云南罗平烟区烟叶主要化学成分含量及其与感官质量的相关性

李 超，刘永来，关罗浩

（广东中烟工业有限责任公司，广东 广州510000）

0 引言

【研究意义】烟叶化学成分是烟叶质量评价的重要指标，也是工业企业原料选用的重要依据，一直备受研究者的关注［1－3］。但由于我国植烟区域分布面广，不同地域生态条件差异明显，所产烟叶的化学成分含量存在明显差异。云南省罗平县位于北回归线附近的滇东高原，年产烤烟约3.25万t，是我国传统优质烟叶的主产区之一。境内地形复杂，立体气候差异明显，土壤类型复杂多样，其自然条件造成罗平县境内烟叶质量风格的差异。因此，明确罗平烟区烟叶化学成分状况对于促进烟叶在卷烟配方中的合理使用具有重要意义。【前人研究进展】近年来，关于罗平县烟叶化学成分含量特征已有较多研究报道。李自强等［4］研究了罗平县不同海拔高度和土壤类型与中部烟叶化学成分的关系。王亚虹等［5］研究了土壤碱解氮及速效钾对罗平烟叶钾含量的影响。董建新等［6－7］等分析比较了罗平县不同品种烟叶的化学成分和香气成分的差异。【研究切入点】未见罗平县不同区域（乡镇）主要化学成分含量与感官质量相关性的研究报道，为此，选择2015－2018年罗平县10个植烟乡镇的423个中上部烟叶样品进行研究。【拟解决的关键问题】探明罗平县各乡各乡镇中上部叶主要化学成分的含量及其与感观评吸质量的相关性，以期为其生产技术方案的改进和卷烟配方的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

烟叶样品：C3F和B2F等级烟叶样品共423个，其中，中部叶（C3F）213个，上部叶（B2F）210个，于2016－2019年采自云南罗平县罗雄镇、大水井乡、板桥镇、钟山乡、旧屋基彝族乡、九龙镇、马街镇、老厂乡、富乐镇和阿岗镇等10个主要植烟乡镇。

1.2 方法

1.2.1 烟叶化学成分测定 烟叶样品经过50℃烘干，去梗粉碎后按照行业标准YC／T 159－2002、YC／T 161－2002、YC／T 173－2003、YC／T 162－2002和YC／T 216－2013的方法采用连续流动法测定烟碱、总氮、还原糖、钾、氯和淀粉的含量。烟叶化学成分的含量是否适宜，参照文献［8］的优质烟叶化学成分含量标准判定。优质烟叶化学成分含量标准：还原糖含量为18%～24%，烟碱含量为1.50%～3.50%，总氮含量为1.50%～2.50%，钾含量＞1.50%，氯含量为0.30%～0.80%，淀粉含量＜5.00%，糖碱比为8.00～12.00，氮碱比为1.00左右，钾率比＞4.00［8］。

1.2.2 感官评价质量与主要化学成分的相关性 采用简单相关分析法对感官评吸结果与主要化学成分进行相关性分析。感官评价质量：烟叶样品经去梗、切丝、烘干和平衡水分后卷制成卷烟，由广东中烟工业有限责任公司评吸小组人员对香气质、香气量、浓度、杂气、刺激性、余味和劲头等7个指标采用9分制打分进行评价。

1.2.3 聚类分析 采用平方欧氏距离法对罗平县10个主要植烟乡镇上部烟叶（B2F）和中部叶（C3F）的烟碱、总氮、还原糖、钾、氯和淀粉含量进行系统聚类分析。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和PASW Statistics 18对数据进行统计、分析与制图，用邓肯氏新复极差法（Duncan）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 罗平县烟叶主要化学成分的含量

2.1.1 上部叶 从表1看出，上部叶还原糖含量为12.40%～29.68%，平均21.03%；烟碱含量为1.96%～4.86%，平均3.28%；总氮含量为1.59%～3.13%，平均2.33%；钾含量为0.83%～2.39%，平均1.51%；氯含量为0.04%～1.68%，平均0.39%；淀粉含量为1.04%～8.60%，平均2.90%；糖碱比为2.80～13.53，平均6.74；氮碱比为0.52～1.06，平均0.72；钾氯比为0.49～50.99，平均9.46。其中，还原糖、烟碱、总氮和钾、氮碱比变异系数相对较小，均＜20.0%；氯含量和钾氯比变异系数较大，分别达84.6%和96.5%；烟叶氯、淀粉、糖碱比、氮碱比和钾氯比的峰度系数均＞0，分布较集中，为尖峭峰。还原糖、烟碱、总氮和钾含量的峰度系数均＜0，其分布较分散，呈平坦宽阔峰。总体看，罗平县上部烟叶还原糖、总氮和淀粉的含量适较适中，部分样品烟碱含量偏高，钾和氯含量偏低。

