(yè)適用性研究

矯海楠,歐亞非,胡林,楊振民,田書霞,蔣成勇,杜國(guó)榮,于濤

馬里蘭煙區(qū)位品質(zhì)差異化及工業(yè)適用性研究

矯海楠1,歐亞非1,胡林1,楊振民1,田書霞1,蔣成勇1,杜國(guó)榮1,于濤2*

1. 上海煙草集團(tuán)技術(shù)中心北京工作站, 北京 101121 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院, 山東 泰安 271018

為了明確馬里蘭煙葉不同區(qū)位的品質(zhì)及適用性，本文以4個(gè)等級(jí)馬里蘭煙葉的近尖區(qū)位（T1）和中心區(qū)位（T2）作為研究對(duì)象，對(duì)比各等級(jí)近尖區(qū)位和中心區(qū)位煙葉在物理性狀、感官質(zhì)量和主要化學(xué)成分的差異，利用氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）和電子鼻對(duì)其中2個(gè)等級(jí)近尖和中心區(qū)位煙葉進(jìn)行檢測(cè)分析，最后根據(jù)不同區(qū)位煙葉的品質(zhì)差異進(jìn)行工業(yè)適用性劃分。結(jié)果表明：中心區(qū)位和近尖區(qū)位相比，中心區(qū)位的平衡含水率、總煙堿、鉀含量較高，總糖含量較低，感官質(zhì)量得分較高，香氣風(fēng)格更凸顯；在致香成分方面，上部葉B1的中心區(qū)致香成分總量較近尖葉區(qū)高出8.86%，中部葉C1的中心區(qū)較近尖葉區(qū)高19.30%；不同區(qū)位煙葉的揮發(fā)性成分電子鼻數(shù)據(jù)經(jīng)過PCA和LDA分析后，整體差異顯著；因此，將葉片中心區(qū)位劃為工業(yè)可用性好的“優(yōu)勢(shì)區(qū)”，近尖區(qū)位劃為“適用區(qū)”。

馬里蘭煙; 區(qū)位品質(zhì); 差異; 適用性

煙葉原料是卷煙產(chǎn)品研發(fā)的基礎(chǔ)，其品質(zhì)特征決定著卷煙的香氣風(fēng)格和質(zhì)量。同片煙葉中遺傳因素和不同的生長(zhǎng)環(huán)境會(huì)使不同區(qū)位煙葉質(zhì)量有所差異，例如，近葉柄端煙葉由于煙梗占比高，煙片薄且內(nèi)含物質(zhì)少，其吸食質(zhì)量和耐加工性比同片中其他區(qū)位煙葉差，無法進(jìn)入配方使用[1]。明確同片煙葉中不同區(qū)位的品質(zhì)差異，可使不同區(qū)位原料在配方中的作用更加精細(xì)化，根據(jù)不同的配方需求最大限度的發(fā)揮煙葉的質(zhì)量特性。

近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同區(qū)位的煙葉質(zhì)量研究主要集中在烤煙上[2-4]。已有的研究表明，烤煙中部煙葉中心區(qū)位的總糖含量較高，糖堿比較為適宜，感官質(zhì)量好，具有較高的區(qū)位加工價(jià)值，工業(yè)可用性強(qiáng)[5-7]。馬里蘭煙具有組織結(jié)構(gòu)疏松、焦油釋放量低、鉀含量高、填充性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是低焦油卷煙、混合型卷煙的重要原料之一[8]，但其不同區(qū)位的質(zhì)量差異化研究鮮見報(bào)道。因此，剖析馬里蘭煙的區(qū)位品質(zhì)特色，明確各區(qū)位的使用特征和使用方向，進(jìn)行工業(yè)可用性劃分，可以更加合理的指導(dǎo)打葉復(fù)烤方式和配方模塊，使煙葉使用更加精細(xì)化，提升產(chǎn)品品質(zhì)結(jié)構(gòu)。

