宣威高端原料區煙葉品質特征聚類分析

袁國慶，鄧 濤，蔡憲杰，吳淑俊，陳 彪，劉云芳，王全貞，潘義宏

（1. 云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；2. 上海煙草集團有限責任公司，上海 200082；3. 西南林業大學化學工程學院，云南 昆明 650224；4. 云南五佳生物科技有限公司，云南 昆明 650106）

煙草是一種以收獲葉片為主的經濟作物，煙葉品質的好壞決定了卷煙制品的優劣[1]。煙葉品質受煙葉的外觀質量、物理特性、化學成分協調性等多項因素綜合作用的影響，各項質量指標的平衡協調程度決定了煙葉的工業使用價值[2]。同時煙葉原料也是支撐中式卷煙發展的基礎，科學準確地評價煙葉原料有助于指導其合理生產和工業應用[3-4]。隨著中式卷煙的發展，對煙葉原料的品質提出了更高的要求。宣威作為全國最大的縣級煙區，每年為上海煙草集團、紅云紅河集團等主要卷煙企業提供約3萬t的優質煙葉。近年來，宣威煙區致力于打造全國需求最旺煙區，以多年的煙葉收購經驗，從全市22個煙葉站中初步確定了10個煙葉站的25個收購點所在煙區為高端煙葉原料產出區域，但該區域范圍仍較大，每年為挑選高端煙葉原料投入大量的人力、物力。因此，在現有高端煙葉原料區域，通過對25個煙葉收購點海拔、地貌、土壤質地以及對應煙區的煙葉原料外觀質量、物理特性和常規化學成分進行聚類分析，明確高端煙葉原料區域特色，并進一步聚焦或縮小高端煙葉產區的范圍，為實現高端煙葉的定向生產和精準挑選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020年在宣威市高端煙葉原料區（即初步確定的10個鄉鎮的25個煙葉收購點，詳見表1）采集樣品。每個收購點選取土壤肥力適中的2塊地塊，按C2F的標準分別采集1份煙葉樣品，每份樣品2 kg，合計50份煙葉樣品，并在相對應的取樣點采集植煙土壤樣品，每個點的土樣采集位置和海拔均用GPS定位，并調查地形地貌。

表1 各取樣點所屬鄉鎮

1.2 測定內容及方法

對50份煙葉原料的外觀質量、物理特性、常規化學成分以及50個土壤樣品進行檢測分析。

1.2.1 煙葉常規化學成分的測定煙葉樣品采用烘箱法（YC/T 31—1996）制備；檢測項目包括煙葉總糖、氯離子、鉀離子、還原糖、總氮和總植物堿6項指標，依據行業標準采用連續流動法進行檢測。

1.2.2 煙葉外觀質量評價包括煙葉的身份、顏色、色度、成熟度、油分和組織結構6項指標，依據GB2635—1992標準進行打分評價。

1.2.3 煙葉物理特性包括煙葉抗張力、厚度、平衡含水率、葉面密度和含梗率5項指標，依據GB/T12914—2008、GB/T451.3—2002和YC/T142—2010標準進行測定。

1.2.4 土壤質地分析土壤機械組成采用比重計法測定，并應用卡慶斯基土壤質地標準分類。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數據處理，采用SPSS 21.0軟件Hierarchical cluster法進行聚類及統計分析。其中煙葉外觀質量和物理特性的評價均參照《中國煙草種植區劃》[5]，分別將烤煙外觀質量和物理特性的各個指標賦以權重并采用指數和法計算，獲得煙葉外觀和物理特性的綜合質量分類。煙葉常規化學成分含量采用模糊數學隸屬函數建立數學模型進行評價，煙葉常規化學成分的綜合指數（I）劃分為5個等級，即：高（I≥0.75）、較高（0.65≤I＜0.75）、中（0.55≤ I＜0.65）、較低（0.45≤I＜0.55）和低（I＜0.45）[6]。

2 結果與分析

2.1 宣威高端煙葉產區海拔、地形及土壤質地分析

從表2可看出，煙葉原料產區地形地貌主要以山地和丘陵地為主，占比78%，也有部分壩區、河谷地、坡地，但分布較少，僅為22%；海拔高度在1771~ 2255 m范圍，但主要集中在1979~2133 m范圍；可見宣威高端煙葉產地以高海拔山地煙為主。在50個植煙土壤樣品中，主要有黏土和壤土2種類型。黏土有12個，占比24%，其中輕黏土10個，中黏土2個；壤土38個，占比76%，其中輕壤土4個，中壤土10個，重壤土24個。

