烟叶外观质量、常规化学成分与其感官质量的典型相关分析

潘义宏　李佳佳　蒋美红　资文华　李岗　郑武　李文娟　刘维涓

摘要：以云南普洱烟区初烤烟叶为材料，通过对烟叶外观质量、常规化学成分进行因子分析或主成分分析，并在此基础上对烟叶外观质量、常规化学成分与感官质量指标间进行了典型相关分析。结果表明，外观质量、化学成分与感官质量之间的相关性均达到了显著水平（P<0.05）；烟叶外观质量中的叶片结构、身份、颜色以及成熟度对香气质、香气量、杂气、浓度、总分等贡献较大；烟叶的总植物碱含量（负相关）、总糖含量、钾氯比、钾离子含量、氮碱比对感官质量的香气量、香气质、浓度、余味等贡献较大。因此，对于普洱烟区云87烟叶来说，在烟叶生产中应通过优化种植技术、提高采收成熟度和烘烤水平等措施来提高烟叶的叶片结构、身份、颜色、成熟度，并适当提高钾氯比、氮碱比、总糖含量、钾离子含量，控制并适当减少烟叶总植物碱含量，最终达到有效提高烟叶品质的目的。

关键词：烟叶；外观质量；常规化学成分；感官质量；典型相关分析

中图分类号： TS411 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0384-05

烟叶的外观质量是通过眼看、手摸能够直接感触和识别的外部特点，研究表明，烟叶外观质量在一定程度上可反映出烟叶的内在品质，也便于烟叶质量的判定以及工业使用[1-2]。烟叶常规化学成分是影响烟叶内在质量的基础[3]。研究发现，烟叶中化学成分的总数达到1 172种之多，一般根据各成分之间的相关性选取其中最具代表性的几类作为衡量烟叶质量的指标（总糖含量、还原糖含量、总氮含量、烟碱含量、钾离子含量、氯离子含量、糖碱比、氮碱比、钾氯比等）[4]。烟叶中这些主要的常规化学成分在很大程度上决定了烟气的特性，进而影响烟叶的品质[5]。目前，感官质量是鉴定烟叶内在品质的主要方法[6]。烟叶品质是各个指标综合表征的结果，简单地以烟叶某一项指标来评价烟叶质量是片面的[7]。目前，该方面的研究主要集中在有关烟叶质量评价指标间的简单相关[8-13]、偏相关或回归分析[14-16]，这些分析只能反映变量内各项指标之间的简单相关性，但难以客观反映2组变量整体间的内在联系。典型相关分析是研究2组变量间相关的一种统计方法，能较全面地反映变量组间的内在联系，广泛应用于变量组群之间的相互关系的研究中。因此，结合因子分析、主成分分析以及典型相关分析进一步分析烟叶外观质量、化学成分与其感官质量之间的关系，筛选出对烟叶品质影响较大的关键指标，为今后烟叶生产提供指导显得十分必要。

本研究选取2011—2013年云南普洱烟区具有代表性的48套云87品种烟叶样品进行外观质量、化学成分、感官质量之间的关系研究，明确对烟叶感官质量影响较大的指标，进而在今后实际的烟叶生产中关注这些指标，通过优化或完善烟叶生产技术，提高这些指标的质量，最终达到改善普洱烟叶综合品质的目的。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取普洱烟区2011、2012、2013年云87初烤烟叶样品为试验材料，共计48套，按照当地调制方法进行。

1.2 取样与分析

分别选取X2F、B2F、C3F烟叶样品各3 kg用于分析。烟叶外观质量参照郑州烟草研究院制订的烤烟外观质量评价标准进行打分[17]；常规化学成分依据YC/T 160—2002《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动法》、YC/T 159—2002《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》、YC/T 162—2002《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》、YC/T 173—2003《烟草及烟草制品 钾的测定 火焰光度法》；YC/T 161—2002《烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》等标准进行检测；组织10名评吸专家以YC/T138—1998《烟草及烟草制品 感官评价方法》为基础按单料烟“标度值”标准统一进行感官质量评吸鉴定，采用“九分制”标准打分[18]。

1.3 数据处理

数据使用SAS 9.1（statistical analysis system）软件进行因子分析（factor analysis）、主成分分析（principal component analysis，PCA）以及典型相关分析（canonical correlational analysis），显著性水平取0.05。

