影響上部煙葉感官質量的主要化學成分分析

沈晗，楊凱，任偉，徐瑋杰，張鑫，戴澤元，張翼，丁冉，湯朝起

上海煙草集團有限責任公司，技術中心，上海市長陽路717號 200082

上部煙葉占整株煙葉的三分之一，占總產量30%～40%，烤煙生產先進國家上部煙葉是生產高級卷煙的主要原料，但是國內上部煙葉可用性較低，而中部煙葉數量有限，制約了我國重點卷煙品牌的發展[1]。提高上部煙葉可用性研究從上世紀90年代開始至今持續了近三十年，仍然是煙草行業不可回避的重要研究課題[1-6]。關于我國上部煙葉可用性較差的原因分析和研究非常多，主要圍繞栽培、成熟采收、烘烤等生產技術措施開展[1,4,6-8]，由于煙葉的化學成分是決定煙葉品質的內在因素[9-10]，生產技術措施也主要圍繞調控煙葉化學成分這一物質基礎來提高上部煙葉可用性。國內多數文獻認為煙堿含量過高是上部煙葉可用性較差的主要原因之一[11-14]，通過降低煙堿含量來提高上部煙葉品質的研究取得了一定的進展[13,15-18]，但國內上部煙葉可用性較低的問題仍然突出。有文獻表明，國外優質煙葉煙堿含量不低于國內烤煙[19]，因此，煙堿含量過高可能不是制約上部煙葉可用性的最主要原因。

本文從上部煙葉主要化學成分入手，通過簡單相關、逐步回歸、通徑分析方法對國內外6個產地上部煙葉主要化學成分與感官質量的相關性進行了分析，同時對比了國內上部煙葉與國外優質上部煙葉主要化學成分之間的差異，旨在分析制約國內上部煙葉可用性最主要化學成分，為明確提高上部煙葉可用性研究途徑提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

感官評吸樣品：選取黃淮煙區、東南煙區Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上部正組原煙以及進口煙葉Ⅰ、進口煙葉Ⅱ上部片煙樣品，共107份。其中黃淮煙區、東南煙區Ⅰ的樣品為篩選出的煙堿含量相對較高樣品。

在打葉復烤企業的原煙倉庫和/或打葉線鋪葉臺上隨機抽取上海煙草集團采購的國內主產煙區2012年～2017年生產的B2F初烤煙葉樣品共計7964份。上海煙草集團采購的非洲和南美洲2015年～2017年生產的上部片煙樣品68份。

1.2 方法

1.2.1 煙葉化學成分的檢測

檢測項目包括：煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、氯。檢測方法：近紅外光譜法，參照文獻[20]進行檢測。

1.2.2 感官質量評價

由上海煙草集團有限責任公司技術中心評吸員對卷制樣品按產地分批次進行感官質量評價，按照香氣質、香氣量、雜氣、勁頭、刺激性、余味等項目以9分制進行評價打分。感官質量總分=香氣質×0.30+香氣量×0.30+雜氣×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17，參照文獻[21]進行計算。

1.2.3 數據分析

應用SPSS統計軟件（IBMStatistics20）對數據進行簡單相關分析、逐步回歸分析、通徑分析[22-23]。

2 結果與分析

2.1 煙葉化學成分與感官評吸總分情況

表1 煙葉化學成分與感官質量總分描述統計Tab.1 Chemical component of tobacco leaves and its total score of sensory quality

2.2 簡單相關分析

煙葉化學成分與感官評吸總分簡單相關分析系數見表2。由表2可知，不同產地上部煙葉的總糖、糖堿比與感官評吸總分均存在顯著或極顯著正相關，黃淮煙區、東南煙區Ⅰ、東南煙區Ⅲ、進口煙葉Ⅰ、進口煙葉Ⅱ上部煙葉還原糖與感官評吸總分均存在顯著或極顯著正相關；黃淮煙區、東南煙區Ⅰ、東南煙區Ⅲ、進口煙葉Ⅰ上部煙葉總氮含量與感官評吸總分存在顯著或極顯著負相關；東南煙區Ⅰ、東南煙區Ⅱ、進口煙葉Ⅰ上部煙葉煙堿含量與感官評吸總分存在極顯著負相關。

