不同部位烤烟非挥发性有机酸含量与品质指标的关系分析

穆童 李东亮 姚倩 刘志宏 张森 王亚虹 许自成

摘要：【目的】分析不同部位烤煙非挥发性有机酸含量变化及其与相关品质指标的关系，为卷烟工业原料的选购提供理论依据。【方法】以我国11个烤烟产区的261份陈化烟叶样品为试验材料，采用简单相关分析、回归分析和典型相关分析方法，分析烟株上、中、下3个部位烟叶样品中的非挥发性有机酸含量变化及其与化学品质和感官品质指标的关系。【结果】非挥发性有机酸总量表现为下部叶>中部叶>上部叶，且在不同部位间存在极显著差异（P<0.01，下同）。各部位非挥发性有机酸组分与化学指标呈不同程度的相关性，非挥发性有机酸总量与总植物碱、还原糖和钾含量呈负相关，与氯含量呈正相关。各部位非挥发性有机酸组分与评吸指标也呈不同程度的相关性，非挥发性有机酸总量与香气特性呈负相关。典型相关分析结果表明，丙二酸和油酸含量对烟气浓度的影响较明显，棕榈酸和亚油酸含量对余味的影响较明显。【结论】烤烟非挥发性有机酸含量对烤后烟叶的化学品质和感官质量均有一定程度的影响，因此在烤烟种植过程中应通过施肥等措施调控烟叶中的非挥发性有机酸含量，卷烟加工企业可根据烤后烟叶非挥发性有机酸含量选取原料。

关键词： 烤烟；不同部位；非挥发性有机酸；化学品质；感官品质

中图分类号： S572 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）05-0963-08

Abstract：【Objective】The relationship between the content change of non-volatile organic acid and relevant quality indexes in different parts of flue-cured tobacco was studied in order to provide theoretical basis for the purchase of raw materials in cigarette industry. 【Method】The 261 samples of aged tobacco leaves from 11 flue-cured tobacco producing areas in China were used as test materials. Simple correlation analysis，regression analysis and canonical correlation analysis were used to analyze the content change of non-volatile organic acid in upper， middle and lower leaves and its relationship with chemical quality index and sensory quality index. 【Result】The total content of non-volatile organic acid showed extremely significant difference（P<0.01，the same below） in various parts，whose rank was lower leaves>middle leaves>upper leaves. The non-volatile organic acid components and chemical index in each part showed correlation of different degrees. The total content of non-volatile organic acid showed negative correlation with total alkaloid， reducing sugar and potassium content，and showed positive correlation with the chlorine content. The non-volatile organic acid components in each part also had different degrees of correlation with the sensory evaluation index. There was negative correlation between the total content of non-volatile organic acid and the aroma characteristics. The result of canonical correlation analysis showed that the contents of malonic acid and oleic acid had great influence on smoke concentration，and that the contents of palmitic acid and linoleic acid had great influence on the aftertaste. 【Conclusion】The content of non-volatile organic acid in flue-cured tobacco has certain degree of influence on both chemical quality and sensory quality of cured tobacco leaves. So the content of non-volatile organic acid in tobacco leaves should be regulated during the process of toba-cco planting by some measures such as fertilization. The cigarette processing enterprises can select the raw materials accor-ding to the content of non-volatile organic acids in cured tobacco leaves.

Key words： flue-cured tobacco； various parts； non-volatile organic acid； chemical quality； sensory quality

