烤煙化學成分與焦油的相關性分析

蔡長春，李進平，李錫宏，程 玲，饒雄飛，馮 吉

烤煙化學成分與焦油的相關性分析

蔡長春，李進平，李錫宏，程 玲，饒雄飛，馮 吉*

（湖北省煙草科學研究院，湖北 武漢 430030）

以來源于3個省份的56份烤煙品種 （系）為研究材料，測定了中部葉焦油和6種常規化學成分含量，并由此計算出氮堿比、糖堿比和鉀氯比等3個相關性狀，采用相關分析、通徑分析和逐步回歸分析等方法初步探討了9種煙葉化學成分與焦油的相關關系。結果表明，鉀和氮堿比均與焦油呈極顯著負相關，氯與焦油呈顯著正相關，其他化學成分與焦油相關性不顯著。各化學成分對焦油的直接作用排序為：鉀 ＞氮堿比 ＞總氮＞總糖＞煙堿＞還原糖＞氯 ＞鉀氯比＞糖堿比。鉀和氮堿比對焦油的影響主要取決于直接作用，煙堿對焦油的影響主要取決于間接作用，總氮和總糖對焦油的直接和間接影響相當。此外，其他化學成分對焦油也存在一定程度的影響。最后，本研究建立了化學成分與焦油的多元逐步回歸方程。

烤煙；化學成分；焦油；相關性分析

隨著 《煙草控制框架公約》對煙草制品的嚴格限制，卷煙的 “減害降焦”已成為煙草行業科技創新的主攻方向之一［1］。煙葉原料是卷煙質量的物質基礎，是焦油釋放量的決定性因素之一。焦油的產生與煙葉本身的理化品質特性密切相關，尤其是化學成分的協調性影響更甚。鑒于此，國內外眾多研究人員開展了大量探索煙草化學成分與焦油釋放量之間的相關性研究，除少數研究結果略有差異外［2-5］，大部分的研究結果均一致顯示［6-22］，煙葉常規化學成中，煙堿、總氮、總糖和氯均與焦油釋放量存在顯著或極顯著的正相關關系，鉀、還原糖等其他化學成分則與焦油釋放量存在顯著或極顯著的負相關關系。但這些研究大多要么采用的品種單一，要么樣品的來源地域狹窄，且分析方法上多采用簡單的相關分析和灰色關聯分析。本研究采集了來自湖北、安徽和陜西3省煙葉產區的13個烤煙品種 （系）作為研究材料，遺傳背景和生態多樣性較為豐富。分析方法既有簡單的相關分析，又有通徑和逐步回歸分析，以期為探究煙葉化學成分對焦油釋放量的影響提供較為科學、客觀的分析結果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2013年從湖北、安徽和陜西收集到13個烤煙品種 （系）總共56份材料的C3F等級初烤煙葉，采集到的煙葉原料統一加工，統一編碼，單一原料卷制，不加香加料。

1.2 焦油和化學成分測定

焦油量 （y）的測定按行業標準YC/T 29-1996的方法及參考文獻 ［23］進行，單位為mg· g-1。采用YC/T 173-2003法測定鉀含量 （x1）；采用YC/T 160-2002法測定煙堿含量 （x2）；采用YC/T 161-2002法測定總氮含量 （x3）；采用YC/T 159-2002規定的方法測定還原糖 （x4）和總糖 （x5）含量；采用YC/T 162-2002的方法測定氯含量 （x6）；各檢測結果均換算成百分率，并由此計算出氮堿比 （x7）、糖堿比 （x8） 和鉀氯比（x9）。

1.3 數據處理

采用DPS 19.0進行所有數據分析，相關性判別指標：相關系數 ｜r｜≥0.8，高度相關；0.5≤｜r｜＜0.8，中等相關；0.3＜｜r｜＜0.5，弱相關［24］。