表2 煙葉化學成分與感官評吸總分簡單相關分析系數Tab.2 Simple correlation analysis between chemical components and sensory evaluation total score of tobacco leaves

2.3 逐步回歸分析

2.3.1 對感官評吸總分進行正態性檢驗

本文中各產地感官評價煙葉樣品均屬于小項目樣本，對感官評吸總分進行正態性檢驗，結果見表3。由表3可知，各產地煙葉感官評吸總分S-W檢驗的Sig.值均大于0.05，感官評吸總分（因變量）的分布接近正態分布。

表3 感官評吸總分正態性檢驗Tab.3 Normality test of sensory evaluation total score

2.3.2 感官評吸總分與煙葉化學成分的關系逐步回歸分析

對不同產地煙葉感官評吸總分與主要化學成分進行逐步回歸分析。煙葉感官評吸總分與主要化學成分逐步回歸分析見表4。由表4可知，不同產地模型預測入選變量的Sig.值均小于0.05，有統計學意義。入選對黃淮煙區上部煙葉感官評吸總分有顯著或極顯著影響的化學成分指標總糖和煙堿對感官評吸總分的決定系數R2為0.680，說明應用當前模型能夠解釋68%的因變量變化；依次類推，東南煙區Ⅰ模型決定系數R2為0.531，東南煙區Ⅱ模型決定系數R2為0.599，東南煙區Ⅲ模型的決定系數R2為0.412，進口煙葉Ⅰ模型的決定系數R2為0.821，進口煙葉Ⅱ模型的決定系數R2為0.714。由此可見，除東南煙區Ⅲ模型的決定系數R2偏低外，其它產地擬合的方程具有一定的參考價值。

表4 模型匯總Tab.4 Model summary

不同產地上部煙葉感官評吸總分與主要化學成分的線性回歸方程見表5。由表5可知，在考察的9項化學成分指標中，東南煙區Ⅰ、進口煙葉Ⅰ上部煙葉的感官評吸總分與總氮呈極顯著負相關；黃淮煙區上部煙葉感官評吸總分與總糖呈極顯著正相關，與煙堿呈顯著正相關；東南煙區Ⅱ上部煙葉感官評吸總分與煙堿呈極顯著負相關；進口煙葉Ⅱ上部煙葉感官評吸總分與總糖呈極顯著正相關，與氮堿比呈顯著正相關。逐步回歸分析說明，影響上部煙葉感官質量的主要的化學成分是總氮、總糖和煙堿，其中煙堿在不同產地對感官評吸總分的影響不一致。

表5 感官評吸總分（T）與主要化學成分的線性回歸方程Tab.5 Linear regression equation of sensory evaluation total score(T) and main chemical components

2.4 通徑分析

2.4.1 感官評吸總分與煙葉化學成分關系的間接通徑系數計算

由表6可知，對于黃淮煙區上部煙葉樣品，總糖（X1）與煙堿（X2）的相關系為：r12= r21=-0.651。逐步回歸通徑系數（直接作用）分別為：p1y= 1.056，p2y= 0.496。

可以計算出：

與表7的（r1y= 0.734和r2y= -0.192）輸出結果一致。由公式（2）可以計算出X2（煙堿）對于X1（總糖）的間接通徑系數，具體如下：

計算出X1（總糖）對于X2（煙堿）的間接通徑系數為-0.687。

同理，對于進口煙葉Ⅱ上部煙葉樣品，總糖（X1）與氮堿比（X2）的相關系為：r12= r21= -0.588，通徑系數（直接作用）分別為：p1y= 1.043，p2y= 0.574。可以計算出，r1y和r2y的結果與表7的（r1y= 0.706和r2y= -0.039）輸出結果一致。計算出X2（氮堿比）對于X1（總糖）的間接通徑系數為-0.338，X1（總糖）對于X2（氮堿比）的間接通徑系數為-0.613。

2.4.2 感官評吸總分與煙葉化學成分關系的決策系數計算

決策系數是通徑分析中的決策指標，用它可把自變量對響應變量的綜合作用進行排序，確定主要決策變量和限制變量[22]。其計算公式：女式中：R2(i)為自變量i的決策系數；Pi為自變量的直接通徑系數；riy為自變量i與響應變量y的相關系數。R2(i)＞0，表明自變量對于響應變量起增進作用，R2(i)＜0，表明自變量對于響應變量起抑制作用。計算結果見表7。

