山东烟叶杂气类型及其与化学成分的相关性研究

刘海伟 刘江 张金林 王永 杨少杰 刘春菊 孙延国 吴元华 石屹 欧全 朱莹莹 杨明峰

摘要：为了分析山东烟叶杂气及其类型与化学成分的相关性，解析杂气形成的化学基础，采集6个主要植烟区的中部烟叶（C3F等级），进行感官质量评价和化学检测。结果表明，山东烟叶化学成分总体协调，杂气总体稍有，杂气类型以稍明显的木质气和枯焦气为主，常稍有生青气和土腥气，偶有些微青杂气、金属气和其它杂气。经简单相关分析发现，杂气总体或各类型与还原糖、总糖、淀粉、总氮、烟碱、钾、钠、硫、氯、纤维素和半纤维素其中一个或多个指标显著相关;而典型相关分析表明，杂气、刺激性与还原糖、硫、半纤维素、钠、氯等指标关系密切，杂气类型与氯、总糖、烟碱、半纤维素、纤维素等指标关系密切。所以，影响山东烟叶杂气的主要化学成分为氯、还原糖、总糖、硫、烟碱、半纤维素和钾，今后可采取相关措施进行调控，以提升产区烟叶质量。

关键词：烤烟;杂气;感官质量;氯;硫;刺激性;山东省

中图分类号：S572 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2022）01-0049-06

烟叶作为卷烟等吸嗜品的原料，其品质的最终判定指标是感官评价质量。感官质量是外观质量、物理质量和化学质量等各个指标协调的表现，因此感官质量与外观、物理、化学指标均具有一定相关性，还受到品种、土壤、气候、生产技术等因素的影响[1]。有研究表明，烟叶颜色参数与烟叶化学成分、感官质量具有显著相关性[2]，烟叶外观特征与感官质量也具有相关性[3，4]。烟叶的化学成分与品质密切相关，对烟叶品质的研究即是探寻化学成分与烟叶感官评吸质量关系的过程。有研究已建立化学成分与感官指标的相关性[5]，也有研究通过回归、神经网络等建立了烟叶化学成分与感官质量的相关预测模型[6]。

感官质量指标中，杂气和刺激性是两个对烟叶质量影响较大的缺陷型指标，也是制约卷烟产品品质的主要因素。烟叶或烟气中发出的种种令人厌恶的不良气息统称为杂气，一般分为青杂气、生青气、枯焦气、木质气、土腥气、金属气、松脂气、花粉气、药草气、地方性杂气等。青杂气、生青气等，可通过加工处理消除或减弱，也称消释型杂气;而松脂气和地方性杂气等难以通过工艺处理消除，为持久型杂气。同其它感官质量指标一样，杂气与烟叶外观质量、物理质量和化学质量具有一定的相关性，同烟叶回潮等后续加工措施也有相关性[3，7]。在化学指标相关性方面，曹景林等[8]总结前人研究发现，杂气一般与总氮、烟碱、氯、硫、两糖比等指标呈正相关，与总糖、还原糖、钾、糖碱比、氮碱比、两糖差、钾氯比、钾硫比等指标呈负相关。但国内外对烟叶杂气类型及其与化学指标相关性的研究分析较少[3]。

山东是我国传统植烟区，也是我国重要的优质烤烟产地之一。但近年来烟叶杂气成为该烟区提升烟叶质量和工业可用性的主要限制因素之一。为此，本研究以采集的山东主要烟区C3F等级烤后烟叶为材料，分析山东烟叶主要杂气类型及其与烟叶化学成分的关系，解析杂气形成的化学基础，以期为降低烟叶杂气、提升烟叶总体质量提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备

2020年11月在山东烟区采集C3F等级烤后烟叶样品70个。样品数量大体按各地市植烟面积分配，其中临沂27个、潍坊24个、日照8个、淄博6个、莱芜2个、青岛3个。所取样品一分为二，其中用于化学检测的样品进行烘干、粉碎，过20目筛备用;用于感官质量评吸的样品去除烟筋后平衡水分达到16% ～18%，切丝、卷制，评吸前置于温度22℃ ±1℃、相对湿度60% ±2%的衡温衡湿箱平衡48h。

从2019、2020年山东化学评价和感官评价的C3F等级烤后烟叶样品中再选择杂气较为丰富的51个样品，就杂气类型进行专项感官评价，其中临沂15个、潍坊22个、日照8个、莱芜4个、青岛2个。

