烤煙葉片不同區(qū)位化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性分析

王小東，顧會戰(zhàn)，郭東鋒，崔曉闖，劉 領(lǐng)，魏永濤

1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南省洛陽市洛龍區(qū)開元大道263 號 471023

2.四川省煙草公司廣元市公司，四川省廣元市利州區(qū)蓮花路186 號 628100

3.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，合肥市高新區(qū)天達路9 號 230088

煙草是以葉片為收獲對象的葉用經(jīng)濟作物。隨著中式卷煙內(nèi)涵的不斷深化，卷煙工業(yè)企業(yè)對煙葉原料的品質(zhì)需求更加具體化與個性化，品牌導(dǎo)向型煙葉生產(chǎn)的發(fā)展趨勢愈加明顯，使得煙葉供給側(cè)結(jié)構(gòu)性矛盾突出。為了緩解工業(yè)企業(yè)對特色優(yōu)質(zhì)煙葉原料需求的矛盾，煙草行業(yè)曾開展了中美技術(shù)合作［1-2］，實施了國際型優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)［3］、替代進口煙葉開發(fā)［4］和特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)［5-7］等重大專項。但以往的研究主要集中在煙葉部位間差異分析和替代煙葉的研究等方面［8-13］，強調(diào)煙葉的同質(zhì)性，但煙葉同質(zhì)性在一定程度上又難以實現(xiàn)。因此從單片煙葉角度分析研究煙葉不同區(qū)位的品質(zhì)差異，可為卷煙工業(yè)企業(yè)精準打葉提供參考。

國內(nèi)科研工作者曾選取了不同來源的烤煙單片葉，用不同切分方法研究其不同區(qū)位間片煙品質(zhì)的差異，發(fā)現(xiàn)不同品種和產(chǎn)區(qū)的烤煙單片葉在不同區(qū)位間品質(zhì)差異較大。殷全玉等［14］將烤煙葉片分成15 個區(qū)位，發(fā)現(xiàn)煙葉不同區(qū)位間常規(guī)化學(xué)成分含量差異較大；祁林［15］將河南濃香型煙葉從葉尖依次橫向切9 刀共切分為10 段（分別標記為1～10），并通過聚類分析發(fā)現(xiàn)其綜合品質(zhì)得分表現(xiàn)為尖部（1～4）＞中部（5～7）＞基部（8～10）；王建安等［16］將單片煙葉劃分為4 個區(qū)位，發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分在4 個區(qū)位間存在顯著差異；賀帆等［17］將9 個產(chǎn)地和3 個等級的煙葉分別劃分為葉尖、葉中、葉基和葉緣4 部分，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)位煙葉中化學(xué)成分含量存在差異；邸慧慧等［18］和劉超等［19］分別對煙葉不同區(qū)位煙堿含量和不同區(qū)位有機酸含量進行分析，發(fā)現(xiàn)煙堿和有機酸含量在煙葉不同區(qū)位間均存在差異。但前人的研究中煙葉切分和分析方法各有不同，與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)相結(jié)合方面也存在切分方法不盡合理和可操作性不強等問題。為此，采用不同于前人的區(qū)位劃分方法，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)可操作性，分析了烤煙單片葉不同區(qū)位間的品質(zhì)差異，以期為卷煙工業(yè)精準打葉和配方使用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

供試烤煙品種為云煙97（安徽皖南2017—2018 年生產(chǎn)），等級為C3F。選取60 片代表性的完整煙葉。煙葉成熟度為成熟，葉片結(jié)構(gòu)疏松，身份中等，油分有，色度中等，葉長不低于35 cm，殘傷不超過20%。將煙葉隨機分為3 組，每組20 片。分組完成后，先沿?zé)熑~主脈方向?qū)⒚科~切分為兩個對稱半葉，再沿主脈方向?qū)肴~均分3 份，在三等份分切點處沿與主脈垂直的方向?qū)肴~分為三部分，在切分后的每部分切線處再分別標記三等分點，并沿葉邊緣弧度將煙葉每部分分為3 份，即把整個葉片分為左右對稱的9 份，見圖1。9 個區(qū)位分別標號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ（每組對應(yīng)區(qū)位葉片混合），每組9 個區(qū)位各自對應(yīng)的混合樣品為1 次重復(fù)，共3 次重復(fù)，樣本數(shù)為27個。同時把葉片9 個區(qū)位分為3 個層次，見表1。切分后的樣品分別烘干、去除主要葉脈、粉碎、過篩（孔徑0.355 mm）后測定煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量（質(zhì)量分數(shù)）。

