禄丰县不同植烟乡镇初烤烟叶主要化学成分比较与聚类分析

蒋海峰，钟庆华，杨 旸，董玉西，许建明

(云南省烟草公司楚雄州公司，云南 楚雄 675000)

前 言

烟叶化学成分的含量和比例会接影响烟叶的品质，进而影响卷烟的香味风格、质量及安全性。而烟叶的化学成分形成与生态环境、烟草品种、栽培管理措施等有着十分密切的关系［1］。云南省楚雄州禄丰县位于楚雄州西北部，自然条件优厚，在中国烟草区划中属于西南烟草种植区滇中高原烤烟区的最适宜区［2］。所产烟叶为典型的清香型烟叶，烟叶成熟度好，叶片结构疏松，香气质较好，杂气和刺激性相对较小［3－4］。禄丰县具有典型的生态多样性和独特的立体气候，生产出来的优质烟叶具有不同的质量风格特色。对不同植烟乡镇烟叶化学成分进行相关研究是了解禄丰县烟叶质量特色和区域性特点的重要手段，也为卷烟工业企业合理利用烤烟原料提供参考。本文以禄丰县2011年13个植烟乡镇的烟叶为原料，对180个烤烟样品的化学成分进行分析研究，并对13个植烟乡镇进行主成分分析和聚类分析，旨在为提高禄丰县烤烟化学成分的理论研究和生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2011年在云南省楚雄州禄丰县的金山、和平、中村、恐龙山、妥安、黑井、高峰、仁兴、碧城、勤丰、土官、一平浪和广通等13个植烟乡镇，选择气候、海拔、土壤等能够代表本区域生态环境特征和生产特点的地块设置60个取样点。每个取样点采样3个，等级为 B2F、C3F和 X2F，共计180个烟样，每个样品5 Kg。包含品种2个，云烟87和 K326，均为禄丰县种植面积较大的品种。取样点基本情况见表1。

1.2 测定方法

烟叶化学成分由云南省烟草农业科学院检测中心分析测试，烟叶化学成分包括总糖(%)、还原糖(%)、总氮(%)、烟碱(%)、氯(%)、淀粉(%)和钾(%)等7个化学指标，并计算糖碱比(总糖/烟碱)、氮碱比(总氮/烟碱)和两糖差(总糖－还原糖)，指标检测参考王瑞新［5］、肖协忠［6］等的方法。

1.3 数据统计分析

数据处理采用Excel 2007，方差分析、多重比较采用SPSS Statistics 19.0，多重比较采用新复极差法(Duncan’s)，聚类分析采用系统聚类法，聚类方法为最近邻元素，度量标准为平方Euclidean距离，采用Z score标准化数据。

表1 试验点基本情况Tab.1 Themain situation of testing regions

2 结果与分析

2.1 禄丰县烤烟的主要化学成分总体特性

烟叶内在化学成分是体现烟叶烟气特征和品吸质量的内在因素。研究表明，优质烤烟一般要求总糖含量18% －24%、还原糖含量16% －22%、烟碱含量1.5% －3.5%、总氮含量1.5% －3.5%、钾含量≥2.0%、淀粉含量≤5%，糖碱比为8－12、氮碱比为0.8－1.1、挥发碱含量0.3% －0.6% 、氯含量 0.3% －0.8%［7－8］。

禄丰县化学成分描述统计分析结果见表2。从表2中可以看出，禄丰县烤烟化学成分大部分指标的均值及变幅均在优质烤烟的适宜范围内，钾偏低，总糖和还原糖略高，这可能与云南的气候条件有关，昼夜温差较大，紫外线强等均有利于糖分的累积。禄丰烟叶总糖还原糖偏高，烟碱适宜，导致糖碱比偏高。除还原糖为左偏态，其余均为右偏态，氯偏态程度最重，偏离中心较远。氯的峰度值大于3，属于高狭峰，说明数据分布集中;糖碱比、氮碱比、淀粉和钾的峰度值在1－3之间，说明数据分布适中;其他指标的峰度值小于1，属于低阔峰，说明数据比较分散。变异系数是反映数据离散程度的绝对值，值越大表明离散程度越大。禄丰县烤烟化学成分指标变异系数均在20%以上，其中两糖差、氯、糖碱比和淀粉在60%以上，稳定性低，说明禄丰县2011年烤烟化学成分变异程度较大，从而反映了禄丰县各植烟乡镇烤烟栽培环境的差异。