表1 罗平县上部叶（B2F）及中部叶（C3F）化学成分的含量Table 1 Chemical component content in upper leaves（B2F）and middle leaves（C3F）of flue－cured tobacco in Luoping County

2.1.2 中部叶 从表1可知，中部叶还原糖含量为11.20%～33.24%，平均24.66%；烟碱含量为1.00%～3.75%，平均2.07%；总氮含量为1.50%～2.61%，平均1.87%；钾含量为0.29%～2.99%，平均1.68%；氯含量为0.04%～1.99%，平均0.32%；淀粉含量为0.88%～7.71%，平均3.48%；糖碱比为3.28～31.99，平均12.91；氮碱比为0.60～1.54，平均0.94；钾氯比为0.61～56.39，平均13.45。其中，还原糖、总氮和氮碱比等指标的变异系数相对较小，均＜20.0%；氯和钾氯比的变异系数相对较高，分别达96.9%和98.7%。还原糖、烟碱、钾、氯、淀粉、糖碱比、氮碱比和钾氯比的峰度系数均≥0，其分布较为集中，为尖峭峰。总氮的峰度系数小于0，其分布较为分散，为平阔峰。总体看，罗平县中部烟叶总氮、烟碱、淀粉的含量相对适宜，部分样品的钾含量相对较低，部分样品的还原糖含量相对较高，糖碱比较高。

2.2 罗平县各乡镇烟叶化学成分的含量

2.2.1 上部叶 从表2可知，罗平县不同乡镇间上部烟叶主要化学成分含量的变化。还原糖：阿岗镇最高，为22.21%；钟山乡其次，为21.99%；富乐镇最低，为19.19%；富乐镇和旧屋基彝族乡显著低于钟山乡和阿岗镇，但与其余乡镇间差异不显著，其余乡镇间差异不显著。烟碱：旧屋基彝族乡最高，为3.87%；钟山乡其次，为3.52%；富乐镇最低，为3.10%；旧屋基彝族乡显著高于其余乡镇，富乐镇显著低于钟山乡，其余乡镇间差异不显著。总氮：旧屋基彝族乡最高，为2.55%；老厂乡和富乐镇其次，均为2.46%；大水井乡最低，为2.07%；旧屋基彝族乡显著高于除老厂乡、富乐镇、阿岗镇和钟山乡外的其余乡镇，大水井乡显著低于除罗雄镇、九龙镇和马街镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。钾：老厂乡最高，为1.86%；板桥镇其次，为1.68%；阿岗镇最低，为1.20%；老厂乡显著高于其余乡镇，阿岗镇显著低于其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。氯：阿岗镇最高，为0.60%；钟山乡其次，为0.53%；旧屋基彝族乡和富乐镇最低，均为0.25%；阿岗镇显著高于除钟山乡和马街镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。淀粉：钟山乡最高，为3.90%；板桥镇其次，3.39%；富乐镇最低，为2.44%；钟山乡显著高于除板桥镇的其余乡镇，板桥镇显著高于除罗雄镇、大水井乡、旧屋基彝族乡及九龙镇外的其余乡镇，罗雄镇、大水井乡、旧屋基彝族乡及九龙镇间和罗雄镇、大水井乡、旧屋基彝族乡、九龙镇、马街镇、老厂乡、富乐镇及阿岗镇间差异不显著。糖碱比：不同乡镇为5.12～7.37，旧屋基彝族乡显著低于除老厂乡和富乐镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异均不显著。氮碱比：不同乡镇为0.65～0.81，富乐镇显著高于除马街镇、老厂乡和阿岗镇外的其余乡镇，大水井乡显著低于除罗雄镇、钟山乡、旧屋基彝族乡和九龙镇外的其余乡镇。钾氯比：不同乡镇为4.88～15.45，九龙镇显著高于除板桥镇、旧屋基彝族乡、老厂乡和富乐镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。

