陜西秦巴煙區6年間烤煙主要化學成分含量的分布特征研究

陳鳳娥，王平平, 黃金輝，鄧金華，劉 祥，穆耀輝

(1.商洛學院 健康管理學院，陜西 商洛 726000;2陜西省煙草研究所, 陜西 西安 710061;3.陜西省煙草公司 洛南縣公司，陜西 洛南 726109；4.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西 楊凌 712100；5.陜西省煙草公司 商洛市分公司，陜西 商洛 726000)

煙草是世界上種植最廣泛的非食物性葉用經濟作物，每年全世界生產約670萬t，其中我國是世界上最大的煙草生產國，其種植面積和總產量均居世界第一位，據聯合國糧食與農業組織統計，我國2017年的產量就達2391萬t[1]。秦巴山區以丘陵、山地和高原為主，境內地形復雜，地貌多樣，區域內土壤氣候差異顯著，農業立體差異性強，在該地區發展生態優質煙葉，具有獨特的優勢。位于秦巴山區的安康、商洛、寶雞、漢中四產區具備了優質煙葉生長的環境條件，秦巴煙區已發展成為陜西第一大煙葉產區，產量穩定在5萬t左右，占全省煙葉總量的90%以上，煙葉產量和質量穩步提升，為全國特色優質煙葉生產基地[2]。當今煙草貿易市場上競爭的焦點是煙葉品質，而煙葉中各化學成分的含量反映了煙葉品質高低[1]。煙葉的質量受氣候條件、種植地域、種植管理和調制加工等因素的影響，因此不同地區和不同品種煙葉質量存在一定差異。傳統對煙葉質量的評價包括人工分級和評吸，存在一定主觀因素影響。煙葉化學成分是影響煙葉內在質量的物質基礎，煙葉中總糖、還原糖、總氮、總堿、氯、鉀等化學成分因為對煙葉質量有重要影響[3]。本研究擬選取陜南主栽烤煙品種云煙87、云煙97、云煙99、遼煙17和K326等，分別在商洛煙區洛南縣、安康煙區旬陽縣、漢中煙區南鄭區和寶雞煙區隴縣取樣，并進行化學成分測定，探討陜西秦巴地區煙葉化學品質特征分布狀況，為在秦巴區域選擇優良烤煙品種和配套栽培技術措施提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

秦巴煙區主要以安康、商洛、寶雞、漢中為主產區，每個產區于不同煙站分別采樣，共計197個樣品。樣品為烤后煙樣。所采樣品由煙站技術人員統一采收，采樣部位包含上、中、下三個部位，品種主要有K326、遼煙17、云煙87、云煙97、云煙99。烘烤設備為煙站統一烤爐，采用三段十步式烤柔烤香密集烘烤技術工藝。隨機取樣5kg。所測項目為：總植物堿、總氮、鉀、氯、還原糖、總糖、淀粉等7個指標以及采樣時間、地點、品種等附加屬性。

測定方法：煙堿：YC/T246-2008，煙草及煙草制品煙堿的測定采用氣相色譜法；

總氮：YC/T161-2002，煙草及煙草制品總氮的測定采用連續流動法；

還原糖：YC/T159-2002，煙草及煙草制品性還原糖的測定采用連續流動法或采用3，5-二硝基水楊酸法；

總糖：YC/T159-2002，煙草及煙草制品總糖的測定采用連續流動法或采用蒽酮法；

淀粉：YC/T216-2007，煙草及煙草制品淀粉的測定采用連續流動法；

鉀：煙草及煙草制品鉀的測定采用，YC/T173-2003，火焰光度法；YC/T217-2007，連續流動法；

氯：YC/T162-2002，煙草及煙草制品氯的測定采用連續流動法。

1.2 數據處理

通過軟件Microsoft Excel將數據標準化處理，再通過SPSS25.0進行統計分析、頻率分布分析、相關分析和均值比較。

1.3 概率密度分布函數

1.3.1 分布函數的選擇 在評價作物化學成分含量上，常見采用的分布函數包括: 正態分布(Normdistribution)、對數正態分布(Log-Normdistribution)、韋布分布(Weibulldistribution)、伽瑪分布(Gammadistribution)，筆者擬用分布函數類型見表1[5]。以上分布函數選擇首先選擇正態分布分析，如果不符合正態分布，再進行對數正態分布分析，依次再進行韋布分布分析和伽瑪分布分析，如果連伽瑪分布也不符合，那么就可以認為煙葉中化學成分含量指標分布較復雜[5]。