2 結果與分析

2.1 描述性統計分析

烤煙9個常規化學成分與焦油釋放量的基本統計特征值見表1。一般認為，變異系數＜10%為弱變異性，10%～100%為中等變異性，＞100%為強變異性［25］。 除氯含量接近強變異程度外，其他性狀均處于中等變異程度，說明它們受環境條件等外部因素的影響較大，即栽培措施或種植區域的分布調整可在一定程度上對它們進行有效調節。

表1 烤煙化學成分和焦油的描述性統計分析

2.2 相關性分析

由表2可知，鉀、氮堿比均與焦油含量呈極顯著負相關 （-0.79**和-0.48**），而氯與焦油呈含量呈現顯著正相關 （0.32*），煙堿和總糖與焦油含量正相關，而其他化學成分與焦油負相關，但均未達到顯著水平。從相關系數的絕對值來分析，鉀與焦油中等相關，氮堿比與氯與焦油弱相關，其他化學成分與焦油的相關系數絕對值均在0.2以下。其中，鉀與焦油呈極顯著負相關的結果與Long等［22］的研究結果較為一致。

表2 烤煙化學成分與焦油的相關分析

2.3 通徑分析

表2的結果主要體現了烤煙部分內在化學成分與焦油之間的相關性，但無法較好地反映這些化學成分對焦油的直接或本質效應。鑒于此，需要通過通徑分析進一步剖析相關系數，從而估算不同化學成分對焦油的直接和間接效應，更好的闡釋它們與焦油相關的原因。

表3列出了各化學成分與焦油的通徑分析結果，它們對焦油的直接作用是不均等的，從大到小依次為：鉀＞氮堿比＞總氮 ＞總糖＞煙堿 ＞還原糖＞氯＞鉀氯比 ＞糖堿比，其中鉀、煙堿、總糖和氮堿比對焦油為直接的負作用，其他為正作用。

就間接作用而言，從效應總和來分析，總氮對焦油的間接作用最大，其次依序為煙堿、總糖、鉀、鉀氯比、氯、還原糖、糖堿比和氮堿比。其中，總氮、煙堿和總糖的間接作用明顯大于其他化學成分。從作用的途徑來看，鉀和煙堿主要通過總氮、總糖和鉀氯比主要通過氮堿比、其他化學成分主要通過鉀對焦油起間接作用。

綜上，鉀和氮堿比對焦油的影響主要為直接作用，煙堿對焦油的影響主要為間接作用，總氮和總糖對焦油的影響直接和間接作用相當，而其他化學成分對焦油的影響不明顯。

2.4 回歸模型的建立

從表2和表3的結果來看，烤煙部分化學成分對焦油的影響存在交互作用。例如鉀會影響煙堿、總氮、總糖和糖堿比，進而作用于焦油，煙堿對總氮、總糖、氯、氮堿比和糖堿比也存在較大的影響。顯然，部分化學成分之間存在共線性關系，會影響回歸模型的可靠性。鑒于此，本研究采用了逐步回歸的方法建立了 “最優” 回歸模型，即包含了所有對焦油有顯著影響的化學成分變量，而剔除了無顯著影響的變量。采用DPS軟件獲得了烤煙化學成分與焦油的多元回歸方程：

y=34.055-4.054x1+0.202x4-0.207x5-5.252x7。

表3 烤煙化學成分與焦油的通徑分析

對上述回歸方程進行方差分析表明，回歸方程達極顯著水平，殘差診斷的Durbin-Waston統計量DW=1.89，較接近2，表示殘差相互獨立。入選的4個化學成分 （鉀、還原糖、總糖和氮堿比）對焦油的決定系數R2=0.825 4，說明應用當前模型能解釋82.54%的焦油變化。由此可見，擬合的方程具有較高的參考價值。

3 討論

自從Long等［22］于1978年第一次公開報道烤煙鉀與焦油存在極顯著負相關關系之后，國內外研究報道均高度一致地證實了這個結論，本文的研究結果也是如此。這充分說明鉀與焦油之間的關系是真實且穩定的。因此，鉀含量可作為篩選不同焦油含量烤煙品種的有效間接指標之一，對促進 “農業降焦” 技術突破有積極作用。國內煙草育種家利用此原理，篩選出一批富鉀低焦油的烤煙新品系［26］和選育出代表烤煙品種中煙98［27］，在生產上得到大面積推廣種植。