2.2.2 中部叶 从表3看出，罗平县不同乡镇间中部烟叶主要化学成分含量的变化。还原糖：阿岗镇最高，为28.50%；马街镇其次，为27.70%；大水井乡最低，为21.40%；阿岗镇显著高于除旧屋基彝族乡和马街镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。烟碱：板桥镇最高，为2.41%；大水井乡其次，为2.27%；阿岗镇最低，为1.80%；板桥镇显著高于除大水井乡、钟山乡、旧屋基彝族乡、九龙镇和富乐镇外的其余乡镇，阿岗镇显著低于除罗雄镇、马街镇和老厂乡外的其余乡镇，其余乡镇间差异不显著。总氮：富乐镇最高，为2.04%；板桥镇其次，为2.03%；马街镇最低，为1.67%；富乐镇显著高于除大水井乡、板桥镇、钟山乡和老厂乡外的其余乡镇，马街镇显著低于除罗雄镇、旧屋基彝族乡、九龙镇和阿岗镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异不显著。钾：老厂乡最高，为2.16%；大水井乡其次，为1.99%；阿岗镇最低，为1.40%；老厂乡显著高于除大水井乡外的其余乡镇，阿岗镇显著低于除钟山乡、旧屋基彝族乡和马街镇外的其余乡镇，其余乡镇间差异显著或不显著。氯：钟山乡最高，为0.40%；马街镇其次，为0.37%；大水井乡最低，为0.21%；各乡镇间差异均不显著。淀粉：阿岗镇最高，为4.07%；钟山乡和马街镇其次，均为4.06%；大水井乡最低，为2.24%；钟山乡、马街镇和阿岗镇显著高于大水井乡和富乐镇，大水井乡显著低于钟山乡、九龙镇和阿岗镇，罗雄镇、板桥镇、钟山乡、旧屋基彝族乡、九龙镇、马街镇、老厂乡及阿岗镇间和罗雄镇、大水井乡、板桥镇、旧屋基彝族乡、老厂乡和富乐镇间差异不显著。糖碱比：不同乡镇为10.0～16.9，阿岗镇显著高于除马街镇外的其余乡镇，马街镇显著高于大水井乡和板桥镇，罗雄镇、大水井乡、板桥镇、钟山乡、旧屋基彝族乡、九龙镇、老厂乡及富乐镇间和罗雄镇、钟山乡、旧屋基彝族乡、九龙镇、马街镇、老厂乡及富乐镇差异不显著。氮碱比：不同乡镇为0.84～1.05，老厂乡和阿岗镇显著高于除罗雄镇、钟山乡、九龙镇、马街镇和富乐镇外的其余乡镇，旧屋基彝族乡显著低于罗雄镇、老厂乡、富乐镇和阿岗镇，其余乡镇差异不显著。钾氯比：不同乡镇为6.03～19.66，旧屋基彝族乡显著低于其余乡镇，罗雄镇、大水井乡、板桥镇、钟山乡、九龙镇、老厂乡及富乐镇间和罗雄镇、大水井乡、板桥镇、钟山乡、九龙镇、马街镇、富乐镇及阿岗镇间差异不显著。

表2 罗平县各乡镇烤烟上部叶（B2F）化学成分的差异性Table 2 Difference in chemical component of upper leaves（B2F）in flue－cured tobacco in towns of Luoping County

表3 罗平县各乡镇烤烟中部叶（C3F）化学成分的差异性Table 3 Difference in chemical component of middle leaves（C3F）in flue－cured tobacco in towns of Luoping County

2.3 罗平县各乡镇烟叶主要化学成分的聚类分析

2.3.1 上部叶（B2F）从图1A看出，在平方欧氏距离为15处可将所有烟叶样品分为3类。第1类包括罗雄镇、大水井乡、九龙镇、板桥镇、老厂乡和富乐镇，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮、钾和淀粉含量较适中，氯含量偏低。第2类包括马街镇、阿岗镇和钟山乡，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮、氯和淀粉含量较适中，钾含量偏低。第3类仅有旧屋基彝族乡，其烟叶的还原糖、钾和淀粉含量较适中，烟碱和总氮含量偏高，氯含量偏低。