表1 擬用分布函數類型

1.3.2 分布函數參數的估計 正態分布、對數正態分布的參數采用極大似然法估計。韋布分布和伽瑪分布采用最小平方和法，即使計算得到的概率分布與觀測到的頻率分布之間的差的平方和最小[4, 5]。

1.3.3 分布函數的檢驗 根據觀察值判斷某個指標是否符合某種理論分布函數，必須進行假設檢驗，本文采用Pearson檢驗法[4, 5]。

2 結果及討論

2.1 煙葉化學成分含量的基本統計特征

煙葉中的常規化學成分含量及其比例對煙葉內在質量有重要影響，其中總糖、還原糖、煙堿、總氮等指標與吸味有關，氯和鉀的含量與煙葉的燃燒性直接相關，淀粉是衡量煙葉化學品質最重要的有機物，煙葉中淀粉的含量和代謝水平決定著煙葉內在和外觀品質等級的優劣。還有一些二級指標如糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比。鉀氯比是用于判定煙葉燃燒性的重要指標，可以反映煙葉燃燒質量的好壞，烤煙鉀氯比的適宜值應大于4，鉀氯比值越大，煙葉的燃燒性越好。糖堿比通常被用作評價煙葉的煙氣強度和柔和性，烤煙糖堿比適宜值為5～15，若比值超過15，雖然煙味溫和，但勁頭小，香氣平淡；若比值低于5，煙味強烈，刺激性大并有苦味。煙葉總氮含量與煙堿含量的比值稱為氮堿比，總氮含量高的煙葉，會產生一種強烈辛辣味，而總氮含量低，則煙氣平淡無味。因此，氮堿比一般適宜值在小于等于1時，比較適宜。

秦巴煙葉化學成分基本統計如表2 所示，其中，氯和淀粉的變異系數遠高于其他成分。由偏度值可看出，秦巴煙葉烤煙中各化學成分頻率分布基本上屬于左偏型，且煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、淀粉等化學成分可能屬于正態分布，而氯、糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比一定不屬于正態分布。

表2 秦巴煙葉化學成分含量的基本統計量

2.2 煙葉化學成分含量的年際變化

煙葉化學成分含量在不同年份之間的方差分析，如表3所示，所有指標的F值對應的概率均小于0.05。從中可看出：不同年份之間，煙堿、氮、還原糖、總糖、鉀、氯、淀粉含量及糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比差異顯著。再對不同年份下煙葉化學成分含量均值進行比較，結果如表4所示，比較后發現煙葉中化學成分含量有一定的年際波動。其中，煙堿、還原糖、總糖和氯含量除在2012年明顯高于其他年份外，在2013至2017年呈現上升趨勢。總氮、兩糖比在所檢測年份中總體呈現下降趨勢。鉀和淀粉含量呈現先上升后下降的趨勢。

表3 秦巴煙葉化學成分含量在不同因素之間的方差分析

表4 不同年份下煙葉化學成分含量

2.3 煙葉化學成分含量的品種差異

煙葉化學成分含量在不同品種之間的方差分析如表3所示，總氮、還原糖、鉀、氮堿比的F值對應的概率均小于0.05，說明總氮、還原糖、鉀含量、氮堿比在不同品種之間差異顯著。通過多重比較對不同化學成分在品種上的差異進行分析，多重比較選取樣本數大于10的品種，包括：云煙97、遼煙17、云煙99、云煙87、K326，以期增加比較可信度。結果如表5所示，煙葉總氮含量在遼煙17中最低，顯著低于K326、云煙97、云煙87以及云煙99，而后四者之間沒有顯著性差異。煙葉還原糖含量在云煙97中最高、為25.54%，其次是云煙97，含量為25.16%，云煙99與云煙97之間差異不顯著，兩者均顯著高于其他三個品種，其他三個品種之間沒有顯著差異。煙葉鉀含量以云煙97最高，為2.21%，與其他品種之間有顯著差異，遼煙17、云煙99、云煙87、K326之間無顯著差異。氮堿比值在云煙99中含量最高，顯著高于遼煙17、云煙87。5)煙堿、總糖、氯、淀粉、糖堿比、鉀氯比、兩糖比等指標在不同品種之間無顯著差異。

