我國主產煙區煙葉化學成分與感官舒適性關系分析

閆鐵軍 馬曉寒 龐哲 張豫丹 許自成 周紅審 周平 劉文鋒 邵惠芳

摘 要：為明確各煙區煙葉化學成分與感官舒適性的關系和規律性，利用相關分析、主成分分析和聚類分析對東北、東南、黃淮、西南和長江中上游5個產區170個煙樣的化學成分與感官舒適性數據進行分析。結果表明，還原糖、總糖等與舒適性呈顯著正相關關系，總植物堿和總氮與感官指標呈顯著負相關關系，鉀氯比與流暢、干凈指標呈正相關關系。對其指標進行主成分分析，篩選出4個主成分因子，分別為感官因子、濃度因子、香氣因子和刺激因子。通過各煙區煙葉的得分進行聚類分析，依據煙葉化學和感官舒適性將全國煙區劃分為3部分：西南煙區和長江中下游煙區，東北煙區和黃淮煙區，東南煙區。各煙區在化學和感官指標上呈現差異性和相似性，并在全國存在一定分布規律，對我國煙區特征劃分、提高各區煙葉內在品質具有較大意義。

關鍵詞：烤煙;化學成分;感官舒適性;主成分分析;聚類分析

Abstract： The purpose of this study was to clarify the relationship between the chemical composition of tobacco leaves and sensory comfort in each tobacco area. Correlation analysis， principal component and cluster analysis were used to analyze the chemical composition and sensory comfort data of tobacco samples from 5 producing areas in Northeast， Southeast， Huanghuai， Southwest and the upper and middle reaches of the Yangtze River. The results showed that reducing sugars， total sugars were significantly positively correlated， total plant alkaloids and total nitrogen were significantly negatively correlated with sensory indicators， and potassium-chloride ratio was positively correlated with fluency and cleanliness indicators. Principal component analysis was performed on its indicators， and four principal component factors were screened out， namely sensory factor， concentration factor， aroma factor and stimulating factor. Then cluster analysis was performed by calculating the scores of each tobacco area， and the chemical and sensory indicators of the tobacco areas were divided into three parts： the southwest and the middle and lower reaches of the Yangtze River; the northeast and the Huanghuai area; the southeast tobacco area. The results show that each tobacco area presents differences and similarities in chemical and sensory indicators， and has a certain distribution pattern throughout the country， which is of great significance for the division of tobacco areas in the country and the improvement of the intrinsic quality of tobacco leaves in each area.

Keywords： flue cured tobacco; chemical composition; sensory comfort; principal component analysis; cluster analysis

隨著市場和消費者對卷煙制品需求的提高，感官舒適性成為重要的指標，同時也是判定工業企業產品質量的核心指標。煙葉的化學成分是其質量和風格的物質基礎，而感官舒適性與化學成分之間存在著復雜的關系，兩者作為不同類別的關鍵指標構成評價煙葉內在質量和可用性的標準[1]。目前關于煙葉化學成分與感官舒適性的關系有較多研究，常愛霞等[2]研究了烤煙主要化學成分與感官質量的相關性，發現兩糖比和兩糖差與感官質量關系較密切。杜堅等[3]研究了西南煙區煙葉化學品質與感官風格的關系，發現總糖、還原糖和總氮與煙葉特征香韻密切相關。徐澤桐等[4]對陜西省煙葉的研究表明，鉀氯比、糖堿比、總植物堿對感官質量影響最大。類似的研究還有劉扣珠等[5]，許自成等[6]、林順順等[7]。

上述研究多是分析單一煙區化學成分與感官品質的關系，而從全國范圍研究各煙區之間化學成分與感官舒適性關系的較少。

為了解全國煙區化學指標與感官舒適性的關系，本試驗以東北、東南、黃淮、西南和長江中下游5個煙區煙葉為試驗材料，采取方差分析、相關分析、主成分分析和聚類分析對煙葉主要化學指標與香氣（透發、甜潤、清晰），煙氣（流暢、圓潤、醇和），口感（干凈、清爽、濕潤）等感官舒適性進行分析，明確各煙區烤煙感官舒適性的主要化學指標的差異，旨在為探索全國煙葉化學成分和感官品質的關系以及劃分全國各煙區特征提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采集2019年東北、東南、黃淮、西南、長江中上游5個煙區16個省份的代表性煙葉樣品共計170份作為感官評吸樣品，等級為C3F，由湖北中煙工業有限責任公司提供。其中東北煙葉樣品16個（黑龍江8個，吉林4個，遼寧4個）;東南42個（福建16個，廣東4個，湖南10個，江西12個）;黃淮40個（安徽4個，河南16個，山東12個，陜西8個）;西南36個（貴州15個，四川9個，云南12個）;長江中上游36個（湖北24個，陜西4個，四川4個，重慶4個）。