1.2 烟叶化学成分检测

分别参照烟草行业标准YC/T159—2002、YC/T216—2007、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T162—2002，采用连续流动法测定烟叶还原糖、总糖、淀粉、烟碱、总氮、氯含量;参照烟草行业标准YC/T173—2003采用火焰光度法测定烟叶钾、钠含量;参考标准LY/T1270—1999采用光度比浊法测定烟叶硫含量;参照标准NY/T3494—2019测定纤维素、半纤维素、木质素含量。

1.3 烟叶感官质量评价

烟叶感官质量评价由中国农业科学院烟草研究所、山东中烟工业有限公司、山东省烟草公司评吸专家共同实施，评价方法在烟草行业标准YC/T138—1998《烟草及烟草制品感官评价方法》的基础上改进优化。评价指标主要包括香型、劲头、浓度、香气质、气量、余味、杂气、刺激性、燃烧性和灰色，其中香型不计分，其它指标满分分别计为5、5、15、20、25、18、12、5、5分。计算感官评价总体得分时，劲头、浓度不计入，为其它7项指标的加和。杂气和刺激性是感官评价中的两个负向因素，因此两者评分与其强烈程度呈负相关，得分越高，杂气或刺激性越不明显。

杂气类型感官质量评价由山东中烟工业有限公司和中国农业科学院烟草研究所评吸专家共同实施。杂气分青杂气、生青气、枯焦气、木质气、土腥气、松脂气、花粉气、药草气、金属气和其它杂气共10个类型。采用5分制计分，分3个等级：<1分，微显;1～3分，稍显;>3分，明显。分数越高，杂气越明显，超过半数专家检出才可认定计入样品平均分数。

1.4 数据分析

本研究将烤后烟叶的杂气、刺激性与还原糖、总糖、淀粉、总氮、烟碱、钾、钠、硫、氯、纖维素、半纤维素、木质素等化学成分指标进行典型相关分析，杂气类型与化学成分指标也进行典型相关分析。典型相关和泊松相关分析应用IBM SPSS19.0软件进行（代表P<0.05，代表P<0.01）。图表用MicrosoftExcel2010绘制。

2 结果与分析

2.1 山東烟叶化学成分含量分析

由表1可见，山东烟叶还原糖含量平均值为19.66%，有71.4%的样品在适宜范围（17% ～24%）内;总糖含量平均值为26.01%，有54.3%的样品在适宜范围（22% ～29%）内;淀粉含量平均值为4.63%，有60%的样品在1% ～5%范围内;总氮含量平均值为1.78%，有74.3%的样品在适宜范围（1.4% ～2.4%）内;烟碱含量平均值为2.10%，有84.3%的样品在1.5% ～3.0%范围内;钾含量平均值为1.56%，含量高于1.4%的样品占75.7%;钠含量平均值为0.026%，含量低于0.04% 的样品占94.3%;硫含量平均值为0.37%，含量低于0.6%的样品占91.4%;氯含量平均值为0.32%，含量低于0.8%的样品占92.9%;纤维素含量平均值为5.79%，含量低于8%的样品占95.7%;半纤维素含量平均值为7.86%，含量低于10%的样品占74.3%;木质素含量平均值为0.97%，含量低于1.5%的样品占97.1%;糖碱比平均值为10.20，80%的样品在6～15范围内;两糖比平均值为0.76，比值高于0.75的样品占55.7%;氮碱比平均值为0.89，55.7%的样品在0.7～1.0范围内;钾氯比平均值为7.01，比值高于2.5的样品占81.4%。

总体上，此次分析的山东烟叶样品化学成分相对协调，仅两糖比、氮碱比稍有不足。数据分布上，氯、硫和钾氯比等指标变异系数相对较大，其它指标数据均一性较好。

2.2 山东烟叶感官质量评价与杂气类型分析

由表2可以看出，山东烟叶样品劲头、浓度、香气质较好，香气量较足，余味较舒适，有杂气，微有刺激性，燃烧性中等，灰色灰白。各指标的变异系数均小于10%，数据均一性较好。感官质量评价总分分为5个等级，其中等级为好（>75.0分）和较好（>73.5～75.0分）的占55%以上，中等（>72.0～73.5分）占25%，较差（70.5～72.0分）和差等级（<70.5分）的样品不到20%。从样品杂气数据分布来看，杂气稍有（12～15分）的样品占54.3%，其余45.7%的样品均分布在有杂气（9～12分）区间。

