不同叶片结构烤烟化学成分的差异

季舜华，苏明亮，张 烨，范坚强，陈义强，崔振伟，方 璟，王超超，詹仁锋，陈善义

福建中烟工业有限责任公司技术中心，福建省厦门市集美区滨水路298号 361021

烟叶的外观质量与内在品质关系密切，根据外观性状可判断烟叶的内在质量，这是现行《烤烟》国标制定分级标准的理论依据［1］。叶片结构指烟叶细胞排列的疏密程度，与烟叶的成熟度密切相关，是反映和衡量烟叶外观质量的重要因素，在烟叶分级因素重要性排名中位列第二［2］。有关烟叶叶片结构的研究，宏观方面目前主要集中在叶片结构与常规化学成分［3-8］、感官质量［3，5-8］、物理特性［9］和力学特性［10］的关系，以及烤烟品种间叶片结构差异［9］等方面；微观方面则主要集中在不同光照强度［11］和肥料配比［12］对叶片组织结构的影响，以及基于表面微观结构特征指标的烤烟外观品质预测模型的建立［13］等方面。烟叶化学成分的质量分数及比例直接影响着烟叶的感官质量，是决定烟叶风格特征和品质的物质基础［14］。烟叶中的化学成分种类众多，但对于烟叶质量的评价，主要关注的是常规化学成分、多酚、有机酸及氨基酸。常规化学成分对烟叶内在质量有重要影响，其中，糖组分与感官评吸质量正相关，而含氮组分、碱性组分则与感官评吸质量负相关，二级指标糖碱比、氮碱比是衡量吸味协调性的指标，氯和钾的质量分数与烟叶的燃烧性直接相关［15-16］。多酚类物质影响着烟叶的外观质量、烟气质量和生理强度［17］。烤烟的多酚类物质包括单宁类（绿原酸及其异构体）、香豆素类（莨菪亭、莨菪灵、七叶亭）及黄酮类（芸香苷）等。有机酸可直接影响烟气的酸碱性质，在烟草燃烧时使吸味醇和，一些有机酸可作为烟草加工过程中的添加剂［18］。氨基酸是烟草中的一类重要化合物，是形成烟叶香气物质的前体，其对烟叶品质的影响存在两面性：一方面经燃烧可产生氨等具有刺激性的化合物，影响烟气品质；另一方面产生的非酶促棕色化反应产物（吡咯、吡嗪和呋喃类化合物）可赋予烟叶特有的香气［19］。

有关烤烟叶片结构与化学成分的简单相关或典型相关分析已有报道［20-22］，但对于叶片结构由紧密到疏松的变化过程中，其化学成分的具体变化规律，以及不同叶片结构烟叶化学成分的质量分数差异研究较少，尤其是有机酸和氨基酸。仅有马彩娟等［23］分析了上部烟叶片结构对化学成分的影响，以及曹建敏等［24］研究了不同等级烤烟多酚的质量分数差异。为此，本研究中以云烟85烤烟为材料，分析不同叶片结构烟叶的常规化学成分、多酚物质、有机酸和氨基酸质量分数以及感官质量的差异，旨在为丰富和完善烤烟质量评价体系提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

于2020年在云南省保山市隆阳区辛街乡进行试验，试验地海拔1 818 m，地势平坦，排灌方便，面积为667 m2，前茬作物为油菜。

1.2 试验田生产技术

烤烟品种为云烟85，播种时间为2月3日，采用漂浮育苗法育苗，于5月10日进行移栽，行距120 cm，株距50 cm，种植密度为1 100株/667 m2。N∶P2O5∶K2O为8∶16∶26（质量分数比，下同）的烤烟专用复合肥的施用量为52 kg/667 m2、N∶K2O为16∶30的氮钾肥为18 kg/667 m2、精制商品有机肥为80 kg/667 m2，其他田间栽培措施按当地最优措施进行。

烟株打顶留叶后，有效叶数为18～22片。下部叶采收标准：叶色由绿色转变为绿黄色6～6.5成，主脉变白，支脉淡绿，叶尖稍下垂，茸毛部分脱落；中部叶采收标准：叶面浅黄，落黄7.5～8成，茸毛基本脱落，主脉变白发亮，支脉绿白，茎叶角度增大；上部叶采收标准：叶面起皱，呈现8.5～9成黄的淡黄色，黄白色成熟斑明显，主脉全白发亮，支脉全部浅白，茸毛大部脱落，茎叶角度较大。要求不采青、不过熟，确保所采烟叶成熟度基本整齐一致。下二棚叶采收10 d左右后再采第二炉，上部叶4～6片充分成熟集中一次采收。烟叶的烘烤采用“三段式”烘烤工艺［25］，按当地最优技术措施进行。

1.3 样品制作

由福建中烟工业有限责任公司通过国家烟草专卖局职业技能鉴定指导中心鉴定的3名烟叶评级高级技师、6名烟叶评级技师组成9人的评价小组，依照GB 2635—1992［26］的标准将样品分成紧密、稍密、尚疏松、疏松4个档次，每个质量档次的样品2 kg。

