不同生態區影響烤煙上部煙葉感官品質的關鍵外觀指標

張 恒，徐文韜，張子穎，周漢平，劉曉利，張紹敏，過偉民*，張書偉*

1. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2 號 450001

2. 河南中煙工業有限責任公司技術中心，鄭州市管城區經開第三大街8 號 450000

3. 云南省煙草公司曲靖市公司沾益分公司，云南省曲靖市沾益區珠江源大道1415 號 655500

烤煙上部煙葉共有6～7 片，約占全株煙葉產量的30%～40%，其產量和品質僅次于中部葉［1］。優質的上部煙葉感官品質和可用性較好，有一部分可作為大品牌一、二類卷煙原料［2］，且在我國卷煙新產品研發中發揮著重要作用［3］。近年來，隨著卷煙產銷結構快速提升，中部煙葉的供需結構矛盾日益突出。工業企業對中部煙葉的需求維持在較高水平，而對上部煙葉的需求不斷下降。如何提高上部煙葉工業可用性已成為研究熱點，高可用性上部煙葉開發也成為近期我國煙葉生產的重點工作之一［4］。

煙葉外觀特征是指可通過人的感官識別出的煙葉外部特征，因其與化學成分［5-6］和感官品質［7-8］關系密切，可直接或間接反映煙葉內在品質，多年來在煙草商業分級收購和卷煙工業原料采購中應用廣泛。我國于20世紀90年代初建立烤煙煙葉分級標準，并逐步形成了以顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分和色度為主要指標的煙葉外觀品質量化方法［9］。與此同時，探索更多、更適用的煙葉外觀特征評價延伸指標［10］，以更準確地通過外觀特征預測煙葉內在品質的研究也在不斷深入［11］。近年來較多學者對不同生態區中部煙葉外觀特征與化學成分和感官品質的關系進行了分析，并篩選出了影響不同香型煙葉風格特征及質量的關鍵外觀特征指標。如陳鍵等［8］以西南部分生態區烤煙C2F 煙葉為研究材料，運用相關分析、逐步回歸和通徑分析法對煙葉外觀特征與化學成分、外觀特征與感官品質的關系進行了分析，結果表明厚度、蠟質感、葉面葉背色差和顏色深淺是影響清甜香型煙葉風格和質量的關鍵外觀特征指標；蔡憲杰等［12］以黃淮部分生態區烤煙C2F煙葉為研究對象，發現蠟質感和葉尖葉基身份差可作為影響焦甜焦香型煙葉風格和質量的關鍵外觀特征指標；郭文等［13］以武陵秦巴部分生態區中部煙葉為研究材料，發現葉面葉背色差是影響醇甜香型煙葉風格的關鍵外觀特征指標。然而，針對上部煙葉外觀特征與內在品質關系的研究較少，不同生態區影響上部煙葉感官品質的關鍵外觀指標尚不清楚，這些問題成為限制高可用性上部煙葉規模化開發的重要因素。因此，制備我國5個生態區上部煙葉品質梯度樣品，評價其感官品質，并利用隨機森林特征貢獻率和相關分析研究影響不同生態區上部煙葉感官品質的關鍵外觀指標，以期為高可用性上部煙葉的定向生產、個性化評價和高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2019—2020 年在表1 所列區域進行，供試品種為當地主栽品種云煙87、云煙97和中煙100。

表1 品質梯度煙葉樣品制備區域Tab.1 Regions of tobacco samples with quality gradients

煙葉原料采集：從“黃金葉”品牌在各煙區實際采購的B1F、B2F、B3F 等商業等級煙葉中隨機抽取煙葉各100 kg，在溫度（22±1）℃、相對濕度60%±3%條件下平衡2～3 d［14］。

上部煙葉品質梯度樣品制備：按照表2的外觀特征指標及其檔次劃分標準，由來自河南中煙工業有限責任公司的煙草行業煙葉標準標樣分標委委員對所有煙葉逐片挑選，分別選取各指標不同檔次的典型煙葉作為樣品，每樣品不少于100片煙葉，共制備上部煙葉品質梯度樣品91份，選取的煙葉樣品基本涵蓋各產區上部煙葉的所有質量檔次。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 外觀特征

