不同部位烤烟挥发性有机酸含量与烟叶品质的关系分析

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(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002; 2.四川中烟工业有限责任公司，四川 成都 610066)

烟草香气物质包括酸性、碱性、中性致香物质3种，与烟叶香气有着紧密联系。酸性致香物质中的挥发性有机酸为C10以下的低级脂肪酸和少量的芳香酸，其一直是烟草行业内较关注的部分，是烟草中重要的添加剂[1]。致香物质对烤烟的化学品质和感官质量指标有着显著影响[2]。优质烟叶既要求香气浓郁，还要求吃味醇和、劲头适中，因此烟叶的内在品质取决于香气物质、主要化学成分是否协调[3]，而烟叶化学成分又是烟叶感官质量的物质基础[4]。因此，探寻烟叶香气物质中挥发性有机酸含量与烟叶化学品质、感官质量的关系，协调挥发性有机酸与烟草中的化学成分，对指导卷烟企业选购原料有着重要意义。目前，对烤烟中挥发性有机酸的研究较多。卢秀萍等[5]、赵铭钦[6]发现，挥发性有机酸虽然含量较低但在抽吸烟叶时会直接进入烟气，赋予烤烟独特的香味特征，显著影响烤烟的香吃味。刘国顺等[7]认为，有机酸含量较多则可能造成烟气在被吸食过程中对喉部产生辛辣灼烧的感觉。胡建军等[8]研究烤烟香味成分与其感官质量的关系发现，烤烟挥发性有机酸含量与感官质量显著相关。闫克玉等[9]对国产烤烟挥发性有机酸含量进行了对比分析，发现产区、等级、色度、油分不同，烤烟挥发性有机酸含量也存在较大差异。薛超群等[10]对比分析国产和进口烤烟后发现，烤烟酸性香味成分与香气、烟气、口感特性均呈较为显著的正相关。赖燕华等[11]发现，有机酸含量对卷烟感官风格有显著影响。前人对烤烟挥发性有机酸性香味成分的研究大多集中在其对感官质量的影响及其分离提取等方面，而不同部位烤烟挥发性有机酸含量与化学品质的关系研究较少，且不同部位烤烟挥发性有机酸含量与感官评吸指标的关系还需要完善。因此，以我国11个烟叶产区的陈化烟叶为研究对象，分析烤烟不同部位烟叶挥发性有机酸性香味成分含量的差异，并探讨不同部位烟叶挥发性有机酸性香味成分含量与感官评吸指标、化学品质指标的关系，以期协调烟叶挥发性有机酸含量与化学成分，提高烟叶品质，为卷烟工业原料的选购提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为我国黑龙江、云南、四川、重庆、贵州、内蒙古、福建、江西、广东、河南、湖南11个烟叶产区297份不同部位的陈化烟叶，由四川中烟工业有限责任公司提供。其中，上部叶76份，中部叶184份，下部叶37份。

1.2 试验方法

1.2.1 烟叶化学成分测定 总糖含量测定参照YC/T 159—2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定 连续流动法》[12]，总氮含量测定参照YC/T 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定 连续流动法》[13]，氯含量测定参照YC/T 162—2002《烟草及烟草制品氯的测定 连续流动法》[14]，钾含量测定参照YC/T 173—2003《烟草及烟草制品钾的测定 火焰光度法》[15]，pH值测定参照YC/T 222—2007《烟草及烟草制品pH的测定》[16]。

1.2.2 烟叶挥发性有机酸含量测定 称取0.1 g烟草粉末置于15 mL具塞试管中，配制100 μL己二酸内标溶液，倒入具塞试管中与样品充分摇匀。再加入2 mL 10%(体积分数)硫酸-甲醇溶液，振摇5 min，室温放置过夜，进行甲酯化反应，然后加入5 mL去离子水与5 mL二氯甲烷，萃取3次，采用硫酸甲酯化-气相色谱测定烟叶中挥发性有机酸含量。