圖1 烤煙單片煙葉分切方法Fig.1 Schematic diagram on segmenting a single tobacco leaf

表1 烤煙葉片區(qū)位切分方式Tab.1 Additional locations selected on flue-cured tobacco leaves

1.2 測定指標與方法

分別采用煙草行業(yè)標準方法測定煙葉水溶性糖［20］、鉀［21］、氯［22］、總植物堿［23］和總氮［24］含量（質(zhì)量分數(shù)）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對9 個不同區(qū)位葉片的化學(xué)成分進行描述統(tǒng)計分析；采用SPSS 統(tǒng)計分析軟件對3 個不同層次區(qū)位葉片化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性進行差異顯著性檢驗（Duncan 法）；采用SPSS 統(tǒng)計分析軟件對9 個區(qū)位煙葉化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性進行聚類分析（系統(tǒng)聚類法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙葉片不同區(qū)位常規(guī)化學(xué)成分含量的描述統(tǒng)計分析

烤煙葉片不同區(qū)位主要化學(xué)成分含量的描述統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。由表2 可知，烤煙葉片不同區(qū)位常規(guī)化學(xué)成分含量較適宜，其協(xié)調(diào)性整體較好。基于各指標的變異系數(shù)采用系統(tǒng)聚類方法將其變幅分為較大、中等、較小3 類，其中總糖、還原糖、總氮、煙堿、氮堿比和糖堿比指標的變幅較小，變異系數(shù)分別為11.02%、11.24%、9.14%、11.66%、12.27%和13.74%；鉀含量和鉀氯比的變幅中等，變異系數(shù)分別為16.60%和20.90%，而氯含量變幅較大，變異系數(shù)達32.96%。

表2 烤煙葉片不同區(qū)位常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性的描述統(tǒng)計分析①Tab.2 Descriptive statistics on contents and harmony of routine chemical components at different locations of flue-cured tobacco leaves

2.2 烤煙葉片不同區(qū)位間常規(guī)化學(xué)成分含量的差異分析

2.2.1 基礎(chǔ)分區(qū)比較

不同區(qū)位烤煙葉片常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性表現(xiàn)見圖2～圖5。由圖2～圖5 可知，烤煙葉片常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性在9 個區(qū)位間均存在不同程度的差異。烤煙葉片煙堿含量以Ⅸ區(qū)最高，Ⅰ區(qū)最低，且在Ⅰ、Ⅳ、Ⅸ區(qū)位間差異均達顯著（P＜0.05）水平；煙葉氯含量在9 個區(qū)位間表現(xiàn)為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅵ＞Ⅶ＞Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ區(qū)均顯著高于其他8 個區(qū)位；煙葉鉀含量在9 個區(qū)位間表現(xiàn)為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ、Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅴ＞Ⅵ＞Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ區(qū)均顯著高于其他8 個區(qū)位；煙葉總氮含量以Ⅲ區(qū)最高，且均顯著高于其他8 個區(qū)位；煙葉總糖和還原糖含量均以Ⅴ區(qū)和Ⅷ區(qū)較高，而Ⅲ區(qū)最低。

圖2 葉片不同區(qū)位間煙堿、氯、鉀和總氮含量比較Fig.2 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different locations of leaves

圖3 葉片不同區(qū)位間總糖和還原糖含量比較Fig.3 Contents of total sugar and reducing sugar in different locations of leaves

圖4 葉片不同區(qū)位間糖堿比比較Fig.4 Ratio of sugar to nicotine in different locations of leaves

圖5 葉片不同區(qū)位間氮堿比和鉀氯比比較Fig.5 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different locations of leaves

就烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性指標而言，煙葉糖堿比以Ⅳ區(qū)最高，Ⅲ區(qū)最低，且在Ⅳ區(qū)和Ⅲ區(qū)間差異達顯著水平（P＜0.05）；煙葉氮堿比在9 個區(qū)位間表現(xiàn)為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅶ＞Ⅵ、Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ區(qū)均顯著高于其他8 個區(qū)位；而煙葉鉀氯比在9個區(qū)位間則表現(xiàn)為Ⅱ、Ⅲ＜Ⅰ＜Ⅴ＜Ⅳ＜Ⅵ＜Ⅶ＜Ⅷ＜Ⅸ，且Ⅸ區(qū)均顯著高于其他8 個區(qū)位。

