山東煙葉雜氣類型及其與化學成分的相關性研究

劉海偉 劉江 張金林 王永 楊少杰 劉春菊 孫延國 吳元華 石屹 歐全 朱瑩瑩 楊明峰

摘要：為了分析山東煙葉雜氣及其類型與化學成分的相關性，解析雜氣形成的化學基礎，采集6個主要植煙區的中部煙葉（C3F等級），進行感官質量評價和化學檢測。結果表明，山東煙葉化學成分總體協調，雜氣總體稍有，雜氣類型以稍明顯的木質氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。經簡單相關分析發現，雜氣總體或各類型與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、硫、氯、纖維素和半纖維素其中一個或多個指標顯著相關;而典型相關分析表明，雜氣、刺激性與還原糖、硫、半纖維素、鈉、氯等指標關系密切，雜氣類型與氯、總糖、煙堿、半纖維素、纖維素等指標關系密切。所以，影響山東煙葉雜氣的主要化學成分為氯、還原糖、總糖、硫、煙堿、半纖維素和鉀，今后可采取相關措施進行調控，以提升產區煙葉質量。

關鍵詞：烤煙;雜氣;感官質量;氯;硫;刺激性;山東省

中圖分類號：S572 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2022）01-0049-06

煙葉作為卷煙等吸嗜品的原料，其品質的最終判定指標是感官評價質量。感官質量是外觀質量、物理質量和化學質量等各個指標協調的表現，因此感官質量與外觀、物理、化學指標均具有一定相關性，還受到品種、土壤、氣候、生產技術等因素的影響[1]。有研究表明，煙葉顏色參數與煙葉化學成分、感官質量具有顯著相關性[2]，煙葉外觀特征與感官質量也具有相關性[3，4]。煙葉的化學成分與品質密切相關，對煙葉品質的研究即是探尋化學成分與煙葉感官評吸質量關系的過程。有研究已建立化學成分與感官指標的相關性[5]，也有研究通過回歸、神經網絡等建立了煙葉化學成分與感官質量的相關預測模型[6]。

感官質量指標中，雜氣和刺激性是兩個對煙葉質量影響較大的缺陷型指標，也是制約卷煙產品品質的主要因素。煙葉或煙氣中發出的種種令人厭惡的不良氣息統稱為雜氣，一般分為青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質氣、土腥氣、金屬氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、地方性雜氣等。青雜氣、生青氣等，可通過加工處理消除或減弱，也稱消釋型雜氣;而松脂氣和地方性雜氣等難以通過工藝處理消除，為持久型雜氣。同其它感官質量指標一樣，雜氣與煙葉外觀質量、物理質量和化學質量具有一定的相關性，同煙葉回潮等后續加工措施也有相關性[3，7]。在化學指標相關性方面，曹景林等[8]總結前人研究發現，雜氣一般與總氮、煙堿、氯、硫、兩糖比等指標呈正相關，與總糖、還原糖、鉀、糖堿比、氮堿比、兩糖差、鉀氯比、鉀硫比等指標呈負相關。但國內外對煙葉雜氣類型及其與化學指標相關性的研究分析較少[3]。

山東是我國傳統植煙區，也是我國重要的優質烤煙產地之一。但近年來煙葉雜氣成為該煙區提升煙葉質量和工業可用性的主要限制因素之一。為此，本研究以采集的山東主要煙區C3F等級烤后煙葉為材料，分析山東煙葉主要雜氣類型及其與煙葉化學成分的關系，解析雜氣形成的化學基礎，以期為降低煙葉雜氣、提升煙葉總體質量提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

2020年11月在山東煙區采集C3F等級烤后煙葉樣品70個。樣品數量大體按各地市植煙面積分配，其中臨沂27個、濰坊24個、日照8個、淄博6個、萊蕪2個、青島3個。所取樣品一分為二，其中用于化學檢測的樣品進行烘干、粉碎，過20目篩備用;用于感官質量評吸的樣品去除煙筋后平衡水分達到16% ～18%，切絲、卷制，評吸前置于溫度22℃ ±1℃、相對濕度60% ±2%的衡溫衡濕箱平衡48h。

從2019、2020年山東化學評價和感官評價的C3F等級烤后煙葉樣品中再選擇雜氣較為豐富的51個樣品，就雜氣類型進行專項感官評價，其中臨沂15個、濰坊22個、日照8個、萊蕪4個、青島2個。