杂气类型的感官评价上，所取样品10种杂气均有检出，其中青杂气、枯焦气和木质气检出率为100%，但根据原则仅7种杂气认定有效，只有木质气认定率为100%（表3）。青杂气和金属气样品检出率与认定率相差较大，检出率均高于70%，认定率均不到20%;生青气和土腥气样品检出率均高于95%，认定率也相对较高，均超过50%;枯焦气样品检出率为100%，认定率也达到98.04%;松脂气、花粉气、药草气和其它杂气样品检出率均不足30%，仅其它杂气有3.92%的认定，以碱性杂气为主。

所有类型杂气的平均分数均小于3，其中枯焦气和木质气平均分数均大于2，生青气和土腥气平均分数均大于1，杂气稍显;青杂气、金属气和其它杂气平均分数皆小于1，杂气微显（图1）。结合认定率结果认为，山东烟叶杂气类型以稍明显的木质气和枯焦气为主，常稍有生青气和土腥气，偶有些微青杂气、金属气和其它杂气。

2.3 山东烟叶杂气、刺激性与化学成分的相关性分析

由简单泊松相关分析可得，杂气与还原糖、硫、氯、纤维素和半纤维素呈显著或极显著正相关，与钾、钠呈显著负相关，而刺激性与淀粉呈显著负相关，与烟碱、纤维素呈显著正相关（表4）。

对杂气、刺激性评分与化学成分各指标进行典型相关分析，提取出两对典型相关系数，其中第1对典型变量X1和Y1的相关系数为0.670，达显著水平，说明烟叶杂气、刺激性与化学成分存在显著典型相关。

对比标准化后的相关系数发现，杂气（-0.930）对第1个典型变量X1的影响远大于刺激性（-0.164），所以变量X1主要反映的是杂气因素，且X1与杂气和刺激性评分指标均呈负相关。对第2个典型变量Y1影响的大小排序为：还原糖（0.522）、硫（0.397）、半纤维素（0.347）、钠（-0.335）、氯（0.306）、淀粉（-0.277）、纤维素（0.233）、烟碱（0.160）、钾（-0.157）、总糖（-0.123）、总氮（-0.092）、木质素（0.048），Y1与总糖、淀粉、总氮、钾和钠呈负相关，与其它化学指标呈正相关。

2.4 山东烟叶不同类型杂气与化学成分的相关性分析

从简单泊松相关分析结果（表4）来看，青杂气与淀粉呈极显著正相关;生青气与还原糖、总糖呈显著或极显著正相关;枯焦气与总氮、烟碱呈极显著正相关，与钠呈极显著负相关;土腥气与氯、半纤维素呈极显著、显著正相关，与钾呈显著负相关;金属气与钾呈显著负相关;其它杂气与氯呈极显著正相关，与钾呈显著负相关。

将各杂气类型与化学成分各指标进行典型相关分析，提取的7对典型系数中仅第1对（U1和V1）相关达显著水平，相关系数为0.794，说明烟叶杂气类型与化学成分存在显著典型相关，所以选择第1对典型变量进行详细分析。

标准化后分析发现，第1个典型变量杂气组U1中影响大小排序为其它杂气（0.692）、枯焦气（-0.535）、土腥气（0.430）、生青气（0.227）、青杂气（0.158）、木质气（0.099）、金属气（0.010），其中U1与枯焦气呈负相关，与其它杂气类型呈正相关。第2个典型变量化学成分组V1中影响大小排序为氯（1.146）、总糖（0.375）、烟碱（-0.352）、半纤维素（0.333）、纤维素（0.291）、淀粉（-0.228）、还原糖（-0.217）、木质素（0.216）、总氮（-0.142）、硫（0.100）、钠（0.061）、钾（-0.042），V1与还原糖、淀粉、总氮、烟碱、钾呈负相关，与其它化学指标呈正相关。

3 讨论与结论

山东烟叶风格特征鲜明，得到多家企业的认可，在我国烟草产业体系建设和中式卷烟发展中起到重要作用。徐波等[9]对山东潍坊、临沂、日照烟叶香型风格特征评价发现，三地烟叶杂气稍有，均以枯焦气、木质气和青杂气为主，本研究也发现山东烟叶主要稍有木质气和枯焦气，常伴有生青气和土腥气。

杂气是影响烟叶质量的关键因素，探究杂气形成的化学基础是降低杂气的关键。卢晓华等[1]发现桂阳烟叶杂气与还原糖、总糖、氯呈显著正相关，与烟碱、总氮呈显著负相关。对河南70余个烟叶样品分析表明，杂气仅与还原糖和钾显著相关[10]。贵州黔南烤烟杂气与氯正相关，与还原糖负相关[11]。福建三明中部烟叶杂气与烟碱、总氮正相关，与总糖、还原糖、糖碱比负相关[12]。本研究发现，山东烟叶与杂气正相关的主要化学成分为氯、还原糖、总糖、硫、烟碱、半纤维素，负相关的主要是钾。不同区域研究结果存在差异，可能与各产区生态条件和生产措施的差异有关。