0 引言

【研究意义】我国烤烟种植范围广，各种植区域的气候条件、土壤质地和肥力及栽培措施差异等因素导致烤烟具有多种香气类型，不同类型烤烟各部位的化学成分、香气成分存在不同程度的差异，烟叶香吃味也有所不同（李东亮等，2008；邸慧慧等，2010；陈伟等，2012；崔宇翔，2013；李颖之等，2013；杨正敏等，2015）。非挥发性有机酸是影响烟草感官质量的主要化学成分之一（刘春奎等，2014），其中草酸、苹果酸和柠檬酸是烤烟主要的非挥发性有机酸（王瑞新，2003），可与烤烟中的生物碱结合形成盐类物质，调节质子化和游离态烟碱比例，改变烟草酸碱度，平衡烟气，使吸味醇和，改善卷烟香吃味（施丰成等，2010）。因此，研究烤烟非挥发性有机酸与烤烟品质指标的关系对指导卷烟企业原料选购具有重要意义。【前人研究进展】杨虹琦等（2005）研究表明，低纬度产区烤烟中的苹果酸、柠檬酸和总有机酸与中、高纬度产区存在显著差异。卢秀萍等（2007）对不同基因型烤烟非挥发性有机酸进行研究，结果表明，同种有机酸在不同基因型类群间的含量存在明显差异。罗琼等（2009）研究证实，不同等级烟叶中的草酸、苹果酸和柠檬酸含量差异不明显，以低等级烟叶中的柠檬酸含量相对较高。孙曙光等（2012）研究表明，烤烟钾含量与乙二酸、丙二酸和苹果酸的回归方程达显著水平，与非挥发性有机酸含量间的关系最密切。张锦韬等（2012）通过灰色关联分析发现烟叶非挥发性有机酸主要影响感官评吸质量评价指标中的刺激性、劲头和浓度。赖燕华和汪军霞（2015）发现异戊酸、丙二酸、苯乙酸和柠檬酸等有机酸对烟叶的感官品质存在正面或负面影响。【本研究切入点】前人对烤烟非挥发性有机酸的研究多集中在不同条件下（不同种植区域、品种、海拔高度等）含量差异的比较（王树会等，2006；黎妍妍等，2009；焦亮等，2014），或仅针对某一化学成分与烤烟有机酸含量的关系进行分析（许嘉阳等，2016；许自成等，2010a，2010b），而针对不同部位烤烟非挥发性有机酸含量与化学及感官评吸指标关系的研究较少。【拟解决的关键问题】以我国11个产区的陈化烟叶为研究对象，分析不同部位烤烟非挥发性有机酸含量与相关化学品质指标和感官评吸指标的关系，以期为卷烟工业原料的选购提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验材料为我国11个烟叶产区（河南、贵州、云南、四川、江西、重庆、湖南、福建、广东、黑龙江和内蒙古）的陈化烟叶，由四川中烟工业有限责任公司选取。

1. 2 试验方法

采集上、中、下3个部位共261份烟叶样品，样品烘干后取一部分烟样磨成粉末过60目筛，进行化学成分和香气成分测定，另一部分烟叶样品卷制成单料烟进行评吸，用于感官质量鉴定。

1. 3 测定项目及方法

非挥发性有机酸含量测定：称取1 g烟末，加入0.5 mL内标（己二酸）和25.0 mL硫酸—甲醇溶液，振荡后静置过夜，然后过滤到分液漏斗中（内含50.0 mL蒸馏水），用15.0 mL二氯甲烷萃取3次，采用硫酸甲酯化—气相色谱测定非挥发性有机酸含量（刘春奎等，2014）。

化学品质指标测定：还原糖含量参考YC/T 159—2002《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》进行测定，总植物碱含量参考YC/T 160—2002《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动法》进行测定，氯含量参考YC/T 162—2002《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》进行测定，钾含量参考YC/T 217—2007《烟草及烟草制品 钾的测定 连续流动法》进行测定。

感官质量鉴定：将供试烟叶样品进行回潮（水含率达18.0%～21.0%），室温下密闭存放2 h，切丝，在规定条件下将烟丝水含率调节至12.5%左右，卷制成卷烟后按单料烟评吸基本要求，以YC/T 138—1998 《烟草及烟草制品 感官评价方法》为基础，由专职评吸人员进行评吸。按单料烟9分制评吸方法评分，求出各指标的平均值。

1. 4 统计分析

数据处理及简单相关分析、回归分析、典型相关分析采用Excel 2016和SPSS 21.0完成。

2 结果与分析

2. 1 烤烟非挥发性有机酸含量分析结果

2. 1. 1 不同部位烤烟非挥发性有机酸含量的描述统计分析 对烤烟样品上、中、下各部位烟叶非挥发性有机酸含量进行统计分析，结果（表1）表明，除月桂酸外，其他非挥发性有机酸含量在不同部位间均表现出显著（P<0.05，下同）或极显著（P<0.01，下同）差异。不同部位间的非挥发性有机酸均以苹果酸含量最高，月桂酸含量最低；上部叶中以丙二酸含量的变幅最大，变异系数达46.04%，中部叶和下部叶中以月桂酸含量的变幅最大，变异系数分别为60.00%和40.00%；上部叶和下部叶中以棕榈酸含量的变幅最小，变异系數为9.65%和9.54%，中部叶中以肉豆蔻酸含量的变幅最小，变异系数为9.09%。3个部位间非挥发性有机酸总量表现为下部叶>中部叶>上部叶，各部位间差异达极显著水平。

