氣象因子與烤煙美拉德反應產物的相關分析

王林　曹明峰　鄧勇　祝利　徐宸　景延秋　周紅審　劉文龍　寧尚輝　張學偉

摘要：【目的】探究氣象因子與烤煙美拉德反應產物的關聯程度，為合理進行烤煙種植區劃及生產特色優質煙葉提供理論指導。【方法】從湖南省桃源縣國家一般氣象站收集2014—2018年桃源縣煙區逐月平均氣溫、逐月日照時數和逐月降水量的氣象數據，采集6個鄉鎮的煙葉樣品進行美拉德反應產物含量測定，對各氣象因子與烤煙美拉德反應產物進行描述統計、簡單相關和典型相關統計分析。【結果】桃源縣煙區平均氣溫和日照時數基本滿足煙葉生長需要，而降水相對較多。其烤煙美拉德反應產物以糠醛為主，各產物均具有中等強度變異。 簡單相關分析結果表明，在煙葉美拉德反應產物中，月平均氣溫和月平均日照時數對美拉德反應產物影響明顯，其中糠醛含量與8月平均日照時數呈顯著正相關（P<0.05，下同），糠醇含量與7月平均氣溫及5月、7月平均日照時數呈顯著負相關。典型相關分析結果表明，氣象因子對烤煙美拉德反應產物影響的排序為月平均日照時數>月平均氣溫>月平均降水量;4月和8月的平均氣溫及3月的平均日照時數對美拉德反應產物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量影響顯著或極顯著（P<0.01）。【結論】烤煙大田期的月平均氣溫和月平均日照時數與烤煙美拉德反應產物含量密切相關。桃源縣烤煙種植中應選擇日照時間相對較長的地區或耐高溫的烤煙品種，可在一定程度上提高烤煙美拉德反應產物的總量。

關鍵詞： 烤煙;氣象因子;美拉德反應產物;相關性

中圖分類號： S572? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）08-1998-07

Correlation analysis between meteorological factors and Maillard reaction products of flue-cured tobacco

WANG Lin1， CAO Ming-feng2， DENG Yong2， ZHU Li2， XU Chen3， JING Yan-qiu4，

ZHOU Hong-shen1， LIU Wen-long4， NING Shang-hui2*， ZHANG Xue-wei5*

（1Technology Center， China Tobacco Hubei Industrial Co.， Ltd.， Wuhan? 430040， China; 2Changde Branch， Hunan Tobacco Corporation， Changde， Hunan? 415000，China; 3Chongqing Tobacco Science Research Institute， Beibei，Chongqing? 404100， China; 4College of Tobacco Science， Henan Agricultural University， Zhengzhou? 450002，China; 5China Tobacco Guangdong Industrial Co.， Ltd.， Guangzhou? 510310， China）

Abstract：【Objective】Exploring the correlation between meteorological factors and Maillard reaction products of flue-cured tobacco in order to provide theoretical guidance for rationally dividing flue-cured tobacco planting and produ-cing characteristic and high-quality tobacco leaves. 【Method】Meteorological data of monthly average temperature， monthly sunshine hours and monthly rainfall in Taoyuan tobacco area from 2014 to 2018 were collected from the National General Meteorological Station of Taoyuan County， Hunan Province. Tobacco leaves from six townships were collected for the determination of Maillard reaction. Descriptive statistics， simple correlation and canonical correlation statistical analysis were carried out for each meteorological factor and the Maillard reaction products of flue-cured tobacco. 【Result】The average temperature and sunshine hours in the tobacco area of Taoyuan County basically met the needs of tobacco leaf growth， but the precipitation was relatively high. The Maillard reaction product was mainly furfural， and each product had a moderate intensity variation. Simple correlation analysis results showed： among the Maillard reaction products of tobacco leaves， the monthly average temperature and monthly average sunshine hours had obvious effects on the Maillard reaction products. Among them， the furfural content had a significant positive correlation with the average sunshine hours in August（P<0.05， the same below）. Furfuryl alcohol content was significantly negatively correlated with the average temperature in July and the average sunshine hours in May and July. The canonical correlation analysis results showed，the effects of meteorological factors of light， temperature and water on the Maillard reaction products of tobacco leaves were：monthly average sunshine hours>monthly average temperature>monthly average rainfall; the average temperature in April and August and the average sunshine hours in March had an effect on the Maillard reaction products. The content of furfuryl alcohol， furfural and 2，5-furandione，dihydro-3，4-dimethyl had significant or extremely significant effect（P<0.01）.【Conclusion】The monthly average temperature and monthly average sunshine hours of flue-cured tobacco in the Taoyuan tobacco area of Hunan are closely related to the Maillard reaction product content of tobacco leaves. Long sunshine time or high temperature resistant flue-cured tobacco varieties can be selected so that it can increase the total product of flue-cured tobacco Maillard reaction in a certain extent.

