馬里蘭煙區位品質差異化及工業適用性研究

矯海楠,歐亞非,胡林,楊振民,田書霞,蔣成勇,杜國榮,于濤

馬里蘭煙區位品質差異化及工業適用性研究

矯海楠1,歐亞非1,胡林1,楊振民1,田書霞1,蔣成勇1,杜國榮1,于濤2*

1. 上海煙草集團技術中心北京工作站, 北京 101121 2. 山東農業大學 植物保護學院, 山東 泰安 271018

為了明確馬里蘭煙葉不同區位的品質及適用性，本文以4個等級馬里蘭煙葉的近尖區位（T1）和中心區位（T2）作為研究對象，對比各等級近尖區位和中心區位煙葉在物理性狀、感官質量和主要化學成分的差異，利用氣相質譜聯用儀（GC-MS）和電子鼻對其中2個等級近尖和中心區位煙葉進行檢測分析，最后根據不同區位煙葉的品質差異進行工業適用性劃分。結果表明：中心區位和近尖區位相比，中心區位的平衡含水率、總煙堿、鉀含量較高，總糖含量較低，感官質量得分較高，香氣風格更凸顯；在致香成分方面，上部葉B1的中心區致香成分總量較近尖葉區高出8.86%，中部葉C1的中心區較近尖葉區高19.30%；不同區位煙葉的揮發性成分電子鼻數據經過PCA和LDA分析后，整體差異顯著；因此，將葉片中心區位劃為工業可用性好的“優勢區”，近尖區位劃為“適用區”。

馬里蘭煙; 區位品質; 差異; 適用性

煙葉原料是卷煙產品研發的基礎，其品質特征決定著卷煙的香氣風格和質量。同片煙葉中遺傳因素和不同的生長環境會使不同區位煙葉質量有所差異，例如，近葉柄端煙葉由于煙梗占比高，煙片薄且內含物質少，其吸食質量和耐加工性比同片中其他區位煙葉差，無法進入配方使用[1]。明確同片煙葉中不同區位的品質差異，可使不同區位原料在配方中的作用更加精細化，根據不同的配方需求最大限度的發揮煙葉的質量特性。

近年來國內外學者對不同區位的煙葉質量研究主要集中在烤煙上[2-4]。已有的研究表明，烤煙中部煙葉中心區位的總糖含量較高，糖堿比較為適宜，感官質量好，具有較高的區位加工價值，工業可用性強[5-7]。馬里蘭煙具有組織結構疏松、焦油釋放量低、鉀含量高、填充性好、成本低等優點，是低焦油卷煙、混合型卷煙的重要原料之一[8]，但其不同區位的質量差異化研究鮮見報道。因此，剖析馬里蘭煙的區位品質特色，明確各區位的使用特征和使用方向，進行工業可用性劃分，可以更加合理的指導打葉復烤方式和配方模塊，使煙葉使用更加精細化，提升產品品質結構。

電子鼻相對于傳統的檢測儀器，具有前處理簡單、自動化程度高、檢測周期短等優點，其可以利用不同的傳感器，對被測樣品的整體揮發性成分進行分析、識別和檢測，然后利用化學計量學的方法使不同被測樣品間的差異性得到更直觀的反映[9]。Yang Z等就利用電子鼻對富含香豆素的日本綠茶進行風味研究并評價其風味特點[10,11]；者為[12]等利用電子鼻實現了對煙用香精香料的質量判別，使得電子鼻成為煙用香精香料品控的重要手段。因此，在本實驗中首先對不同區位馬里蘭煙葉在物理性狀、主要化學成分和內在感官質量方面存在的差異進行對比分析；重點利用GC-MS和電子鼻分別對不同區位煙葉的致香成分和揮發性成分進行了檢測，使得不同區位煙葉在品質方面的差異體現得更加全面。在上述分析的基礎上，根據不同區位煙葉在品質方面的差異進行了工業可用性劃分，可以更加有針對性的指導生產加工。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究于2015~2016年進行。煙葉取自湖北省宜昌市五峰縣生產管理規范、長勢一致的2015年度中上部晾后馬里蘭煙葉各4 kg，等級分別為C1、C2、B1、B2 (DB42/T250-2003《馬里蘭煙》)。