電子鼻相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器，具有前處理簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、檢測(cè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，其可以利用不同的傳感器，對(duì)被測(cè)樣品的整體揮發(fā)性成分進(jìn)行分析、識(shí)別和檢測(cè)，然后利用化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法使不同被測(cè)樣品間的差異性得到更直觀的反映[9]。Yang Z等就利用電子鼻對(duì)富含香豆素的日本綠茶進(jìn)行風(fēng)味研究并評(píng)價(jià)其風(fēng)味特點(diǎn)[10,11]；者為[12]等利用電子鼻實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙用香精香料的質(zhì)量判別，使得電子鼻成為煙用香精香料品控的重要手段。因此，在本實(shí)驗(yàn)中首先對(duì)不同區(qū)位馬里蘭煙葉在物理性狀、主要化學(xué)成分和內(nèi)在感官質(zhì)量方面存在的差異進(jìn)行對(duì)比分析；重點(diǎn)利用GC-MS和電子鼻分別對(duì)不同區(qū)位煙葉的致香成分和揮發(fā)性成分進(jìn)行了檢測(cè)，使得不同區(qū)位煙葉在品質(zhì)方面的差異體現(xiàn)得更加全面。在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同區(qū)位煙葉在品質(zhì)方面的差異進(jìn)行了工業(yè)可用性劃分，可以更加有針對(duì)性的指導(dǎo)生產(chǎn)加工。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究于2015~2016年進(jìn)行。煙葉取自湖北省宜昌市五峰縣生產(chǎn)管理規(guī)范、長(zhǎng)勢(shì)一致的2015年度中上部晾后馬里蘭煙葉各4 kg，等級(jí)分別為C1、C2、B1、B2 (DB42/T250-2003《馬里蘭煙》)。

1.2 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)處理，分別為近尖區(qū)位（T1）和中心區(qū)位（T2），以4個(gè)等級(jí)為試驗(yàn)區(qū)組，驗(yàn)證各區(qū)組內(nèi)處理的規(guī)律一致性，每片煙葉自葉柄端向上10 cm部分切除后，將剩余部分按長(zhǎng)度均勻分切，各區(qū)組設(shè)置兩組處理，各處理設(shè)三組重復(fù)。試驗(yàn)組4個(gè)等級(jí)樣品區(qū)位及處理信息見表1。

表 1 煙葉處理方式

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 化學(xué)成分測(cè)定主要化學(xué)成分采用近紅外光譜法快速測(cè)定。

厚度測(cè)定：隨機(jī)抽取3片含水率為12.0%±0.5%的煙葉，用電動(dòng)厚度儀分別對(duì)測(cè)量每個(gè)處理3等分區(qū)域的厚度進(jìn)行30次測(cè)量，樣品厚度為30次的平均值。

填充值的測(cè)定：參照YC/T 152-2001《卷煙煙絲填充值的測(cè)定》進(jìn)行。

1.3.3 致香成分檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)象：由于C2、B2等級(jí)煙葉較C1、B1級(jí)質(zhì)量較差，故僅對(duì)等級(jí)質(zhì)量較高的C1、B1等級(jí)各處理參照高宏建[13]的方法檢測(cè)致香成分，以峰面積比表示各致香物質(zhì)相對(duì)含量。

1.3.4 電子鼻檢測(cè)參照馮莉[9]的方法進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.5 感官質(zhì)量評(píng)價(jià)由上海煙草集團(tuán)技術(shù)中心北京工作站具備行業(yè)評(píng)吸資格的評(píng)吸員依據(jù)《YC/T 138-1998煙草及煙草制品感官評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果使用Excel 2010及SPSS 19.0進(jìn)行處理；為了消除不同量綱對(duì)結(jié)果的影響，使用了最小最大歸一化法對(duì)致香成分總量平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；感官質(zhì)量評(píng)價(jià)由于分制原因只對(duì)總分及各指標(biāo)得分平均值進(jìn)行分析；使用WinMuster軟件對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA和LDA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理煙葉主要物理性狀

各處理煙葉主要物理特征見表2。從平衡含水率來看，除B1等級(jí)外，其他等級(jí)T2處理的平衡含水率均極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級(jí)T2處理較T1處理分別高出24.08%、19.58%、2.18%和5.25%；從厚度來看，各等級(jí)T1處理均極顯著高于T2處理，C1、C2、B1和B2等級(jí)T1處理較T2處理分別高出30.53%、7.85%、6.80%、6.18%；從葉面密度來看，除C2等級(jí)外，兩處理無顯著性差異；從填充值來看，各等級(jí)T2處理的填充值均高于T1處理，但除C2等級(jí)兩處理在0.05水平上有所差異外，其他等級(jí)兩處理無顯著性差異。

表 2 各處理煙葉主要物理性狀

備注：大寫字母表示不同處理間差異達(dá)到1%顯著水平；小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到5%顯著水平，下同。

Note: Different capital letters showed there were significant difference between treatments at 0.01 level; different small letters showed there were significance at 0.05 level. The same as follows.