1.2.3 感官评吸指标测定 将供试烟叶用切丝机切成宽0.8 mm的烟丝，在温度22 ℃、相对湿度60%的恒温恒湿箱中平衡水分48 h，卷制成卷烟后按单料烟评吸基本要求，按照感官质量评价标准YC/T 138—1998由专职评吸人员进行评吸。按单料烟9分制评吸方法评分，求出各指标的平均值。

1.3 数据统计分析

数据处理及简单相关分析、回归分析、典型相关分析采用Excel 2007和SPSS 20.0完成。

2 结果与分析

2.1 不同部位烤烟挥发性有机酸含量的描述性统计分析

由表1可见，除β-甲基戊酸外，不同部位烟叶其他挥发性有机酸含量差异显著或极显著。其中，以异戊酸平均含量最高，正丁酸平均含量最低。下部叶正丁酸含量变异系数最高(50.00%)，上、中部叶正丁酸含量变异系数均为46.15%，说明正丁酸含量变异程度较大。中部叶β-甲基戊酸含量变异系数最高，为47.83%。上部叶辛酸含量的变异系数最小，为17.65%。中部叶辛酸、壬酸含量变异系数最小，均为23.08%。下部叶壬酸含量变异系数最小，为20.24%。不同部位烟叶挥发性有机酸总量大体表现为上部叶>中部叶>下部叶，各部位烟叶间的挥发性有机酸总量差异极显著。

表1 不同部位烤烟主要挥发性有机酸含量的描述统计结果Tab.1 Description statistical results of main volatile acids in different parts of flue-cured tobacco

注：同行平均含量后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note：Different lowercase letters after the average content of the row show significant difference(P<0.05),and different uppercase letters indicate that the difference is extremely significant(P<0.01).

2.2 烤烟挥发性有机酸含量与化学品质指标的相关性分析

对烤烟不同部位烟叶挥发性有机酸含量与部分化学品质指标进行相关性分析，结果如表2所示。上部叶中，戊酸、正丁酸、庚酸含量与钾含量呈极显著或显著正相关，己酸、壬酸、癸酸含量与钾含量呈极显著或显著负相关；各类有机酸含量与氯含量均无明显相关性；正丁酸、戊酸、庚酸、辛酸含量与总糖含量呈极显著或显著负相关；庚酸含量与总氮含量呈极显著负相关，β-甲基戊酸含量与总氮含量呈显著正相关；正丁酸、戊酸、庚酸、辛酸含量与pH值均呈极显著负相关。上部叶挥发性有机酸总量与总糖含量呈显著正相关，与钾含量和pH值呈显著负相关。

中部叶中，β-甲基戊酸含量与钾含量呈显著正相关，己酸、癸酸含量与钾含量呈显著或极显著负相关；戊酸、己酸含量与氯含量呈极显著正相关，异戊酸、β-甲基戊酸含量与氯含量呈极显著负相关；正丁酸、异戊酸、庚酸、辛酸、壬酸含量均与pH值呈极显著负相关；正丁酸、戊酸、庚酸含量与总糖含量呈极显著负相关，辛酸含量与总糖含量呈显著负相关，癸酸含量与总糖含量呈极显著正相关。中部叶挥发性有机酸总量与pH值和总糖含量均呈极显著或显著负相关。

下部叶中，庚酸含量与pH值呈极显著负相关，己酸、辛酸、癸酸含量与钾含量呈极显著或显著负相关，异戊酸含量与总氮含量呈显著正相关，庚酸含量与总糖含量呈显著负相关。下部叶挥发性有机酸总量与总氮含量呈显著正相关，与钾含量、pH值呈显著负相关。

综上，烤烟不同部位烟叶挥发性有机酸总量均与pH值呈显著或极显著负相关；上、中部烟叶挥发性有机酸总量与总糖含量分别呈显著正、负相关；上、下部烟叶挥发性有机酸总量与钾含量均呈显著负相关。

表2 不同部位烤烟主要挥发性有机酸含量与常规化学品质指标的相关性分析Tab.2 Correlation analysis between main volatile organic acid content and conventional chemical quality indexes of different parts of flue-cured tobacco

续表2 不同部位烤烟主要挥发性有机酸含量与常规化学品质指标的相关性分析Tab.2(Continued) Correlation analysis between main volatile organic acid content and conventional chemical quality indexes of different parts of flue-cured tobacco

注：*表示显著相关(P<0.05)，**表示极显著相关(P<0.01)。表3、表4同。

Note：* indicates significant correlation (P<0.05),and ** indicates extremely significant correlation (P<0.01).The same below.

