雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀的相關分析

關鍵詞：雪茄煙葉；化學成分；物理性狀；典型相關

煙葉綜合品質評價主要包括外觀品質、物理性狀、感官品質、化學成分與安全性5個方面[1-2]，其中，煙葉外觀品質和物理性狀主要反映煙葉的外在特征，感官品質和化學成分主要反映煙葉的內在品質，它們之間的相互關系一直備受關注[2-6]。

鄧小華等[2]研究發現烤煙煙葉外觀質量、物理性狀、感官質量和化學成分間均存在顯著典型相關關系。楊慶民等[3]采用簡單相關和典型相關探究了烤后原煙物理性狀與化學成分之間的關系，發現煙葉厚度、填充值、單葉質量、含梗率與煙葉總氮、煙堿、總糖、鉀含量顯著相關。付秋娟等[4]對125份烤煙煙葉的物理特性和常規化學成分進行分析，發現單葉質量、填充值和質量燃燒速率與化學成分的相關性最顯著。王建民等[5]研究表明，對烤煙物理特性影響較大的化學成分主要有總植物堿、總糖、還原糖、總氮和氯。王冬等[6]對90份烤煙煙葉的物理性狀和化學成分進行了相關和逐步回歸分析，并建立了兩者之間的定量關系。

目前對于煙葉綜合品質評價指標間相關關系的研究多集中在烤煙領域，關于雪茄煙葉物理性狀與化學成分相關關系的研究甚少。簡單相關分析主要用來研究兩兩變量間的相關關系，而典型相關分析是探究兩組變量之間相關關系的統計分析方法。本研究分別采用簡單相關和典型相關兩種方法分析了國內141份雪茄煙葉樣品的主要化學成分與物理性狀的相關關系，旨在為深入了解雪茄煙葉外在特征與內在品質的關系及進一步完善雪茄煙葉品質評價方法提供參考。

1材料與方法

1.1材料

2021年分別于四川（達州、德陽）、湖北（恩施、宜昌、丹江口）、海南（屯昌）、云南（德宏、普洱、臨滄）4個雪茄煙葉主產區9個產地收集農業發酵后雪茄煙葉中部葉141份，其中達州、德陽、恩施、宜昌、丹江口、屯昌分別為18個樣品，德宏9個樣品，普洱8個樣品，臨滄16個樣品，每份樣品5kg，用于主要化學成分和物理性狀測定。

1.2分析方法

雪茄煙物理性狀參照YQ-YS/T1—2018測定[7]，總糖、還原糖含量參照YC/T159—2019[8]測定，總植物堿含量參照YC/T468—2021[9]測定，氯離子含量參照YC/T162—2011[10]測定，鉀含量參照YC/T217—2007[11]測定，總氮含量參照YC/T161—2002[12]測定，蛋白質含量參照YC/T249—2008[13]測定，淀粉含量參照YC/T216—2013[14]測定。

1.3數據處理

采用Z-score標準化法對數據進行標準化處理。采用IBMSPSSStatistics25對雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀進行方差分析、描述統計分析、簡單和典型相關分析。

2結果

2.1不同產地雪茄煙葉主要化學成分和物理性狀的差異分析

一般認為，優質烤煙煙葉的總糖含量為18%～22%，還原糖含量為16%～18%[15]，相較于烤煙，各產地雪茄煙葉總糖和還原糖含量均較低（表1），符合雪茄煙低糖的顯著特點。達州雪茄煙葉還原糖含量、糖堿比、兩糖比和淀粉含量顯著高于其他產地；德陽雪茄煙葉總植物堿含量顯著高于其他產地；恩施雪茄煙葉鉀氯比顯著高于其他產地，達到了32.34，氯含量顯著低于其他產地，平均氯含量僅為0.20%；宜昌雪茄煙葉兩糖比顯著低于其他產地；丹江口煙葉平衡含水率顯著低于其他產地；臨滄雪茄煙葉總氮含量和平衡含水率顯著高于其他產地。以上結果表明，不同產地間雪茄煙葉主要化學成分和物理性狀存在較大差異。

2.2雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀的描述統計分析

如表2所示，雪茄煙葉主要化學成分變異系數范圍為12.07%～113.56%，整體變異程度較大，其中，鉀氯比變異系數最大，淀粉次之；物理性狀變異系數范圍為9.84%～27.99%，整體變異程度較小。除鉀和平衡含水率的數據分布為負向偏態峰（偏度值小于0）外，其他均為正向偏態峰；總糖、還原糖、鉀氯比、氮堿比和淀粉的數據分布為尖峭峰（峰度值大于3），數據分布相對集中，其他均為平闊峰，數據分布較為分散。

2.3雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀的簡單相關分析

雪茄煙葉總植物堿含量、氮堿比與葉寬、單葉質量、葉面密度呈極顯著相關性（表3）；氯含量與單葉質量、平衡含水率極顯著正相關；鉀含量與單葉質量、葉面密度極顯著負相關，與平衡含水率極顯著正相關；總氮含量與煙葉拉力、葉面密度和平衡含水率極顯著正相關。以上結果表明，雪茄煙葉總植物堿、氮堿比、氯、鉀、總氮的變異與煙葉葉寬、單葉質量、葉面密度、平衡含水率的變異密切相關。