2. 3 主要氣象因子與烤煙美拉德反應產物的簡單相關分析

將桃源縣盤塘鎮、牛車河鎮、三陽港鎮、青林鄉、九溪鄉和泥窩潭鄉6個植煙鄉（鎮）煙葉樣品的美拉德反應產物與氣象因子進行簡單相關分析，結果（表2）表明，烤煙美拉德反應產物中，糠醛與8月平均日照時數呈顯著正相關（P<0.05，下同），糠醇與7月平均氣溫及5月、7月平均日照時數呈顯著負相關，其他美拉德反應產物與氣象因子的相關性未達顯著水平（P>0.05，下同）。

2. 4 主要氣象因子與烤煙美拉德反應產物的典型相關分析

為進一步研究氣象因子與烤煙美拉德反應的的相關性，將氣象因子與烤煙美拉德反應產物進行典型相關分析。為提高分析結果的準確性，將氣象因子分為月平均氣溫、月平均降水量和月平均日照時數3個變量組，分別進行典型相關分析。由表3可知，月平均氣溫、月平均降水量和月平均日照時數與美拉德反應產物第1對典型變量的相關系數分別為0.9933、0.9899和0.9968，表明各指標對美拉德反應產物影響的排序依次為月平均日照時數>月平均氣溫>月平均降水量。月平均氣溫和月平均日照時數與烤煙美拉德反應產物第1對典型變量的相關性均達顯著水平，與第2～6對典型變量的相關性不顯著;月平均降水量與烤煙美拉德反應產物6對典型變量的相關性均不顯著。據此結果，繼續對3—8月的月平均氣溫和平均日照時數與烤煙美拉德反應產物進行分析。由于各原始變量間的單位和數量級不同，先將原始數據進行標準化處理，再進行典型相關分析（王育軍等，2014）。

由表4可知，月平均氣溫與烤煙美拉德反應產物的第1對典型變量的構成為：

U₁=0.8546X₁-1.2500X₂+0.3207X₃-0.3631X₄+1.0509X₅-0.3822X₆（1）

V₁=-0.9523Y₁-0.7381Y₂+0.4482Y₃+0.7500Y₄+0.4106Y₅-0.0545Y₆（2）

式（1）和（2）中，U1和V1表示月平均氣溫和烤煙美拉德反應產物的1對典型變量，其中U1表示為月平均氣溫組成的典型變量，V1為烤煙美拉德反應產物組成的典型變量，X1、X2、X3、X4、X5和X6分別表示3—8月平均氣溫的標準化典型系數，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6分別表示6種烤煙美拉德反應產物的標準化典型系數。在第1對典型變量（U1，V1）中， U1與8月平均氣溫呈極顯著負相關（P<0.01，下同），與4月平均氣溫呈顯著負相關，相關系數分別為-0.6494和-0.5565，表明4月和8月平均氣溫對烤煙美拉德反應產物含量有重要影響。V1與糠醇和糠醛呈極顯著負相關，與3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮呈極顯著正相關，相關系數分別為-0.4721、-0.5067和0.3825。說明桃源縣煙區4月和8月的平均氣溫與烤煙美拉德反應產物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量關系密切，隨著4月和8月平均氣溫的升高，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低。

由表4可知，月平均日照時數與烤煙美拉德反應產物的第2對典型變量構成為：

U₂=-3.4954X₁-1.0637X₂-4.1580X₃+1.2086X₄+2.0803X₅-0.4562X₆（3）

V₂=-0.8371Y₁-1.0139Y₂+0.7802Y₃+0.4722Y₄+0.4949Y₅+0.2434Y₆（4）

式（3）和（4）中，U2和V2表示月平均日照時數和烤煙美拉德反應產物組成的1對典型變量，其中U2表示月平均日照時數組成的典型變量，V1為烤煙美拉德反應產物組成的典型變量，X1、X2、X3、X4、X5和X6分別表示3—8月平均日照時數的標準化典型系數，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6分別表示6種烤煙美拉德反應產物的標準化典型系數。在第2對典型變量（U2，V2）中，U2與3月平均日照時數呈顯著負相關，相關系數為 -0.5195，表明3月平均日照時數對烤煙美拉德反應產物含量有重要影響。V2與糠醇和糠醛呈極顯著負相關，與3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮呈顯著正相關，相關系數分別為-0.4201、-0.5285和0.3392。說明桃源縣煙區3月平均日照時數與烤煙美拉德反應產物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量密切相關，隨著3月平均日照時數的增加，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低。