2.2 不同品种主要化学成分差异比较

禄丰不同品种烟叶主要化学成分见表3。就云87和K326两个品种在禄丰烟区的表现来看，云87品种的总糖、还原糖和淀粉含量均比K326低，更接近优质烤烟的评价指标;但是在总氮、烟碱和糖碱比这三个指标上，K326优于云87。两糖差、氯、氮碱比和钾均在优质烤烟的适宜范围内，且两个品种间无明显差别。其中，两糖差、氯、糖碱比和淀粉品种间变异系数较大，均在60%左右，稳定性较低。

表2 禄丰县烤烟主要化学成分Tab.2 Main chem ical properties of flue－cured tobacco in Lufeng County

表3 禄丰不同种植品种烤烟的主要化学成分化学(%)Tab.3 M ain chem ical properties of different flue－cured tobacco cultivars in Lufeng County(%)

2.3 不同等级主要化学成分差异比较

不同品种烟叶主要化学成分见表4。三个等级烟叶的主要化学成分指标差异均为显著，B2F和X2F的总糖、还原糖明显低于C3F，B2F和C3F的氯明显低于X2F，在氮碱比、淀粉和钾等三个指标上，X2F优于其他两个等级，C3F的烟碱含量最为适宜。就B2F和C3F而言，B2F的主要化学成分基本都在适宜范围内，说明就禄丰县2011年烟叶主要化学成分来看，B2F较C3F而言更符合优质烟化学成分的要求。其中，两糖差、氯、糖碱比和淀粉品种间变异系数较大，均在60%左右，稳定性较低。

表4 禄丰不同等级烤烟的主要化学成分化学(%)Tab.4 M ain chem ical properties in different grades of flue－cured tobacco from Lufeng County(%)

2.4 不同植烟乡镇主要化学成分的差异比较

生态因素是烟叶品质特点和风格区域特色形成的基础条件，对烟叶质量与风格的形成具有重要的影响。将禄丰县13个植烟乡镇的化学成分进行方差分析和多重比较，结果见表5。除烟碱和氯外，各个植烟乡镇烟叶的其他主要化学成分指标差异在0.05的水平上均为显著，各植烟乡镇的总氮、烟碱、氮碱比均在优质烤烟的适宜范围内。中村、黑井、高峰、土官、一平浪和广通的总糖和还原糖含量较高，其中，黑井的总糖和还原糖分别达到了36.11和29.45。妥安、黑井和高峰的氯含量较高，最高达到0.56，其他乡镇的氯含量均低于0.3%的适宜范围下限，特别是中村、勤丰和土官，需适当提高氯含量。黑井和高峰的淀粉含量高于4，与其他乡镇达到显著差异，但是仍在优质烤烟的适宜范围内。

表5 禄丰不同植烟乡镇烤烟的主要化学成分化学(%)Tab.5 M ain chem ical properties in different growing regions of flue－cured tobacco from Lufeng Country(%)

2.5 主要化学成分的相关性分析

根据样品各项化学指标的标准化值，求得各项化学指标间的简单相关系数如表6所示。总糖与还原糖、两糖差、糖碱比和淀粉存在极显著正相关关系，与总氮、烟碱存在极显著负相关关系;总氮与烟碱存在极显著正相关关系，与糖碱比、氮碱比、钾和淀粉存在极显著负相关关系。

表6 标准化后的指标间的相关系数Tab.6 Correlation coefficients of standardized indicators

2.6 不同植烟乡镇主要化学成分的主成分分析

烤烟烟叶的10个变量间彼此之间存在着相关性，直接利用会产生信息的重叠，导致结果出现偏差，因此对各个乡镇烟叶的化学成分进行主成分分析。

导入数据后，通过 Kaiser－Meyer－Olkin检验，其值为0.592＞0.5;Bartlett球形度检验，Sig.为0.000，极显著，表示可以进行主成分分析。主成分个数提取原则为主成分对应的特征值大于1的前m个主成分，特征值可以被看成表示主成分影响力度大小的指标。从表7中可以看出，前3个主成分对应的特征值大于1，选取前3个主成分进行分析，其特征值分别为4.513、2.488、1.031，累计贡献率为80.326%，基本反映了原来变量的信息。由表8可知，第1主成分变量单独说明原始变量的45.132%，代表变量为总糖、还原糖、两糖差、总氮、烟碱和糖碱比;第2主成分说明原始变量的24.883%，代表变量为氮碱比、淀粉和钾;第3主成分说明原始变量的10.311%，代表变量为氯。将表8的初始因子载荷代入spss 19.0软件分析，得到的特征向量与标准化后的数据相乘， 然后就可以得出选择各植烟乡镇的前三个主成分因子得分，以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重计算主成分综合得分。