表5 煙葉化學成分含量在品種之間的多重比較

2.4 煙葉化學成分含量的地區差異

由表3可知，總氮、還原糖、總糖、鉀、兩糖比在不同地區之間存在顯著差異。結果如表6所示。漢中、安康、商洛煙葉總氮含量最高，三者之間差異不明顯，但漢中、安康顯著高于寶雞，商洛與寶雞無明顯差異。商洛煙葉還原糖含量最高，為25.51%，其次為漢中，為24.43%，兩地之間無顯著差異，漢中、商洛煙葉還原糖含量顯著高于寶雞和安康，而寶雞安康煙葉還原糖含量差異不顯著。商洛煙葉總糖含量最高，為29.25%，其次為漢中，為28.85%，兩地之間沒有顯著差異，漢中、商洛煙葉總糖含量顯著高于寶雞和安康，而寶雞安康煙葉總糖含量差異不顯著。漢中地區煙葉鉀含量最高，為2.25%，顯著高于寶雞、商洛、安康地區，后三者之間無顯著差異。兩糖比值在商洛與漢中最高，商洛顯著高于寶雞和安康，寶雞和安康之間差異不明顯。綜合三個指標含量來看，漢中各成分含量最高，寶雞最低，漢中>商洛>安康>寶雞。

表6 煙葉化學成分含量在地區之間的多重比較

2.5 煙葉化學成分不同煙葉部位之間的差異

由表3可知，不同部位煙堿、氮、總糖、鉀含量差異顯著，不同部位還原糖、氯、淀粉無顯著差異。通過多重比較，結果如表7所示。煙堿含量在煙葉中從下到上依次降低，且不同部位之間煙堿含量差異顯著。總氮含量在下部煙葉中含量最高，顯著高于中、上部煙葉，中、上部煙葉之間總氮含量差異不顯著。還原糖含量在煙葉中、上部含量較高，但僅中、下部煙葉還原糖含量存在顯著差異。總糖含量在上部葉和中部葉中較高，二者沒有顯著差異，但都與下部葉有顯著差異。鉀含量、糖堿比、鉀氯比、氮堿比在煙葉中從下到上依次升高，且不同部位之間差異顯著。兩糖比在下部葉中含量最高，顯著高于中部葉和上部葉，后兩者之間差異不顯著。

表7 煙葉化學成分含量在不同部位之間的多重比較

2.6 煙葉化學成分含量的理論分布特征

從表8可以看出，煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀在煙葉中的含量符合正態分布，氮堿比、糖堿比在煙葉中的數據符合對數正態分布。

研究所述煙葉化學成分含量必然存在過高或過低，均影響最終烤煙品質， 在一定生態環境及生產方式下，所種植煙葉中各化學成分含量必然處于一定的范圍之內，這是確定某種措施是否能顯著改變某種煙葉化學成分的重要依據。因此，根據理論分布計算了本研究所探討的化學成分在煙葉中的下2.5%和上2.5 %的含量(表8)，上下2. 5 百分位點之間的變幅也就是通常意義上的95% 置信度區間，如果某個指標的觀測值低于下2. 5 百分位點或者高于上2. 5 百分位點的含量， 說明該煙葉與我國目前普遍的煙葉差異顯著，有必要去探究造成該差異的原因。本研究中197個來自秦巴煙區的烤煙樣品中，煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、氮堿比、糖堿比分別有166、113、177、173、166、110、167個樣品不在95%的置信區間之內。

表8 煙葉化學成分含量理論分布函數檢驗

3 結論

煙葉中的化學成分含量以及其比例的協調性是衡量煙葉品質的重要因素[2,6]。國際型優質煙葉通常指國際煙草商普遍認同的煙葉。一般認為，成熟度好，煙葉的油分足而柔軟，桔黃色，煙葉嗅香好，燃燒性強，煙氣香氣質純量足，就是國內外市場公認的國際型優質煙。化學成份要求還原糖16%～22%，煙堿1.5%～3.5%，總氮1.5%～3.0%，鉀2.0%～3.5%，糖堿比8%～10%[2,7～8]。根據本研究中的分布函數，得出煙堿、總氮、還原糖、鉀在烤煙中符合以上標準的概率為80.96%、91.27%、16.01%、75.84%。總體而言，陜西省秦巴煙區整體質量較好，尤其是煙堿和總氮的含量較為符合國際型優質煙的標準，云煙97的化學成分協調性優于其他品種，提出不同煙區和不同部位煙葉的化學成分特征采取技術措施進一步提高其協調性[2,8]。