河南濃香型烤煙不同分切區位常規化學成分和感官質量的差異性分析

馬一瓊 劉 超 程良琨 王寶林 姚 倩 李 悅 崔 廷 鄭文超 楊欣玲 劉茂林

(河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000)

化學成分是煙葉質量形成的物質基礎，決定了煙葉的質量表現和風格特色[1-2]。感官品質是直接體現煙葉使用價值和可用性的重要指標[3-4]。因此，化學成分和感官品質作為兩類關鍵指標，常用來評價煙葉的內在質量和可用性。同一片煙葉由于空間位置的差異，在生長期接收的光照條件不同，葉面不同區域的品質特點會表現出較大的差異[5]。而目前煙葉原料的加工并未考慮單葉葉面的質量分布差異，多采用整片加工方式，不符合精細化加工要求，也不利于煙葉使用效率的提升[6-7]。為了彌補當前煙葉加工工藝的不足，基于葉面質量分布差異的煙葉分切研究成為當前的一個熱點方向。而關于煙葉分切的研究多是基于單一化學指標——鉀元素[8]、有機酸[9-10]、石油醚提取物等[11]，以單一化學指標代表煙葉的內在品質具有一定的局限性。

試驗擬綜合化學成分和感官品質兩類指標，以平頂山C3F煙葉為試驗材料，采取主成分和聚類分析法對煙葉進行分切研究，旨在探索化學成分和感官品質在葉面的分布規律，為河南濃香型煙葉的分切處理和加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器設備

煙葉：以河南典型濃香型煙葉為供試材料，選取2015年平頂山郟縣C3F煙葉作為試驗樣品，品種為中煙100，河南中煙工業有限責任公司；

多功能粉碎機：ST-07B型，上海樹立儀器儀表有限公司；

流動分析儀：SEAL AA3型，美國PE公司。

1.2 測定方法

1.2.1 分切方法 將所有樣品的葉柄部切除7 cm后，其余部分平均分切為10段，自葉尖到葉基處分別編號為L1～L10(見圖1)。分切后樣品進行葉梗分離處理，用粉碎機粉碎，過篩保存備用。

圖1 樣品分切方法Figure 1 Tobacco leaf cutting method

1.2.2 常規化學成分測定

(1) 還原糖、總糖、煙堿、鉀、氯等化學成分：采用連續流動分析儀法[12]。

(2) 總氮：采用過氧化氫—濃硫酸消化法[12]。

(3) 蛋白質：采用間接測定法[12]。

1.2.3 感官質量評價 將聚類分切的煙葉樣品分別切絲混勻，手工制成卷煙，于(22±2) ℃、相對濕度為(60±2)%的恒溫恒濕箱內平衡2 d。由河南中煙工業有限責任公司技術中心5名專業評吸人員參照YC /T 138—1998對卷煙煙葉樣品進行感官質量評價，評價指標包括香氣質、香氣量、濃度、柔細度、余味、雜氣、刺激性，計算平均值作為最終評價得分。

1.3 統計分析方法

采用Excel 2013軟件對試驗數據進行分析和整理，利用SPSS 26.0軟件進行方差、相關性、主成分及聚類分析。其中聚類分析采用The Ward系統聚類法，聚類距離為歐幾里得平方和距離。

2 結果與分析

2.1 不同區位間化學成分和感官指標的差異性

由表1可知，煙堿、蛋白質、氮堿比、香氣質、香氣量、濃度、余味、雜氣在不同區位間呈顯著差異(P<0.05)，其中煙堿含量在L1～L5區位顯著大于L10，以L3區位最高；蛋白質含量在L1～L6區位顯著小于L9～L10區位，以L10區位最高。氮堿比在L1～L5區位顯著小于L6～L10區位，以L10區位最高；香氣質在L1～L4區位顯著大于L6～L10，以L2區位最高；香氣量在L1～L3區位顯著大于L5～L10，以L1區位最高；濃度在L1～L2區位顯著大于L5～L10，以L1區位最高；余味在L1～L4區位顯著大于L6～L10區位，以L2區位最高；雜氣在L1～L4區位顯著大于L6～L10區位，以L4區位最高。其他指標未達顯著性差異水平，但在葉面的分布表現出一定的規律性，從葉尖部到葉基部，總氮含量總體呈上升趨勢，還原糖含量和柔細度整體呈降低趨勢。說明化學成分和感官指標在不同區位間呈差異性和規律性分布，與王建安等[13-14]的研究結果基本一致。煙葉物質和品質在葉面的分布差異是葉片自身結構和烘烤因素共同作用的結果，且葉面物質的分布差異與葉片失水性有關[13]。有學者[15]認為，葉面物質和品質的分布差異與物質流向相關。

表1 不同區位間化學成分和感官指標的差異性分析?Table 1 Variance analysis of conventional chemical component contents and sensory quality index of tobacco leaf in different sections

2.2 化學成分和感官指標間的相關性

由表2可知，僅少數指標間的相關性未達到顯著水平，如總糖與香氣量、濃度、余味、雜氣間，煙堿與還原糖、總氮、蛋白質、柔細度間，刺激性與總糖、還原糖、總氮、蛋白質、香氣質、香氣量、余味、雜氣間相關性不顯著，大部分指標間的相關性均達到顯著或極顯著水平，說明煙葉化學成分和感官質量這些原始指標之間存在較多的共性，若直接使用原始指標的數據進行聚類分析評價，會造成信息的重疊，影響分析和聚類結果的客觀性，因此對原始指標進行降維處理和主成分提取。

