烤烟叶片不同区位化学成分含量及协调性分析

王小东，顾会战，郭东锋，崔晓闯，刘 领，魏永涛

1.河南科技大学农学院，河南省洛阳市洛龙区开元大道263 号 471023

2.四川省烟草公司广元市公司，四川省广元市利州区莲花路186 号 628100

3.安徽中烟工业有限责任公司技术中心，合肥市高新区天达路9 号 230088

烟草是以叶片为收获对象的叶用经济作物。随着中式卷烟内涵的不断深化，卷烟工业企业对烟叶原料的品质需求更加具体化与个性化，品牌导向型烟叶生产的发展趋势愈加明显，使得烟叶供给侧结构性矛盾突出。为了缓解工业企业对特色优质烟叶原料需求的矛盾，烟草行业曾开展了中美技术合作［1-2］，实施了国际型优质烟叶开发［3］、替代进口烟叶开发［4］和特色优质烟叶开发［5-7］等重大专项。但以往的研究主要集中在烟叶部位间差异分析和替代烟叶的研究等方面［8-13］，强调烟叶的同质性，但烟叶同质性在一定程度上又难以实现。因此从单片烟叶角度分析研究烟叶不同区位的品质差异，可为卷烟工业企业精准打叶提供参考。

国内科研工作者曾选取了不同来源的烤烟单片叶，用不同切分方法研究其不同区位间片烟品质的差异，发现不同品种和产区的烤烟单片叶在不同区位间品质差异较大。殷全玉等［14］将烤烟叶片分成15 个区位，发现烟叶不同区位间常规化学成分含量差异较大；祁林［15］将河南浓香型烟叶从叶尖依次横向切9 刀共切分为10 段（分别标记为1～10），并通过聚类分析发现其综合品质得分表现为尖部（1～4）＞中部（5～7）＞基部（8～10）；王建安等［16］将单片烟叶划分为4 个区位，发现化学成分在4 个区位间存在显著差异；贺帆等［17］将9 个产地和3 个等级的烟叶分别划分为叶尖、叶中、叶基和叶缘4 部分，发现不同区位烟叶中化学成分含量存在差异；邸慧慧等［18］和刘超等［19］分别对烟叶不同区位烟碱含量和不同区位有机酸含量进行分析，发现烟碱和有机酸含量在烟叶不同区位间均存在差异。但前人的研究中烟叶切分和分析方法各有不同，与工业生产环节相结合方面也存在切分方法不尽合理和可操作性不强等问题。为此，采用不同于前人的区位划分方法，并结合工业生产可操作性，分析了烤烟单片叶不同区位间的品质差异，以期为卷烟工业精准打叶和配方使用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试烤烟品种为云烟97（安徽皖南2017—2018 年生产），等级为C3F。选取60 片代表性的完整烟叶。烟叶成熟度为成熟，叶片结构疏松，身份中等，油分有，色度中等，叶长不低于35 cm，残伤不超过20%。将烟叶随机分为3 组，每组20 片。分组完成后，先沿烟叶主脉方向将每片叶切分为两个对称半叶，再沿主脉方向将半叶均分3 份，在三等份分切点处沿与主脉垂直的方向将半叶分为三部分，在切分后的每部分切线处再分别标记三等分点，并沿叶边缘弧度将烟叶每部分分为3 份，即把整个叶片分为左右对称的9 份，见图1。9 个区位分别标号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ（每组对应区位叶片混合），每组9 个区位各自对应的混合样品为1 次重复，共3 次重复，样本数为27个。同时把叶片9 个区位分为3 个层次，见表1。切分后的样品分别烘干、去除主要叶脉、粉碎、过筛（孔径0.355 mm）后测定烟叶常规化学成分含量（质量分数）。

图1 烤烟单片烟叶分切方法Fig.1 Schematic diagram on segmenting a single tobacco leaf

表1 烤烟叶片区位切分方式Tab.1 Additional locations selected on flue-cured tobacco leaves

1.2 测定指标与方法

分别采用烟草行业标准方法测定烟叶水溶性糖［20］、钾［21］、氯［22］、总植物碱［23］和总氮［24］含量（质量分数）。

1.3 数据处理

采用Excel 软件对9 个不同区位叶片的化学成分进行描述统计分析；采用SPSS 统计分析软件对3 个不同层次区位叶片化学成分及协调性进行差异显著性检验（Duncan 法）；采用SPSS 统计分析软件对9 个区位烟叶化学成分及协调性进行聚类分析（系统聚类法）。

2 结果与分析

2.1 烤烟叶片不同区位常规化学成分含量的描述统计分析

烤烟叶片不同区位主要化学成分含量的描述统计分析结果见表2。由表2 可知，烤烟叶片不同区位常规化学成分含量较适宜，其协调性整体较好。基于各指标的变异系数采用系统聚类方法将其变幅分为较大、中等、较小3 类，其中总糖、还原糖、总氮、烟碱、氮碱比和糖碱比指标的变幅较小，变异系数分别为11.02%、11.24%、9.14%、11.66%、12.27%和13.74%；钾含量和钾氯比的变幅中等，变异系数分别为16.60%和20.90%，而氯含量变幅较大，变异系数达32.96%。

