云南烤烟钾含量特征及其与致香物质的关系

李 强，周冀衡，程昌新，刘晓颖，杨应明，张一扬

（1.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；2.红云红河烟草（集团）有限责任公司，昆明 650231）

云南烤烟钾含量特征及其与致香物质的关系

李 强1，周冀衡1，程昌新2，刘晓颖1，杨应明2，张一扬1

（1.湖南农业大学烟草研究院，长沙 410128；2.红云红河烟草（集团）有限责任公司，昆明 650231）

为研究云南烤烟钾含量与致香物质含量的关系，在云南省主要烟区采集烟叶样品204个，对烟叶钾含量和主要致香物质进行了分析测定，采用简单相关分析、灰色关联分析和回归分析等方法研究了云南烤烟钾含量特征及其与主要致香物质含量之间的关系。结果表明，云南烟区烤烟钾含量平均为1.96%，有52.45%的烟叶钾含量偏低，且变幅较大（0.70%～3.24%），在市（州）间、海拔分组间和土壤pH分组间均存在显著差异；云南烤烟致香物质含量变幅较大，最高值为最低值的3.41～10.50倍，6类致香物质含量均与烤烟钾含量呈极显著正相关，灰色关联系数大小顺序为：酮类＞醛类＞醇类＞氮杂环类＞酚类＞酯类，钾含量与各致香物质含量均符合线性方程，且回归方程达极显著水平，即随钾含量增加，烤烟各类致香物质含量呈直线增加趋势，钾含量最低的分组（钾含量为0.97%）比钾含量最高的分组（钾含量为2.96%）致香物质总量低71.89 μg/g（30.77%）。钾素营养是影响云南烤烟致香物质含量的重要因素之一。

钾含量；致香物质；烤烟；关系

钾是烤烟吸收量最多的矿质元素，一般是氮素的1.4倍，磷素的3.5倍［1］，是烟株体内多种酶的激活剂，能够促进烟株的碳水化合物代谢、氮代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢，调节气孔开放，维持细胞膨压，促进物质运输和机械组织发育，提高烟株抗逆性［2］。钾还是烤烟重要品质指标之一，在《中国烟草种植区划》中钾含量和钾氯比在烤烟化学成分评价指标体系中的累计权重达0.17［3］。有关烟叶钾含量与烟叶品质关系的研究报道较多，烟叶中较高的钾含量可以显著改善烟叶的燃烧性，增加阴燃时间，降低燃烧温度，改善烟叶的香吃味［2］。烟叶中致香物质含量是衡量烟叶品质的重要因素之一，其含量及构成比例直接影响着烟叶和烟气的香味状况和风格特色［4］。有关烟叶致香物质含量的影响因素较多，包括烤烟品种、肥料种类及用量、干旱胁迫、成熟度、海拔高度、烘烤过程等［5］。近年来，钾素营养与烟叶致香物质的关系受到关注，如改变钾肥种类及提高钾肥施用量等均可明显提高烟叶中的香气物质含量［6-7］；在钾肥总量不变的条件下，增加追肥比例可显著增加烟叶致香物质含量［8-9］。一般认为这是因为钾可以通过影响烟株体内的多种物质代谢从而影响烃类、醇类、脂类和酯类等烟叶致香物质的形成［10］。云南烤烟钾含量平均在1.9%左右，在全国主要烟区属中等水平，但变幅极大0.73%～4.03%［11］。相对较低的钾含量和较大的变幅对烤烟致香物质含量影响如何，未见文献报道。鉴于此，本文通过取样测试烤烟钾含量和致香物质含量，分析云南烤烟钾含量特征及其与致香物质含量的关系，期望为云南优质烟叶生产，特别是为云南烟叶增钾提香提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 区域自然概况

云南地处低纬高原，地理位置特殊，地形地貌复杂。由于大气环流的影响，冬季盛行干燥大陆季风，夏季盛行湿润海洋季风，属低纬高原兼具山地气候、低纬气候、季风气候的特点。全省气候类型丰富多样，有北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、南温带、中温带和高原气候7种气候类型。全省年平均气温16.4 ℃，年均日照时数2093.5 h，年降水量1106.7 mm。云南土地资源丰富，全省国土面积38.3万km2，耕地面积618.7万hm2。植烟土壤多为微酸性或中性，土壤类型主要有红壤、黄壤、紫色土、石灰性土和水稻土等。云南是我国适宜种植烤烟的地区之一，目前全省有12个市（州）有烤烟种植，是我国烤烟种植面积最大、收购量最高的省份。