2.3 烤烟挥发性有机酸含量与感官评吸指标的关系

2.3.1 不同部位烤烟挥发性有机酸含量与感官评吸指标的简单相关分析 将感官评吸指标香气质、香气量、杂气、劲头、浓度、余味、刺激性分为香气特性、烟气特性、口感特性3类，再进行挥发性有机酸含量与3类特性的简单相关分析(表3)。

由表3可见，上部叶中，己酸含量与口感特性中的余味、刺激性均呈极显著正相关，异戊酸、庚酸、辛酸含量与余味呈显著正相关，壬酸、癸酸含量与刺激性呈显著正相关；庚酸、辛酸含量与香气特性中的香气量呈极显著或显著正相关，己酸含量与杂气呈显著正相关；庚酸含量与烟气特性中的劲头呈极显著正相关，壬酸、癸酸含量与劲头呈显著或极显著负相关，正丁酸、戊酸、庚酸含量与浓度呈极显著正相关。

中部叶中，正丁酸、戊酸、己酸、辛酸、β-甲基戊酸含量与口感特性中的余味呈极显著或显著负相关，壬酸含量与刺激性呈显著负相关；β-甲基戊酸、己酸、辛酸、正丁酸含量与烟气特性中的浓度呈极显著或显著负相关，己酸含量与劲头呈显著负相关；正丁酸、己酸、辛酸含量与香气特性中的香气量呈显著负相关，正丁酸、辛酸含量与香气质呈显著负相关，癸酸含量与香气质呈显著正相关。

下部叶中，戊酸、β-甲基戊酸、己酸含量与口感特性中的余味呈极显著或显著负相关，β-甲基戊酸含量与刺激性呈极显著负相关；戊酸含量与香气特性中的香气质、香气量均呈极显著负相关，与杂气呈显著负相关，β-甲基戊酸、己酸含量与香气质呈极显著或显著负相关，己酸含量与香气量呈极显著负相关。

上部叶挥发性有机酸总量与杂气、浓度、刺激性、余味呈显著或极显著正相关，中部叶挥发性有机酸总量与香气质、香气量、刺激性、余味、浓度呈显著或极显著负相关，下部叶挥发性有机酸总量与余味、刺激性、香气质、香气量呈显著或极显著负相关。

表3 不同部位烤烟主要挥发性有机酸含量与感官评吸指标的相关性分析

续表3 不同部位烤烟主要挥发性有机酸含量与感官评吸指标的相关性分析Tab.3(Continued) Correlation analysis between main volatile organic acid content and sensory evaluation indexes of different parts of flue-cured tobacco

2.3.2 不同部位烤烟挥发性有机酸总量与口感特性的回归分析 将不同部位烤烟挥发性有机酸总量通过次序分布原则按照组距1.00进行分组，计算得出每组挥发性有机酸总量的平均值及其对应的口感特性得分的平均值，然后依次对各个部位烟叶中挥发性有机酸总量与口感特性进行回归分析。结果如表4所示，上部叶挥发性有机酸总量与口感特性呈极显著正相关，中部叶挥发性有机酸总量与烤烟口感特性呈显著负相关，下部叶挥发性有机酸总量与口感特性呈一元二次回归关系(P<0.05)。

由表4和图1可以看出，3个部位烟叶挥发性有机酸总量与口感特性的回归分析结果趋势不同，上部叶口感特性得分随挥发性有机酸含量上升而上升，中部叶口感特性得分随挥发性有机酸含量上升而降低，下部叶口感特性得分随挥发性有机酸含量上升呈先下降后上升的趋势。