1.2 煙葉化學成分檢測

分別參照煙草行業標準YC/T159—2002、YC/T216—2007、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T162—2002，采用連續流動法測定煙葉還原糖、總糖、淀粉、煙堿、總氮、氯含量;參照煙草行業標準YC/T173—2003采用火焰光度法測定煙葉鉀、鈉含量;參考標準LY/T1270—1999采用光度比濁法測定煙葉硫含量;參照標準NY/T3494—2019測定纖維素、半纖維素、木質素含量。

1.3 煙葉感官質量評價

煙葉感官質量評價由中國農業科學院煙草研究所、山東中煙工業有限公司、山東省煙草公司評吸專家共同實施，評價方法在煙草行業標準YC/T138—1998《煙草及煙草制品感官評價方法》的基礎上改進優化。評價指標主要包括香型、勁頭、濃度、香氣質、氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性和灰色，其中香型不計分，其它指標滿分分別計為5、5、15、20、25、18、12、5、5分。計算感官評價總體得分時，勁頭、濃度不計入，為其它7項指標的加和。雜氣和刺激性是感官評價中的兩個負向因素，因此兩者評分與其強烈程度呈負相關，得分越高，雜氣或刺激性越不明顯。

雜氣類型感官質量評價由山東中煙工業有限公司和中國農業科學院煙草研究所評吸專家共同實施。雜氣分青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質氣、土腥氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、金屬氣和其它雜氣共10個類型。采用5分制計分，分3個等級：<1分，微顯;1～3分，稍顯;>3分，明顯。分數越高，雜氣越明顯，超過半數專家檢出才可認定計入樣品平均分數。

1.4 數據分析

本研究將烤后煙葉的雜氣、刺激性與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、硫、氯、纖維素、半纖維素、木質素等化學成分指標進行典型相關分析，雜氣類型與化學成分指標也進行典型相關分析。典型相關和泊松相關分析應用IBM SPSS19.0軟件進行（代表P<0.05，代表P<0.01）。圖表用MicrosoftExcel2010繪制。

2 結果與分析

2.1 山東煙葉化學成分含量分析

由表1可見，山東煙葉還原糖含量平均值為19.66%，有71.4%的樣品在適宜范圍（17% ～24%）內;總糖含量平均值為26.01%，有54.3%的樣品在適宜范圍（22% ～29%）內;淀粉含量平均值為4.63%，有60%的樣品在1% ～5%范圍內;總氮含量平均值為1.78%，有74.3%的樣品在適宜范圍（1.4% ～2.4%）內;煙堿含量平均值為2.10%，有84.3%的樣品在1.5% ～3.0%范圍內;鉀含量平均值為1.56%，含量高于1.4%的樣品占75.7%;鈉含量平均值為0.026%，含量低于0.04% 的樣品占94.3%;硫含量平均值為0.37%，含量低于0.6%的樣品占91.4%;氯含量平均值為0.32%，含量低于0.8%的樣品占92.9%;纖維素含量平均值為5.79%，含量低于8%的樣品占95.7%;半纖維素含量平均值為7.86%，含量低于10%的樣品占74.3%;木質素含量平均值為0.97%，含量低于1.5%的樣品占97.1%;糖堿比平均值為10.20，80%的樣品在6～15范圍內;兩糖比平均值為0.76，比值高于0.75的樣品占55.7%;氮堿比平均值為0.89，55.7%的樣品在0.7～1.0范圍內;鉀氯比平均值為7.01，比值高于2.5的樣品占81.4%。

總體上，此次分析的山東煙葉樣品化學成分相對協調，僅兩糖比、氮堿比稍有不足。數據分布上，氯、硫和鉀氯比等指標變異系數相對較大，其它指標數據均一性較好。

2.2 山東煙葉感官質量評價與雜氣類型分析

由表2可以看出，山東煙葉樣品勁頭、濃度、香氣質較好，香氣量較足，余味較舒適，有雜氣，微有刺激性，燃燒性中等，灰色灰白。各指標的變異系數均小于10%，數據均一性較好。感官質量評價總分分為5個等級，其中等級為好（>75.0分）和較好（>73.5～75.0分）的占55%以上，中等（>72.0～73.5分）占25%，較差（70.5～72.0分）和差等級（<70.5分）的樣品不到20%。從樣品雜氣數據分布來看，雜氣稍有（12～15分）的樣品占54.3%，其余45.7%的樣品均分布在有雜氣（9～12分）區間。