2.3.2 中部叶（C3F）从图1B看出，在平方欧氏距离为10处可将所有烟叶样品分为4类：第1类包括马街镇和阿岗镇，其烟叶的总氮、烟碱和淀粉含量较适中，还原糖含量较高，钾和氯含量较低。第2类包括罗雄镇、九龙镇、钟山乡和旧屋基彝族乡，其烟叶的还原糖、淀粉含量较适中，烟碱含量中偏高，钾和氯含量较低。第3类包括大水井乡、富乐镇和板桥镇，其烟叶的还原糖、总氮，钾含量较适中，烟碱含量偏高，淀粉和氯含量偏低。第4类仅有老厂乡，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮和淀粉含量较适中，钾含量较高，氯含量较低。

图1 罗平县各乡镇上部烟叶及中部烟叶主要化学成分的聚类结果 Fig.1 Clustering result of main chemical component in upper and middle leaves of flue－cured tobacco in towns of Luoping County

2.4 烟叶主要化学成分与感官评吸质量间的相关性

2.4.1 上部叶 从表4可知，还原糖与香气质、香气量、刺激性、劲头和总分呈正相关，与杂气、浓度和余味间呈负相关。烟碱与香气质、香气量和总分呈正相关，与浓度呈极显著正相关，与劲头呈显著正相关；烟碱与杂气和余味呈负相关，与刺激性呈显著负相关。总氮与香气量、余味和劲头呈正相关，与浓度和总分呈显著正相关；与香气质、杂气和刺激性呈负相关。淀粉与香气质、杂气、刺激性和余味呈正相关，与香气量、浓度、劲头和总分呈负相关。钾与香气质、杂气、余味、劲头和总分呈正相关，与香气量、浓度和刺激性呈负相关。氯与香气质、香气量、浓度和刺激性呈正相关，与杂气、余味、劲头和总分呈负相关。2.4.2 中部叶 从表4看出，还原糖与香气质、杂气和余味呈正相关，与浓度、刺激性、劲头和总分呈负相关，与香气量呈显著负相关。烟碱与香气质和浓度呈正相关，与香气量、劲头和总分呈显著正相关；与杂气、刺激性和余味呈负相关。总氮与香气质、浓度、劲头和总分呈正相关，与香气量呈显著正相关；与杂气、刺激性和余味呈负相关。淀粉与香气量、杂气和余味呈正相关，与香气质、浓度、刺激性、劲头和总分呈负相关。钾与香气质、香气量、杂气、浓度、余味和总分呈正相关，与刺激性和劲头呈负相关。氯与杂气、浓度、刺激性、余味、劲头和总分呈正相关，与香气质和香气量呈负相关。

表4 烟叶主要化学成分与感官评吸指标间的相关性 Table 4 Correlation between main chemical component and sensory smoking index of flue－cured tobacco