1.2 烟叶采集和分析

在红云红河烟草集团云南原料基地的7个主要产烟市（州），采用GPS技术定好取样点，采集烤烟中橘三（C3F）等级初烤烟叶样品204个，每个烟叶样品取样5 kg。每个市（州）选择1～4个能代表所在市（州）生态条件和烟叶生产水平的乡镇，采用定叶位取样法，由专职评级人员按照“GB2635—1992 烤烟”标准进行取样。将采集的样品粉碎，过60目筛，备用。烟叶样品测定钾含量，酮类、醛类、醇类、氮杂环类、酚类和酯类致香物质含量。钾含量采用火焰光度计法测定［12］；致香物质测定参照王超的方法［13］。

1.3 土壤采集和分析

在定位好的取样田块采集土壤样品，共取样204个。用手持式GPS定位，记录田块中心的经纬度和高程，取样根据田块形状采用五点取样法或“W”形取样法进行取样，每个田块确保5点以上，取样深度0～20 cm，用四分法取大约1 kg土样带回实验室。土样登记编码后经风干、研磨及过筛后，采用玻璃电极法测定土壤pH［14］。

2 结 果

2.1 云南烤烟钾含量特征

2.1.1 云南烤烟钾含量总体特征及区域间差异从图1可见，烤烟钾含量基本呈正态分布，主要集中分布在1.5%～2.0%和2.0%～2.5%，分别占总样本数的34.80%和34.31%，＞2.5%和＜1.5%的样本分别仅为13.24%和17.65%，有52.45%的烟叶钾含量偏低（＜2.0%）。云南烤烟钾含量偏低且变幅较大（表1），7个主要产区烤烟钾含量平均在1.69%～2.26%，部分产区间差异达极显著水平，由高到低依次为普洱＞大理＞保山＞文山＞昆明＞红河＞曲靖，其中最高的普洱烟区比最低的曲靖烟区高0.57个百分点，说明云南烤烟钾含量区域差异巨大，这与生态环境及栽培措施均有一定关系，具体差异成因有待深入分析。

图1 烤烟钾含量频次分布Fig. 1 Frequency distribution potassium content of fluecured tobacco

表1 云南烟区烤烟钾含量基本统计特征Table 1 Descriptive analysis of potassium content of fluecured tobacco in Yunnan

2.1.2 海拔差异 云南烟区海拔变化幅度大，烤烟钾含量与海拔高度的相关分析结果表明，烤烟钾含量与海拔高度呈显著负相关关系（r=-0.226，p=0.043）。进一步将烤烟样品按海拔高度200 m的组距分成5组（表2），多重比较的结果表明，烤烟钾含量在组间的差异达到了显著水平，烤烟钾含量以海拔＜1400 m的分组最高，且随海拔升高烤烟钾含量呈下降趋势。

表2 烤烟钾含量在海拔分组间的差异Table 2 Potassium content of flue-cured tobacco in different altitudes

2.1.3 土壤pH差异 烤烟钾含量与土壤pH的相关分析结果表明，烤烟钾含量与pH呈极显著负相关关系（r=-0.273，p=0.000）。进一步将烤烟样品按土壤pH分成4组（组距为0.5，表3），多重比较结果表明，烤烟钾含量在组间的差异达到了极显著水平（p=0.003），烤烟钾含量以pH＜5.5的分组最高，且随土壤pH升高钾含量呈下降趋势。等样本数平滑回归分析的方法［15］进一步验证了以上的结果（图2），烤烟钾含量与土壤pH呈良好的线性关系（R2=0.632，p=0.000），随土壤pH升高，烤烟钾含量表现为直线下降。

表3 烤烟钾含量在土壤酸碱度分组间的差异Table 3 Potassium content of flue-cured tobacco in different soil pH