試驗所用儀器：SEAL AA3連續流動分析儀（德國SEAL公司）、HWS-250恒溫恒濕箱（上海精宏公司）、高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）。所用試劑：去離子水，甲醇（色譜純）、乙酸（分析純）由上海羅恩試劑公司生產，綠原酸（純度>98%）、莨菪亭（純度>98%）、蕓香苷（純度>98%）由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產。

1.2 測定方法

1.2.1 煙葉化學成分檢測 使用連續流動分析儀對煙葉樣品中的總植物堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯進行分析[8]。綠原酸、莨菪亭、蕓香苷等多酚化合物通過高效液相色譜儀進行測定[9]。

1.2.2 感官舒適性評價 由湖北中煙工業有限責任公司技術中心評吸員對卷制樣品按產地分批進行感官質量評價，按照香氣（透發、甜潤、清晰），煙氣（流暢、圓潤、醇和），口感（干凈、清爽、濕潤）9項以5分制進行評價打分：按評吸質量分為4個檔次：好（強）、較好（較強）、中等、差，分別評分為：5、4、3、≤2分。

單項平均得分按下式進行計算：

1.3 數據分析

利用Excel 2010和SPSS 21.0對數據進行分析處理。

2 結 果

2.1 各煙區感官舒適性與化學成分的差異性分析

如表1所示，在化學指標上，東北煙區的還原糖、總糖和綠原酸在各煙區中含量最高，總植物堿、總氮、鉀和莨菪亭含量最低;東南煙區鉀和莨菪亭含量最高，綠原酸和蕓香苷含量最低;黃淮煙區氯含量最高，總糖含量最低;西南煙區總氮和蕓香苷含量最高;長江中下游煙區總氮、植物堿含量最高，還原糖和氯含量最低。就感官舒適性來說，西南煙區透發、甜潤、清晰、流暢、干凈、清爽和總分最高，長江中下游煙區圓潤、醇和以及濕潤得分最高;黃淮煙區甜潤、清晰、流暢、圓潤、醇和、干凈、清爽、濕潤和總分最低，東北煙區透發得分最低。整體看，總氮、透發指標在全國自北向南和自東向西有增加趨勢，鉀有自北向南增加、自東向西降低的趨勢，而綠原酸與鉀含量變化相反，說明化學指標和感官舒適性在不同煙區呈差異性和規律性分布，其差異表現可能與各地環境和栽培條件有關。

2.2 煙葉化學成分與感官各指標的相關性分析

由表2可知，還原糖、總糖、糖堿比和兩糖比與除透發之外其他感官指標均顯著或極顯著正相關，其中還原糖與甜潤相關系數最大，總糖、糖堿比和兩糖比與干凈系數相關性最大;總植物堿和總氮與圓潤、醇和、干凈、清爽和濕潤存在顯著或極顯著負相關關系，且總植物堿與干凈系數的負相關最大，與總糖結果相反，說明總植物堿和總糖含量是影響感官干凈的重要化學指標;氯與流暢顯著負相關，鉀氯比與流暢極顯著正相關、與干凈顯著正相關，說明氯含量低的煙葉抽吸流暢性好，感官質量高，鉀氯比高的抽吸余味更干凈;莨菪亭和蕓香苷分別與干凈和透發顯著負相關和顯著正相關。說明化學成分與感官指標存在對應關系，而主成分和聚類分析能夠細化此關系。

2.3 感官舒適性與煙葉主要化學成分的主成分分析

2.3.1 主成分提取 通過KMO和Bartlett檢驗發現，KMO值為0.875，大于0.6，則變量間存在相關性，能夠進行主成分分析，同時Bartlett 球形度檢驗中p為0.000，小于0.001，說明進行主成分分析有意義。通過解釋的總方差找出特征值大于1的4個主成分，其貢獻率分別為38.401%、20.492%、9.743%和5.654%，累計貢獻率達74.29%（表3）。其中第1主成分與干凈、清爽、清晰、甜潤、濕潤、圓潤、流暢、醇和、透發有較大正系數，與氯、總氮、莨菪亭和總植物堿有較大負系數，表明第1主成分反映的是感官舒適性的作用，歸納為感官因子。第2主成分與總植物堿、總氮和莨菪亭有較大正系數，與總糖和還原糖有較大負系數;大量研究表明高堿和高氮含量與濃香型煙葉有正相關關系，因此可將第2主成分定義為濃度因子。第3主成分與蕓香苷和綠原酸有較大正系數，與鉀和氯含量有較大負系數;由于多酚類物質對煙草的香氣質和香氣量有直接作用，因此將第3主成分定義為香氣因子。第4主成分與氯有較大正系數，與鉀有較大負系數，因此將第4主成分定義為刺激因子。

