上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量與煙葉品質的關系及近紅外模型研究

中圖分類號：S572.01;S572.04 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）12-0201-06

煙草灰分是煙草充分燃燒后殘留的物質，約占煙葉重的 10% ，主要包含鉀、鈣、鎂、硫、磷、氯等無機元素，其中鉀和氯作為煙草的常規化學成分已受到較多關注并有大量相關研究。煙草灰分含量和成分組成與煙葉內在品質和物理特性密切相關，通?；曳趾吭礁撸紵栽讲?，煙葉中有益吸食質量的有機成分越少，煙葉品質也越差[1]。煙葉的灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量在不同煙草類型、產地、部位間存在差異，且這些元素在煙草生長過程中具有不同的生理功能[2]。因此，全面深入地探究烤煙上部葉灰分含量及其鈣、鎂、硫、磷含量與煙葉品質之間的關系，對于提升上部煙葉的可用性具有重要意義。近年來，研究主要集中在鈣、鎂、硫、磷作為營養元素對煙草生長發育以及對烤煙產質量的影響[3-8]，而對于灰分的研究多聚焦于含量差異分析[9-10]。張艷艷等針對沂蒙丘陵生態區的煙草研究發現，灰分含量與還原糖含量、氯含量、兩糖差呈極顯著負相關，與淀粉含量呈極顯著正相關\"；畢淑峰認為，灰分和揮發堿是影響云南烤煙品質的不利因素[12]。然而，這些研究僅針對灰分或某一特定產區進行分析，尚未有關于上部葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量與煙葉品質關系的研究報道。本研究旨在系統分析我國烤煙上部葉灰分含量及其鈣、鎂、硫、磷含量的分布特點，并深人探究其與外觀質量、理化指標和感官品質之間的關系，同時建立近紅外數學模型，為烤煙生產栽培、肥料施用提供理論基礎，也為卷煙工業在上部煙葉原料篩選及葉組配方設計方面提供參考。

1材料和方法

1.1 試驗材料

采集2020年安徽?。ㄍ钅希⒏＝ㄊ。垘r市、南平市）、山東省（濰坊市）、河南?。详柺?、洛陽市、三門峽市）、江西?。ㄚM州市）、廣西壯族自治區（百色市）湖北?。ㄊ呤?、恩施土家族苗族自治州）湖南?。ǔ恢菔小⒂乐菔?、湘西土家族苗族自治州、長沙市）云南省（文山壯族苗族自治州、楚雄彝族自治州、大理白族自治州、昆明市、普洱市、紅河哈尼族彝族自治州、曲靖市、玉溪市）、貴州?。ㄣ~仁市、畢節市）、四川?。錾揭妥遄灾沃荩?、重慶市等12個省份27個產區的煙葉大貨樣品（等級為B2F）各2份，共54份。經外觀質量鑒定后共獲得代表性樣品111份，每份樣品為 1.5～2.0kg 。

1.2 分析方法

1.2.1樣品制備將每份樣品進行物理指標測定后，全部去梗切成 （0.9±0.1 ） mm 寬的煙絲，混勻，一部分卷制成單料煙用于感官質量評價，一部分烘干后磨成粉末（ ?0.25mm 用于化學成分含量測定。1.2.2外觀質量鑒定由外觀質量鑒定專家按照GB2635—1992《烤煙》對樣品進行外觀質量鑒定，其因素包括顏色、成熟度、身份、油分、結構、色度。又以每一因素的基本組成為中間值，設3個層次，大于中間值用\" + ”表示，小于中間值用“-”表示。例如，橘黃色煙葉細分為“橘黃-\"（淺橘）、“橘黃”“橘黃 + \"（深橘）;煙葉油分在“有”檔次的煙葉可細分為“有-”“有”“有 + ”。其他外觀因素以此類推。

1.2.3物理指標和化學成分檢測方法由農業農村部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心，按照中華人民共和國煙草行業標準或行業內普遍采用的方法進行測定。物理指標參照付秋娟等的研究方法[13];總植物堿含量的測定參照YC/T468—2013《煙草及煙草制品總植物堿的測定連續流動（硫氰酸鉀）法》；總糖、還原糖含量的測定參照YC/T468—2013《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續流動法》；總氮含量的測定參照YC/T161—2002《煙草及煙草制品總氮的測定連續流動法》；鉀含量的測定參照YC/T217—2007《煙草及煙草制品鉀的測定火焰原子吸收光譜法》；氯含量的測定參照YC/T162—2002《煙草及煙草制品氯的測定連續流動法》;淀粉含量的測定參照YC/T216—2007《煙草及煙草制品淀粉的測定酶水解－離子色譜法》；灰分含量的測定參照YC/T427—2012《煙草及煙草制品灰分的測定重量法》;鈣含量的測定參照YC/T174—2003《煙草及煙草制品鈣的測定原子吸收光譜法》；硫含量的測定參照YC/T284—2009《煙草及煙草制品硫的測定燃燒-紅外吸收法》;鎂含量的測定參照YC/T175—2003《煙草及煙草制品鎂的測定原子吸收光譜法》；磷含量的測定參照DB53/T357—2011《煙草及煙草制品 磷的測定 分光光度法》。