表6 部分指標簡單相關系數Tab.6 Simple correlation coefficient for some indicators

表7 感官質量與化學成分的簡單相關系數Tab.7 Simple correlation coefficient between sensory quality and chemical composition

由表7可知，對于黃淮煙區上部煙葉，化學成分對感官評吸總分的直接作用大小排序為：總糖＞煙堿，其中總糖對感官評吸總分為直接正作用，煙堿對感官評吸總分為直接負作用；對于進口煙葉Ⅱ上部煙葉，化學成分對感官評吸總分的直接作用大小排序為：總糖＞氮堿比，其中總糖對感官評吸總分為直接正作用，氮堿比對感官評吸總分為直接負作用；這與簡單相關分析的結果一致。結合表5可知，對于東南煙區Ⅰ、東南煙區Ⅲ、進口煙葉Ⅰ上部煙葉，總氮對感官評吸總分的影響大于其它化學成分；對于東南煙區Ⅱ上部煙葉，煙堿對感官評吸總分的影響大于其它化學成分。綜上分析說明，在上部煙葉主要化學成分中，影響上部煙葉感官質量的最主要的化學成分是總氮、總糖和煙堿；不同產地影響上部煙葉感官質量的最主要的化學成分不同。

2.5 國內外主產煙區上部煙葉主要化學成分分析

國內外主產煙區上部煙葉主要化學成分煙堿、總糖、總氮含量情況見表8。由表8可知，東南煙區和長江中上游煙區上部煙葉煙堿含量比非洲、南美洲上部煙葉分別高出10.9%、20.6%和14.6%、24.7%，西南煙區、黃淮煙葉上部煙葉煙堿含量與國外上部煙葉較為接近，北方煙區上部煙葉煙堿含量明顯較低。西南煙區和長江中上游煙區上部煙葉總糖含量比非洲、南美洲上部煙葉分別高出19.5%、31.6%和13.7%、25.2%，東南煙區和黃淮煙區與國外上部煙葉較為接近，北方煙區總糖含量明顯較高；西南煙區、東南煙區、黃淮煙區、長江中上游煙區總氮含量高出非洲上部煙葉分別為32.3%、30.2%、29.7%、24.5%，高出南美洲上部煙葉分別為9.0%、7.3%、6.9%、2.6%，北方煙區總氮含量明顯較低。綜上分析表明，除北方煙區外，國內上部煙葉總氮含量高于國外上部煙葉，總糖、煙堿含量接近于或者高于國外上部煙葉。

表8 國內外主產煙區上部煙葉主要化學成分Tab.8 Main chemical constituents of upper leaves of tobacco from main producing areas at home and abroad

3 結論與討論

1）簡單相關分析結果表明，6個不同產地上部煙葉中，總糖、糖堿比均與感官評吸總分呈顯著或極顯著正相關，有5個產地上部煙葉的還原糖與感官評吸總分呈顯著或極顯著正相關，有4個產地上部煙葉的總氮與感官評吸總分存在顯著或極顯著負相關，有3個產地上部煙葉的煙堿與感官評吸總分存在極顯著負相關，綜上分析說明，總糖、還原糖、總氮、煙堿是影響上部煙葉感官質量的主要化學成分。

2）逐步線性回歸和通徑分析結果表明，6個不同產地上部煙葉中，有3個產地（東南煙區Ⅰ、東南煙區Ⅲ、進口煙葉Ⅰ）煙葉總氮含量與感官評吸總分呈極顯著負相關，有2個產地（黃淮煙區、進口煙葉Ⅱ）煙葉總糖含量與感官評吸總分呈極顯著正相關，有1個產地（東南煙區Ⅱ）煙葉煙堿含量與感官評吸總分呈顯著負相關，綜上分析說明，在上部煙葉主要化學成分中，影響上部煙葉感官質量的最主要的化學成分是總氮、總糖和煙堿。

3）國內外主產煙區上部煙葉主要化學成分分析結果表明，國內西南煙區、東南煙區、黃淮煙區、長江中上游煙區上部煙葉總氮含量均高于國外上部煙葉，總糖、煙堿含量接近于或者高于國外上部煙葉。

