煙葉葉片結構與品質指標的關聯性分析

摘要：為研究不同組織結構煙葉的柔軟性及其關鍵品質指標差異，闡明煙葉組織結構與品質的關聯性，本文以‘云煙87’為材料，采用相關性分析、曲線擬合和隨機森林模型等方法，綜合分析了不同組織結構與煙葉關鍵品質指標的關聯性。結果表明：隨著組織結構趨于緊密，煙葉柔軟度值顯著增加，總糖和還原糖含量降低，淀粉、煙堿和總氮含量呈不同程度的增加，煙葉化學成分協調性降低；煙葉多酚總量隨組織結構的致密程度增大而呈上升規律。煙葉組織結構越疏松，感官評吸質量越好，主要體現在香氣質、香氣量、吃味和雜氣等方面。

關鍵詞：烤煙；柔軟度；品質；隨機森林模型；曲線擬合

中圖分類號：TS411文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2025）02－0063－06國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2025.02.009

烤煙作為我國重要的經濟作物，根據品質優劣對煙葉進行科學合理的等級劃分，對煙葉收購和卷煙配方設計具有重要意義［1］。葉片結構是影響烤煙分級與品質的重要因素，反映了煙葉細胞之間結合和構造的疏密程度。然而，在傳統的分級過程中，依賴人工通過觸感差異來評定葉片結構的疏密程度不免帶有主觀性。因此，王亞平等［2］、范建立等［3］和張曉兵等［4］對葉片結構的外觀屬性進行了探索，將葉片結構細分為柔軟度、粗糙度、顆粒感和彈性等，試圖通過定量化的方法精準評估煙葉品質。柔軟度作為衡量煙葉組織結構的一個主要度量指標，與煙葉的單葉重、葉面密度等其他物理特性存在顯著相關性，柔軟度不同的煙葉在化學組分和感官品質上存在不同程度的差異［58］。多酚類物質對煙葉的外觀質量、生理強度和煙氣質量有直接影響［9］。季舜華等［10］研究表明，葉片結構與多酚含量及相應品質指標之間具有明顯的相關性。盡管已有大量研究證實了煙葉組織結構差異會帶來煙葉品質變化［1013］，但涉及煙葉組織結構的量化研究，尤其是與煙葉主要化學成分、感官品質等的關聯性研究較少。因此，本研究選取主栽品種‘云煙87’為研究材料，并從中挑選不同葉片結構檔次的樣品作為研究對象，利用相關性分析、曲線擬合及隨機森林模型等方法，分析了組織結構變化對煙葉化學成分和品質的影響，旨在揭示組織結構與煙葉品質之間的關聯性，為煙葉品質的精確評估及其改善提供新的視角。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗地位于貴州省煙草科學研究院福泉基地（北緯26°44′53″，東經107°30′14″），供試品種為‘云煙87’。按當地優質煙葉生產技術規范進行栽培管理，保留上部4～6片有效煙葉，于成熟后一次性采收。選取倒3和倒4葉位長勢一致的煙葉進行編桿，采用三段式烘烤工藝進行烘烤。

12樣品制作

根據GB 2635—1992［14］對烤后煙葉進行分級，按葉片結構差異，將煙葉分為疏松、尚疏松、稍密和緊密4個檔次，各檔次煙葉外觀特征評價如表1所示，每個檔次挑選50片煙葉樣品。

13檢測分析

131柔軟度值測定

挑選各組織結構代表性煙葉10片，部位基本一致，在葉尖（第3～4支脈）、葉中（第6～7支脈）和葉基（第11～12支脈）位置取5 cm×2 cm大小的矩形方塊使用電腦柔軟度儀RHR1000測定柔軟度值，取平均值作為該葉片柔軟度值（柔軟度）。柔軟度值以毫牛頓（mN）表示，值越大，煙葉柔軟性越差［15］。

132常規化學成分檢測

按相關標準測定煙葉總糖及還原糖含量［16］、總氮含量［17］、煙堿含量［18］、鉀含量［19］和淀粉含量［20］。

133多酚含量測定

參考貴州省地方標準DB5/T1308—2018［21］測定綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、新綠原酸、4O咖啡?？崴?、莰菲醇基蕓香苷含量。