1.4 常规化学成分、多酚、有机酸及氨基酸的质量分数测定

数据采集方法：取适量烟末放入样品杯，用铜质压样器压实样品。对样品进行近红外（Near infrared，NIR）光谱采集，分辨率为8 cm-1，波长采集范围为4 000～10 000 cm-1，扫描次数为68次。扫描样品2次，取平均值作为光谱数据。接入行业“烟草近红外分析系统平台”［27-28］，样品子机的近红外光谱，先经过SST算法变换为主机光谱，再调用该平台中烟草化学成分的PLS定量模型，预测得到样品常规化学成分、多酚、有机酸和氨基酸的质量分数。

1.5 感官质量评价

感官评吸指标包括香气质、香气量、余味、杂气、刺激性、燃烧性和灰色。由7名具有省级以上感官评吸资质的人员组成评吸小组，依据YC/T 138—1998［29］中的方法进行感官评吸。

1.6 数据处理

采用SPSS18.0统计软件单因素方差分析模块的新复极差法进行组间均值的多重比较，差异显著水平设置为P＜0.05。

2 结果与讨论

2.1 不同叶片结构烤烟常规化学成分的质量分数

由表1可知，随叶片结构档次由紧密到疏松，总植物碱、总氮的质量分数总体上呈降低趋势，其中，在尚疏松到疏松的变化过程中显著降低；还原糖、总糖的质量分数及总糖/总植物碱比值总体上呈升高的趋势，其中，在尚疏松到疏松的变化过程中显著升高；总氮/总植物碱比值总体上呈现升高的趋势，其中，结构疏松的烟叶与结构紧密的烟叶差异达到显著水平；钾、氯的质量分数及还原糖/总糖比值的差异不大。优质烟叶的常规化学成分一般要求为烟碱质量分数2.5%左右、总氮质量分数1.5%～2.5%、还原糖质量分数18%～24%、总糖/总植物碱比值10～15、总氮/总植物碱比值1左右［30-32］。由表1可知，结构疏松的烟叶总植物碱、总氮的质量分数以及总糖/总植物碱比值、总氮/总植物碱比值相较于结构紧密、稍密、尚疏松的烟叶，更接近优质烟叶的要求。可见，随叶片结构由紧密到疏松，烟叶主要化学成分的质量分数趋于更适宜，协调性得到提高；但另一方面，总氮质量分数的降低及总氮/总植物碱比值的升高，可能会导致烟叶吃味变得平淡，而还原糖质量分数的升高可能会产生酸的吃味［30］。上述化学成分的变化规律与马彩娟等［23］的研究结果基本一致。

表1 不同叶片结构烟叶常规化学成分的质量分数①Tab.1 Mass fractions of conventional chemical compositions in tobacco leaves of different leaf structures

2.2 叶片结构对多酚物质质量分数的影响

由表2可知，随叶片结构由紧密到疏松，绿原酸的质量分数在紧密、稍密、尚疏松的烟叶中差异不显著，但在尚疏松至疏松的变化过程中显著降低；芸香苷的质量分数、多酚总量呈先升高后降低的变化趋势，其差异在结构紧密、稍密、疏松三者中的任二者之间达到显著水平；新绿原酸、隐绿原酸和莨菪亭的质量分数则无显著变化。

姜慧娟等［22］对河南烤烟多酚类物质的质量分数与外观质量进行了相关分析，发现叶片结构越紧密，其绿原酸和芸香苷的质量分数越高；曹建敏等［24］在对山东烤烟的研究中，发现在叶片结构由紧密到疏松的变化过程中，绿原酸、芸香苷的质量分数及多酚总量总体上呈下降的趋势。本研究的结果与上述研究不同，可能是烟叶样品来自不同产区的缘故。

表2 不同叶片结构烟叶多酚物质的质量分数Tab.2 Mass fractions of polyphenols in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.3 叶片结构对有机酸质量分数的影响

由表3可知，随叶片结构由紧密到疏松，丙二酸、十四酸、亚油酸、二十酸的质量分数在结构紧密、稍密、尚疏松的烟叶中差异不显著，但在尚疏松至疏松的变化过程中显著降低；乙酰丙酸的质量分数在结构紧密、稍密、尚疏松的烟叶中差异不显著，但在尚疏松至疏松的变化过程中显著升高；丁二酸的质量分数总体上呈现上升的趋势；十六酸的质量分数方面，结构稍密和尚疏松的烟叶显著高于结构紧密的烟叶，但与结构疏松的烟叶差异不显著；苹果酸、柠檬酸、油酸+亚麻酸、十八酸的质量分数及有机酸总量无显著变化。

姚健等［20］对烟叶质量性状间的相关性研究发现，叶片结构与有机酸总量间极显著正相关，但该研究并未明确具体的各类有机酸质量分数与叶片结构的相关关系。本研究中发现不同叶片结构的烟叶之间有机酸总量差异不显著，这与姚健等［20］的研究结果不同，可能的原因是烟叶样品来自不同的产区。