3 讨论

罗平烟区烟叶大田生长前期多光少雨气温较高，有利于糖分的快速积累、抑制烟碱、蛋白质和含氮化合物形成，烤烟大田中后期寡照多雨气温偏低能有效降低烟叶糖分的耗失和转化［9］。罗平烟区烟叶的氯含量较低且变异较大，可能是由于近年来，烟草作为忌氯作物基本不施用含氯肥料及有机肥，植烟土壤中氯元素长期得不到补充，导致烟叶的氯含量偏低。而且氯是一种易被淋失的元素，在雨水的冲刷下，地势较高的土壤氯淋失现象严重，地势较低的土壤则出现氯的富集现象，进而导致烟叶的氯含量变异较大［10－11］。罗平烟区部分烟叶样品钾含量偏低则可能是由于当地烤烟成熟期气温较低所致。该地区的气候特点：春季升温早，秋季降温快，烟叶成熟期的气温偏低、降雨量较多，这会导致成熟期烟株呼吸强度下降，糖分解代谢减弱，使烟株对钾的主动吸收、运输和积累的物质及能量基础匮乏［12－14］。总体看，罗平烟区烟叶具有高糖适氮低钾低氯的特征，与侯小东等［15－16］的研究结果相似，其烟叶化学风格的特点正是云南独特的气候所致。研究结果表明，罗平烟区上部叶和中部叶的还原糖、烟碱、总氮、钾、氯和淀粉含量平均分别为21.03%和24.66%、3.28%和2.07%、2.33%和1.87%、1.51%和1.68%、0.39%和0.32%、2.90%和3.48%，上部烟叶还原糖、总氮和淀粉的含量适较适中，部分样品烟碱含量偏高，钾和氯含量偏低；中部烟叶总氮、烟碱、淀粉的含量相对适宜，部分样品的钾含量相对较低，部分样品的还原糖含量相对较高，糖碱比较高。上部叶在平方欧氏距离为15处可将所有烟叶样品分为3类：第1类包括罗雄镇、大水井乡、九龙镇、板桥镇、老厂乡和富乐镇，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮、钾和淀粉含量较适中，氯含量偏低；第2类包括马街镇、阿岗镇和钟山乡，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮、氯和淀粉含量较适中，钾含量偏低；第3类仅有旧屋基彝族乡，其烟叶的还原糖、钾和淀粉含量较适中，烟碱和总氮含量偏高，氯含量偏低。中部叶在平方欧氏距离为10处可将所有烟叶样品分为4类：第1类包括马街镇和阿岗镇，其烟叶的总氮、烟碱和淀粉含量较适中，还原糖含量较高，钾和氯含量较低；第2类包括罗雄镇、九龙镇、钟山乡和旧屋基彝族乡，其烟叶的还原糖、淀粉含量较适中，烟碱含量中偏高，钾和氯含量较低；第3类包括大水井乡、富乐镇和板桥镇，其烟叶的还原糖、总氮，钾含量较适中，烟碱含量偏高，淀粉和氯含量偏低；第4类仅有老厂乡，其烟叶的还原糖、烟碱、总氮和淀粉含量较适中，钾含量较高，氯含量较低。海拔梯度涉及温度、光照和降水等诸多环境因子，可能是造成罗平县不同乡镇之间烟叶主要化学成分显著性差异的主要原因之一［17］。罗平县地势西北高、东南低，西部和北部是较为完整的滇东高原面，中部属岩溶断陷湖形盆地，东部和南部受河流侵蚀、切割，形成中低山和峡谷相间的地貌。位于罗平县西北部的阿岗和马街2个乡镇，植烟区海拔高度＞1 800m，大田前期气温中等偏高、多光少雨，烟叶糖分积累速度偏快，大田中后期气温中等偏低和日照中等，糖分向根茎转移或转化消耗量较少，且大田前期日照和中后期雨量、气温条件对烟碱和含氮物形成都具有一定抑制作用，故2个乡镇烟叶具有高糖低氮／碱的特点［18－19］。位于罗平县东南部的旧屋基彝族乡、大水井乡和板桥镇等地，植烟区域海拔高度为1 300m左右，大田后期气温高、日照较充足、气温有效性高、雨水相对偏少，烤烟生理代谢强度大，造成糖分转移和耗失多，而且大田后期气温较高和雨量条件有利于烟叶烟碱和氮含量提高，故这些植烟乡镇烟叶具有适糖高氮／碱等特点。与李自强等［4］的研究结果基本一致。研究结果表明，烟叶的还原糖、烟碱、总氮与其评吸质量的相关性较强。其中，上部叶的烟碱与浓度呈极显著正相关，与刺激性和劲头分别呈显著负相关和显著正相关；总氮与浓度和总分呈显著正相关；中部叶还原糖与香气量呈显著负相关，烟碱与香气量、劲头和总分呈显著正相关，总氮与香气量呈显著正相关。随着还原糖含量的升高，罗平烟区中部烟叶香气量呈下降趋势。随着烟碱和总氮含量的升高，烟气浓度和劲头增大，中部烟叶香气量和上部烟叶的刺激性增加。与陈彬等［20］的研究结果类似。还原糖是香气物质的重要前提物，燃烧后形成的物质能使烟气醇和舒适，但含量过高则会使烟气吃味平淡，浓度和香气不足［21－23］。在一定范围内，烟叶的总氮和烟碱含量升高，烟气劲头呈增大趋势，但总氮和烟碱含量过高则容易使刺激性变大、余味舒适度下降［24－25］。罗平烟区部分乡镇上部烟叶烟碱含量偏高、中部烟叶还原糖含量偏高已成为影响其烟叶化学成分协调性的主要因素，随着总氮、烟碱和还原糖含量的降低，罗平烟区烟叶的评吸质量逐渐得到改善。结合罗平烟区烟叶主要化学成分的含量特征，应从降低烟叶总氮和还原糖含量等方面优化生产技术方案，以提高烟叶品质。

4 结论

罗平烟区上部烟叶还原糖、总氮和淀粉的含量较适中，部分样品烟碱含量偏高，钾和氯含量偏低，中部烟叶总氮、烟碱、淀粉的含量相对适宜，部分样品的钾含量较低和还原糖含量较高；各类烟叶还原糖、烟碱、总氮与烟叶评吸质量的相关性较强。