2.2 宣威高端煙葉原料品質特征分析

2.2.1 煙葉外觀質量分析由圖1可知，25個取樣點煙葉外觀質量被聚為3類。Ⅰ類為茨嘎一庫點、迤畢點、阿浪點、新樂點、松林點、秧草點、務德二庫點、馬圖點、龍潭點、石缸點、東屯點、寶山點和務德一庫點，主要分布于宣威西南部，少量分布于東部和北部，涉及務德、西澤、熱水、倘塘、落水、龍潭、寶山和板橋8個鄉鎮，平均海拔為2068.38 m。Ⅱ類為二九七點、新啟點和虎場點，分布于宣威西北部及東部地區，涉及龍潭和寶山2個鄉鎮，平均海拔為2004.67 m。Ⅲ類為永安點、發宏點、中和點、西澤點、小箐點、三道點、馬戛點、花山四線點和窯上點，主要分布于宣威南部和西南部地區，少量交叉分布在宣威東部和東北部地區，涉及板橋、倘塘、田壩、西澤、羊場、落水和熱水7個鄉鎮，平均海拔為2031.50 m。3類取樣點平均海拔高度在2004.67~2068.38 m之間，海拔差距較小，由高到低為Ⅰ類＞Ⅲ類＞Ⅱ類。

煙葉樣品外觀質量描述性統計結果如表3所示，3類取樣點煙葉外觀質量綜合得分由高到低為Ⅰ類（0.74）＞Ⅲ類（0.72）＞Ⅱ類（0.70），彼此之間差距較小。各項質量指標的變異系數均小于10%，屬弱變異，離散程度小，說明被聚類的3類煙區煙葉外觀質量較穩定，表現為煙葉顏色橘黃、成熟度完熟、結構尚疏松、身份中等、油分足、色度強。從地域分布來看，以務德鎮、板橋鎮為代表的宣威西至南部煙區高端煙葉外觀質量表現較好。

表3 宣威高端煙葉產區煙葉外觀質量描述性統計

2.2.2 煙葉物理特性分析將同一煙葉收購點2個煙葉樣品物理特性綜合得分平均后進行聚類，結果如圖2所示，25個取樣點煙葉物理特性被聚為3類。第Ⅰ類為馬圖點、小箐點、虎場點、中和點、二九七點、永安點、新啟點、窯上點、寶山點、迤煙點、秧草點、馬戛點、東屯點、務德二庫點、西澤點、三道點、新樂點、務德一庫點、發宏點、石缸點和松林點，該類煙區廣泛分布在10個鄉鎮，主要集中于宣威西南部，平均海拔為2049.19 m。第Ⅱ類為花山四線點、龍潭點和阿浪點，零星分布于宣威西北部和西南部地區，涉及板橋、龍潭和熱水3個鄉鎮，平均海拔為 1989.50 m。茨嘎一庫點單獨聚為第Ⅲ類，位于宣威西部高海拔山地煙區，屬于務德鎮，海拔為2185.00 m。3類取樣點平均海拔高度在1989.50~2185.00 m之間，由高到低排序為Ⅲ類＞Ⅰ類＞Ⅱ類，海拔差距較小。

圖2 宣威高端煙葉產區煙葉物理特性聚類分析

煙葉樣品物理特性描述性統計結果如表4所示，3類取樣點煙葉物理特性綜合得分由高到低為Ⅱ類（0.81）＞Ⅲ類（0.80）＞Ⅰ類（0.75），綜合得分變異系數均小于10%，屬弱變異。《中國煙草種植區劃》[5]規定含梗率以小于22%最優，葉面密度以75~80 g/cm2最優，抗張力以1.8~2.0 N最優，平衡含水率以大于13.5%最優。從各項指標來看，3類煙葉含梗率在31.48%~34.74%之間，均偏高；抗張力在1.11~1.51 N之間，均低于最優標準，Ⅱ類煙葉較適宜；平衡含水率在12.84%~14.49%之間，較適宜。Ⅰ類煙葉主要特征表現為葉面密度偏低，Ⅱ類煙葉主要特征表現為各項指標與優質煙葉標準差距較小，綜合得分最高，Ⅲ類煙葉主要特征表現為葉面密度及平衡含水率較優，但抗張力較小。總體上，各產區煙葉含梗率、葉面密度、抗張力及抗張強度存在一定程度的波動，煙葉物理特性綜合得分與其變異系數呈一定的正相關。從地域分布來看，以熱水鎮、務德鎮和板橋鎮為代表的宣威西部至南部煙區以及以龍潭鎮為代表的西北部煙區高端煙葉物理特性表現較好。