2.4雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀的典型相關分析

進一步對雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀進行典型相關分析。分別以化學成分和物理性狀指標為第一組變量和第二組變量，第一組變量為總糖（x1）、還原糖（x2）、總植物堿（x3）、氯（x4）、鉀（x5）、總氮（x6）、蛋白質（x7）、淀粉（x8），第二組變量為葉長（y1）、葉寬（y2）、單葉質量（y3）、厚度（y4）、拉力（y5）、葉面密度（y6）、平衡含水率（y7），對兩組變量進行典型相關分析。結果如表4所示，共得到8組典型變量，其中前3組達到了極顯著水平，前2組典型變量的典型相關系數分別大于所有通過簡單相關分析得出的主要化學成分與物理性狀各個指標間的相關系數，說明雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀不僅是各內部單個指標的相互影響，更是兩組指標間的復合影響。

冗余分析表明（表5），前3組典型變量可解釋物理性狀變異的71.7%、化學成分指標變異的68.5%。其中，第1組典型變量可解釋物理性狀變異的31.2%、主要化學成分變異的37.3%；第2組典型變量可解釋物理性狀變異的25.7%、主要化學成分變異的20.8%；第3組典型變量可解釋物理性狀變異的14.8%、化學成分變異的10.4%。表明雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀間存在典型相關關系。

第1組典型變量可解釋物理性狀變異的31.2%，可解釋主要化學成分變異的37.3%（表5）。對前3組典型變量進一步分析，結果如表6所示。在第1組典型變量中，主要化學成分u1中x6、x5和x4的典型載荷系數絕對值最大，物理性狀v1中y7的典型載荷系數絕對值最大。因此，第1組典型變量主要反映了總氮（?0.812）、鉀（?0.418）、氯（?0.398）與平衡含水率（?0.977）的正向相關性。典型載荷系數表明，各化學成分指標對u1的相對作用大小表現為總氮gt;鉀gt;氯gt;淀粉gt;蛋白質gt;總糖gt;總植物堿gt;還原糖；各物理性狀指標對v1的相對作用大小表現為平衡含水率gt;葉寬gt;拉力gt;葉長gt;單葉質量gt;葉面密度gt;厚度。

第2組典型變量可解釋物理性狀變異的25.7%，可解釋主要化學成分變異的20.8%（表5）。在第2組典型變量中，可以從主要化學成分中分離出鉀（0.793）、總植物堿（?0.639）和總氮（?0.498）三個指標，從物理性狀中分離出葉面密度（?0.801）。因此，第2組典型變量主要反映了鉀與葉面密度的負相關，以及總植物堿、總氮與葉面密度的正相關。各化學成分指標對u2的相對作用大小表現為鉀gt;總植物堿gt;總氮gt;總糖gt;蛋白質gt;淀粉gt;還原糖gt;氯；各物理性狀指標對v2的相對作用大小表現為葉面密度gt;單葉質量gt;拉力gt;葉長gt;厚度gt;葉寬gt;平衡含水率。

第3組典型變量表達式為：

第3組典型變量可解釋物理性狀變異的14.8%，可解釋化學成分變異的10.4%（表5），其中，可從主要化學成分中分離出蛋白質（0.640）和總植物堿（?0.581）兩個指標，從物理性狀中分離出葉寬（?0.833）和單葉質量（?0.708）兩個指標。第3組典型變量主要反映了蛋白質與葉寬、單葉質量的負相關以及總植物堿與葉寬、單葉質量的正相關。各化學成分指標對u3的相對作用大小表現為蛋白質gt;總植物堿gt;還原糖gt;氯gt;總糖gt;總氮gt;淀粉gt;鉀；各物理性狀指標對v3的相對作用大小表現為葉寬gt;單葉質量gt;葉長gt;拉力gt;厚度gt;葉面密度gt;平衡含水率。

以上結果表明，雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀間存在典型相關關系，且采用典型相關分析研究兩者之間的相關關系比簡單分析各內部指標之間的相關系數更有意義。總植物堿、氯、鉀、總氮、蛋白質與葉寬、單葉質量、葉面密度、平衡含水率可分別作為雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀關系分析中的顯著性指標。

2.5雪茄煙葉化學成分協調性與物理性狀的典型相關分析

分別以化學成分協調性指標和物理性狀指標為第1組變量和第2組變量，第1組變量為鉀氯比（t1）、氮堿比（t2）、糖堿比（t3）、兩糖比（t4），第2組變量為葉長（y1）、葉寬（y2）、單葉質量（y3）、厚度（y4）、拉力（y5）、葉面密度（y6）、平衡含水率（y7），對兩組變量進行典型相關分析。結果如表7所示，共得到4組典型變量，其中第1組達到了極顯著水平，第2組達到了顯著水平。

