秦岭烤烟钾氯含量特征及其与致香物质的关系

高娟娟，张建新

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

【研究意义】钾和氯元素属于烤烟中的常规化学成分，是烤烟品质的重要指标，它们在烟草中均以离子的形态存在[1]。钾几乎关系着烟株的所有代谢过程，其含量的高低严重影响着烟叶的生长发育、品质的形成和可用性[2]。氯是烟草生长必需的元素，参与烤烟的光合作用，促进细胞分裂，与烤烟中其它营养元素有交互作用[3]。但烤烟中氯含量过高会出现中毒现象，故被认为是“忌氯作物”，国际优质烤烟的氯含量一般为0.3 %～0.8 %。烤烟的致香物质是烟叶中能产生香味或能散发香气的物质的统称[4]，是烤烟香气品质的核心。【前人研究进展】目前，在烤烟致香物质的研究方面，主要集中在关于致香物质影响因素的研究，包括烤烟的常规化学成分[5-7]和微量元素[8-9]、烤烟香型和品种[10-11]、增施肥料[12]、种植海拔[13]、烘烤工艺[14]等。近年来，钾、氯含量对烤烟致香物质的影响备受关注，比如施用缓释钾肥[15]、生物钾肥[16]、有机钾肥[17]等对烤烟品质的影响，氯含量的分布[18]、累积[19]及氯肥的施用[20]对烤烟产质量的影响。【本研究切入点】目前关于秦岭烟区烤烟品质和致香物质的研究报道相对较少[21]，因此本文对秦岭烟区3个烤烟品种的钾、氯含量进行差异分析，并分析与国内外烤烟的相似性，然后对钾、氯含量与致香物质之间的相互关系进行了分析研究。【拟解决的关键问题】以期为秦岭烤烟香气品质的提高，尤其是通过改善烤烟钾、氯含量状况来提高香气品质，提供科学的理论依据。

表1 不同品种间钾、氯含量的差异性分析

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。

Note：Different letters mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

1 材料与方法

1.1 材料及数据来源

烟叶样品：秦岭区域商洛洛南、汉中洋县和安康旬阳3个主产烟县的C3F等级烟叶样品，品种为当地主栽烤烟品种K326、YN99和秦烟96。

与国内外烟叶进行比较的数据来源于中国烟草科学技术数据库-烟叶主要化学成分分析数据库(http://sjk.ztri.com.cn/tobacco/yccx/)[22]。为了便于比较分析，选取巴西、津巴布韦、云南、河南、贵州、四川烟区C3F等级的烤烟。

1.2 实验方法

1.2.1 钾、氯含量的测定 烤烟烟叶中钾、氯含量的测定方法分别参照YC/T 173-2003[23]、YC/T 162-2002[24]。

1.2.2 致香物质含量的测定 采用固相微萃取技术进行致香物质的提取[25]，然后通过气质联用仪测定致香物质的含量[26]，利用随机Xcalibur工作站NIST2002标准谱库自动检索各组分质谱数据，参考有关文献资料及标准谱图对机检结果进行核对和确认来进行定性；按内标法计算各组分含量从而实现定量。

1.3 数据处理与分析

全文数据采用SPSS20.0统计软件进行描述性统计分析、方差分析、聚类分析和权重系数的计算，用DPS数据处理软件进行模糊相似性优先比分析，用Excel进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 秦岭烤烟钾、氯含量的特征

对秦岭烟区3个品种烤烟的钾、氯含量及比值进行描述性统计分析和方差分析，结果见表1和图1。

由表1可知，秦岭烤烟钾含量的变幅为0.83 %～2.56 %，平均值为1.93 %，变异系数为23.90 %；氯含量的变幅为0.02 %～1.01 %，平均值为0.29 %，变异系数为83.18 %；钾氯比的变幅为1.19～97.47，平均值为12.12，变异系数高达 121.16 %，存在广泛的变异。

图1 秦岭烤烟钾、氯含量及其比值的特征Fig.1 Characteristics of potassium,chlorine content and potassium/chlorine in Qinling mountains

以国际优质烤烟烟叶的钾含量(不低于2.50 %)、氯含量(0.30 %～0.80 %)、钾氯比(不低于4)为标准[1]，对秦岭烟区不同品种烤烟的适宜率进行统计分析，可知YN99和秦烟96的钾含量适宜率均为0.00 %，其中YN99钾含量的最大值为2.07 %，秦烟96钾含量的最大值为1.56 %，均低于国际优质烟叶的钾含量；K326的钾含量适宜率为5.56 %，其钾含量变幅为0.99 %～2.56 %，变异系数为19.92 %。对于氯含量而言，YN99的适宜率最高，为95.83 %，其氯含量的变幅为0.32 %～0.86 %；K326的氯含量适宜率为11.11 %，其氯含量的变幅为0.03 %～0.74 %，平均值为0.16 %；秦烟96氯含量的适宜率为8.33 %，变幅为0.02 %～0.98 %。K326和秦烟96的钾氯比的适宜率均较大，分别为88.89 %、86.11 %，其中，K326钾氯比的变幅为2.56～42.36，平均值为21.06，秦烟96钾氯比的变幅为1.19～97.47，平均值为14.08；而YN99的钾氯比适宜率为0，变幅为1.47～3.90，平均值为2.47。