1.2 試驗處理

本試驗設置兩個處理，分別為近尖區位（T1）和中心區位（T2），以4個等級為試驗區組，驗證各區組內處理的規律一致性，每片煙葉自葉柄端向上10 cm部分切除后，將剩余部分按長度均勻分切，各區組設置兩組處理，各處理設三組重復。試驗組4個等級樣品區位及處理信息見表1。

表 1 煙葉處理方式

1.3 試驗方法

1.3.1 化學成分測定主要化學成分采用近紅外光譜法快速測定。

厚度測定：隨機抽取3片含水率為12.0%±0.5%的煙葉，用電動厚度儀分別對測量每個處理3等分區域的厚度進行30次測量，樣品厚度為30次的平均值。

填充值的測定：參照YC/T 152-2001《卷煙煙絲填充值的測定》進行。

1.3.3 致香成分檢測試驗對象：由于C2、B2等級煙葉較C1、B1級質量較差，故僅對等級質量較高的C1、B1等級各處理參照高宏建[13]的方法檢測致香成分，以峰面積比表示各致香物質相對含量。

1.3.4 電子鼻檢測參照馮莉[9]的方法進行檢測。

1.3.5 感官質量評價由上海煙草集團技術中心北京工作站具備行業評吸資格的評吸員依據《YC/T 138-1998煙草及煙草制品感官評價方法》進行評價。

1.4 數據處理

對試驗結果使用Excel 2010及SPSS 19.0進行處理；為了消除不同量綱對結果的影響，使用了最小最大歸一化法對致香成分總量平均值進行數據處理；感官質量評價由于分制原因只對總分及各指標得分平均值進行分析；使用WinMuster軟件對電子鼻數據進行PCA和LDA分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理煙葉主要物理性狀

各處理煙葉主要物理特征見表2。從平衡含水率來看，除B1等級外，其他等級T2處理的平衡含水率均極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級T2處理較T1處理分別高出24.08%、19.58%、2.18%和5.25%；從厚度來看，各等級T1處理均極顯著高于T2處理，C1、C2、B1和B2等級T1處理較T2處理分別高出30.53%、7.85%、6.80%、6.18%；從葉面密度來看，除C2等級外，兩處理無顯著性差異；從填充值來看，各等級T2處理的填充值均高于T1處理，但除C2等級兩處理在0.05水平上有所差異外，其他等級兩處理無顯著性差異。

表 2 各處理煙葉主要物理性狀

備注：大寫字母表示不同處理間差異達到1%顯著水平；小寫字母不同表示處理間差異達到5%顯著水平，下同。

Note: Different capital letters showed there were significant difference between treatments at 0.01 level; different small letters showed there were significance at 0.05 level. The same as follows.

2.2 不同處理煙葉主要化學成分含量

各處理煙葉主要化學成分含量見表3。主要化學成分中，各等級T2處理的總煙堿均顯著或極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級T2處理較T1處理分別高出31.51%、3.34%、3.00%和13.63%；除C2等級外，其他等級T2處理的鉀含量均顯著或極顯著高于T1處理，C1、C2、B1和B2等級T2處理較T1處理分別高出25.32%、6.93%、6.27%和5.25%；除C1等級外，其他等級T1處理的總氮和氯含量無顯著差異；除B1等級兩處理的總糖含量無顯著差異外，其他等級T1處理均顯著或極顯著高于T2處理，其中C1和C2等級T1處理總糖含量較T2處理分別高出59.38%和30.25%；兩處理在揮發堿含量上無顯著差異。整體來看，T2處理的總煙堿和鉀含量整體高于T1處理，T1處理的總糖含量和鉀氯比整體高于T2處理，兩處理總氮、揮發堿和氯含量整體差異不大。

表 3 各處理主要化學成分

2.3 不同處理煙葉感官質量評價

各處理煙葉主要感官質量評價見表4。通過感官質量評價可知，C1等級和B1等級整體得分較高，且各等級中T2處理煙葉的感官質量得分均高于T1處理。從各項指標來看，T2處理的香氣質和香氣量均要明顯優于T1處理，且雜氣、刺激性和余味得分均高于或等于T1處理，感官質量總得分也表明T2處理整體質量好于T1處理，C1、C2、B1和B2等級T2處理感官質量總分較T1處理分別高出1.51分、1.42分、0.14分和0.56分。

表 4 各處理感官質量評價

備注：濃勁協調性、各處理濃度及灰色得分均分別為10分，8分和7分，表中不再列出。

Note: The scores of consistency, concentration and grey were 10, 8 and 7 respectively, which were not listed in the table.