表7 相关矩阵的特征值Tab.7 Eigenvalues of the correlation matrix

表8 规格化的特征向量Tab.8 Normalized characteristic vectors

2.7 不同植烟乡镇主要化学成分的聚类分析

选择各植烟乡镇的综合得分，采用最近邻元素和平方Euclidean距离的聚类方法进行系统聚类分析，其谱系图见图1.根据对禄丰烟区烟叶化学成分的聚类分析结果，将各植烟乡镇区分为4种类型。中村、土官为第1类;仁兴为第2类;金山、高峰、广通、一平浪、恐龙山、和平、碧城、勤丰为第3类;妥安和黑井为第4类。

表9 综合主成分值Tab.9 Score of principal components of samp les

对4类烟区的化学成分指标进行统计分析，结果见表10。除氮碱比无显著差异外，其余指标均存在显著差异。第1类总糖、还原糖、糖碱比、淀粉偏高，氯偏低，总氮、烟碱、两糖差和氮碱比适宜，总体表现为高糖低氯;第2类与第3类差别不明显，主要体现在钾偏低;第3类总体表现最为适宜，各项指标基本都在优质烟叶的适宜范围内;第4类总糖、还原糖、糖碱比、淀粉高于其他三类且变异较小，总氮、烟碱低于其他三类，总体表现为高糖低碱。

图1 禄丰各植烟乡镇主要化学成分系统聚类Fig.1 Cluster analysis ofmain chemical properties of flue－cured tobacco from different tobacco－growing regions in Lufeng County

表10 禄丰县各植烟乡镇分4类的烤烟主要化学成分Tab.10 Main chem ical properties in four different categories of flue－cured tobacco from Lufeng County

3 结论与讨论

3.1 结论

禄丰烤烟烟叶主要化学成分比较适宜和协调，高糖、低氯和低钾特征比较明显;云烟87的总糖、还原糖和淀粉含量均比K326好，而K326在总氮、烟碱和糖碱比这3个指标优于云烟87;3个等级烟叶的主要化学成分指标差异均为显著，综合比较B2F比C3F更为适宜;除烟碱和氯外，13个植烟乡镇烟叶的主要化学成分指标差异在0.05的水平上均为显著，各植烟乡镇的总氮、烟碱、氮碱比均在优质烤烟的适宜范围内。根据13个植烟乡镇烟叶的化学成分主成分分析的结果，聚类可分为4种类型，中村、土官为第1类;仁兴为第2类;金山、高峰、广通、一平浪、恐龙山、和平、碧城、勤丰为第3类;妥安和黑井为第4类。

3.2 讨论

虽然聚类分析中第3类在4类烟区中表现最为适宜，但是同优质烟叶的最适范围［1］相比，仍然存在总糖、还原糖、糖碱比和淀粉偏高，氯、氮碱比和钾偏低，特别是高糖低钾低氯的现象比较明显。这与邵惠芳［7］、史训瑶等［8］的研究比较接近。水溶性总糖和还原糖被认为是体现烟草优良品质的指标，但糖含量并不是越高越好，糖含量过高，使得烟气平淡无味，失去了应有的吃味强度;糖含量高，烟气焦油释放量大［5，6］。氯含量与吸湿性、燃烧性等有关，氯含量低于0.3%时，烟叶干燥粗糙，易破碎。钾含量对烟叶品质有很大影响，主要表现在提高烟叶的燃烧性和吸湿性，改善烟叶的颜色和身份，降低焦油和CO含量［7］。禄丰烟叶总糖和还原糖偏高，禄丰烟叶氯偏低且分布不均匀，禄丰烟区烟叶含钾量普遍偏低。因此，进一步提高禄丰烟叶的化学品质，需改善生态及栽培条件，运用复烤调制技术，降低总糖、还原糖含量，调整氯含量，提高含钾水平。

［1］胡荣海，邵 岩.云南烟草栽培学［M］.北京:科学出版社，2007，55－117.

［2］王彦亭，谢剑平，李志宏.中国烟草种植区划［M］.北京:科学出版社，2009.

［3］招启柏，冯柱安，周兴华，等.禄丰基地烤烟生态环境和烟叶质量分析［J］.中国农业气象，2012，01:98－103.

［4］董高峰，张 强，向 明，等.楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价［J］.云南大学学报(自然科学版)，2010，S1:81－86.

［5］王瑞新.烟草化学［M］.北京:中国农业出版社，2003，149－158.

［6］肖协忠.烟草化学［M］.北京:中国农业科技出版社，1997，248－277.

［7］刘国顺.烟草栽培学［M］.北京:中国农业出版社，2003.

［8］史训瑶，张晓瑜，杨小勇，等.贵州烟区烤烟钾、氯元素含量的变异分析［J］.山地农业生物学报，2014，33(5)，59－62.