从变异系数来看，秦烟96氯含量的变异系数最大，为94.74 %，K326氯含量的变异系数较大，为84.21 %，秦烟96的钾氯比变异系数也较大，为82.48 %，其次K326钾氯比的变异系数为58.80 %，除此之外其它变异系数均相对较小。

从品种之间的差异性来看，结合表1和图1可知，K326的钾含量显著高于秦烟96和YN99的钾含量，YN99的氯含量显著高于其它2个品种，但其钾氯比显著低于其它2个品种。

2.2 与国内外烤烟烟叶钾、氯含量的相似性分析

模糊相似性优先比分析，是以成对样本与一个固定样本做比较，确定哪一个与固定样本更相似的一种分析方法[27]。本研究以巴西、津巴布韦、云南、河南、贵州、四川烟区烤烟的钾、氯含量及其比值的平均值与秦岭烟区烤烟进行模糊相似性优先比分析。

由于钾含量、氯含量、钾氯比对烤烟样本的影响程度不一样，因此本文采用因子分析法[27]求出钾、氯、钾氯比的权重值，并进行归一化处理，使得各个指标能共同影响待分析样本间的相似程度，故分别赋予钾、氯、钾氯比0.3、0.1、0.6的权重。采用海明距离做为相似优先比的测度，使每个烟区都产生一个能综合反映该烟区与秦岭烟区相似程度的值——优先比值，优先比值越小，代表该烟区与秦岭烟区越相似，按照与秦岭烤烟钾、氯含量及其比值的优先比值由大到小进行排序。由表2可知，秦岭对四川的优先比值最小，为2.14，因此秦岭烤烟的钾、氯含量及钾氯比与四川最相似。与国外钾、氯含量及钾氯比比较，以巴西的优先比值较低，为3.05，秦岭烤烟的钾、氯含量及钾氯比与巴西较为相似。从整体来看，秦岭烤烟钾、氯含量及钾氯比对国内外主产烟区的相似度由大到小的顺序为：四川>贵州>巴西>津巴布韦>云南>河南。

表2 秦岭烤烟钾、氯含量及其比值与国内外主产烟区相似度比较

表3 不同类群中烤烟钾含量的基本统计特征

图2 不同钾含量烤烟致香物质的含量特征Fig.2 Characteristics of aroma components in flue-cured tobacco with different potassium contents

2.3 秦岭烤烟钾含量与致香物质的关系

为了研究秦岭烤烟钾含量与致香物质之间的关系，对烤烟钾含量采用欧氏距离进行聚类分析，将待测烤烟样品划分为低、中、高3个类群，计算每个类群烤烟样品的致香物质平均含量，结果见表3和图2。

由表3可知，低钾类群中，烤烟钾含量的变幅为0.91 %～1.16 %，变异系数为9.41 %，占样品总数的35.71 %，在这个类群中占比最大的品种是YN99，为70.00 %。由图2可知，低钾类群与其它2

个类群相比，类胡萝卜素降解产物、棕色化反应物的含量和致香物质总量较低，其它种类致香物质的含量都居中。

中钾类群中，烤烟钾含量的变幅为1.20 %～1.43 %，变异系数为6.11 %，占样品总数的39.29 %，在这个类群中占比最大的品种是YN99，为54.55 %。由图2可知，中钾类群与其它两个类群相比，叶绿素降解产物、类胡萝卜降解产物的含量及致香物质总量均较高，苯丙氨酸降解产物和西柏烷类降解产物的含量较低，棕色化反应物的含量居中。

高钾类群中，烤烟钾含量的变幅为1.75 %～2.26 %，变异系数为9.26 %，占样品总数的25.00 %，在这个类群中全部都是K326品种的烤烟。由图2可知，高钾类群与其它两个类群相比，叶绿素降解产物的含量较低，苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物和棕色化反应物的含量较高，类胡萝卜降解产物的含量和致香物质总量居中。

对不同钾类群间烤烟的致香物质含量进行方差分析(表4)，钾含量在类群间的差异性达到极显著水平(P<0.001)，棕色化反应物和致香物质总量至少在2个类群间存在显著性差异，而其它致香物质含量在类群间的差异性都不显著。

2.4 秦岭烤烟氯含量与致香物质的关系

为了研究秦岭烤烟氯含量与致香物质之间的关系，对烤烟氯含量采用欧氏距离进行聚类分析，将待测烤烟样品划分为低、中、高3个类群，计算每个类群烤烟样品的致香物质平均含量，结果见表5和图3。

表4 不同钾类群间烤烟致香物质含量的方差分析

注：同一行不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。

Note：Different letters within the same column mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