表2 烤煙化學成分和感官指標間的相關分析?Table 2 Correlation analysis of conventional chemical component and sensory quality index

2.3 煙葉化學成分和感官指標的主成分分析

2.3.1 主成分提取 由表3可知，提取特征值為1.0以上的前3個主成分，其累計貢獻率達86.72%，可以作為烤煙化學成分和感官質量評價的主要指標。其中第1主成分貢獻率為53.62%，與總糖、還原糖、氮堿比、香氣質、香氣量、濃度、柔細度、余味、雜氣、刺激性有較大的正系數，與總氮、蛋白質、氮堿比有較大的負系數。研究[16-17]表明，烤煙感官質量和總糖、還原糖呈正相關，與煙堿、總氮呈極顯著負相關。表明第1主成分反映的是感官質量的作用，歸納為感官因子。第2主成分貢獻率為24.76%，與煙堿、總氮有較大的正系數，與總糖、糖堿比有較大的負系數。研究[18-19]表明，濃香型煙葉具有高煙堿、高氮、低糖的特性，濃香型彰顯度與總植物堿和糖堿比呈正相關。因此第2主成分反映的是濃香型煙葉的風格特性，歸納為濃香因子。第3主成分貢獻率為8.34%，與刺激性有較大的正系數，因此第3主成分反映了刺激性的作用，歸納為刺激性因子。

表3 主成分分析的特征向量和方差貢獻率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of the principal component analysis

2.3.2 主成分得分的差異性 根據因子載荷值和特征值[20-22]計算主成分中不同指標的相關系數，得：

F1=0.213x1+0.257x2+0.140x3-0.284x4-0.319x5+0.079x6-0.322x7+0.331x8+0.318x9+0.276x10+0.292x11+0.306x12+0.318x13+0.100x14，

(1)

F2=-0.406x1-0.230x2+0.452x3+0.298x4+0.223x5-0.516x6-0.164x7+0.089x8+0.153x9+0.176x10-0.082x11+0.154x12+0.203x13+0.112x14，

(2)

F3=0.092x1-0.014x2+0.179x3-0.006x4-0.036x5-0.015x6-0.105x7-0.124x8-0.213x9-0.393x10+0.274x11-0.056x12-0.043x13+0.808x14，

(3)

F=-0.062x1+0.008x2+0.477x3+0.005x4-0.082x5-0.279x6-0.365x7+0.183x8+0.160x9+0.036x10+0.299x11+0.250x12+0.296x13+0.631x14，

(4)

式中：

x1～x14——分別為總糖、還原糖、煙堿、總氮、蛋白質、糖堿比、氮堿比、香氣質、香氣量、濃度、柔細度、余味、雜氣、刺激性指標的標準化數值。

由表4可知，第1主成分和綜合得分在葉面不同區位間呈極顯著差異，其得分表現為區位L1～L4>區位L6～L8>區位L9～L10，且彼此間差異顯著；綜合得分表現為L1～L4區位間差異不顯著，但顯著高于其他區位，說明品質得分在葉面的分布也存在一定的連續性和規律性。

表4 不同葉面區位的主成分得分?

2.4 葉面不同區位的聚類分析

基于葉面不同區位的主成分綜合得分，對葉面不同區位進行聚類分析，結果見圖2。由圖2可知，煙葉可分切為上、中、下3段，上段為區位L1～L5，中段為區位L6～L8，下段為區位L9～L10。

圖2 基于主成分得分的分切區位聚類分析

由表5可知，樣品綜合得分表現為上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，且3段間差異顯著，說明聚類分切可根據煙葉的品質差異進行精細化區分。

表5 基于聚類分切結果的煙葉綜合得分?

3 結論

試驗表明，化學成分含量和感官指標得分在不同區位間呈差異性和規律性分布，其中煙堿、蛋白質、氮堿比、香氣質、香氣量、濃度、余味、雜氣等指標呈顯著差異；通過主成分分析提取了3個主成分，其累計貢獻率達86.72%，其中，第1主成分歸納為感官因子，第2主成分歸納為濃香因子，第3主成分歸納為刺激性因子；第1主成分得分在區位L1～L4、區位L6～L8、區位L9～L10呈逐漸下降趨勢，且彼此間差異顯著，綜合得分在L1～L4區位間差異不顯著，并顯著高于其他區位；煙葉可分切為上、中、下3段，上段為區位L1～L5，中段為區位L6～L8，下段為區位L9～L10，且樣品綜合得分表現為上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，差異顯著。煙葉聚類分切使煙葉不同區位的品質特征得到彰顯，有效地提高了煙葉原料的整體利用效率，拓寬了其工業可用性，通過將分切后的原料應用于不同的模塊配方，提高了配方設計的精細化程度，且煙葉分切后質量更優的段位可以用于更高一類的模塊配方中，對于豐富上等煙原料，增強卷煙原料的保障能力具有重要意義。后續將對不同分切段位煙葉與模塊配方的匹配使用進行深入研究。