由來自河南中煙工業有限責任公司的行業煙葉標準標樣分標委委員和高級技師組成的外觀特征鑒定專家組（5 人）完成煙葉外觀特征指標量化評價。外觀評分精確至小數點后一位，檔次間評分的分界值均屬于上一個檔次（如顏色深淺評分為8.0，則認為顏色為紅棕），具體方法見表2。

表2 不同檔次煙葉樣品劃分方法與外觀特征指標定量評價方法Tab.2 Classification method for tobacco samples of different grades and quantitative evaluation method for appearance characteristic indexes

1.2.2 主要化學成分分析

按照 YC/T 216—2013［15］、YC/T 468—2013［16］、YC/T 161—2002［17］、YC/T 217—2007［18］和 YC/T 159—2002［19］方法測定煙葉淀粉、煙堿、總氮、鉀、總糖和還原糖含量（質量分數）。

1.2.3 感官品質評價

由來自河南中煙工業有限責任公司技術中心產品配方人員（具備煙草行業感官評吸鑒定資質）組成的感官品質鑒定專家組完成煙葉感官品質評價，評價指標包括香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、干燥感、回甜和濃度。由于感官品質評價指標較多，參考工業企業感官品質指標劃分的一般原則，以香氣質和雜氣分值之和表征香氣質感，以香氣量和濃度分值之和表征香氣飽滿度，以刺激性、干燥感和回甜分值之和表征口感舒適性。

1.3 數據分析

使用SPSS 26.0 軟件進行相關分析和單樣本ANOVA方差分析；采用Python編程語言基于隨機森林算法計算特征貢獻率（基尼重要性）［20］，該算法是集成算法，準確性高且綜合性能好，可直觀地計算出變量對目標變量的貢獻程度［21-22］；使用Microsoft Excel 2016軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同生態區烤煙上部煙葉外觀特征差異

由表3可見，渝東南上部煙葉柔軟度分值顯著高于豫中生態區，湘南生態區顏色深淺分值顯著高于豫中、豫西和滇東生態區，渝東南生態區成熟度分值顯著高于豫西和滇東生態區，豫西、滇東和渝東南生態區光澤度分值均顯著高于豫中和湘南生態區，滇東生態區油潤感分值顯著高于豫中和湘南生態區。整體來看，豫中生態區上部煙葉相對硬脆，光澤較暗，油潤感較弱；湘南生態區顏色較深，光澤較暗，油潤感較弱；豫西生態區顏色較淺，成熟度較低，光澤較鮮亮；滇東生態區顏色較淺，成熟度較低，光澤較鮮亮，油潤感較強；渝東南生態區葉片相對柔軟，成熟度較高，光澤較鮮亮。

表3 不同生態區上部葉外觀特征指標差異Tab.3 Differences in appearance characteristic indexes of upper tobacco leaves from different ecological regions

2.2 不同生態區上部煙葉外觀特征與內在品質的關系

2.2.1 外觀特征指標與感官品質的相關分析

由圖1可見，不考慮生態區差異，除顏色深淺（由淺到深，下同）分值與香氣質感分值、成熟度分值與口感舒適性分值不存在顯著相關關系外，其余外觀指標分值與感官品質指標分值均存在顯著相關關系。分生態區而言，豫中上部煙葉的成熟度、葉片結構、柔軟度和油潤感分值與香氣質感和香氣飽滿度分值均呈顯著正相關關系，顏色深淺分值與香氣飽滿度分值呈顯著正相關關系，身份分值與感官品質各指標分值均呈顯著負相關關系。湘南上部煙葉的顏色深淺分值與香氣飽滿度分值呈顯著正相關關系，剩余外觀指標分值與香氣質感和口感舒適性分值均呈顯著相關關系。豫西上部煙葉的顏色深淺、成熟度、光澤度和油潤感分值與香氣飽滿度分值均呈顯著正相關關系，柔軟度、光澤度、油潤感和身份分值與香氣質感和口感舒適性分值均呈顯著相關關系。滇東生態區上部煙葉的顏色深淺、葉片結構和柔軟度分值與香氣飽滿度分值均呈顯著正相關關系，除成熟度和顏色深淺外其余外觀指標分值與香氣質感和口感舒適性分值均存在顯著相關關系。渝東南上部煙葉的顏色深淺和成熟度分值與香氣飽滿度分值呈顯著正相關關系，其余外觀指標分值與香氣質感和口感舒適性分值均呈顯著相關關系。