表2 烤烟叶片不同区位常规化学成分含量及协调性的描述统计分析①Tab.2 Descriptive statistics on contents and harmony of routine chemical components at different locations of flue-cured tobacco leaves

2.2 烤烟叶片不同区位间常规化学成分含量的差异分析

2.2.1 基础分区比较

不同区位烤烟叶片常规化学成分含量及协调性表现见图2～图5。由图2～图5 可知，烤烟叶片常规化学成分含量及协调性在9 个区位间均存在不同程度的差异。烤烟叶片烟碱含量以Ⅸ区最高，Ⅰ区最低，且在Ⅰ、Ⅳ、Ⅸ区位间差异均达显著（P＜0.05）水平；烟叶氯含量在9 个区位间表现为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅵ＞Ⅶ＞Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ区均显著高于其他8 个区位；烟叶钾含量在9 个区位间表现为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ、Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅴ＞Ⅵ＞Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ区均显著高于其他8 个区位；烟叶总氮含量以Ⅲ区最高，且均显著高于其他8 个区位；烟叶总糖和还原糖含量均以Ⅴ区和Ⅷ区较高，而Ⅲ区最低。

图2 叶片不同区位间烟碱、氯、钾和总氮含量比较Fig.2 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different locations of leaves

图3 叶片不同区位间总糖和还原糖含量比较Fig.3 Contents of total sugar and reducing sugar in different locations of leaves

图4 叶片不同区位间糖碱比比较Fig.4 Ratio of sugar to nicotine in different locations of leaves

图5 叶片不同区位间氮碱比和钾氯比比较Fig.5 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different locations of leaves

就烤烟化学成分协调性指标而言，烟叶糖碱比以Ⅳ区最高，Ⅲ区最低，且在Ⅳ区和Ⅲ区间差异达显著水平（P＜0.05）；烟叶氮碱比在9 个区位间表现为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅶ＞Ⅵ、Ⅷ＞Ⅸ，且Ⅰ区均显著高于其他8 个区位；而烟叶钾氯比在9个区位间则表现为Ⅱ、Ⅲ＜Ⅰ＜Ⅴ＜Ⅳ＜Ⅵ＜Ⅶ＜Ⅷ＜Ⅸ，且Ⅸ区均显著高于其他8 个区位。

2.2.2 叶片内缘、中缘和外缘的比较

烤烟叶片内缘、中缘和外缘3 个区位的常规化学成分含量及其协调性见图6～图9。由图6～图9 可知，烤烟叶片内缘、中缘和外缘3 个区位间化学成分含量及其协调性存在差异。烤烟叶片烟碱和总氮含量由内到外表现为内缘＜中缘＜外缘，且烟碱含量在内缘、中缘和外缘3 个区位间差异均达到显著水平（P＜0.05），而总氮含量在内缘和外缘区位间差异达显著水平（P＜0.05）；烟叶氯和钾含量在3 个区位间表现为内缘＞中缘＞外缘，其中钾含量在内缘和外缘间差异达显著（P＜0.05）水平，而氯含量在3 个区位间差异不显著；总糖和还原糖含量均以中缘最高，且在内缘、中缘和外缘3个区位间差异均不显著。

图6 叶片不同区位间烟碱、氯、钾和总氮含量比较Fig.6 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different parts of leaves

在烤烟化学成分协调性方面，糖碱比和氮碱比在3 个区位间均表现为内缘＞中缘＞外缘，而钾氯比的表现则相反。其中烟叶外缘的糖碱比与内缘和中缘间差异均达显著水平（P＜0.05），氮碱比在内缘和外缘间差异显著（P＜0.05）；而钾氯比在内缘、中缘和外缘3 个区位间差异均不显著。

2.2.3 叶片尖部、中部和基部的比较

图7 叶片不同区位间总糖和还原糖含量比较Fig.7 Contents of total sugar and reducing sugar in different parts of leaves

图8 叶片不同区位间糖碱比比较Fig.8 Ratio of sugar to nicotine in different parts of leaves

图9 叶片不同区位间氮碱比和钾氯比比较Fig.9 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different parts of leaves

烤烟叶片尖部、中部和基部3 个区位的常规化学成分含量及其协调性表现见图10～图13。由图10～图13 可知，尖部、中部和基部3 个区位间化学成分含量及其协调性存在差异。在烤烟叶片尖部、中部和基部3 个区位间烟碱、氯、总糖和还原糖含量均表现为尖部＞中部＞基部，而总钾和总氮含量则表现为尖部＜中部＜基部。其中钾和氯含量在尖部、中部和基部3 个区位间差异均达显著水平（P＜0.05）；叶基部的总糖和还原糖含量均显著（P＜0.05）低于尖部和中部，而尖部和中部间均差异不显著；总氮含量在尖部和基部间差异也达显著水平（P＜0.05），而烟碱含量在3 区位间差异不显著。烟叶糖碱比和钾氯比在3 个区位间表现为尖部＞中部＞基部，而氮碱比的表现则反之，糖碱比以叶中部最高，表现为中部＞尖部＞基部。其中氮碱比和钾氯比在尖部、中部和基部3 个区位间差异均达显著（P＜0.05）水平；糖碱比在中部和基部间差异也达到显著（P＜0.05）水平。