由表8可知，兩組典型變量可解釋化學成分協調性指標變異的64.3%，可解釋物理性狀變異的35.3%。對前兩組典型變量進一步分析，結果如表9所示。第1組典型變量表達式為：

在第1組典型變量中，典型變量u1中的t2典型載荷系數絕對值最大，典型變量v1中y6和y3典型載荷系數絕對值最大，因此第1組典型變量主要反映了氮堿比與葉面密度、單葉質量的負相關。在第2組典型變量中，典型變量u2中t4和t3典型載荷系數絕對值最大，典型變量v2中y2和y6典型載荷系數絕對值最大，第2組典型變量主要反映了兩糖比、糖堿比與葉寬的正相關，以及與葉面密度的負相關。以上結果表明，雪茄煙葉化學成分的協調性與煙葉葉寬、單葉質量、葉面密度密切相關。

3討論

本文系統分析了國內9個產地雪茄煙葉主要化學成分和物理性狀的差異。雪茄煙葉糖含量整體偏低，可能是因為雪茄煙與烤煙的調制方式不同，雪茄煙葉要經過較長的晾制、發酵和醇化過程，煙葉中的糖類物質因呼吸作用被消耗較多[16]。鉀氯比是煙葉燃燒性的重要表征指標，也是工業可用性的重要評價指標，而本研究中鉀氯比在各樣品中的變異系數最大，說明雪茄煙葉鉀氯比受產地影響較大；其中德陽、屯昌和德宏3個產地的雪茄煙葉鉀氯比均未達到4，未達到優質煙葉的鉀氯比要求[17]。此外本研究發現，葉面密度與煙葉鉀含量顯著負相關，表明高鉀含量煙葉的葉面密度更低，組織結構更為疏松。有研究表明[18]，在一定范圍內，煙葉氮含量與煙葉密度、平衡含水率呈正比，與本文中臨滄雪茄煙葉葉面密度較大、煙葉平衡含水率和總氮含量較高的結果一致。不同產區雪茄煙葉主要化學成分和物理性狀間有顯著差異，這與各產區生態條件和生產技術的差異有關[19]。

在分析方法的應用中，簡單相關分析得到的相關系數較多，信息較為分散，難以總結出規律性的結論；而典型相關分析可以通過降維使信息更加簡明、規律，指標對應關系更為明確，更適用于煙葉主要化學成分與物理性狀的相關性分析。煙葉的化學成分是決定物理性狀的內在因素，物理性狀是化學成分的外在表現[20]。本研究通過典型相關分析表明，雪茄煙葉主要化學成分中總氮、鉀、氯、總植物堿、蛋白質含量與煙葉物理性狀關系最為密切，這與烤煙相關研究結果不同[21-22]。本研究中雪茄煙葉總糖、還原糖與物理性狀相關性較小，這可能與雪茄煙葉中總糖、還原糖含量較低有關。劉利平等[23]研究表明，總植物堿和鉀含量在雪茄煙葉化學成分的變異中起主導作用，還原糖含量對雪茄煙葉內在質量的差異影響較小，這與本研究結果一致。本研究結果表明，與煙葉化學成分密切相關的物理性狀指標為煙葉平衡含水率、葉面密度、葉寬、單葉質量。雪茄煙葉平衡含水率與煙葉總氮含量極顯著正相關；葉面密度與鉀含量極顯著負相關，與總氮和總植物堿含量極顯著正相關，這與前人研究結論相吻合[24]，在實際生產中，可通過增施鉀肥并適度減施氮肥來減小葉面密度，增加葉面結構疏松度。雪茄煙葉寬、單葉質量與總植物堿含量正相關，與蛋白質含量負相關，這與烤煙[3，25-26]的研究結果相似。雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀不僅是單個指標的相互影響，更是兩組甚至多組指標間的復合影響。由于化學成分測定需要耗費更多的時間，而物理性狀更加便捷、直觀，生產中通過物理性狀表征煙葉質量更具有可操作性。基于本研究結果，今后可將平衡含水率、葉面密度、葉寬和單葉質量作為煙葉內在品質的重要外在表征指標，探索通過物理性狀變化來預測煙葉內在品質變化趨勢。此外，本研究只對雪茄煙葉的主要化學成分進行了測定分析，后續應增加其他化學成分指標的分析，使研究結果更加準確完善。

4結論

不同產地雪茄煙葉化學成分和物理性狀存在顯著差異。簡單相關分析表明，雪茄煙葉總植物堿、氯、鉀、總氮、氮堿比與多個物理性狀指標間存在極顯著相關關系。典型相關分析表明，雪茄煙葉平衡含水率、葉面密度、葉寬和單葉質量的變異可以較好地反應煙葉總氮、鉀、氯、總植物堿和蛋白質的變異。相較于簡單相關分析，典型相關分析更適用于雪茄煙葉主要化學成分與物理性狀的內在相關性分析。