2.2.2 葉片內(nèi)緣、中緣和外緣的比較

烤煙葉片內(nèi)緣、中緣和外緣3 個區(qū)位的常規(guī)化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性見圖6～圖9。由圖6～圖9 可知，烤煙葉片內(nèi)緣、中緣和外緣3 個區(qū)位間化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性存在差異。烤煙葉片煙堿和總氮含量由內(nèi)到外表現(xiàn)為內(nèi)緣＜中緣＜外緣，且煙堿含量在內(nèi)緣、中緣和外緣3 個區(qū)位間差異均達到顯著水平（P＜0.05），而總氮含量在內(nèi)緣和外緣區(qū)位間差異達顯著水平（P＜0.05）；煙葉氯和鉀含量在3 個區(qū)位間表現(xiàn)為內(nèi)緣＞中緣＞外緣，其中鉀含量在內(nèi)緣和外緣間差異達顯著（P＜0.05）水平，而氯含量在3 個區(qū)位間差異不顯著；總糖和還原糖含量均以中緣最高，且在內(nèi)緣、中緣和外緣3個區(qū)位間差異均不顯著。

圖6 葉片不同區(qū)位間煙堿、氯、鉀和總氮含量比較Fig.6 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different parts of leaves

在烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性方面，糖堿比和氮堿比在3 個區(qū)位間均表現(xiàn)為內(nèi)緣＞中緣＞外緣，而鉀氯比的表現(xiàn)則相反。其中煙葉外緣的糖堿比與內(nèi)緣和中緣間差異均達顯著水平（P＜0.05），氮堿比在內(nèi)緣和外緣間差異顯著（P＜0.05）；而鉀氯比在內(nèi)緣、中緣和外緣3 個區(qū)位間差異均不顯著。

2.2.3 葉片尖部、中部和基部的比較

圖7 葉片不同區(qū)位間總糖和還原糖含量比較Fig.7 Contents of total sugar and reducing sugar in different parts of leaves

圖8 葉片不同區(qū)位間糖堿比比較Fig.8 Ratio of sugar to nicotine in different parts of leaves

圖9 葉片不同區(qū)位間氮堿比和鉀氯比比較Fig.9 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different parts of leaves

烤煙葉片尖部、中部和基部3 個區(qū)位的常規(guī)化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性表現(xiàn)見圖10～圖13。由圖10～圖13 可知，尖部、中部和基部3 個區(qū)位間化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性存在差異。在烤煙葉片尖部、中部和基部3 個區(qū)位間煙堿、氯、總糖和還原糖含量均表現(xiàn)為尖部＞中部＞基部，而總鉀和總氮含量則表現(xiàn)為尖部＜中部＜基部。其中鉀和氯含量在尖部、中部和基部3 個區(qū)位間差異均達顯著水平（P＜0.05）；葉基部的總糖和還原糖含量均顯著（P＜0.05）低于尖部和中部，而尖部和中部間均差異不顯著；總氮含量在尖部和基部間差異也達顯著水平（P＜0.05），而煙堿含量在3 區(qū)位間差異不顯著。煙葉糖堿比和鉀氯比在3 個區(qū)位間表現(xiàn)為尖部＞中部＞基部，而氮堿比的表現(xiàn)則反之，糖堿比以葉中部最高，表現(xiàn)為中部＞尖部＞基部。其中氮堿比和鉀氯比在尖部、中部和基部3 個區(qū)位間差異均達顯著（P＜0.05）水平；糖堿比在中部和基部間差異也達到顯著（P＜0.05）水平。

圖10 葉片不同區(qū)位煙堿、氯、鉀和總氮含量比較Fig.10 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different parts of leaves

圖11 葉片不同區(qū)位間總糖和還原糖含量比較Fig.11 Contents of total sugar and reducing sugar in different parts of leaves

圖12 葉片不同區(qū)位間糖堿比比較Fig.12 Ratio of sugar to nicotine in different parts of leaves

圖13 葉片不同區(qū)位間氮堿比和鉀氯比比較Fig.13 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different parts of leaves