表5 不同类群中烤烟氯含量的基本统计特征

图3 不同氯含量烤烟致香物质的含量特征Fig.3 Characteristics of aroma components in flue-cured tobacco with different chlorine contents

由表5可知，低氯类群中，烤烟烟叶氯含量的变幅为0.06 %～0.14 %，变异系数为30.57 %，占样品总数的28.58 %，在这个类群中占比最大的品种是K326，为50.00 %，其它2个品种各占25.00 %。由图3可知，低氯类群与其它两个类群相比，叶绿素降解产物的含量较低，棕色化反应物、苯丙氨酸降解产物的含量较高，西柏烷类降解产物和类胡萝卜降解产物居中，致香物质总量较高。

中氯类群中，烤烟烟叶氯含量的变幅为0.21 %～0.32 %，变异系数为14.71 %，占样品总数的25 %，在这个类群中占比最大的品种是秦烟96，为71.43 %，K326和YN99所占比例相等，均为14.29 %。由图3可知，中氯类群与其它两个类群相比，烤烟的叶绿素降解产物和类胡萝卜降解产物的含量较高，苯丙氨酸降解产物、棕色化反应物和西柏烷类降解产物的含量较低，致香物质总量也较低。

高氯类群中，烤烟烟叶氯含量的变幅为0.38 %～0.74 %，变异系数为18.08 %，占样品总数的46.43 %，这个类群中占比最大的品种是YN99，为76.92 %，秦烟96在该类群中所占比例最低，为7.69 %。由图3可知，高氯类群与其它两个类群相比，烤烟的叶绿素降解产物、苯丙氨酸降解产物和棕色化反应物的含量居中，西柏烷类降解产物的含量较高，类胡萝卜降解产物的含量较低，致香物质总量居中。

对不同类群间烤烟的致香物质含量进行方差分析(表6)，氯含量在类群间的差异性达到极显著水平(P<0.001)，苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物、棕色化反应物均至少在2个类群间存在显著性差异，而叶绿素降解产物、类胡萝卜降解产物及致香物质总量在类群间的差异性都不显著。

3 讨 论

(1)以国际优质烤烟的氯含量(0.3 %～0.8 %)[1]为标准，YN99的氯含量较适宜，适宜率为95.83 %，但其钾氯比值较低，变幅为1.47 %～3.90 %，这很可能是由YN99的钾含量较低造成的；秦烟96的钾含量、氯含量均较低，但是钾氯比较适宜，适宜率为86.11 %，可能的原因是秦烟96的氯含量极低。从变异系数来看，秦岭烤烟钾氯比变异系数较大，主要是由于氯含量的变异系数较大造成的，K326、秦烟96、YN99的氯含量变异系数分别为84.21 %、94.74 %、21.36 %，分析原因可能是不同种植烟县土壤的氯素含量不同造成的，也可能是由于3个品种对氯的吸收积累作用有差异。孙公等[28]的研究表明土壤水溶性氯和烟叶中氯含量的增加趋势是一致的，许永峰等[20]的研究结果也表明随着对土壤中施氯量的上升，烟株中氯含量及其积累量也呈现上升趋势，故可以适当的施用氯素肥料来平衡秦岭植烟县土壤的氯含量，从而改善烤烟低氯含量的现状。

(2)通过对秦岭烤烟钾、氯含量及钾氯比的平均值对国内外烤烟的模糊相似性优先比分析，可知秦岭烤烟的钾氯含量状况与四川烤烟最为相似，李丹丹等[29]的研究结果表明，四川烟叶钾、氯含量较低且变异性较大，钾氯比值较大但表现欠稳定，与本文的相似性分析结果是一致的。与国外烟区的相似性分析结果表明，秦岭烤烟的钾氯含量状况与巴西较相似。

注：同一行不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。

Note：Different letters in the same column mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

(3)本文用类似于许自成等[30-31]的方法研究秦岭烤烟钾、氯含量与致香物质的关系，结果表明，高钾类烤烟的苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物和棕色化反应物的含量均高于低钾类和中钾类烤烟，而叶绿素降解产物的含量低于低钾类和中钾类烤烟，类胡萝卜降解产物含量居中；叶绿素降解产物和类胡萝卜降解产物的含量在中氯烤烟中最高，苯丙氨酸降解产物、西柏烷类降解产物、棕色化反应物的含量在中氯烤烟中最低，使得致香物质的总量也最低。许自成等[30-31]的研究结果表明几大类致香物质在高钾类烤烟和低氯类烤烟中含量较高，这与本文的研究结果有一定的差别，这可能是由于秦岭烤烟钾、氯含量偏低且变异范围广。

4 结 论

秦岭烤烟钾、氯含量均低于国际优质烤烟的范围，钾氯比变异系数较大，变异范围较广，不同品种间钾、氯含量及比值的差异性较显著。秦岭烤烟的钾、氯含量与致香物质存在一定的内在联系，整体上看，各大类致香物质含量在高钾烤烟中含量较高，在中氯烤烟中含量较高。

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