134感官質量評吸

依據YC/T138—1998［22］進行感官評吸。評價指標包括香氣質（10分），香氣量（10分），吃味（10分），雜氣（10分）和刺激性（10分），總分為5項得分之和。

14數據處理

使用SPSS 250對數據進行方差分析和曲線擬合。使用R編程語言建立化學成分與感官評吸質量之間的隨機森林模型并分析其相關性和貢獻率。

山地農業生物學報2025年第2期李冠輝，等：煙葉葉片結構與品質指標的關聯性分析2結果與分析

21不同組織結構煙葉柔軟度值分析

22不同組織結構煙葉化學品質分析

221常規化學成分含量

不同葉片結構檔次的常規化學成分含量如圖2所示。隨著葉片結構檔次由疏松到緊密，煙堿含量整體呈上升趨勢，稍密到緊密檔次間無顯著差異，這兩個檔次的煙堿含量均顯著高于疏松和尚疏松檔次?？偺?、還原糖含量隨葉片結構趨于緊密總體呈下降趨勢，疏松檔次煙葉兩糖含量明顯高于其他檔次，尚疏松到稍密檔次間無顯著差異；疏松檔次煙葉鉀含量最高，且顯著高于其他檔次煙葉?？偟偷矸酆侩S葉片結構緊密程度的增加而升高，各檔次間差異具有統計學意義。

222多酚類物質含量

各葉片結構檔次多酚類物質含量如圖3所示，隨著組織結構趨于緊密，綠原酸、蕓香苷、莰菲醇基蕓香苷和總多酚含量總體均呈增長趨勢；莨菪亭含量在稍密至緊密過程顯著降低；新綠原酸和4O咖啡?？鼘幩岷侩S著組織結構趨于緊密而呈先降低后升高的趨勢。

23不同組織結構煙葉感官評吸質量

24不同組織結構煙葉柔軟度與化學品質關聯分析241柔軟度與常規化學成分的關系

25不同組織結構煙葉化學指標與感官質量相關性及貢獻率分析為明確化學成分變化對感官評吸質量的影響。以隨機森林模型獲得煙葉化學成分對感官評吸質量的相關性和貢獻率（圖6）?；瘜W成分能夠解釋各感官質量評分70%以上的變異，總糖、還原糖和鉀含量與香氣質、香氣量、吃味、雜氣、刺激性和總分均呈正相關，煙堿、總氮和淀粉含量則相反，常規化學成分對感官評吸質量評分的貢獻率普遍超過75%；糖堿比值和香氣質、香氣量呈正相關關系，相關系數較小；莨菪亭與感官質量評分呈正相關關系，其余多酚類物質則相反。

以煙堿、總糖、還原糖、總氮、淀粉、新綠原酸、綠原酸、4O咖啡?？鼘幩?、莨菪亭和蕓香苷作為預測變量，評吸指標評分作為目標變量，分析化學成分對感官評吸質量指標的相對貢獻率（圖7）。通過化學成分對感官質量的貢獻率可以看出，煙堿、總糖、還原糖、總氮和淀粉等常規化學成分對香氣質、香氣量、雜氣、吃味、刺激性和總分的貢獻率占比依次為8110%、6832%、7309%、7453%、6689%和7116%，明顯高于多酚類物質。煙堿、總氮和淀粉含量對各評吸指標的貢獻率較大，而莨菪亭較低。

3討論與結論

葉片結構作為煙葉外觀質量評價的重要指標之一，在煙葉等級的判定和可用性高低方面具有重要的參考價值［35，7］。本研究發現隨著葉片組織結構趨向緊密，煙葉柔軟度值明顯上升，由疏松煙葉的3422 mN到緊密煙葉的17356 mN。疏松煙葉的柔軟度值處于30～40 mN的最適宜范圍［6］，感官評價中各指標得分最高，隨著組織結構緊密程度的增加，各指標得分均呈降低趨勢，與前人研究結果一致［10，1213］。在化學成分方面，占俊文等［6］與付秋娟等［7］研究均認為柔軟度值越小的煙葉，其總糖、還原糖和鉀含量越高，而煙堿和總氮越低，這與圖5煙葉柔軟度值與多酚類物質曲線擬合結果本研究結論一致。此外，本研究還發現煙葉組織結構越緊密，煙葉的淀粉含量越高，表明了葉片結構與常規化學成分具有明顯的相關性［2224］。同時，本研究還發現隨著葉片結構的緊密程度提高，煙葉總多酚、綠原酸和蕓香苷含量顯著提升，與前人研究結果基本一致［2526］，且煙葉柔軟度值與總多酚、綠原酸、蕓香苷等物質的曲線擬合度較高，關聯密切。上述研究驗證了通過煙葉外觀結構判定煙葉品質和可用性的科學性［12，2426］。