但本研究中，氮堿比與焦油呈極顯著負相關的結論只與鐘家威［8］的研究結果一致，而其他研究報道或者沒進行相關性分析［2-5，7，9-10，12-17，19］，或者相關性不顯著［6］。氯與焦油呈顯著正相關的結論與文獻［9，15-16，19］一致，但與其他研究報道結論不同，甚至與文獻［6-7，13］結論相反。 這些與本研究結果相異的原因可能是不同研究材料或者同一材料在不同生態環境下的差異性導致，也有可能也與所采用的分析方法相關。

總而言之，烤煙煙葉化學成分與焦油釋放量之間不盡一致的相關關系表明，前者對后者的影響是復雜和綜合的。在生產實踐中可以通過品種選擇和栽培調制等技術措施直接或間接調節化學成分進而影響焦油釋放量，如提高煙葉鉀含量、降低氯和煙堿含量等均可間接實現焦油的降低。本研究分析中剩余通徑系數為0.301，說明還有其他因素影響焦油的釋放，需要在后續的研究中擴大檢測指標、樣品數量和采樣地域等以進行深入挖掘。總體來看，本研究對于從煙葉原料入手探索 “農業降焦” 的可行途徑提供了理論依據，為卷煙工業企業獲得優質、低害的安全原料給予了間接的判別手段，有利于促進低害卷煙的開發和發展。

4 小結

綜合相關分析、通徑分析和回歸分析結果，烤煙煙葉中鉀、氮堿比和氯是影響焦油釋放量的3個主要化學成分。其中，鉀、氮堿比均與焦油呈極顯著負相關，氯顯著正向影響焦油，其他化學成分對焦油的影響不顯著。通徑分析揭示，鉀和氮堿比主要通過直接作用影響焦油，間接作用較小，而煙堿則主要間接影響焦油，總糖和總氮的直接和間接作用效應相當，其他化學成分影響較小。

本研究建立的回歸方程，經顯著性檢驗達極顯著水平，充分表明篩選出的鉀、還原糖、總糖和氮堿比4個煙葉化學成分與焦油之間存在著真實的多元回歸關系，且回歸模型的擬合度較好，對進一步理解烤煙化學成分與焦油之間關系及指導煙葉生產和原料篩選具有一定的參考價值。

［1］ 朱尊權.煙葉的可用性與卷煙的安全性 ［J］.煙草科技，2000，8（3）：3-6.

［2］ 陽葦麗，王龍憲，許自成，等.烤煙鉀，氯含量及鉀氯比與煙氣指標的關系分析 ［J］.江西農業學報，2012（12）：109-112.

［3］ 黎根，畢慶文，汪健，等.烤煙主要化學成分與煙葉品質關系研究進展 ［J］.河北農業科學，2008，11（6）：6-9.

［4］ 李榮興，閆克玉.施鉀量對烤煙產質，主要化學成分和焦油量的影響 ［J］.煙草科技，2001（8）：40-42.

［5］ 張志剛，王二彬，蘇東贏.卷煙常規化學成分與焦油的線性回歸分析 ［J］.煙草科技，2003（11）：32-33.

［6］ 鄧小華，周冀衡，周清明.不同焦油量烤煙化學成分差異［J］.中國煙草學報，2011，17（2）：1-6.

［7］ 張濤，段沅杏，陳進雄，等.初烤煙葉25種化學成分與焦油的相關，逐步回歸及通徑分析 ［J］.煙草科技，2012（8）：60-65.

［8］ 鐘家威.單料煙主流煙氣中焦油/抽吸口數比與煙葉常規化學成分的相關分析 ［J］.安徽農業科學，2012，40（34）：16812-16814.

［9］ 李國棟，于建軍.河南烤煙化學成分與煙氣成分的相關性分析 ［J］.煙草科技，2001（8）：28-30.