2.4 不同處理煙葉致香成分含量

由表5可知，致香成分歸一化總量由高到低的順序為B1T2>B1T1>C1T2>C1T1，上部葉致香成分歸一化總量整體高于中部葉，上部葉B1等級T2處理的致香成分總量較T1處理高出8.86%，中部葉C1等級的T2處理較T1處理高19.30%。從以峰面積比表示的各項致香成分相對含量來看，2-庚酮、乙酸、正辛醇、N-甲基吡咯烷酮、糠醇、2-吡咯烷酮、甲基環戊烯醇酮、棕櫚酸在T2處理中的含量均高于T1處理，而2-甲基呋喃、苯甲醛、-丁內酯、-大馬酮、棕櫚酸甲酯在T2處理中的含量均低于T1處理。

表 5 各處理致香成分總量及以峰面積比表示的各致香成分相對含量

備注：部分含量極高或極低的致香成分前體物如新植二烯、西柏三烯二醇等不再列出。

Note: Some very high or low levels of aromatic precursors such as neophytadiene and cypertrienediol were not listed.

2.5 不同處理煙絲揮發性物質的電子鼻指紋圖譜

2.5.1 各處理煙絲揮發性物質電子鼻響應值的變化圖1為各處理0~60 s 10個傳感器對揮發性物質的響應強度變化?？梢钥闯?，電導率比值剛開始接近于1（與G0相近），隨著揮發物質在傳感器表面的富集，傳感器的電導率出現明顯變化，隨著采樣時間的延長在20 s后基本趨于平緩穩定，逐漸趨于下降狀態。

圖 1 10個傳感器對各處理揮發性物質的典型響應曲線

2.5.2 主成分分析法（PCA）分析各處理煙絲揮發性物質指紋圖譜經過主成分分析（Principle Component Analysis, PCA）可知，2個主成分貢獻率分別是90.09%（PC1）和9.01%（PC2），其總貢獻率為99.10%，總貢獻率較高，能夠較好地呈現樣品特征。從兩個主軸上看，第一主成分貢獻率（PC1）占總貢獻率比例較大，第二主成分（PC2）占比較略小，呈現較好的單向趨勢。4個處理樣品區分度較好，其中C1等級的T1和T2處理橫軸間距較大，在第一主成分上呈顯著性差異，B1等級的兩處理差異顯著，但差異顯著性較C1等級略差，T1和T2處理揮發性成分整體信息差異較顯著。

圖 2 不同處理揮發性物質的PCA分析

圖 3 不同處理揮發性物質的LDA分析

2.5.3 線性判別法（LDA）分析各處理煙絲揮發性物質指紋圖譜從圖3可見，在線性判別分析（Linear Discriminant Analysis, LDA）中，線性判別函數LD1和LD2的貢獻率分別是84.71%和9.28%，總貢獻率為93.99%，總貢獻率較高。四個處理通過LDA分析其揮發性成分整體信息差異顯著，B1等級和C1等級的兩處理均在橫軸上間距略小，在縱軸上間距較大，兩處理在第二主成分上差異更為顯著。