表4 宣威高端煙葉產區煙葉物理特性描述性統計

2.2.3 煙葉常規化學成分分析將同一煙葉收購點2個煙葉樣品化學成分綜合得分平均后進行聚類，結果如圖3所示，25個取樣點煙葉常規化學成分被聚為3類。第Ⅰ類為松林點、西澤點、東屯點、新樂點、花山四線點、馬戛點、三道點、永安點、中和點、龍潭點、新啟點、二九七點、發宏點和虎場點，主要分布于宣威北至西北部一線以及西南部地區，涉及倘塘、西澤、板橋、落水、田壩、龍潭和寶山7個鄉鎮，平均海拔為2016.93 m。馬圖煙點單獨聚為第Ⅱ類，位于宣威西南部，屬于落水鎮，海拔為2135 m。第Ⅲ類為小箐點、務德一庫點、茨嘎一庫點、阿浪點、寶山點、務德二庫點、秧草點、石缸點、窯上點和迤畢點，主要分布于宣威西南部，少量分布于東至東南部一線，涉及羊場、務德、熱水、寶山、板橋和西澤6個鄉鎮，平均海拔為2081.45 m。3類取樣點平均海拔高度在 2016.93-~2135 m之間，由高到低排序為Ⅱ類＞Ⅲ類＞ Ⅰ類，海拔差距較小。

圖3 宣威高端煙葉產區煙葉常規化學成分聚類分析

煙葉常規化學成分描述性統計結果（表5）顯示，3類取樣點煙葉常規化學成分綜合得分由高到低為Ⅱ類（0.73）＞Ⅰ類（0.64）＞Ⅲ類（0.54）。一般認為優質烤煙總糖含量為19%~28%，還原糖含量16%~25%，總氮含量在1.5%~2.5%之間，鉀含量在1.5%以上，氯含量小于0.6%，上部煙葉煙堿含量在2.7%~3.7%之間，中部煙葉煙堿在2.1%~2.9%之間，下部煙葉煙堿 1.5%~2.2%之間，糖堿比在8~10，氮堿比在1附近，鉀氯比應大于4[7]。從各項化學指標來看，3類煙葉總氮、氮堿比、鉀氯比均符合優質煙葉需求，Ⅰ類煙葉化學成分特征主要表現為總糖含量適宜、還原糖含量及糖堿比偏低；Ⅱ類煙葉總糖含量略高，還原糖含量及糖堿比偏低；Ⅲ類煙葉總糖含量偏高，還原糖含量適宜，總植物堿含量較低，糖堿比偏高。可見3類煙葉的差異主要表現在糖類、堿類含量的差異。總體來說，Ⅱ類煙葉表現相對較好且變異系數極小，Ⅰ類、Ⅲ類煙葉的各項化學成分指標及綜合得分變異系數均大于10%，屬中等變異。Ⅰ類煙葉尤以氯離子含量、糖堿比、氮堿比、鉀氯比波動程度較大，其中，氯離子含量變異系數達83.71%。Ⅲ類煙葉以總植物堿含量、氯離子含量、糖堿比、鉀氯比波動較大，其中，氯離子含量變異系數達42.66%。從變異系數和綜合得分來看，兩者間存在一定的正相關。從地域分布來看，以落水鎮為代表的煙區高端煙葉化學成分表現最優。