圖1 不同生態區上部煙葉外觀特征指標與感官品質指標的相關系數Fig.1 Correlation coefficients between appearance characteristic indexes and sensory quality indexes of upper tobacco leaves from different ecological regions

整體來看，上部煙葉外觀特征與感官品質的相關關系在不同生態區表現基本一致。在一定范圍內，上部煙葉隨顏色加深，香氣飽滿程度提升；隨葉片疏松、柔軟程度改善或油潤感增強，香氣質感和口感舒適性顯著改善；身份增厚，則香氣質感和口感舒適性均顯著下降。

2.2.2 外觀特征指標與化學成分的相關分析

由表4 可見，不考慮生態區差異，上部煙葉的顏色深淺分值與所有化學成分指標均顯著相關，柔軟度、光澤度和油潤感分值與糖堿比值、還原糖和總糖含量顯著正相關，成熟度和身份分值與糖堿比值、還原糖和總糖含量顯著負相關。豫中生態區總氮含量與柔軟度、顏色深淺和成熟度分值均呈顯著正相關關系；還原糖含量、總糖含量和糖堿比值與顏色深淺分值呈顯著負相關關系，與光澤度分值呈顯著正相關關系；鉀含量與柔軟度、葉片結構、光澤度和油潤感分值均呈顯著正相關關系。湘南生態區煙堿和總氮含量與柔軟度、光澤度和油潤感分值均呈顯著負相關關系，其中總氮含量還與顏色深淺和身份分值呈顯著正相關關系，總糖和還原糖含量與顏色深淺和身份分值呈顯著負相關關系，淀粉含量和糖堿比值與顏色深淺分值呈顯著負相關關系，糖堿比值與柔軟度、光澤度和油潤感分值呈顯著正相關關系。豫西生態區煙堿和總氮含量與顏色深淺分值呈顯著正相關關系，糖堿比值、還原糖和總糖含量與顏色深淺分值呈顯著負相關關系，還原糖含量與油潤感分值呈顯著正相關關系，淀粉含量與顏色深淺和成熟度分值均呈顯著負相關關系。滇東生態區煙堿含量與顏色深淺分值呈顯著正相關關系；總氮含量與顏色深淺和身份分值呈顯著正相關關系；糖堿比值、還原糖、總糖和淀粉含量與柔軟度、葉片結構、光澤度和油潤感分值均呈顯著正相關關系，與身份分值均呈顯著負相關關系。渝東南生態區總氮含量與顏色深淺和身份分值呈顯著正相關關系，與柔軟度和油潤感分值均呈顯著負相關關系；糖堿比值、還原糖和總糖含量與油潤感分值呈顯著正相關關系，與顏色深淺和成熟度分值呈顯著負相關關系；鉀含量與成熟度和葉片結構分值呈顯著正相關關系，與身份分值呈顯著負相關關系。

表4 不同生態區上部煙葉外觀特征指標與化學成分的相關系數Tab.4 Correlation coefficients between appearance characteristic indexes and chemical components of upper tobacco leaves from different ecological regions

整體來看，上部煙葉外觀特征與化學成分的相關性規律在不同產區基本一致。在一定范圍內，上部煙葉隨顏色加深，總氮含量顯著增加，糖（還原糖和總糖）和淀粉含量顯著下降，糖堿比值顯著下降；光澤越鮮亮、油潤感越強、柔軟度越好，則糖含量和糖堿比值相對越高；隨身份增厚，糖含量和糖堿比值相對越低。