1.2.4感官質量評價由浙江中煙工業有限責任公司組織感官評吸專家依據浙江中煙企業標準進行評價，感官質量評價包括細膩感、清晰度、香氣量、雜氣、潤感、刺激性、余味、煙氣濃度、勁頭[14] 。

1.2.5近紅外數學模型的建立使用AatarisⅡ傅立葉變換近紅外光譜儀（FT-NIR）（美國）進行光譜采集時，先稱取 10g 煙草粉末樣品并裝入樣品杯中。利用積分球漫反射采樣系統采集近紅外光譜。采集條件如下：以儀器內置背景為參比，光譜波數范圍為 10000～3800cm^-1 ，掃描次數為64次，分辨率 8cm^-1 。在建立模型時，將全部樣品的 80% 作為校正集，剩余 20% 作為驗證集，以確保模型的準確性和可靠性。運用TQAnalyst8.0化學計量學分析軟件，將采用化學方法檢測的灰分、鈣、鎂、硫、磷的化學測定值與近紅外光譜相結合，借助化學計量學方法構建數學模型。通過光譜數據預處理、譜區范圍選擇和優化數據算法等手段，精細調整建模參數，逐步優化模型性能，最終建立灰分、鈣、鎂、硫、磷等5項指標的近紅外數學模型。

1.3 數據統計

利用Excel、DPS19.50統計分析軟件進行數據統計分析，多重比較采用 LSD 法。

2 結果與分析

2.1上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷數據特征

由表1可知，代表性樣品中上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量的變異系數在 10.72%～27.42% 之間，均為中等變異，灰分和磷含量的變異稍小。從峰度和偏度來看，各成分含量基本服從正態分布。

表1代表性樣品灰分及鈣、鎂、硫、磷含量數據基本特征

2.2不同種植區域上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量差異

由表2可知，不同種植區域灰分及鈣、鎂、磷含量差異顯著，其中黃淮煙區灰分及鈣、鎂、磷含量最高，硫含量最低。黃淮煙區灰分含量顯著高于西南煙區和長江中上游煙區，東南煙區、西南煙區和長江中上游煙區差異不顯著；西南煙區磷含量顯著低于其他產區，東南煙區、黃淮煙區和長江中上游煙區沒有顯著差異；東南煙區硫含量顯著高于長江中上游煙區、黃淮煙區和西南煙區，黃淮煙區和西南煙區沒有顯著差異；黃淮煙區鈣含量顯著高于其他煙區，西南煙區和長江中上游煙區差異不顯著；黃淮煙區鎂含量顯著高于其他煙區，東南煙區、西南煙區和長江中上游煙區沒有顯著差異。

表2不同種植區域云煙87上部煙葉的灰分含量及鈣、鎂、硫、磷含量

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著（ Plt;0.05） 。

2.3不同外觀質量指標上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量差異

由表3可知，不同外觀質量指標上部煙葉灰分及鈣、鎂、磷、硫的含量差異各不相同，其中顏色的影響最小，不同顏色上部煙葉灰分及鈣、鎂、磷、硫含量之間均沒有顯著差異。上部煙葉成熟度主要影響磷和鈣的含量，成熟煙葉中磷和鈣含量低于“成熟-”煙葉；葉片結構和身份主要影響灰分、鈣和鎂的含量，葉片結構越緊密，灰分、鈣、鎂含量相對越高；油分主要影響磷和鈣的含量，油分越好的煙葉鈣含量越低，磷含量以“有-”的煙葉含量相對最高，其他檔次的略低；色度主要影響灰分和鈣含量，色度越弱，灰分和鈣含量越高。不同顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度對硫含量的影響均不顯著。