雜氣類型的感官評價上，所取樣品10種雜氣均有檢出，其中青雜氣、枯焦氣和木質氣檢出率為100%，但根據原則僅7種雜氣認定有效，只有木質氣認定率為100%（表3）。青雜氣和金屬氣樣品檢出率與認定率相差較大，檢出率均高于70%，認定率均不到20%;生青氣和土腥氣樣品檢出率均高于95%，認定率也相對較高，均超過50%;枯焦氣樣品檢出率為100%，認定率也達到98.04%;松脂氣、花粉氣、藥草氣和其它雜氣樣品檢出率均不足30%，僅其它雜氣有3.92%的認定，以堿性雜氣為主。

所有類型雜氣的平均分數均小于3，其中枯焦氣和木質氣平均分數均大于2，生青氣和土腥氣平均分數均大于1，雜氣稍顯;青雜氣、金屬氣和其它雜氣平均分數皆小于1，雜氣微顯（圖1）。結合認定率結果認為，山東煙葉雜氣類型以稍明顯的木質氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。

2.3 山東煙葉雜氣、刺激性與化學成分的相關性分析

由簡單泊松相關分析可得，雜氣與還原糖、硫、氯、纖維素和半纖維素呈顯著或極顯著正相關，與鉀、鈉呈顯著負相關，而刺激性與淀粉呈顯著負相關，與煙堿、纖維素呈顯著正相關（表4）。

對雜氣、刺激性評分與化學成分各指標進行典型相關分析，提取出兩對典型相關系數，其中第1對典型變量X1和Y1的相關系數為0.670，達顯著水平，說明煙葉雜氣、刺激性與化學成分存在顯著典型相關。

對比標準化后的相關系數發現，雜氣（-0.930）對第1個典型變量X1的影響遠大于刺激性（-0.164），所以變量X1主要反映的是雜氣因素，且X1與雜氣和刺激性評分指標均呈負相關。對第2個典型變量Y1影響的大小排序為：還原糖（0.522）、硫（0.397）、半纖維素（0.347）、鈉（-0.335）、氯（0.306）、淀粉（-0.277）、纖維素（0.233）、煙堿（0.160）、鉀（-0.157）、總糖（-0.123）、總氮（-0.092）、木質素（0.048），Y1與總糖、淀粉、總氮、鉀和鈉呈負相關，與其它化學指標呈正相關。

2.4 山東煙葉不同類型雜氣與化學成分的相關性分析

從簡單泊松相關分析結果（表4）來看，青雜氣與淀粉呈極顯著正相關;生青氣與還原糖、總糖呈顯著或極顯著正相關;枯焦氣與總氮、煙堿呈極顯著正相關，與鈉呈極顯著負相關;土腥氣與氯、半纖維素呈極顯著、顯著正相關，與鉀呈顯著負相關;金屬氣與鉀呈顯著負相關;其它雜氣與氯呈極顯著正相關，與鉀呈顯著負相關。

將各雜氣類型與化學成分各指標進行典型相關分析，提取的7對典型系數中僅第1對（U1和V1）相關達顯著水平，相關系數為0.794，說明煙葉雜氣類型與化學成分存在顯著典型相關，所以選擇第1對典型變量進行詳細分析。

標準化后分析發現，第1個典型變量雜氣組U1中影響大小排序為其它雜氣（0.692）、枯焦氣（-0.535）、土腥氣（0.430）、生青氣（0.227）、青雜氣（0.158）、木質氣（0.099）、金屬氣（0.010），其中U1與枯焦氣呈負相關，與其它雜氣類型呈正相關。第2個典型變量化學成分組V1中影響大小排序為氯（1.146）、總糖（0.375）、煙堿（-0.352）、半纖維素（0.333）、纖維素（0.291）、淀粉（-0.228）、還原糖（-0.217）、木質素（0.216）、總氮（-0.142）、硫（0.100）、鈉（0.061）、鉀（-0.042），V1與還原糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀呈負相關，與其它化學指標呈正相關。

3 討論與結論

山東煙葉風格特征鮮明，得到多家企業的認可，在我國煙草產業體系建設和中式卷煙發展中起到重要作用。徐波等[9]對山東濰坊、臨沂、日照煙葉香型風格特征評價發現，三地煙葉雜氣稍有，均以枯焦氣、木質氣和青雜氣為主，本研究也發現山東煙葉主要稍有木質氣和枯焦氣，常伴有生青氣和土腥氣。