2.2.3 基于隨機森林算法的外觀特征對感官品質的特征貢獻率分析

以最少外觀特征指標對各生態區單個感官指標的貢獻率加和大于60%為標準（圖2），豫中生態區對香氣質感貢獻率較高的外觀指標包括身份（23%）、油潤感（22%）和成熟度（18%），對香氣飽滿度貢獻率較高的外觀指標包括成熟度（27%）、油潤感（21%）和柔軟度（17%），對口感舒適性貢獻率較高的外觀指標包括身份（42%）、顏色深淺（15%）和成熟度（13%）。湘南生態區對香氣質感貢獻率較高的外觀指標包括葉片結構（50%）和身份（16%），對香氣飽滿度貢獻率較高的外觀指標包括顏色深淺（39%）、葉片結構（17%）和成熟度（15%），對口感舒適性貢獻率較高的外觀指標包括葉片結構（25%）、身份（22%）和光澤度（15%）。豫西生態區對香氣質感貢獻率較高的外觀指標包括油潤感（57%）和光澤度（9%），對香氣飽滿度貢獻率較高的外觀指標包括成熟度（36%）和顏色深淺（29%），對口感舒適性貢獻率較高的外觀指標包括油潤感（38%）和身份（32%）。滇東生態區對香氣質感貢獻率較高的外觀指標為柔軟度（67%），對香氣飽滿度貢獻率較高的外觀指標包括顏色深淺（28%）、葉片結構（26%）和柔軟度（15%），對口感舒適性貢獻率較高的外觀指標為柔軟度（53%）和光澤度（16%）。渝東南生態區對香氣質感貢獻率較高的外觀指標包括油潤感（38%）和光澤度（22%），對香氣飽滿度貢獻率較高的外觀指標包括葉片結構（23%）、成熟度（21%）和顏色深淺（18%），對口感舒適性貢獻率較高的外觀指標為油潤感（70%）。

圖2 基于隨機森林算法的外觀特征指標對感官品質指標貢獻率Fig.2 Contribution rates of appearance characteristic indexes to sensory quality indexes based on random forest regression algorithm

整體來看，各生態區不同外觀指標對各感官品質指標的貢獻程度不盡相同。計算每個生態區中各外觀指標對3個感官品質指標的貢獻率之和，篩選出對各生態區感官品質影響最大的3個外觀指標。其中豫中和豫西生態區的規律相似，身份、油潤感和成熟度對感官品質的貢獻較大；湘南生態區的葉片結構、身份和顏色深淺對感官品質的貢獻較大；滇東生態區的柔軟度對感官品質的貢獻最大，其次為顏色深淺和葉片結構；渝東南生態區油潤感對感官品質的貢獻最大，其次為成熟度和葉片結構。

3 討論

3.1 烤煙上部煙葉外觀特征的區域差異

本研究中發現不同生態區上部煙葉的多數外觀特征指標存在顯著差異。其中，豫中生態區上部煙葉相對硬脆，油潤感較弱，光澤度較暗，這與過偉民等［23］發現豫中煙區煙葉相對脆硬、光澤較暗和油潤感不強的結論相同；豫西生態區顏色較淺、光澤較鮮亮，這與張書偉等［24］報道的豫西生態區上部煙葉相對柔軟、光澤較鮮亮的結果相似；湘南生態區顏色較深，光澤較暗，油潤感較弱，這與左偉標等［25］總結的南嶺丘陵生態區中部煙葉外觀特征為“紅、柔、糙、燥”的結論類似；渝東南生態區上部葉片相對柔軟、光澤較鮮亮和成熟度較高，這與郭文等［13］報道的結果相符，該研究結果顯示重慶黔江的中部煙葉光澤亮偏鮮明，葉片較柔軟，成熟度較好。說明烤煙上部煙葉外觀特征的區域差異規律與中部煙葉相近，外觀區域特征在年度間總體表現穩定，可用于區分不同生態區的上部煙葉，同時也說明有必要分生態區來研究上部煙葉內在品質與外觀特征的相互關系。