2.2 不同處理煙葉主要化學(xué)成分含量

各處理煙葉主要化學(xué)成分含量見表3。主要化學(xué)成分中，各等級(jí)T2處理的總煙堿均顯著或極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級(jí)T2處理較T1處理分別高出31.51%、3.34%、3.00%和13.63%；除C2等級(jí)外，其他等級(jí)T2處理的鉀含量均顯著或極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級(jí)T2處理較T1處理分別高出25.32%、6.93%、6.27%和5.25%；除C1等級(jí)外，其他等級(jí)T1處理的總氮和氯含量無顯著差異；除B1等級(jí)兩處理的總糖含量無顯著差異外，其他等級(jí)T1處理均顯著或極顯著高于T2處理，其中C1和C2等級(jí)T1處理總糖含量較T2處理分別高出59.38%和30.25%；兩處理在揮發(fā)堿含量上無顯著差異。整體來看，T2處理的總煙堿和鉀含量整體高于T1處理，T1處理的總糖含量和鉀氯比整體高于T2處理，兩處理總氮、揮發(fā)堿和氯含量整體差異不大。

表 3 各處理主要化學(xué)成分

2.3 不同處理煙葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

各處理煙葉主要感官質(zhì)量評(píng)價(jià)見表4。通過感官質(zhì)量評(píng)價(jià)可知，C1等級(jí)和B1等級(jí)整體得分較高，且各等級(jí)中T2處理煙葉的感官質(zhì)量得分均高于T1處理。從各項(xiàng)指標(biāo)來看，T2處理的香氣質(zhì)和香氣量均要明顯優(yōu)于T1處理，且雜氣、刺激性和余味得分均高于或等于T1處理，感官質(zhì)量總得分也表明T2處理整體質(zhì)量好于T1處理，C1、C2、B1和B2等級(jí)T2處理感官質(zhì)量總分較T1處理分別高出1.51分、1.42分、0.14分和0.56分。

表 4 各處理感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

備注：濃勁協(xié)調(diào)性、各處理濃度及灰色得分均分別為10分，8分和7分，表中不再列出。

Note: The scores of consistency, concentration and grey were 10, 8 and 7 respectively, which were not listed in the table.

2.4 不同處理煙葉致香成分含量

由表5可知，致香成分歸一化總量由高到低的順序?yàn)锽1T2>B1T1>C1T2>C1T1，上部葉致香成分歸一化總量整體高于中部葉，上部葉B1等級(jí)T2處理的致香成分總量較T1處理高出8.86%，中部葉C1等級(jí)的T2處理較T1處理高19.30%。從以峰面積比表示的各項(xiàng)致香成分相對(duì)含量來看，2-庚酮、乙酸、正辛醇、N-甲基吡咯烷酮、糠醇、2-吡咯烷酮、甲基環(huán)戊烯醇酮、棕櫚酸在T2處理中的含量均高于T1處理，而2-甲基呋喃、苯甲醛、-丁內(nèi)酯、-大馬酮、棕櫚酸甲酯在T2處理中的含量均低于T1處理。

表 5 各處理致香成分總量及以峰面積比表示的各致香成分相對(duì)含量

備注：部分含量極高或極低的致香成分前體物如新植二烯、西柏三烯二醇等不再列出。

Note: Some very high or low levels of aromatic precursors such as neophytadiene and cypertrienediol were not listed.