图10 叶片不同区位烟碱、氯、钾和总氮含量比较Fig.10 Contents of nicotine,chlorine,potassium and total nitrogen in different parts of leaves

图11 叶片不同区位间总糖和还原糖含量比较Fig.11 Contents of total sugar and reducing sugar in different parts of leaves

图12 叶片不同区位间糖碱比比较Fig.12 Ratio of sugar to nicotine in different parts of leaves

图13 叶片不同区位间氮碱比和钾氯比比较Fig.13 Ratio of nitrogen to nicotine and ratio of potassium to chloride in different parts of leaves

2.3 叶片区位间化学成分的聚类分析

烤烟叶片9 个区位的常规化学成分含量及其协调性的聚类分析结果见图14。由图14 可知，烤烟叶片聚为2 类，分别为基部（a、b、c 区）和中尖部（d、e、f、g、h、i 区），这种切分方法在原烟初加工过程中更具可操作性，也能够较好地利用烟叶资源。

图14 不同区位烟叶常规化学成分含量和协调性的聚类分析Fig.14 Cluster analysis on contents and harmony of routine chemical components in different locations of tobacco leaves

烟叶9 个不同区位化学成分含量及协调性的聚类分析结果见表3。由表3 可知，按聚类切分后的分区，聚类分区的区位烟叶化学成分含量与整片烟叶差异较大。与全叶比较，叶中部和尖部总糖、还原糖、烟碱含量，以及糖碱比和钾氯比较高，总氮、钾、氯含量和氮碱比较低；而与全叶比较，叶基部总氮、钾、氯含量和氮碱比较高，总糖、还原糖、烟碱含量，以及糖碱比和钾氯比较低。同时，与叶基部比较，叶中部和尖部总糖、还原糖、烟碱含量，以及糖碱比和钾氯比较高，而总氮、氯含量和氮碱比较低。

表3 不同区位烟叶化学成分含量及协调性比较①Tab.3 Contents and harmony of chemical components in different parts of tobacco leaves

3 讨论

按照本研究中的不同切分或组合切分方法，烤烟单叶不同区域的常规化学成分含量及协调性存在不同程度差异，部分指标在不同区位间差异达显著水平。这与前人的研究结果［14，17，19］基本一致，明确烤烟叶片区位间存在的质量差异可为精准打叶提供依据。

对于烤烟叶片内缘、中缘和外缘3 个区位，烟碱含量、总氮含量、糖碱比和氮碱比均表现为内缘＜中缘＜外缘，而氯和钾含量在3 个区位间则表现为内缘＞中缘＞外缘。对于尖部、中部和基部3 个区位，烟碱、氯、总糖和还原糖含量，以及糖碱比和钾氯比均表现为尖部＞中部＞基部，而钾和总氮含量则表现为尖部＜中部＜基部。烟叶总糖和还原糖含量在区位间的差异可能与烘烤过程中同一叶片不同区位所处的温湿度场存在差异有关［25-26］，而叶尖部和边缘区域的烟碱含量较高可能与该区位的代谢活动较其他区位旺盛有关［26］。叶基部和中部钾含量高于其他区位可能与该区位纤维输导组织分布较多有关。

烟叶基部、中部和尖部化学成分含量及协调性均与全叶间存在差异，其中中部和尖部较全叶总糖含量、还原糖含量、糖碱比和钾氯比相对较高，同时总氮和氯含量较低。就烤烟化学成分而言，将烤烟单叶切分为2 个区位（叶基部1/3 处切分）较适宜，可与卷烟工业精准打叶有效对接，这与刘超等［19］、杨波等［27］的单叶区位切分结果基本一致，但仍有待于感官品质评价进行验证。

4 结论

①烟叶常规化学成分含量及协调性在叶片9个不同区位间均存在不同程度的差异，部分指标在不同区位间差异达显著水平。②从叶片内缘到外缘，烟碱含量、总氮含量、糖碱比和氮碱比均表现为内缘＜中缘＜外缘，而氯和钾含量在3 个区位间均表现为内缘＞中缘＞外缘。③从叶片尖部到基部，烟碱、氯、总糖和还原糖含量，以及糖碱比和钾氯比在3 个区位间均表现为尖部＞中部＞基部，而钾和总氮含量则表现为尖部＜中部＜基部。④9 个区位烟叶常规化学成分含量的系统聚类分析表明，将叶片切分为2 个区位（叶基部1/3 处切分）较适宜。