3 討論

生態條件尤其是氣象因子對烤煙的生長發育有重要影響，烤煙大田生長的最適宜溫度是22～28 ℃，最低不低于10～13 ℃，最高不可超過35 ℃;日照時數需在500～700 h（劉國順，2003）。同時，優質煙葉大田期對降水的要求是：還苗期及伸根期降水量需80～100 mm、旺長期降水量在100～200 mm、成熟期降水量在80～120 mm（田斌，2012）。本研究通過對湖南省桃源縣煙區2014—2018年的氣象因子進行分析，發現該煙區烤煙大田生長期月平均溫度為22.6 ℃，月平均日照時數為128.9 h，3—8月總日照時數在773.4 h，基本可滿足煙葉生長需求;而月平均降水量為171.5 mm，除旺長期滿足煙株需水外，還苗期、伸根期和成熟期降水量均過大，不利于煙株生長。

氣候條件是影響煙葉香氣的主要原因之一（劉彩云等，2010），而美拉德反應是煙葉香氣產生的重要方式之一。美拉德反應是氨基酸和還原糖之間的非酶棕色化反應，與煙葉風格特征有重要關系，是形成高香氣量的主要原因之一（景延秋等，2005;周冀衡等，2005）。美拉德反應主要發生在調制、陳化、加工過程中（王榮浩等，2019），但氣候條件也對美拉德反應產物有重要影響。李玲燕等（2015）研究表明，烤煙大田生長期內的平均氣溫是與美拉德反應相關性較大的氣象因子，降水量與日照時數則無明顯相關性。張小全等（2016）研究表明，大田期平均溫度對烤煙云煙87美拉德反應產物含量有較大影響。本研究結果表明，烤煙大田生長期平均氣溫與美拉德反應產物均呈正相關，與上述研究結果基本一致，究其原因，可能是溫度和光照能影響煙株的正常生長代謝和某些次生代謝的合成（楊紅旗，2006），影響美拉德反應前體物的產生，從而影響美拉德反應產物的含量。李天福等（2006）研究表明，成熟期的氣溫與旺長期的降水量對煙葉香吃味有重要影響，其香吃味與7月氣溫呈負相關，而與6月降水量和8月氣溫呈正相關。李鵬飛（2009）研究表明，在煙葉定長階段和欠熟階段干旱可促進美拉德反應產物含量的升高，進入適熟階段干旱則不利于美拉德反應產物的積累，而氣溫和降水是影響干旱的重要因素。潘玲（2016）通過偏相關分析研究了湖北烤煙中性香氣成分與生態因素的相關性，結果表明，6月日照時數與糠醛和糠醇含量呈負相關，6月降水量與糠醛、糠醇和2-乙酰基吡咯含量呈正相關。本研究通過典型相關分析，發現隨著4月和8月平均氣溫升高，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低;隨著3月平均日照時數的增加，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低，與潘玲（2016）的研究結果有所差異，可能與試驗地點、煙草品種、栽培方式及分析方法等因素不同有關。

烤煙在大田生長期內，氣象因素對各時期煙葉美拉德反應影響的程度不同，本研究僅對氣溫、降水量和日照時數3個氣象因子與美拉德反應產物的相關性進行了初步分析，光照強度等其他氣象因子及經緯度、海拔、土壤和地形等因素對煙葉品質和香味物質含量變化的影響還有待深入研究。

4 結論

烤煙大田期的月平均氣溫、月平均日照時數與烤煙美拉德反應產物含量關系密切。桃源縣煙區烤煙種植中應選日照時間相對較長的地區或耐高溫的烤煙品種，可在一定程度上提高烤煙美拉德反應產物的總量。

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（責任編輯 王 暉）

收稿日期：2020-03-23

基金項目：河南省科技廳產學研合作項目（172107000001）;湖北中煙工業有限責任公司科技項目（2018420000340277）;湖南省煙草公司常德市公司技術開發研究項目（2018430700240157）;重慶煙草科學研究所科技項目（201850000024316）

作者簡介：*為通訊作者：寧尚輝（1963-），高級農藝師，主要從事煙葉生產管理研究工作，E-mail：hui17826342@163.com;張學偉（1985-），高級農藝師，主要從事煙葉原料學研究工作，E-mail：50570794@qq.com。王林（1979-），高級農藝師，主要從事煙葉原料評價與應用研究工作，E-mail：wanglin-2007@sohu.com