2.5 不同處理煙絲揮發(fā)性物質(zhì)的電子鼻指紋圖譜

2.5.1 各處理煙絲揮發(fā)性物質(zhì)電子鼻響應(yīng)值的變化圖1為各處理0~60 s 10個(gè)傳感器對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)強(qiáng)度變化。可以看出，電導(dǎo)率比值剛開始接近于1（與G0相近），隨著揮發(fā)物質(zhì)在傳感器表面的富集，傳感器的電導(dǎo)率出現(xiàn)明顯變化，隨著采樣時(shí)間的延長(zhǎng)在20 s后基本趨于平緩穩(wěn)定，逐漸趨于下降狀態(tài)。

圖 1 10個(gè)傳感器對(duì)各處理揮發(fā)性物質(zhì)的典型響應(yīng)曲線

2.5.2 主成分分析法（PCA）分析各處理煙絲揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜經(jīng)過主成分分析（Principle Component Analysis, PCA）可知，2個(gè)主成分貢獻(xiàn)率分別是90.09%（PC1）和9.01%（PC2），其總貢獻(xiàn)率為99.10%，總貢獻(xiàn)率較高，能夠較好地呈現(xiàn)樣品特征。從兩個(gè)主軸上看，第一主成分貢獻(xiàn)率（PC1）占總貢獻(xiàn)率比例較大，第二主成分（PC2）占比較略小，呈現(xiàn)較好的單向趨勢(shì)。4個(gè)處理樣品區(qū)分度較好，其中C1等級(jí)的T1和T2處理橫軸間距較大，在第一主成分上呈顯著性差異，B1等級(jí)的兩處理差異顯著，但差異顯著性較C1等級(jí)略差，T1和T2處理揮發(fā)性成分整體信息差異較顯著。

圖 2 不同處理揮發(fā)性物質(zhì)的PCA分析

圖 3 不同處理揮發(fā)性物質(zhì)的LDA分析

2.5.3 線性判別法（LDA）分析各處理煙絲揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜從圖3可見，在線性判別分析（Linear Discriminant Analysis, LDA）中，線性判別函數(shù)LD1和LD2的貢獻(xiàn)率分別是84.71%和9.28%，總貢獻(xiàn)率為93.99%，總貢獻(xiàn)率較高。四個(gè)處理通過LDA分析其揮發(fā)性成分整體信息差異顯著，B1等級(jí)和C1等級(jí)的兩處理均在橫軸上間距略小，在縱軸上間距較大，兩處理在第二主成分上差異更為顯著。

3 討 論

各區(qū)組中心區(qū)位煙葉的平衡含水率、填充值均高于近尖區(qū)位，厚度小于近尖區(qū)位，這與大量烤煙的研究結(jié)果相似[6,14]，說明馬里蘭煙中心區(qū)位的物理性狀更有利于晾曬煙多工序加工過程，使造碎減少。各區(qū)組近尖區(qū)位煙葉的總糖含量和鉀氯比高于中心區(qū)位煙葉，總煙堿和總氮低于中心區(qū)位煙葉，這與烤煙已有的研究結(jié)果有所差異[1-4,6,14]，這可能是由于馬里蘭煙的品種特性和調(diào)制方式?jīng)Q定的，煙堿含量略高的中心區(qū)位煙葉較近尖區(qū)位更能彰顯混合型卷煙的風(fēng)格，使馬里蘭煙在配方中作用更顯著。此外，電子鼻指紋圖譜、致香成分含量和感官質(zhì)量的結(jié)果共同表明，同片馬里蘭煙中心區(qū)位香氣質(zhì)量明顯優(yōu)于近尖區(qū)位。近尖區(qū)位和中心區(qū)位煙葉在指紋圖譜上能夠進(jìn)行有效區(qū)分，且中心區(qū)位的致香成分總量和N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、甲基環(huán)戊烯醇酮等數(shù)量級(jí)較大的致香成分含量也高于近尖區(qū)位，這些致香成分或前體物含量的增高可能會(huì)對(duì)燃燒后的主流煙氣提供正向作用；從感官質(zhì)量評(píng)價(jià)上來看，中心區(qū)位煙葉得分更高，香氣開朗度、爆發(fā)力和風(fēng)格顯著性均好于近尖區(qū)位，均與烤煙相關(guān)研究[4]相吻合，這為未來精細(xì)化加工和配方分組使用提供了依據(jù)。