图2 烤烟钾含量与土壤pH的回归分析Fig. 2 Regression analysis of potassium content and pH of soil

2.2 烤烟致香物质含量特征

由表4看出，各指标均为中等程度变异，变异系数最大是酚类致香物质，变异系数最小的是醛类致香物质；但各致香物质变幅均较大，变幅最大的是酚类化合物，最高值是最低值的10.50倍，变幅最小的亦达3.41倍（醛类）。说明致香物质变化较大，可能是云南烟区复杂的气候条件、丰富的土壤类型以及栽培烘烤技术等多种原因造成的。

表4 云南烟区烤烟致香物质含量基本统计特征 μg/gTable 4 Descriptive analysis of aroma components of fluecured tobacco in Yunnan

2.3 烤烟钾含量与致香物质含量简单相关分析和灰色关联分析

将烤烟7种致香物质含量（包括致香物质总量）与钾含量进行了相关分析（表5），显示7种致香物质含量均与烤烟钾含量呈极显著正相关，与钾含量相关性最大的是致香物质总量，其次是醛类，最小的是氮杂环类。

表5 烤烟钾含量与致香物质含量的简单相关分析Table 5 Correlation analysis of potassium content and aroma components of flue-cured tobacco leaves

然后，将原始数据进行标准化转换，以烤烟钾含量为母序列，以致香物质含量为子序列，进行灰色关联分析（取Δmin=0，分辨系数ρ=0.1），建立关联矩阵并比较关联序（表6），以酮类致香物质最大（0.5964），酯类致香物质最小（0.4872），关联系数大小顺序为：酮类＞醛类＞醇类＞氮杂环类＞酚类＞酯类。

表6 烤烟钾含量与致香物质含量的灰色关联分析Table 6 Grey correlation analysis of potassium content and aroma components of flue-cured tobacco leaves

2.4 烤烟钾含量与致香物质含量回归分析

将烤烟钾含量按数值大小排序，并按数值由大到小进行等样本数分组（文中实际分为20组，每组11或10个样本），然后再计算各组的烤烟钾含量均值及其对应的致香物质含量，得到新变量；用等样本数平滑回归分析的方法，研究烤烟钾含量与各类致香物质含量的关系（图3）。由图3看出，烤烟6类致香物质含量与钾含量均呈良好的线性关系，回归方程均达极显著水平（p＜0.01），随钾含量增加，烤烟6类致香物质含量均呈直线上升趋势，钾含量最高的分组（钾含量为2.96%）其烟叶的各类致香物质含量分别比钾含量最低的分组分别高20.35%（酮类）、41.03%（醇类）、27.98%（醛类）、19.42%（酯类）、88.62%（酚类）和27.75%（氮杂环类），致香物质总量的这一数值为30.77%。

3 讨 论

烤烟致香物质含量与其感官质量是密切相关的［16-18］。烤烟致香物质含量由品种、生态条件、栽培技术和烘烤技术共同决定，其中品种［5，19-20］和生态条件［21-23］对香气物质含量的影响十分显著，但烤烟品种选择往往由烟区社会经济条件、生态条件、工业需求等多种因素决定，一般不易更换，而烟区的生态条件也非人为因素可以改变的，因而有关品种和生态因素的研究结果可在生产上加以利用的很少。目前生产上提高致香物质的手段主要集中在栽培技术［24-27］和烘烤工艺改进［28-31］方面。本研究结果表明，烟叶钾含量与酮类、醇类、醛类、酯类、酚类和氮杂环类等7类致香物质含量均表现为极显著正相关，且烟叶钾含量与7类致香物质含量呈线性关系；说明钾素营养对烤烟致香物质含量影响显著，改善钾素营养可提高烟叶致香物质含量，很多研究结果也佐证了这一观点，如许自成等［32］研究发现高钾含量的烟叶其新植二烯、类胡萝卜降解产物、芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应产物含量和挥发性香气物质总量均明显高于中低钾含量的烟叶。近年来，通过改善烤烟钾素营养在提高烟叶致香物质含量方面的研究有较多报道，相关研究表明增施钾肥在提高烟叶钾含量的同时，不仅明显提高烟叶中各类中性致香物质总量［9，33］，而且显著提高了酸性致香物质的含量［6］，提高钾肥追施比例和施用缓释钾肥（提高土壤后期供钾能力）也可以提高烟叶钾含量和致香物质含量［7，9］，这些研究结果与本研究基本一致。烟叶的致香物质都是由特定的前体物质降解转化而来的，如异戊间二烯类、降-异戊二烯类、苯丙氨酸、木质素、脂类的代谢产物，以及糖和氨基酸非酶棕色化反应产物等［4］，这些物质的合成与烟叶的光合作用、呼吸作用等生命活动关系密切。而钾是烟株体内多种酶的激活剂，参与并促进烟草体内许多代谢过程，如光合作用、呼吸作用，碳水化合物、含氮化合物、脂肪代谢、蛋白质代谢等等［2］。这也就解释了为何改善烟株钾素营养可以提高烤烟致香物质含量，以及高钾烟叶一般致香物质含量也较高。因此，改善烟株钾素营养仍是现阶段提高烟叶致香物质含量的有效手段之一。