2 结果与分析

2.1 烟叶外观与感官质量的关联分析

2.1.1 烟叶外观质量指标间的单相关分析 烟叶叶片结构、身份、色度、宽度等多个指标间都存在较强的相关性（表1）。同时Bartlett球度检验统计量的观测值F为0.000，表明所取数据来自正态分布总体。KMO值为0.75，说明进行因子分析还好。

2.1.2 烟叶外观质量因子分析 由表2可见，烟叶外观质量的前3个公共因子的累计率达到86.56%，可以反映原始变量的大部分信息。

表3为外观质量主成分最大正交旋转后因子载荷矩阵，外观质量的8个指标提取的3个主成分表达式如下：第1公因子以叶片结构、身份、色度的载荷较大，这3个指标与烟叶发育、细胞物质饱满程度有关，可以命名为发育因子，表达式为：Fac1=0.913×叶片结构+0.944×身份-0.818×色度；第2公因子以颜色、油分和叶片长度载荷相对较大，影响这几个指标较大的因素主要是烘烤条件，因此可以解释为烘烤因子，表达式为：Fac2=0.669×颜色+0.518×油分+0.638×长度；第3公因子由成熟度构成，可将其命名为成熟因子，表达式为：Fac3=0.751×成熟度+0.463×色度。

2.1.3 烟叶外观质量与感官质量的典型变量及结构分析 为了能够揭示出2组变量（外观质量和感官质量）之间的内在联系，把多个变量与多个变量之间的简单相关性转化为2组变量之间的关系，进一步以提取的烟叶外观质量主成分组和感官质量主成分组为变量，然后采用典型相关分析对烟叶外观质量与感官质量指标之间关系进行典型相关分析。表4中列出了烟叶外观质量与感官质量的典型分析结果及典型变量构成，4对典型变量的相关系数达到了显著水平（P<005），说明烟叶外观质量与感官质量之间存在较强的关联。endprint

2.1.4 烟叶外观质量与感官质量的典型相关线性表达式 表5为烟叶外观质量与感官质量的典型相关线性表达式，各因子与感官质量典型相关线性表达式如下。

（1）发育因子与感官质量典型相关线性表达式。第Ⅰ对典型变量表达式。发育因子：V1=1.396×叶片结构+0.848×身份+0.851×色度+0.417×宽度；感官质量：W1=0.649×香气质+0.493×香气量+0.558×杂气-0.748×浓度+0.712×刺激+0.066×余味-0.188×燃烧性+1.508×总分。

第Ⅱ对典型变量表达式。发育因子：V2=1.305×叶片结构+1.737×身份+0.004×色度+0.991×宽度；感官质量：W2=-0.027×香气质+0.635×香气量-1.415×杂气+0520×浓度+0.183×刺激+0.379×余味-0.270×燃烧性+0.115×总分。

从上述表达式可知，在第Ⅰ对典型变量中，烟叶发育因子中的叶片结构对感官质量的总分、香气质、刺激和浓度贡献较大，其中与浓度表现为负相关关系。在第Ⅱ对典型变量中，烟叶发育因子中的身份指标对感官质量的杂气、香气量和浓度贡献较大，其中与杂气表现为负相关关系。

（2）烘烤因子与感官质量典型相关线性表达式。典型变量表达式为：烘烤因子：V1=0.624×颜色-0.070×油分+0640×长度；感官质量：W1=-0.003×香气质-0.027×香气量-0.646×杂气+0.445×浓度+0.378×刺激+0.440×余味+0.219×燃烧性+0.894×总分。

从上述表达式可知，烟叶烘烤因子中的颜色、长度对感官质量的总分、浓度、余味、杂气贡献较大，其中对杂气是负相关关系。

（3）成熟因子与感官质量典型相关线性表达式。典型变量表达式为：成熟因子：V1=-0.311×成熟度-0.837×色度；感官质量：W1=-0.544×香气质-0.390×香气量-0.773×杂气-0.648×浓度+0.750×刺激+0.243×余味-0.021×燃烧性-1.268×总分。

从上述表达式可知，烟叶成熟因子中的成熟度、色度对感官质量的总分、杂气、浓度、香气质、香气量、刺激贡献较大，其与刺激为负相关。

2.2 烟叶常规化学成分与感官质量的关联分析

2.2.1 基于均值化的烟叶常规化学成分的主成分分析 烟叶常规化学成分中多个指标间都存在较强的相关性（表6），同时Bartlett球度检验统计量的观测值F为0.000，表明所取数据来自正态分布总体。KMO值为0.73，说明进行因子分析还好，适合进行主成分分析。