2.4物理指標、感官質量評分指標與上部煙葉灰分及其鈣、鎂、硫、磷含量的相關關系

由表4可知，上部煙葉物理指標與灰分及鈣、鎂、磷、硫關系密切。葉長、葉寬、單葉重和葉面密度與灰分的相關性較?。涣缀土蚝烤蕵O顯著相關關系，且均為負相關，尤其是磷含量與單葉重相關系數達-0.5654；葉寬與鈣、鎂含量呈極顯著正相關，與灰分含量相關性較小。灰分、鈣含量與常規化學成分中的總糖、還原糖、總氮、鉀、氯、淀粉等含量呈顯著或極顯著相關關系，尤其是總糖、還原糖含量；硫含量與鉀含量呈極顯著正相關，鎂含量與氯含量呈極顯著正相關。上部煙葉灰分含量與感官質量評分相關性極高，與細膩感、清晰度、香氣量、雜氣、潤感、刺激性、余味等指標的評分及評吸總分均呈極顯著負相關，與煙氣濃度、勁頭等評分沒有顯著相關性；鎂含量與香氣量、雜氣、清晰度等評分呈顯著或極顯著負相關，磷含量與感官質量評分之間沒有顯著相關性。進一步對上部煙葉灰分、鈣、鎂、硫、磷含量與感官質量評分總分進行回歸分析發現，灰分含量與感官質量評分總分的簡單相關分析、回歸分析 P 值（ Plt;0.01） 均達極顯著相關，鈣含量回歸分析達顯著水平，但簡單相關分析未達顯著水平（表5）。因此，灰分含量對感官評吸質量的影響最大。隨灰分含量的升高，評吸總分極顯著降低。

表3不同外觀質量指標煙葉灰分及鈣、鎂、磷、硫含量差異分析

注：同列數據后不同小寫字母表示同一外觀指標不同質量檔次之間差異顯著（ Plt;0.05） 。

表4上部煙葉灰分及其鈣、鎂、磷、硫與理化指標與感官評吸指標的相關關系

注： ** 表示相關性達極顯著水平； * 表示相關性達顯著水平。

表5上部煙葉灰分及鈣、鎂、磷、硫與評吸總分的相關分析

將煙葉樣品按照灰分含量劃分為5個區間，不同區間范圍煙葉感官質量評分見表6。煙葉灰分含量對其感官品質均有極顯著影響（表4）。細膩感、清晰度、香氣量、雜氣、潤感、刺激性、余味得分和總分均隨著灰分含量的升高而降低，灰分含量大于9.5% 時，樣品得分顯著降低，灰分含量小于 9.5% 時，各項感官質量得分差異不大。因此，上部煙葉灰分含量對感官質量影響的拐點是 9.5% 。

表6不同灰分含量范圍與感官質量指標的差異分析

2.5上部煙葉灰分及鈣、鎂、硫、磷的近紅外模型研究

由表7、圖1可知，煙葉灰分含量及其鈣、鎂、硫含量均建立了較好的近紅外數學模型，數學模型的相關系數均達到0.98以上，交叉驗證相關系數也在0.95以上，預測結果非常好；磷含量的數學模型稍差，今后可進一步擴充樣品繼續優化模型，進而提高數學模型的預測能力。

表7灰分及鈣、鎂、硫、磷近紅外模型的數理指標

3討論與結論

煙草中灰分含量與化學成分含量和感官質量評分關系密切。本研究結果表明，灰分含量與總糖、還原糖、淀粉等含量呈極顯著負相關，與氯含量呈極顯著正相關，這與張艷艷等的研究結果“灰分含量與還原糖、氯含量呈極顯著負相關，與淀粉含量呈極顯著正相關”[不完全一致。造成這種現象的原因可能是取樣范圍或研究對象不一致，不同部位煙葉中礦質元素在植株體內的積累可能也不同。本研究結果表明，上部煙葉灰分含量與感官質量細膩感、清晰度、香氣量、雜氣、潤感、刺激性、余味等評分呈極顯著負相關，與濃度和勁頭等評分相關性不顯著，這與李衛等的研究結果完全一致。說明煙葉中灰分含量越高，燃燒越不充分，有利于吸食品質的成分也就越少，煙葉感官品質就越差。

本研究結果還表明，黃淮煙區上部煙葉鎂含量顯著高于其他3個煙區，這與王寶林等的研究結果[基本一致。這是因為煙葉中的鎂主要來自土壤，鎂在南方酸性土壤如黃壤、紫色土、紅壤中有極強的遷移能力，因此高溫多雨的南方地區極易被淋失，導致鎂含量低[5]?？緹熤墟V含量與外觀質量評分存在較強的相關性。張森等認為，烤煙中的鎂含量與其顏色和身份評分呈極顯著正相關[15]。王世濟等認為，適宜鎂水平下烤煙身份和油分得分較高[16]。鄧超等認為，烤煙中的鎂含量直接影響到烤煙成熟度[17]。本研究結果表明，鎂含量與葉片結構和身份等評分存在顯著差異，這與張森等研究的身份指標結果[15-16]一致，而鎂含量對煙葉顏色、成熟度、葉片結構和油分等評分的影響存在差異，可能與樣品等級和產地有關。