2.3 葉片區(qū)位間化學(xué)成分的聚類分析

烤煙葉片9 個區(qū)位的常規(guī)化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性的聚類分析結(jié)果見圖14。由圖14 可知，烤煙葉片聚為2 類，分別為基部（a、b、c 區(qū)）和中尖部（d、e、f、g、h、i 區(qū)），這種切分方法在原煙初加工過程中更具可操作性，也能夠較好地利用煙葉資源。

圖14 不同區(qū)位煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量和協(xié)調(diào)性的聚類分析Fig.14 Cluster analysis on contents and harmony of routine chemical components in different locations of tobacco leaves

煙葉9 個不同區(qū)位化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性的聚類分析結(jié)果見表3。由表3 可知，按聚類切分后的分區(qū)，聚類分區(qū)的區(qū)位煙葉化學(xué)成分含量與整片煙葉差異較大。與全葉比較，葉中部和尖部總糖、還原糖、煙堿含量，以及糖堿比和鉀氯比較高，總氮、鉀、氯含量和氮堿比較低；而與全葉比較，葉基部總氮、鉀、氯含量和氮堿比較高，總糖、還原糖、煙堿含量，以及糖堿比和鉀氯比較低。同時，與葉基部比較，葉中部和尖部總糖、還原糖、煙堿含量，以及糖堿比和鉀氯比較高，而總氮、氯含量和氮堿比較低。

表3 不同區(qū)位煙葉化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性比較①Tab.3 Contents and harmony of chemical components in different parts of tobacco leaves

3 討論

按照本研究中的不同切分或組合切分方法，烤煙單葉不同區(qū)域的常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性存在不同程度差異，部分指標在不同區(qū)位間差異達顯著水平。這與前人的研究結(jié)果［14，17，19］基本一致，明確烤煙葉片區(qū)位間存在的質(zhì)量差異可為精準打葉提供依據(jù)。

對于烤煙葉片內(nèi)緣、中緣和外緣3 個區(qū)位，煙堿含量、總氮含量、糖堿比和氮堿比均表現(xiàn)為內(nèi)緣＜中緣＜外緣，而氯和鉀含量在3 個區(qū)位間則表現(xiàn)為內(nèi)緣＞中緣＞外緣。對于尖部、中部和基部3 個區(qū)位，煙堿、氯、總糖和還原糖含量，以及糖堿比和鉀氯比均表現(xiàn)為尖部＞中部＞基部，而鉀和總氮含量則表現(xiàn)為尖部＜中部＜基部。煙葉總糖和還原糖含量在區(qū)位間的差異可能與烘烤過程中同一葉片不同區(qū)位所處的溫濕度場存在差異有關(guān)［25-26］，而葉尖部和邊緣區(qū)域的煙堿含量較高可能與該區(qū)位的代謝活動較其他區(qū)位旺盛有關(guān)［26］。葉基部和中部鉀含量高于其他區(qū)位可能與該區(qū)位纖維輸導(dǎo)組織分布較多有關(guān)。

煙葉基部、中部和尖部化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性均與全葉間存在差異，其中中部和尖部較全葉總糖含量、還原糖含量、糖堿比和鉀氯比相對較高，同時總氮和氯含量較低。就烤煙化學(xué)成分而言，將烤煙單葉切分為2 個區(qū)位（葉基部1/3 處切分）較適宜，可與卷煙工業(yè)精準打葉有效對接，這與劉超等［19］、楊波等［27］的單葉區(qū)位切分結(jié)果基本一致，但仍有待于感官品質(zhì)評價進行驗證。

4 結(jié)論

①煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性在葉片9個不同區(qū)位間均存在不同程度的差異，部分指標在不同區(qū)位間差異達顯著水平。②從葉片內(nèi)緣到外緣，煙堿含量、總氮含量、糖堿比和氮堿比均表現(xiàn)為內(nèi)緣＜中緣＜外緣，而氯和鉀含量在3 個區(qū)位間均表現(xiàn)為內(nèi)緣＞中緣＞外緣。③從葉片尖部到基部，煙堿、氯、總糖和還原糖含量，以及糖堿比和鉀氯比在3 個區(qū)位間均表現(xiàn)為尖部＞中部＞基部，而鉀和總氮含量則表現(xiàn)為尖部＜中部＜基部。④9 個區(qū)位煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量的系統(tǒng)聚類分析表明，將葉片切分為2 個區(qū)位（葉基部1/3 處切分）較適宜。