对9个常规化学成分指标进行主成分分析，所得相关的特征值，根据特征值大于1的原则提取了3个主成分，累计方差贡献率达93.02%，反映了原始变量的绝大部分信息（表7）。

表8为常规化学主成分最大正交旋转后因子载荷矩阵，常规化学的9个指标提取的3个主成分表达式如下：第1主成分以总糖、还原糖、总植物碱、糖碱比的Fac1单独解释原始变量信息的53.10%，载荷相对较大，可以代表烟叶糖碱因子，表达式为：Fac1=0.395×总糖+0.387×还原糖-0.384×总植物碱+0.409×糖碱比；第2主成分以钾离子、氯离子、钾氯比贡献率为25.92%，以钾离子、氯离子、钾氯比的载荷相对较大，可以代表钾氯因子，表达式为：Fac2=0.525×钾离子+0.425×氯离子-0.648×钾氯比；第3主成分由总氮和氮碱比构成，其对总方差的贡献率为14.00%，可视为氮因子，表达式为：Fac3=-0.429×总氮+0.475×氮碱比。

2.2.2 烟叶常规化学成分与感官质量的典型变量及结构分析 采用典型相关分析对烟叶常规化学成分（糖碱因子、钾氯因子、氮因子）与感官质量指标之间关系进行典型相关分析。表9中列出了烟叶常规化学成分与感官质量的典型分析结果及典型变量构成，5对典型变量的相关系数达到了显著水平（P<0.05），说明烟叶常规化学成分与感官质量之间存在较强的关联。

（1）糖碱因子与感官质量典型相关线性表达式。第Ⅰ对典型变量表达式。糖碱因子：V1=0.726×总糖+0.249×还原糖-1.035×总植物碱-0.279×糖碱比；感官质量：W1=-0.066×香气质+0.688×香气量-0.095×杂气+0.484×浓度-0.205×刺激性-0.216×余味+0.023×燃烧性-0.239×总分。

第 Ⅱ 对典型变量表达式。糖碱因子：V2=-2.258×总糖+1.398×还原糖+1.242×总植物碱+1.773×糖碱比；感官质量：W2=0.287×香气质+0.962×香气量-0.665×杂气-0.861×浓度-0.713×刺激性+0.995×余味+0.414×燃烧性-0.727×总分。

从上述表达式可知，第Ⅰ对典型变量中，烟叶糖碱因子中的总植物碱含量、总糖含量对感官质量的香气量、浓度贡献较大；第Ⅱ对典型变量中，烟叶总糖含量对烟气中的香气量、余味贡献较大。说明减少烟叶总植物碱的含量、提高总糖含量能在一定程度上达到增加烟气香气量、浓度以及改善余味的目的。

（2）钾氯因子与感官质量典型相关线性表达式。第Ⅰ对典型变量表达式。钾氯因子：V1=-0.894×钾离子+1.803×氯离子+1.982×钾氯比；感官质量：W1=1.333×香气质-0351×香气量-0.803×杂气+0.961×浓度+0.622×刺激性+0.451×余味+0.237×燃烧性-0.465×总分。

第Ⅱ对典型变量表达式。钾氯因子：V2=1.121×钾离子-1.044×氯离子+0.026×钾氯比；感官质量：W2=-0.800×香气质+0.198×香气量-0.379×杂气-1.108×浓度-1.006×刺激性+0.285×余味+0.179×燃烧性+0114×总分。endprint

从上述表达式可知，在第Ⅰ对典型变量中，烟叶钾氯因子中的钾氯比对感官质量的香气质贡献较大，并且呈正相关；在第Ⅱ对典型变量中，烟叶钾离子含量对烟气中的浓度、刺激贡献较大。说明增加烟叶钾离子含量和钾氯比能在一定程度上达到提高烟叶香气质，减小烟气刺激的目的。

（3）氮因子与感官质量典型相关线性表达式。第Ⅰ对典型变量表达式。氮因子：V1=0.026×总氮+1.013氮碱比；感官质量：W1=1.136×香气质-0.148×香气量+0.522×杂气-1.093×浓度+0.548×刺激性+0.011×余味-0.577×燃烧性+0.717×总分。

从上述表达式可知，在第Ⅰ对典型变量中，烟叶氮因子中的氮碱比对感官质量的香气质、浓度贡献较大，其中与烟气浓度呈负相关。说明在一定范围适当增加氮碱比能提高烟气的香气质，但会在一定程度上减少烟气浓度。