因此，綜合以上結(jié)果可以將整片馬里蘭煙葉劃分為三個(gè)區(qū)位：一是耐加工性和工業(yè)可用性最好的“優(yōu)勢(shì)區(qū)”（即自葉柄端向上剔除10 cm后均勻分切煙葉的中心區(qū)位），這部分煙葉的耐加工性和工業(yè)可用性強(qiáng)，聞香顯著，在配方模塊中具有特征香氣優(yōu)勢(shì)，可作為高端混合型卷煙或雪茄型卷煙配方模塊的主料煙，提升卷煙香氣豐富性；二是耐加工性和工業(yè)可用性適中的“適用區(qū)”（即自葉柄端向上剔除10 cm后均勻分切煙葉的近尖區(qū)位），這部分煙葉組織結(jié)構(gòu)較為緊密，耐加工性適中，聞香略突出，可以提升煙氣濃度和滿足感，稍彰顯煙香，但刺激性較大，口腔舒適性稍差，可作為中端混合型卷煙或雪茄型卷煙的主料或高端卷煙的輔料，優(yōu)化配方模塊，降低成本；三是耐加工性和可用性均較差的“無效區(qū)”（即自葉柄端向上的10 cm），這部分煙葉主要是煙梗，少量基部煙葉身份較薄，內(nèi)含物質(zhì)積累較少，無法進(jìn)入正常的葉組配方，可經(jīng)過加工后制作成混合型再造煙葉，作為卷煙填充料使用。

4 結(jié) 論

馬里蘭煙中心區(qū)位煙葉的物理加工性能、主要化學(xué)成分協(xié)調(diào)性、致香成分含量、感官質(zhì)量均優(yōu)于近尖區(qū)位，兩區(qū)位煙葉電子鼻指紋圖譜差異顯著，中心區(qū)位煙葉的配方可用性更強(qiáng)。同一片馬里蘭煙葉的中心區(qū)位可劃為工業(yè)可用性好的“優(yōu)勢(shì)區(qū)”，作為質(zhì)量較好的主料煙原料，近尖區(qū)位可劃為“適用區(qū)”，作為質(zhì)量一般的半主料煙或輔料煙原料。

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Study on Location Quality Diversity and Industrial Suitability of Maryland Tobacco Leaves

JIAO Hai-nan1, OU Ya-fei1, HU Lin1, YANG Zhen-min1, TIAN Shu-xia1, JIANG Cheng-yong1, DU Guo-rong1, YU Tao2*

1.101121,2.271018,

In order to clarify the quality and utility of the different domains of Maryland tobacco leaves, four grades leaves of the top and middle position were selected to compare the tip (T1) and center (T2) domains in terms of physical characteristic, sensory quality and main chemical component. Then classification of industrial availability was conducted according to the quality variance between the two different domains detected and analyzed by GC-MS and electronic nose. As results showed, leaves of T2 domain have higher equilibrium moisture, nicotine, potassium, lower sugar, more sensory scores and more prominent aromatic style. T2 domain have higher aromatic component than T1 by 8.86% in the top leaves (B1), but lower by 9.30% in the middle leaves (C1). According to LDA and PCA, volatile component of the two different domains comprehensively showed significant variance. In sum, the leaves of center and tip was classified into ‘dominant domain’ and ‘a(chǎn)vailable domain’ in industrial availability respectively.

Maryland tobacco leaves; location quality; diversity; suitability

TS41+1

A

1000-2324(2020)03-0426-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.007

2018-11-02

2019-02-09

上海煙草集團(tuán)北京卷煙廠科技項(xiàng)目:“中南海”品牌煙葉原料揮發(fā)性成分指紋圖譜構(gòu)建及應(yīng)用(TP2018-T2);中國(guó)煙草總公司山東省公司科技重大專項(xiàng):提高上部煙葉工業(yè)可用性的關(guān)鍵技術(shù)研究(魯煙科[2018]10號(hào))

矯海楠(1989-),男,碩士,工程師,主要從事卷煙產(chǎn)品開發(fā)研究. E-mail:jhn_1989@126.com

Author for correspondence. E-mail:yutaosdnd@163.com