隨機森林作為一種高效的集成學習算法，通過整合眾多決策樹的輸出來提升模型整體的預測性能，并有效避免過擬合問題［27］。本研究以不同組織結構煙葉的化學指標為自變量，以感官品質評分為因變量構建模型，分析了對感官品質影響顯著的化學變量，剖析這些變量對感官品質的貢獻率。發現化學成分對各感官質量評分的解釋量達70%以上，總糖、還原糖和鉀含量與香氣質、香氣量、吃味、雜氣、刺激性和評吸總分呈正相關關系，煙堿、總氮和淀粉含量則相反，呈負相關關系，糖堿比值和香氣質、香氣量呈正相關關系。這與周立新等［7］研究結果相一致。針對多酚及其組分與煙葉感官評吸質量的貢獻方面，本研究表明總多酚、新綠原酸和綠原酸對煙葉感官評吸總分、香氣質、香氣量等參數指標均呈正向貢獻關系。與過偉民［28］等研究認為多酚類物質中綠原酸和蕓香苷含量與香氣質呈正相關，新綠原酸和咖啡奎寧酸含量對香氣量呈負向相關的結論基本一致。同時，本研究發現莨菪亭與感官質量指標呈負向貢獻關系，與郝賢偉［29］等研究結果一致。本研究通過化學成分對感官質量的貢獻率可以看出，不同組織結構煙葉常規化學成分對香氣質、香氣量、雜氣、吃味、刺激性和總分的貢獻率分別達到8110%、6832%、7309%、7453%、6689%和7116%。

綜上，本研究采用隨機森林學習算法構建不同組織結構煙葉化學成分與感官評吸質量指標關聯性，開展貢獻率分析，明確各個化學成分指標對感官評吸質量指標貢獻度是切實可行的，也為通過煙葉外觀指標差異，預測化學成分及感官質量變化趨勢，提供一種快速可靠的研究手段。

隨著煙葉組織結構趨于緊密，其柔軟度值顯著增加，同時感官品質趨于下降?；瘜W指標方面，總糖和還原糖含量隨煙葉的緊密程度和柔軟度值的增加而減少，而淀粉和多酚含量則表現出相反的趨勢。

（責任編輯：嚴秀芳）參考文獻：

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Associative Analysis Between Organizational Structure and Quality Indicators of Tobacco Leaves

Li Guanhui1，2， Wei Bin3， Chen Liping3， Zheng Hua3， Wu Shengjiang2， Li Delun2， Jiao Jian2， Zhang Xuekun1，

Xu Benbo1， Wei Kesu2*

（1.College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 451199， Hubei， China; 2.Guizhou Academy of Tobacco Science， Guiyang 550081， Guizhou， China; 3.Guizhou Provincial Company of China National Tobacco Corporation， Guiyang 550000， Guizhou， China）

Abstract：To explore the differences in softness and key quality indicators of tobacco leaves with different organizational structures， and to clarify the association between tobacco leaf organizational structure and its quality， ‘Yunyan 87’ in this paper was as the material， to comprehensively analyze the association between key indicators among tobacco leaves and different organizational structures based on correlation analysis， curve fitting， and random forest models. The results indicated that as the organizational structure became denser， the softness value of tobacco leaves significantly increased， while the content of total sugar and reducing sugar correspondingly decreased. The starch， nicotine， and total nitrogen levels increased to varying extents， and the coordination among chemical components in the tobacco leaves decreased. The total amount of polyphenols in the tobacco leaves showed an increasing trend with the density of tissue structure. The looser the organizational structure of tobacco leaves， the better the sensory smoking quality， which is mainly reflected in the aroma quality， aroma intensity， taste， and miscellaneous gas aspects.

Keywords：fluecured tobacco; softness; quality; random forest model; curve fitting