2.3.2 主成分得分差異性 根據因子載荷值和特征值計算主成分中不同指標的相關系數，得主成分得分，又根據權重得到綜合評分F，分別如下：

式中χ1～χ18分別為總植物堿、還原糖、氯、總糖、總氮、鉀、綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、透發、甜潤、清晰、流暢、圓潤、醇和、干凈、清爽、濕潤指標的標準化數值。

5個煙區4個主成分得分及總分都存在不同程度的差異（表4），第1主成分得分和總分都表現為西南、長江中下游和東南煙區高于東北和黃淮煙區，而西南、長江中下游和東南煙區總分差異不顯著，說明在全國范圍內各煙區品質存在規律。

2.4 不同煙區的聚類分析

基于各煙區的主成分綜合得分進行聚類分析（圖1），縱坐標1-5分別表代表：東北、東南、黃淮、西南和長江中下游煙區。通過平方歐式距離將不同煙區得分分為3部分：西南、長江中下游煙區;東北和黃淮煙區;東南煙區。通過聚類分析能對5個煙區的感官舒適性和化學成分進行一定程度的劃分，且此結果與各煙區煙葉質量規律趨于一致。

3 討 論

煙葉的感官舒適性和化學成分能夠直接反映煙葉質量的優劣[10]。本研究發現，西南煙區蕓香苷含量最高，還原糖和總糖含量較高，感官舒適性總分也最高，可能與當地海拔較高、生育期前后溫差較大、降雨量適宜、日照較少有關，這與羅登山等[11]發現西南煙區總糖、還原糖含量高的結果一致。本研究還發現，東南煙區鉀和莨菪亭含量在諸煙區中最高，透發性較好，與王彥亭等[12]描述的東南煙區主要特征是鉀含量以及鉀氯比值相對較高，煙葉香氣質較好，香氣量較足的結論基本一致。同時本試驗發現黃淮煙區氯含量高、總糖含量少和感官舒適性指標得分較低也與其研究得出的黃淮煙區鉀含量低、氯含量相對較高，煙葉普遍呈濃香型，香氣質和香氣量一般好，普遍存在地方性雜氣的結論相一致。同樣長江中下游煙區煙堿高、還原糖少、氯含量低的結果與其研究的當地煙葉香氣呈中間香型特征，鉀氯比值較高的結論一致，其化學指標中煙堿含量高可能與當地干旱氣候相關。沈利臣等[13]研究也表明了這一點。總體上各區化學成分和感官指標呈現一定的規律和差異性，風格特征有所不同。

從相關性分析可以得出，總植物堿與干凈呈極顯著負相關，總糖含量、糖堿比和兩糖比與干凈指標呈極顯著正相關且相關系數最大，還原糖、糖堿比在影響煙葉香吃味和感官上起重要作用，也是反映內在品質的重要指標之一，而煙堿與感官品質中勁頭關系較密切，同時本研究表明總氮與除透發之外的其他感官指標都呈負相關關系。這與王明鋒[14]得出的結果基本一致。煙草作為喜鉀植物，其鉀含量的高低與卷煙的燃燒性和香吃味呈正比[15]。本研究發現，鉀氯比與流暢、干凈指標呈正相關關系，同樣也印證了此類觀點。

此外，本試驗通過主成分分析對化學和感官指標進行劃分，提取了4個主成分，分別定義為感官因子、濃度因子、香氣因子和刺激因子，并依據綜合得分進行聚類分析，將5個煙區分為三部分：西南和長江中下游煙區，東北和黃淮煙區，東南煙區，三部分彼此間差異顯著。也說明西南和長江中下游煙區特征相似，感官質量較高，香氣較舒適。東南煙區勁頭濃度特點較明顯，而東北和黃淮煙區煙葉特點較一致，在生態環境上都具有光照強，溫差大的特點，這既符合各煙區特征，也與相關性和方差分析結果一致。

4 結 論

方差分析和相關分析結果表明，還原糖、總糖、糖堿比與干凈、甜潤、濕潤等感官指標呈正相關，總植物堿、總氮與圓潤、干凈、濕潤呈負相關關系。通過主成分分析劃分為4個主成分，第1主成分與干凈、清爽、清晰等有較大正系數，為感官因子;第2主成分與總植物堿、總氮等有較大正系數，為濃度因子;第3主成分與蕓香苷、綠原酸等有較大正系數，為香氣因子;第4主成分與氯元素等有較大正系數，為刺激因子。通過聚類分析將煙區分為3部分（西南和長江中下游，東北和黃淮，東南煙區），直觀表現了5個煙區的品質特征，明確了各煙區內在感官風格和化學成分的分布和差異性，對各煙區發展特色煙葉、改善煙葉化學品質和舒適性有重要意義。

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