图3 烤烟致香物质含量与钾含量的回归分析Fig. 3 Regression analysis of aroma components and potassium content in tobacco

4 结 论

云南烟区烤烟钾含量平均为1.96%，并且区域间差异巨大，在海拔高度分组及土壤pH分组间均存在显著差异。致香物质含量的变幅较大，最高值是最低值的3.41～10.50倍。简单相关分析结果表明，烤烟钾含量与酮类、醇类、醛类、酯类、酚类和氮杂环类致香物质含量均表现为极显著正相关；灰色关联分析结果表明，烤烟钾含量对酮类致香物质含量的影响最大，对酯类致香物质含量的影响最小，表现为酮类＞醛类＞醇类＞氮杂环类＞酚类＞酯类；回归分析表明，7项烤烟致香物质含量与烤烟钾含量均符合线性关系，随钾含量的增加而呈直线增加的趋势。考虑到云南烟区钾含量偏低，且变幅较大，认为在云南烟区改善烤烟钾素营养仍然是提高烟叶香气物质含量的重要途径，且有较大空间。

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Relationship between Potassium Content and Aroma Components of Fluecured Tobacco in Yunnan

LI Qiang1， ZHOU Jiheng1， CHENG Changxin2， LIU Xiaoying1， YANG Yingming2， ZHANG Yiyang1
（1. Tobacco Research Institute， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China； 2. Hongyun Honghe Tobacco （Group）Co.， Ltd.， Kunming 650231， China）

204 flue-cured tobacco samples were collected in Yunnan Province. The relationship between potassium content and aroma components of flue-cured tobacco were analyzed using correlation analysis， gray correlation analysis and regression analysis. The results indicated that， the mean potassium content was 1.96% with a variation between 0.70%-3.24%， with 52.45% of the samples having low potassium content. Significant difference in potassium content of flue cured tobacco was observed between elevation groups and soil pH groups. The variation in flue-cured tobacco aroma components was huge in Yunnan （3.41-10.50 times）， and the aroma components were highly significantly correlated with potassium content， with the order of grey incidence coefficients being∶ketones＞aldehydes＞alcohols＞nitrogen heterocyclic＞phenols＞esters. Potassium content and all the aroma component conformed to linear equations with at the extremely significant level， that is， with the increase of flue cured tobacco potassium content， a linear increase of aroma components was observed. Aroma components of the lowest potassium content group （potassium content is 0.97%）was 71.89 μg/g （30.77%） less than that of the highest potassium content group （potassium content is 2.96%）. Potassium nutrition is an important factor that affects the aroma components in Yunnan flue-cured tobacco.

potassium content； aroma components； flue-cured tobacco； relationship

S572.06

1007-5119（2015）06-0049-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.06.009

云南省烟草公司项目“曲靖市精益烟叶生产研究与应用”（2014YN24）；红云红河烟草（集团）有限责任公司项目“云南基地烤烟品种立体优化布局研究”（HYHH2012YL03）

李 强（1982-），男，博士，主要从事烟草科学与工程技术和农业可持续发展研究。E-mail：zqiangli@126.com

2015-04-16

2015-08-17