3.2 上部煙葉外觀特征與感官品質的關系

本研究中篩選出了影響不同生態區上部煙葉感官品質的重要外觀指標，其中上部煙葉身份分值與香氣質感和口感舒適性分值呈顯著負相關關系，且身份對豫中、豫西和湘南生態區香氣質感和口感舒適性的貢獻率較大，與前人在河南［26］和湖南郴州［27］對中部煙葉的研究結果相似；在豫中和豫西生態區，成熟度對香氣飽滿度的貢獻較大，且成熟度分值與香氣飽滿度分值呈極顯著正相關，這與閆洪洋等［28］發現河南烤煙成熟度分值與香氣量和勁頭分值存在極顯著相關關系的研究結果相似，而與張小利等［26］認為河南煙葉成熟度分值與吸食品質不存在顯著相關性的研究結果不同；渝東南煙區葉片結構和成熟度分值與感官品質存在顯著正相關關系，這一結果與郭文等［13］報道的研究結果相悖，其研究結果顯示成熟度分值與感官品質指標均不存在顯著相關關系。上述不同研究結果間差異的產生可能是由于以下原因：①不同部位煙葉質量特征存在差異［29］，目前的研究以中部煙葉為主，上部煙葉偏少。②外觀與感官評分具有主觀性，不同工業企業或評吸專家對外觀和感官的評分標準存在差異，從而造成煙葉質量指標規律出現異質性［23，26］。③未考慮不同生態區間的煙葉質量特征差異，導致其結果在某一具體生態區中的契合度不高［12-13］。

3.3 上部煙葉外觀特征與化學成分的關系

本研究中發現，滇東生態區上部煙葉柔軟度分值與總糖含量、還原糖含量和糖堿比值呈極顯著正相關關系，與煙堿含量呈顯著負相關關系，這與張書偉等［30］研究發現上部煙葉柔軟度分值與糖堿比值、總糖和還原糖含量呈極顯著正相關關系的結論一致，而與陳健等［8］研究中西南煙區煙葉柔韌性分值與總氮和煙堿含量呈正相關的結果相悖；上部煙葉顏色越深，煙堿和總氮含量越高，還原糖、總糖和淀粉含量下降，這與前人在河南［26］、湘南［31］、云南［32］和重慶煙區［13］對中部煙葉的研究結果基本一致，但劉江豫［33］對河南煙區的研究發現煙葉顏色與煙堿含量呈負相關關系，與總糖和還原糖含量呈正相關關系（不顯著），與本研究中的結果相悖，這可能與取樣區域煙葉特征和葉位的差異有關，也可能是因為不同生態區煙葉樣品質量指標存在年際差異［34］。

4 結論

不同生態區上部煙葉的多數外觀特征指標差異顯著，同時上部煙葉外觀特征與感官品質的相關關系在不同生態區表現基本一致。不同生態區上部煙葉的顏色深淺分值與香氣飽滿程度分值均呈顯著正相關關系，葉片結構和油潤感分值與香氣質感和口感舒適程度分值均呈顯著正相關關系，身份分值與香氣質感和口感舒適程度分值均呈顯著負相關關系。上部煙葉外觀特征與化學成分的相關關系較為密切，其中不同生態區上部煙葉顏色深淺分值與總氮含量均呈顯著正相關關系，與糖堿比值、還原糖、總糖和淀粉含量均呈顯著負相關關系。以感官品質為導向，提出了豫中和豫西生態區上部煙葉外觀特征的關注重點為身份、油潤感和成熟度，湘南生態區為葉片結構、身份和顏色深淺，滇東生態區為柔軟度、顏色深淺和葉片結構，渝東南生態區為油潤感、葉片結構和成熟度。