表4 不同部位烤烟挥发性有机酸总量与口感特性得分的回归分析

图1 不同部位烤烟挥发性有机酸总量与口感特性得分的回归分析Fig.1 Regression analysis of total volatile organic acids and taste characteristics of different parts of flue-cured tobacco

2.3.3 烤烟挥发性有机酸含量与感官评吸指标的典型相关分析 将上部叶和中部叶中挥发性有机酸含量[正丁酸(X1)、异戊酸(X2)、戊酸(X3)、β-甲基戊酸(X4)、己酸(X5)、庚酸(X6)、辛酸(X7)、壬酸(X8)、癸酸(X9)]与感官评吸指标[香气质(Y1)、香气量(Y2)、杂气(Y3)、劲头(Y4)、浓度(Y5)、余味(Y6)、刺激性(Y7)]进行典型相关分析，下部叶可能由于样本量不足,典型相关系数检验不显著[17]，故未列出。结果如表5。

表5 烤烟上、中部叶挥发性有机酸含量与评吸指标间的典型相关分析

由表5可见，上部叶前2组典型相关系数较大且P<0.05，中部叶第1组典型相关系数较大且P<0.05。

上部叶第1组典型变量的线性表达式构成为：

U1=0.570X1-0.666X2+0.478X3+0.020X4-0.586X5+0.234X6-0.073X7+0.251X8-0.003X9；

V1=-0.158Y1+0.952Y2+0.227Y3+0.320Y4-0.718Y5-0.143Y6-0.251Y7。

从第1组典型变量中可以看出，挥发性有机酸中正丁酸含量(0.570)、异戊酸含量(-0.666)、己酸含量(-0.586)的载荷较大，评吸指标中香气量(0.952)、浓度(-0.718)的载荷较大，在典型变量中起主导作用，因此，正丁酸、异戊酸、己酸含量对感官评吸指标中浓度、香气量起主导影响，其中正丁酸含量对香气量的影响为正效应，对浓度为负效应,异戊酸、己酸含量对香气量的影响为负效应，对浓度为正效应。

第2组典型变量线性表达式构成为：

U2=0.193X1-0.004X2-0.341X3+0.122X4-0.015X5+0.399X6+0.197X7-0.988X8+0.109X9；

V2=-0.114Y1-0.542Y2+0.936Y3-0.098Y4-0.020Y5+0.708Y6-0.102Y7。

从第2组典型变量可以看出，挥发性有机酸中壬酸含量(-0.988)、庚酸含量(0.399)的载荷较大，感官评吸指标中杂气(0.936)、余味(0.708)的载荷较大，在典型变量中发挥着主导作用，由此得出，壬酸、庚酸含量对感官评吸指标中杂气、余味起主导影响，其中壬酸含量对杂气、余味的影响为负效应，庚酸含量对余味、杂气的影响为正效应。

中部叶第1组典型变量线性表达式构成为：

U1=0.126X1-0.548X2-0.022X3+0.501X4+0.882X5+0.165X6+0.114X7+0.002X8-0.454X9；

V1=0.030Y1+0.247Y2-0.196Y3-0.229Y4-1.047Y5-0.044Y6+0.168Y7。

从中部叶第1组典型变量可以看出，挥发性有机酸中β-甲基戊酸含量(0.501)、异戊酸含量(-0.548)、己酸含量(0.882)的载荷较大，感官评吸指标中浓度(-1.047)的载荷较高，在典型变量中发挥着重要作用，得出β-甲基戊酸、异戊酸、己酸含量对浓度起主要作用，β-甲基戊酸、己酸含量对浓度起负效应，异戊酸含量对浓度起正效应。

对上、中、下3个部位烟叶挥发性有机酸总量与感官评吸指标进行典型相关分析，结果如表6。由于前2对典型相关系数较大，P<0.05，选取前2对进行分析。

表6 烟叶挥发性有机酸总量与评吸指标间的典型相关分析

第1组典型变量的线性表达式构成为：

U1=0.209X1-1.018X2+0.013X3+0.518X4+0.775X5-0.060X6-0.008X7+0.209X8-0.216X9;