3 討 論

各區組中心區位煙葉的平衡含水率、填充值均高于近尖區位，厚度小于近尖區位，這與大量烤煙的研究結果相似[6,14]，說明馬里蘭煙中心區位的物理性狀更有利于晾曬煙多工序加工過程，使造碎減少。各區組近尖區位煙葉的總糖含量和鉀氯比高于中心區位煙葉，總煙堿和總氮低于中心區位煙葉，這與烤煙已有的研究結果有所差異[1-4,6,14]，這可能是由于馬里蘭煙的品種特性和調制方式決定的，煙堿含量略高的中心區位煙葉較近尖區位更能彰顯混合型卷煙的風格，使馬里蘭煙在配方中作用更顯著。此外，電子鼻指紋圖譜、致香成分含量和感官質量的結果共同表明，同片馬里蘭煙中心區位香氣質量明顯優于近尖區位。近尖區位和中心區位煙葉在指紋圖譜上能夠進行有效區分，且中心區位的致香成分總量和N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、甲基環戊烯醇酮等數量級較大的致香成分含量也高于近尖區位，這些致香成分或前體物含量的增高可能會對燃燒后的主流煙氣提供正向作用；從感官質量評價上來看，中心區位煙葉得分更高，香氣開朗度、爆發力和風格顯著性均好于近尖區位，均與烤煙相關研究[4]相吻合，這為未來精細化加工和配方分組使用提供了依據。

因此，綜合以上結果可以將整片馬里蘭煙葉劃分為三個區位：一是耐加工性和工業可用性最好的“優勢區”（即自葉柄端向上剔除10 cm后均勻分切煙葉的中心區位），這部分煙葉的耐加工性和工業可用性強，聞香顯著，在配方模塊中具有特征香氣優勢，可作為高端混合型卷煙或雪茄型卷煙配方模塊的主料煙，提升卷煙香氣豐富性；二是耐加工性和工業可用性適中的“適用區”（即自葉柄端向上剔除10 cm后均勻分切煙葉的近尖區位），這部分煙葉組織結構較為緊密，耐加工性適中，聞香略突出，可以提升煙氣濃度和滿足感，稍彰顯煙香，但刺激性較大，口腔舒適性稍差，可作為中端混合型卷煙或雪茄型卷煙的主料或高端卷煙的輔料，優化配方模塊，降低成本；三是耐加工性和可用性均較差的“無效區”（即自葉柄端向上的10 cm），這部分煙葉主要是煙梗，少量基部煙葉身份較薄，內含物質積累較少，無法進入正常的葉組配方，可經過加工后制作成混合型再造煙葉，作為卷煙填充料使用。

4 結 論

馬里蘭煙中心區位煙葉的物理加工性能、主要化學成分協調性、致香成分含量、感官質量均優于近尖區位，兩區位煙葉電子鼻指紋圖譜差異顯著，中心區位煙葉的配方可用性更強。同一片馬里蘭煙葉的中心區位可劃為工業可用性好的“優勢區”，作為質量較好的主料煙原料，近尖區位可劃為“適用區”，作為質量一般的半主料煙或輔料煙原料。

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Study on Location Quality Diversity and Industrial Suitability of Maryland Tobacco Leaves

JIAO Hai-nan1, OU Ya-fei1, HU Lin1, YANG Zhen-min1, TIAN Shu-xia1, JIANG Cheng-yong1, DU Guo-rong1, YU Tao2*

1.101121,2.271018,

In order to clarify the quality and utility of the different domains of Maryland tobacco leaves, four grades leaves of the top and middle position were selected to compare the tip (T1) and center (T2) domains in terms of physical characteristic, sensory quality and main chemical component. Then classification of industrial availability was conducted according to the quality variance between the two different domains detected and analyzed by GC-MS and electronic nose. As results showed, leaves of T2 domain have higher equilibrium moisture, nicotine, potassium, lower sugar, more sensory scores and more prominent aromatic style. T2 domain have higher aromatic component than T1 by 8.86% in the top leaves (B1), but lower by 9.30% in the middle leaves (C1). According to LDA and PCA, volatile component of the two different domains comprehensively showed significant variance. In sum, the leaves of center and tip was classified into ‘dominant domain’ and ‘available domain’ in industrial availability respectively.

Maryland tobacco leaves; location quality; diversity; suitability

TS41+1

A

1000-2324(2020)03-0426-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.007

2018-11-02

2019-02-09

上海煙草集團北京卷煙廠科技項目:“中南海”品牌煙葉原料揮發性成分指紋圖譜構建及應用(TP2018-T2);中國煙草總公司山東省公司科技重大專項:提高上部煙葉工業可用性的關鍵技術研究(魯煙科[2018]10號)

矯海楠(1989-),男,碩士,工程師,主要從事卷煙產品開發研究. E-mail:jhn_1989@126.com

Author for correspondence. E-mail:yutaosdnd@163.com