［10］ 汪修奇，鄧小華，李曉忠，等.湖南烤煙化學成分與焦油的相關，通徑及回歸分析 ［J］.作物雜志，2010（2）：32-35.

［11］ 王唯唯，趙銘欽，劉鵬飛，等.烤煙理化性質與煙氣中焦油，一氧化碳和煙堿相關性研究進展 ［J］.江西農業學報，2013，25（11）：58-60.

［12］ 湯朝起，竇玉青，張俊.烤煙物理特性和化學成分與煙氣組分的關系 ［J］.四川農業大學學報，2009，27（4）：427-432.

［13］ 郭東鋒，姚忠達，汪季濤，等.烤煙煙葉常規化學成分與主流煙氣成分的關系 ［J］.煙草科技，2013（2）：46-51.

［14］ 歷昌坤，周顯升，王允白，等.烤煙煙葉焦油釋放量與部分化學成分的關系研究 ［J］.中國煙草科學，2004，25（2）：25-27.

［15］ 于建軍，章新軍，畢慶文，等.烤煙煙葉理化特性對煙氣煙堿，CO，焦油量的影響 ［J］.中國煙草科學，2003，24（3）：5-8.

［16］ 鄧小華，周冀衡，李曉忠，等.烤煙質量與焦油量的灰色關聯分析 ［J］.江 西 農 業 大 學 學 報，2007，28（6）：850-854.

［17］ 程昌合，王唯唯，趙銘欽，等.濃香型烤煙煙葉化學成分與煙氣化學成分的關聯度 ［J］.浙江農業科學，2014（4）：555-558.

［18］ 張強，王浩雅，馬劍雄，等.云南烤煙的煙氣成分與煙葉化學成分的相關分析 ［J］.中國煙草科學，2011，32（1）：75-79.

［19］ 于建軍，李國棟.烤煙礦質元素含量，靜燃速率與煙氣成分的相關分析 ［J］.河南農業大學學報，2000，34（4）：355-357.

［20］ 彭玉富，李光照，朱智志.灰色關聯分析及其在煙葉成分與煙氣成分關系研究中的應用 ［J］.鄭州輕工業學院學報：自然科學版，2007，22（4）：20-22.

［21］ Chap1in J F，Spurr Jr H W.A1tering condensate 1eve1s in tobacco smoke by genetic techniques［J］.Beitrage zur Tabakforschung Internationa1，1982，11：151-160.

［22］ Long TM，W i1son W L.A method for the prediction of smoke particu1ate matter yie1ds from ground tobacco ana1ysis［J］. Tobacco Science，1978，22：81-83.

［23］ 鄧小華，周冀衡，陳冬林，等.烤煙煙氣粒相組分與評吸質量的關系 ［J］.湖南農業大學學報：自然科學版，2008，34（1）：29-32.

［24］ 鄧小華，周冀衡，陳新聯，等.煙葉質量評價指標間的相關性研究 ［J］.中國煙草學報，2008，14（2）：1-8.

［25］ 雷志棟，楊詩秀，許志榮.土壤特性空間變異性初步研究［J］.水利學報，1985，9（9）：10-21.

［26］ 牛佩蘭，石屹，劉好寶，等.煙草基因型間鉀效率差異研究初報 ［J］.煙草科技，1996（1）：33-35.

［27］ 劉洪祥，楊林波.烤煙新品種中煙98適應性及其煙葉品質與安全性的研究評價 ［J］.中國煙草科學，2002，23（3）：1-4.

（責任編輯：高 峻）

S 312

A

0528-9017（2014）12-0000-00

文獻著錄格式：蔡長春，李進平，李錫宏，等.烤煙化學成分與焦油的相關性分析 ［J］.浙江農業科學，2014（12）：0-0.

2014-09-12

湖北省煙草公司 “減害降焦”重大專題 （027Y2011-055）

蔡長春 （1974-），男，博士，副研究員，主要從事煙草遺傳育種和分子生物學研究工作。E-mai1：ccchun2001@a1iyun.com。