3 讨论与结论

烟叶的外观质量是化学组成和微观结构的表面现象[19]。结合外观质量因子分析以及与感官质量的典型相关分析可知，烟叶外观质量中的叶片结构、身份、颜色和成熟度等指标对烟叶感官质量有较大影响。其中叶片结构和身份对感官质量的总分、香气质、香气量、杂气和浓度（负相关）影响较大。研究表明，叶片结构疏松的烟叶，其细胞发育良好，细胞间隙较大，糖类物质积累充分，吸食品质较好[20]。一般而言，此类烟叶氮含量、碱含量低于叶片结构较紧密的烟叶（未熟、尚熟），致使烟气浓度较低，本研究结果与之一致。身份是表征烟叶厚薄、密度、单位面积质量综合状态的指标，较多地受到栽培技术的影响，烟叶身份过厚或过薄，导致其香气量不足，感官品质欠佳[21]。本研究中身份指标对感官质量的杂气（负相关）、香气量和浓度贡献较大，说明在生产过程中提高烟叶身份能改善普洱烟叶的感官质量。研究中烟叶的颜色对感官质量的总分、浓度、余味、刺激、杂气贡献较大，而影响烟叶颜色较大的因素为烘烤技术，说明提升烟叶感官品质在很大程度上依赖于烘烤技术的提高。烟叶成熟度是外观质量中的中心因素[22-23]，本研究中烟叶成熟因子对感官质量的第1主成分中的总分、杂气、浓度、香气质、香气量、刺激贡献较大，说明采收成熟度对烟叶感官质量有较大影响，因此应该在生产过程中重视烟叶的田间采收成熟度。本研究中烟叶成熟度对外观质量的贡献仅达到16.36%，可能是由于本研究的烟叶样品成熟度均为成熟档次采收的缘故。中国烟草种植区划中烟叶的颜色、成熟度、叶片结构、身份等4项指标在外观质量评价体系中所占权重最大，达到72%[24]，本研究筛选出的4项指标与之相吻合。

烟叶化学成分是烟叶质量的内在因素，其含量及协调程度与烟叶质量有一定的相关性[25-27]。结合常规化学成分主成分分析以及与感官质量的典型相关分析可知，烟叶的总糖含量、总植物碱含量、钾离子含量、钾氯比、氮碱比对烟叶感官质量有较大影响。具体表现为：烟叶的总植物碱含量、总糖含量对感官质量的香气量、浓度贡献较大；烟叶总糖含量对烟气中的香气量、余味贡献较大；烟叶中的钾氯比对感官质量的香气质贡献较大；烟叶钾离子含量对烟气中的浓度、刺激贡献较大；烟叶中的氮碱比对感官质量的香气质、浓度贡献较大，其中与浓度呈负相关。说明减少烟叶总植物碱的含量、增加总糖含量能在一定程度上达到增加烟气香气量、浓度以及改善余味的目的；增加烟叶钾离子含量、钾氯比能在一定程度上达到提高烟叶香气质，减小烟气刺激的目的；在一定范围适当增加氮碱比能提高烟气的香气质，但会一定程度减少烟气浓度。本研究中筛选出的5项化学指标与烟草行业对烟叶化学成分赋值[28-30]较大的指标基本一致。因此，对于普洱烟区云87烟叶来说，通过优化农艺措施来增加总糖含量、钾离子含量、钾氯比、氮碱比，控制总植物碱含量能有效提高烟叶感官综合品质。

综上所述，通过对普洱烟区云87烟叶3年的品质跟踪研究表明，该烟区烟叶外观质量中的叶片结构、身份、颜色，常规化学成分中的总糖含量、总植物碱含量、钾含量、钾氯比、氮碱比等指标对初烤烟叶感官质量影响较大。因此，在实际的烟叶生产中关注这些指标，通过改善或完善烟叶生产技术（如增施钾肥、增加土壤有机质含量、控制含氯肥料施加、合理打顶留叶、提高烟叶采收成熟度、优化烘烤技术等），使生产条件和生产技术向着这些指标好的方向目标发展，最终达到改善烟叶综合品质的目的。

烟叶质量受生态环境、品种、栽培技术等因素综合影响[31]，本研究只针对普洱烟区开展研究，对该烟区的生产具有一定的参考价值，本研究方法还可以为其他烟区烟叶生产提供一定的借鉴意义。

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