烟草是众所周知的喜钾忌氯作物，烟叶氯含量过高，燃烧性显著下降，甚至熄火。此前研究也证实，氯与烟叶杂气正相关，钾和钾氯比与杂气负相关。有研究表明增施钾肥可降低烟叶中的杂气，提高烟叶总体质量[13]。北方烟叶钾含量相对较低，氯含量变异程度较大，部分产区烟叶氯含量过高，掩盖了可溶性糖和含氮化合物对烟叶评吸质量的作用，成为制约北方烟叶吸食品质的主要因素[14]。本次研究也发现，烟叶氯含量较高，感官评吸专家一致认为土腥气较重，且燃烧不充分还会产生浓重的枯焦气和木质气。

硫是烟草生长必需的中量营养元素，但含量过高会对烟叶质量产生不良影响。烟草是忌氯作物，所以钾肥多施用硫酸钾，长年积累造成土壤有效硫含量过高，从而可能导致烟叶硫含量过高[15]，可通过施肥、灌溉、轮作、土壤改良等措施控制烟叶硫含量[16]。初晓鹏[17]研究发现，福建、云南中部烟叶硫含量较高且数据变异较大，与杂气呈显著正相关;而四川烟叶硫含量变异较小，且均低于0.3%，与杂气相关性不显著。本研究中也有8.6%的烟叶样品硫含量超过0.6%，所以在感官质量评价中硫与杂气显著相关。烟叶硫含量较高时，感官评价涩口感强，腥味滞舌，杂气类型丰富;过高时，甚至有淡淡硫磺气息。

纤维素和半纤维素是植物多糖的一种，是烟叶细胞壁物质的主要组分。纤维素类物质可以提高烟叶燃烧性，增强烟叶持火力，但含量过高则烟叶组织粗糙且易破碎，燃烧后烟气灼热粗糙，易产生令人不愉快的气味[18]。郭松[19]研究发现，清香型烤烟纤维素含量与杂气呈显著正相关。本研究也发现，纤维素和半纤维素与杂气呈正相关，纤维素高的样品，感官评吸涩口滞舌，杂气比较丰富，木质气重。

需要指出的是，本研究中还发现，钠与杂气呈负相关，说明适当提高烟葉钠含量有宜于降低杂气。这个结论的基础可能是此次分析的样品钠含量总体较低，含量超过0.04%的样品仅占5.7%。对于钠含量较高的样品，感官评吸也表示有灰尘感，说明钠含量也应该控制在一定范围内。

综之，水溶性碳水化合物和含氮化合物的协调性总体上是烟叶感官质量的基础，特别当其它化学成分含量在适宜和较适宜范围内，杂气与还原糖、总糖、烟碱等关系更为显著[20];而氯、硫、半纤维素等含量较高，对化学成分协调性产生个性化的影响，此时这些指标则与杂气产生显著的相关关系。

山东烟叶化学成分总体相对协调，感官质量总体较好。烟叶样品杂气总体稍有，54.3%和45.7%样品的杂气分别分布在稍有和有两个等级。烟叶样品中10个杂气类型（青杂气、生青气、枯焦气、木质气、土腥气、松脂气、花粉气、药草气、金属气和其它杂气）均有检出，但松脂气、花粉气、药草气未被统一认定。烟叶被认定的杂气类型以稍明显的木质气和枯焦气为主，常稍有生青气和土腥气，偶有些微青杂气、金属气和其它杂气。简单相关分析发现，杂气与硫、半纤维素、纤维素、还原糖、钠、钾、氯显著相关，刺激性与淀粉、烟碱和纤维素显著相关，杂气各类型与还原糖、总糖、淀粉、总氮、烟碱、钾、钠、氯、半纤维素其中一个或多个指标相关。典型相关分析也发现，杂气和刺激性与还原糖、硫、半纤维素、钠、氯等指标相关，杂气类型与氯、总糖、烟碱、半纤维素、纤维素等指标相关。所以，要降低山东烟叶杂气和刺激性，首先保持总糖、还原糖、烟碱、总氮的总体协调，再注意氯、硫、纤维素、半纤维素、钾、钠等化学成分保持在相对合理的范围。