V1=0.646Y1+0.287Y2-0.263Y3-0.414Y4-1.119Y5-0.232Y6+0.321Y7。

从第1组典型变量可以看出，挥发性有机酸中异戊酸含量(-1.018)、己酸含量(0.775)载荷较大，感官评吸指标中香气质(0.646)、浓度(-1.119)载荷较大，说明异戊酸、己酸含量对香气质、浓度影响较大，异戊酸含量对香气质呈负效应，对浓度呈正效应,己酸含量对香气质呈正效应，对浓度呈负效应。

第2组典型变量的线性表达式构成为：

U2=0.320X1-0.450X2-0.920X3-0.122X4+0.590X5-0.035X6-0.655X7+0.052X8+0.317X9；

V2=0.371Y1-0.320Y2+0.008Y3-0.467Y4+0.333Y5+0.086Y6+0.430Y7。

从第2组典型变量可以看出，戊酸含量(-0.920)、辛酸含量(-0.655)在挥发性有机酸中载荷较大，劲头(-0.467)、刺激性(0.430)在感官评吸指标中载荷较高，反映了戊酸、辛酸含量对劲头、刺激性起重要影响，戊酸、辛酸含量对劲头起正效应，对刺激性起负效应。

3 结论与讨论

本试验结果显示，不同部位烟叶挥发性有机酸含量差异显著，由高到低依次为上部叶、中部叶、下部叶。彭艳等[18]研究发现，不同部位烟叶的挥发性有机酸总量各不相同，这与本研究结果相同。闫克玉等[9]认为，由于上、中部叶位置较高，日晒充足，而下部叶日照不充足，光合作用积累的小分子化合物较少，致使下部叶挥发性有机酸含量较少,导致挥发性有机酸总量大体表现为上部叶>中部叶>下部叶，与本研究结果一致。

前人研究认为，卷烟的香气质与化学品质有一定的相关性[19]。彭艳等[18]认为，挥发性有机酸总量与总糖、还原糖含量呈负相关。卢迪等[20]研究发现，挥发性有机酸含量与常规化学成分具有相关性。本研究中，根据烤烟挥发性有机酸含量与烟叶化学品质、感官评吸指标的相关分析得出，上部叶挥发性有机酸含量在化学品质上主要对总糖含量、pH值和钾含量有显著影响，在感官评吸指标中对杂气、浓度、余味、刺激性有显著影响；中部叶挥发性有机酸含量在化学品质上主要对总糖含量、pH值有显著影响，在感官评吸指标中对香气质、香气量、浓度、余味、刺激性有显著影响；下部叶挥发性有机酸含量在化学品质上主要对钾含量、总氮含量、pH值有显著影响，在感官评吸指标中对香气质、香气量、余味、刺激性有显著影响。上部叶由于光照充足，光合反应合成了足量的小分子化合物及淀粉[9]，这可能造成挥发性有机酸含量与总糖含量呈正相关。刘世亮等[21]研究表明，有机酸可以影响单株烟叶的钾、磷积累量，但含量没有显著差别。本研究中，挥发性有机酸含量与钾含量、pH值均呈显著或极显著负相关，这与许自成等[22]的研究一致。挥发性有机酸可以直接进入烟气，影响吃味和香味，香味好的卷烟往往含有更多的挥发性有机酸[23]。因此，不同部位烟叶的挥发性有机酸含量与香气质、香气量、杂气、浓度、余味、刺激性均有不同程度的相关性。

通过对挥发性有机酸含量与感官评吸指标的典型相关分析发现，不同部位烟叶中各类挥发性有机酸含量对感官评吸指标影响不同，上部叶中正丁酸、异戊酸、己酸含量对浓度、香气量起主导影响，壬酸、庚酸含量对感官评吸指标中杂气、余味起主导影响；中部叶中β-甲基戊酸、异戊酸、己酸含量对浓度起主要作用。这与胡建军等[8]的分析基本一致，但上部叶挥发性有机酸含量与各感官评吸指标的相关性与中、下部叶表现不同，这可能是由于不同部位烟叶其他香气物质含量与挥发性有机酸含量不协调造成的。