烟叶中丙二酸的质量分数与卷烟的香韵得分负相关［33］；十四酸（即肉豆蔻酸）的质量分数与烟气特征负相关［34］；亚油酸的质量分数增大会增加烟叶刺激性并产生涩味［35］；二十酸的质量分数与烟气香气质、余味、杂气、干燥感和细腻度负相关［36］；乙酰丙酸的质量分数与烟气口腔残留和干燥感正相关［34］；丁二酸的质量分数与烟气香气量正相关［33］；十六酸能使烟叶甜醇、柔和、舒适［35］。可见，结构疏松的烟叶中，一些与感官品质负相关的有机酸的质量分数较低，而与感官品质正相关的有机酸的质量分数则较高。这也验证了结构疏松烟叶的内在质量较高的结论。

表3 不同叶片结构烟叶有机酸的质量分数Tab.3 Mass fractions of organic acids in tobacco leaves of different leaf structures （mg·g-1）

2.4 叶片结构对氨基酸质量分数的影响

由表4可知，随叶片结构由紧密到疏松，脯氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、丙氨酸、丝氨酸、谷氨酸、4-氨基丁酸、色氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、赖氨酸、甘氨酸和亮氨酸的质量分数以及氨基酸总量逐渐下降；天冬氨酸的质量分数在结构为尚疏松的烟叶中最低；缬氨酸、异亮氨酸和蛋氨酸的质量分数则无显著变化。

表4 不同叶片结构烟叶氨基酸的质量分数Tab.4 Mass fractions of amino acids in tobacco leaves of different leaf structures （μg·g-1）

表4 （续）

董洪旭［21］在对游离氨基酸与烟叶外观品质关系的研究中发现，福建烟叶各类氨基酸的质量分数、氨基酸总量与叶片结构的评价得分皆呈负相关关系，且除脯氨酸、含硫氨基酸（胱氨酸）之外，酸性氨基酸、碱性氨基酸、芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸的质量分数、氨基酸总量与叶片结构评价得分的负相关关系达到显著水平。徐磊等［37］对烤烟游离氨基酸组分与外观品质的相关分析表明，游离氨基酸总量、游离氨基酸组分的绝大多数指标与叶片结构的评价得分显著负相关。本研究中发现，绝大多数氨基酸（17/21）的质量分数及氨基酸总量随叶片结构由紧密至疏松呈逐渐下降的趋势，与董洪旭［21］及徐磊等［37］的研究结果基本一致。

2.5 叶片结构对感官质量的影响

由表5可知，随叶片结构由紧密至疏松，感官质量指标中的香气质、香气量、余味、杂气、刺激性和灰色得分及总得分呈逐渐升高的趋势。其中，香气质、余味得分在结构紧密与其他结构的烟叶中差异显著；香气量、杂气得分在结构紧密和疏松的烟叶中差异显著；刺激性得分在叶片结构为紧密、稍密、疏松三者中任二者之间差异显著；燃烧性得分在结构紧密、稍密与尚疏松、疏松的烟叶间差异显著；灰色得分在叶片结构为紧密、尚疏松、疏松的档次中任二者之间差异显著；感官质量总得分则为结构尚疏松和疏松的烟叶显著高于结构紧密的烟叶。总体而言，随叶片结构由紧密至疏松，感官质量趋于变好。

马彩娟等［23］在上部烟叶片结构对烟叶品质和可用性影响的研究中发现，随叶片结构由紧密至疏松，评吸质量总体评价由中偏下至较好，工业可用性逐步提高。张小利等［1］在对河南烟叶的外观性状和内在品质的关系研究中发现，叶片结构与香气质、香气量、杂气、余味、刺激性及定性综合评价得分的相关关系显著，且叶片结构越疏松，上述感官质量指标得分越高，这与本研究的结果相符。

表5 不同叶片结构烟叶感官评吸指标得分①Tab.5 Sensory evaluation scores for tobacco leaves of different leaf structures

3 结论

随叶片结构由紧密至疏松：①总植物碱、总氮的质量分数总体上呈现降低的趋势，还原糖、总糖的质量分数及总糖/总植物碱比值、总氮/总植物碱比值总体上呈现升高的趋势；②绿原酸的质量分数在尚疏松至疏松的变化过程中显著降低；芸香苷的质量分数、多酚总量呈现先升高后降低的趋势；③丙二酸、十四酸、亚油酸、二十酸的质量分数在尚疏松至疏松的变化过程中显著降低；乙酰丙酸的质量分数在尚疏松至疏松的变化过程中显著升高；丁二酸的质量分数总体上呈现上升的趋势；十六酸的质量分数在紧密至稍密的变化过程中显著升高；④21种氨基酸中，绝大多数氨基酸（17种）的质量分数及氨基酸总量呈逐渐降低趋势；⑤烟气香气质、香气量、余味、杂气、刺激性和灰色指标的得分及总得分呈逐渐升高的趋势。可见，叶片结构对烤烟常规化学成分、多酚、有机酸及氨基酸的质量分数有重要影响，这些化学成分质量分数的变化，最终表现为烟叶总体感官品质趋于变好。