感官質量評吸本身具有的主觀性，打分時主要衡量同一組樣品內樣品之間的差異和趨勢，所有樣品的感官質量評價無法在同一時間全部完成，只能分批次進行評價，不同批次間感官質量評價的打分尺度會有一定的波動，為避免對分析結果產生影響，本文按產地批次進行單獨分析。對于小樣本，簡單相關分析存在一定的局限，容易出現與一般認識不符的結果，本文簡單相關分析出現了感官評吸總分與鉀含量呈顯著負相關的結果，也有研究出現過勁頭與煙堿含量呈顯著負相關的結果[21]，因此，將簡單相關分析、逐步回歸分析、通徑分析結合起來，使結果相對更加可靠。

綜合各項分析結果表明，提高上部煙葉感官質量主要在于降低總氮、煙堿含量，提高糖含量，這與部分文獻結果基本一致[24-28]。國內多數文獻認為煙堿含量過高是上部葉可用性較差的主要原因之一[11-14,29-30]，通過降低煙堿含量提高上部煙葉品質做了許多研究工作[13,15-18]，但上部煙葉可用性較低的問題仍然存在。在一定含量范圍內，總氮含量超過2.5%、煙堿含量超過3%時香氣量分值基本不再增加[31]；目前國內多數主要產區上部煙葉總氮和煙堿含量均較高，總體上高于國外優質上部煙葉，且總氮含量的調控空間較大。同時有研究認為，總氮過高對感官質量的負影響大于煙堿含量過高[21][26-27]。總氮主要為煙堿氮、蛋白氮以及其它氮[9][32]，當煙堿含量大于2%左右時，煙堿與總氮呈正相關關系[33]，因而，控制總氮含量在一定程度上也能夠控制煙堿含量。研究表明，在烤煙生產上，較高的氮肥水平是煙葉煙堿和總氮含量較高的主要原因[34-35]，而打頂對煙堿積累所起的促進作用最大[13][36]，打頂過低、留葉數過少也是煙堿含量過高的主要原因[37]，由此說明，對總氮和煙堿含量的調控側重方法有所不同。因此，要提高上部煙葉感官質量，控制總氮含量比單純控制煙堿含量更重要。

適當提高糖含量也是提高上部煙葉感官質量的重要途徑。生產技術措施能同時調控總氮、煙堿和糖含量。碳氮代謝是煙葉品質形成的核心過程之一，與煙葉品質密切相關[38-39]。研究表明，在烤煙生產上，通過施肥等調節措施能夠使煙葉成熟時碳氮代謝適時協調過渡，體現為總氮含量適時適量減少以及糖類物質適時適量的積累，進而提高煙葉品質[40]。同時，總氮、總糖、煙堿含量之間的聯系十分密切，對于上部煙葉而言，總氮和煙堿與總糖含量呈負相關，總氮與煙堿含量呈正相關[33]。因此，在生產上，在控制總氮的同時可以適當降低煙堿和提升糖含量。研究發現，與巴西、美國和津巴布韋等國的優質煙葉相比，我國烤煙含糖量明顯偏高[19]，本文分析也表明國內主要產區上部煙葉總糖含量接近或者明顯高于國外優質上部煙葉，說明我國烤煙糖含量提升的空間相對較小。

本文分析認為，要提高上部煙葉感官質量，在生產上應著重控制煙葉總氮含量，協同控制煙堿含量和提高總糖含量。由于氮肥增施，至煙葉成熟時土壤中氮肥不枯竭，導致上部葉煙堿含量高，含氮化合物增加，雜氣較重，煙葉可用性變差[41]。根據不同的土壤特性對氮素施肥進行優化，促進煙株早生快發并促使煙葉成熟時碳氮代謝適時協調過渡，減少生長后期煙株對氮素的吸收[40,42]；適當增加移栽密度和留葉數，以及提高煙葉成熟度[43-46]，如河南高成熟度上六片煙葉成效很大[47]。這些途徑或措施均能降低煙葉總氮和煙堿含量，使煙葉化學成分更加協調，糖類化合物和含氮化合物之間達到酸堿平衡，從而提高上部煙葉感官質量。