鈣含量是烤煙中僅次于鉀含量的主要成分，在植物細胞中常以難溶性鹽的形式存在。本研究結果表明，鈣含量與上部煙葉外觀質量、物理特性、化學成分含量間均存在極強的相關關系。可見，在煙葉生產過程中，合理施用鈣肥能有效促進干物質積累，改善烤煙外觀質量和農藝性狀，進一步提高煙葉產質量。

綜上，不同種植區域上部煙葉灰分含量與鈣、鎂、硫、磷等無機元素含量均有顯著差異，其中灰分、鈣、鎂、磷含量以黃淮煙區最高，硫含量以東南煙區最高；上部煙葉不同外觀對灰分、鈣、鎂、磷含量影響顯著，其中對顏色的影響最??；物理指標和感官質量指標評分與灰分、鈣、鎂、硫、磷等含量均存在較強的相關關系，尤其是灰分含量，其與總糖含量、還原糖含量、淀粉含量以及感官質量指標的細膩感、清晰度、香氣量、雜氣、潤感、刺激性、余味評分以及評吸總分均呈極顯著負相關，而與物理指標的相關性不顯著。此外，通過近紅外技術，成功建立了灰分含量和鈣、鎂、硫、磷含量的數學模型，這些模型能夠有效地應用于上部煙葉原料的快速篩選過程。

參考文獻：

[1]李衛，閆克玉，杜榮杰，等.國產烤煙總灰分含量對比分析[J]．鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2009，24（5）：33-35，76.

[2]池敬姬，王艷麗.總灰分及主要礦質元素對煙葉品質的影響[J].延邊大學農學學報，2004，26（3）：204-207.

[3]王佩云，李璐，陳照峰，等.鈣、鎂、鐵虧缺對煙草生長和生理指標的影響[J].湖南農業科學，2022（10）：21-24.

[4]劉茜茜.鈣、鎂營養對烤煙產量和品質的影響[D].貴陽：貴州大學，2020.

[5]李丹萍，劉敦一，張白鴿，等.不同鎂肥在中國南方三種缺鎂土壤中的遷移和淋洗特征[J].土壤學報，2018，55（6）：1513-1524.

[6]王寶林，賈國濤，白銀帥，等.我國烤煙鎂含量分布特點及與化學成分和有機酸的關系［J]．中國煙草科學，2021，42（1）：68-72，78.

[7]徐興陽，李曉寧，李文丹，等．葉面噴施鉀、鎂肥對烤煙生長及鉀鎂營養的影響［J]．云南農業大學學報（自然科學），2021，36（3）：472-478，546.

[8]趙阿娟，文婧，丁春霞，等.長沙植煙區土壤理化性質與煙葉常規化學成分相關性分析[J].作物研究，2018，32（6）：511-515.

[9]張環緯.福建煙區烤煙品質指標比較及與氣象因子的關系分析[D]．鄭州：河南農業大學，2019.

[10]王建，劉晶，馬迅，等.國內外造紙法再造煙葉總灰分和水不溶灰分含量對比分析及其相關性研究［J]．中國農學通報，2015，31（5）：116-119.

[11]張艷艷，代琛，趙百英，等.沂蒙丘陵生態區烤煙化學成分與感官質量的相關分析[J].中國農學通報，2022，38（22）：145-150.

[12]畢淑峰.云南烤煙評吸質量與化學成分的關系研究[J]．黃山學院學報，2005，7（3）：61-63.

[13]付秋娟，孫婷婷，竇玉青，等.初烤煙葉柔軟度及其與煙葉主要理化指標的關系[J].煙草科技，2021，54（5）：77-81.

[14]郝賢偉，帖金鑫，何文苗，等.基于近紅外光譜-感官評價的巴西煙葉風格模擬及替代[J].煙草科技，2018，51（10）：83-89.

[15]張森.曲靖中海拔紅壤煙區烤煙鎂含量影響因素及與煙葉品質的關系[D].鄭州：河南農業大學，2018

[16]王世濟，趙第錕，崔權仁，等.缺鎂對煙葉內外觀質量影響初探[J].安徽農學通報（上半月刊），2010，16（7）：80-81.

[17]鄧超，董召榮.南丹地區烤煙不同葉位化學成分差異分析[J].安徽農學通報（上半月刊），2009，15（13）：88-89，50.