雜氣是影響煙葉質量的關鍵因素，探究雜氣形成的化學基礎是降低雜氣的關鍵。盧曉華等[1]發現桂陽煙葉雜氣與還原糖、總糖、氯呈顯著正相關，與煙堿、總氮呈顯著負相關。對河南70余個煙葉樣品分析表明，雜氣僅與還原糖和鉀顯著相關[10]。貴州黔南烤煙雜氣與氯正相關，與還原糖負相關[11]。福建三明中部煙葉雜氣與煙堿、總氮正相關，與總糖、還原糖、糖堿比負相關[12]。本研究發現，山東煙葉與雜氣正相關的主要化學成分為氯、還原糖、總糖、硫、煙堿、半纖維素，負相關的主要是鉀。不同區域研究結果存在差異，可能與各產區生態條件和生產措施的差異有關。

煙草是眾所周知的喜鉀忌氯作物，煙葉氯含量過高，燃燒性顯著下降，甚至熄火。此前研究也證實，氯與煙葉雜氣正相關，鉀和鉀氯比與雜氣負相關。有研究表明增施鉀肥可降低煙葉中的雜氣，提高煙葉總體質量[13]。北方煙葉鉀含量相對較低，氯含量變異程度較大，部分產區煙葉氯含量過高，掩蓋了可溶性糖和含氮化合物對煙葉評吸質量的作用，成為制約北方煙葉吸食品質的主要因素[14]。本次研究也發現，煙葉氯含量較高，感官評吸專家一致認為土腥氣較重，且燃燒不充分還會產生濃重的枯焦氣和木質氣。

硫是煙草生長必需的中量營養元素，但含量過高會對煙葉質量產生不良影響。煙草是忌氯作物，所以鉀肥多施用硫酸鉀，長年積累造成土壤有效硫含量過高，從而可能導致煙葉硫含量過高[15]，可通過施肥、灌溉、輪作、土壤改良等措施控制煙葉硫含量[16]。初曉鵬[17]研究發現，福建、云南中部煙葉硫含量較高且數據變異較大，與雜氣呈顯著正相關;而四川煙葉硫含量變異較小，且均低于0.3%，與雜氣相關性不顯著。本研究中也有8.6%的煙葉樣品硫含量超過0.6%，所以在感官質量評價中硫與雜氣顯著相關。煙葉硫含量較高時，感官評價澀口感強，腥味滯舌，雜氣類型豐富;過高時，甚至有淡淡硫磺氣息。

纖維素和半纖維素是植物多糖的一種，是煙葉細胞壁物質的主要組分。纖維素類物質可以提高煙葉燃燒性，增強煙葉持火力，但含量過高則煙葉組織粗糙且易破碎，燃燒后煙氣灼熱粗糙，易產生令人不愉快的氣味[18]。郭松[19]研究發現，清香型烤煙纖維素含量與雜氣呈顯著正相關。本研究也發現，纖維素和半纖維素與雜氣呈正相關，纖維素高的樣品，感官評吸澀口滯舌，雜氣比較豐富，木質氣重。

需要指出的是，本研究中還發現，鈉與雜氣呈負相關，說明適當提高煙葉鈉含量有宜于降低雜氣。這個結論的基礎可能是此次分析的樣品鈉含量總體較低，含量超過0.04%的樣品僅占5.7%。對于鈉含量較高的樣品，感官評吸也表示有灰塵感，說明鈉含量也應該控制在一定范圍內。

綜之，水溶性碳水化合物和含氮化合物的協調性總體上是煙葉感官質量的基礎，特別當其它化學成分含量在適宜和較適宜范圍內，雜氣與還原糖、總糖、煙堿等關系更為顯著[20];而氯、硫、半纖維素等含量較高，對化學成分協調性產生個性化的影響，此時這些指標則與雜氣產生顯著的相關關系。

山東煙葉化學成分總體相對協調，感官質量總體較好。煙葉樣品雜氣總體稍有，54.3%和45.7%樣品的雜氣分別分布在稍有和有兩個等級。煙葉樣品中10個雜氣類型（青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質氣、土腥氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、金屬氣和其它雜氣）均有檢出，但松脂氣、花粉氣、藥草氣未被統一認定。煙葉被認定的雜氣類型以稍明顯的木質氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。簡單相關分析發現，雜氣與硫、半纖維素、纖維素、還原糖、鈉、鉀、氯顯著相關，刺激性與淀粉、煙堿和纖維素顯著相關，雜氣各類型與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、氯、半纖維素其中一個或多個指標相關。典型相關分析也發現，雜氣和刺激性與還原糖、硫、半纖維素、鈉、氯等指標相關，雜氣類型與氯、總糖、煙堿、半纖維素、纖維素等指標相關。所以，要降低山東煙葉雜氣和刺激性，首先保持總糖、還原糖、煙堿、總氮的總體協調，再注意氯、硫、纖維素、半纖維素、鉀、鈉等化學成分保持在相對合理的范圍。