表5 宣威高端煙葉產區煙葉常規化學成分描述性統計

3 討論

卷煙產品質量是否穩定在很大程度上是由煙葉質量的穩定性決定的，而對于產區來說，煙葉市場競爭力取決于產區煙葉供應能力的持續性以及煙葉品質及其穩定性[8-9]。通常以煙葉外觀質量、物理特性、常規化學成分協調性等指標來定性或定量描述煙葉品質，品質指標的穩定性與氣候、環境的變化以及種植技術、操作規范化程度都密切相關。煙葉烘烤外觀質量即煙葉外在的特征特性，是指人們感官可以做出判斷的質量方面[10-11]。煙葉外觀質量是煙葉最終分級的重要依據，是產區收購煙葉過程中判斷煙葉質量的重要參數。依據這一參數劃定的高端煙區，故要求煙區煙葉外觀質量表現穩定。宣威高端煙區煙葉外觀質量分析結果顯示，產區煙葉顏色橘黃、成熟度完熟、結構尚疏松、身份中等、油分足、色度強，整體質量較好，且不同區域間煙葉外觀質量波動小，較為穩定。潘義宏等[12]研究表明，煙葉外觀質量中的葉片結構、身份、顏色和成熟度等指標對煙葉感官質量有較大影響。沈利臣等[13]認為可在一定程度上通過煙葉外觀質量來預判其感官質量。因此外觀質量的穩定性保證了卷煙風格的穩定性。

煙葉的物理特性與加工性能、可用性和煙氣組分密切相關[14]。吳祚友等[15]認為煙葉物理指標與打葉復烤時煙葉的大片率、中片率、粗梗率顯著相關。宣威高端原料區煙葉物理特性分析結果顯示，產區煙葉物理特性整體質量尚屬穩定，但葉面密度、抗張力等指標變異較大。葉面密度反映了煙葉的發育狀況，與煙葉填充值直接相關[16]，原料區3類煙葉葉面密度存在明顯區別，僅Ⅲ類煙葉達到優質煙葉需求，Ⅰ類煙葉最低，葉面密度偏低也是導致Ⅰ類煙葉綜合得分最低的直接原因。抗張力反映了煙葉彈性，同含梗率一起影響其加工性能，但原料區煙葉含梗率普遍偏高，制約了高端煙葉原料的發展。據《中國煙草種植區劃》中物理特性指標賦值方法規定：煙葉平衡含水率以高于13.5%為最好，產區煙葉含水率在12.84%~14.49%之間，得分在8.0以上，表明煙葉吸濕性較好，利于提高煙葉加工品質。

化學成分是形成煙葉風格及品質的物質基礎，同時與外觀質量、物理特性及感官評吸質量均密切相 關[17-20]。宣威高端原料區煙葉化學成分分析結果顯示，不同產區間煙葉化學成分差異較大，通過聚類分析將原料區分為3類煙葉，Ⅰ類、Ⅱ類煙葉質量處于“中”至“較高”水平，Ⅲ類煙葉質量處于“較低”水平，主要表現在糖類、堿類物質含量上的差異，原料區煙葉的氯離子含量、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等指標變異較大，煙葉質量欠穩定。此外，煙葉物理特性、化學成分綜合得分與其變異系數呈現一定的正相關，說明質量的穩定性是評價煙區煙葉品質的重要特征。由于生態環境及煙農耕作水平的差異導致煙葉質量存在波動，因此，有必要在高端原料區開展針對性定向技術研究，將粗放化的生產管理轉向標準化的生產管理，使煙區煙葉質量進一步提高。

4 結論

研究結果表明，宣威高端煙葉原料區地形以高海拔（1771~2255 m）山地、丘陵為主，土壤質地以壤土為主；所產煙葉外觀質量、物理特性整體較優且相對穩定，但煙葉葉面密度、抗張力及抗張強度存在一定波動，部分產區煙葉葉面密度較低、含梗率偏高；原料區煙葉化學成分整體質量波動較大，不同區域間煙葉質量欠均衡，尤以氯離子含量、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等指標變異較大。綜合外觀質量、物理特性及常規化學成分，從10個鄉鎮中篩選出務德鎮、板橋鎮、熱水鎮、龍潭鎮、落水鎮作為宣威高端煙葉原料基地。可將5個鄉鎮作為示范區，為同類生態條件下煙區的生產管理提供借鑒。同時對該區域生態條件、栽培措施、烘烤工藝等進行定向研究，為高端煙葉定向生產打下基礎。