2. 1. 2 烤烟非挥发性有机酸含量的聚类分析 对上、中、下3个部位烤烟中的非挥发性有机酸总量按不同产区进行聚类分析，结果（图1）表明，各部位非挥发性有机酸总量均可分为三大类。上部叶中第Ⅰ类（57.15±7.45 mg/g）为广东、江西和福建，第Ⅱ类（94.03±10.06 mg/g）为贵州和重庆，第Ⅲ类（75.18±10.80 mg/g）为湖南、四川和云南。中部叶中第Ⅰ类（90.00±12.62 mg/g）为湖南、云南、四川、贵州、黑龙江和重庆，第Ⅱ类（113.43±14.97 mg/g）为河南和内蒙古，第Ⅲ类（67.93±11.66 mg/g）为广东和江西。下部叶中第Ⅰ类（116.01±16.89 mg/g）为贵州和云南，第Ⅱ类（112.75±29.61 mg/g）为黑龙江、四川和重庆，第Ⅲ类（92.24±7.06 mg/g）为广东。

2. 2 烤烟非挥发性有机酸含量与化学品质指标的相关性分析结果

苹果酸、柠檬酸等有机酸参与烟株体内的三羧酸循环，间接调节碳水化合物和含氮化合物的代谢（全琳等，2010）。对不同部位烤烟非挥发性有机酸含量与部分化学指标进行相关性分析，结果（表2）表明，非挥发性有机酸含量与烤烟上、中部叶的关系较密切，其中多数非挥发性有机酸与上、中部叶的化学指标间存在显著或极显著相关性。不同部位烤烟非挥发性有机酸总量与总植物碱含量均呈显著或极显著负相关；上、中部叶中非挥发性有机酸总量与还原糖和钾含量呈显著或极显著负相关，与氯含量呈显著和极显著正相关；下部叶中非挥发性有机酸总量与还原糖、氯和钾含量的相关性均未达显著水平（P>0.05，下同）。

2. 3 烤烟非挥发性有机酸含量与感官评吸指标的关系

2. 3. 1 不同部位烤烟非挥发性有机酸与感官评吸指标的简单相关分析 根据非挥发性有机酸对烤烟烟气的影响，分析3个部位烤烟中各非挥发性有机酸与香气质、香气量、杂气、劲头、浓度、余味及刺激性的相关性，并将这些感官指标划分为香气特性、烟气特性及口感特性（表3～表5）。3个部位烤烟中非挥发性有机酸含量与香气特性关系密切。上部叶中草酸、苹果酸含量与香气质和香气量呈极显著负相关，柠檬酸和丙二酸含量与香气量呈显著负相关，非挥发性有机酸总量与香气质、香气量及杂气均呈极显著负相关（表3）。中部叶中草酸、苹果酸、柠檬酸、丙二酸含量及非挥发性有机酸总量均与香气质、香气量和杂气（草酸除外）呈极显著负相关，油酸和硬脂酸含量与各香气特性呈极显著正相关（表4）。下部叶中草酸含量与香气质和香气量呈显著负相关，苹果酸、柠檬酸含量及非挥发性有机酸总量仅与香气量呈显著或极显著负相关（表5）。从表3～表5还可看出，部分非挥发性有机酸含量与中部叶的烟气特性和口感特性具有显著或极显著相关性，但与上、下部叶的烟气特性和口感特性相关性不明显。

2. 3. 2 不同部位烤烟非挥发性有机酸总量与香气特性的回归分析 根据次序分布原则按照2.00的组距将不同部位烤烟非挥发性有机酸总量进行分组，分别统计每组非挥发性有机酸总量的平均值及其对应的香气特性得分平均值，然后对3个部位烟叶中非挥发性有机酸总量与香气特性进行回归分析，结果（表6）表明，上部叶和中部叶中非挥发性有机酸总量与香气特性呈极显著负相关，下部叶中非挥发性有机酸总量与香气特性呈显著负相关。

由表6和图3可知，烤烟香气特性得分总体上随非挥发性有机酸总量的增加而下降。上部叶与下部叶的香气特性得分在一定的非挥发性有机酸总量范围内呈上升趋势，之后开始逐渐下降，而中部叶的香气特性得分随非挥发性有机酸总量的增加持续下降。

2. 3. 3 烤烟中部叶非挥发性有机酸含量与感官评吸指标的典型相关分析 将中部叶中非挥发性有机酸[草酸（X1）、苹果酸（X2）、柠檬酸（X3）、丙二酸（X4）、琥珀酸（X5）、月桂酸（X6）、肉豆蔻酸（X7）、棕榈酸（X8）、亚油酸（X9）、油酸（X10）、硬脂酸（X11）]与劲头（Y1）、余味（Y2）、浓度（Y3）、刺激性（Y4）进行典型相关分析，结果见表7。

由表7可知，前两对典型相关系数较大，且经卡方检验均达极显著相关水平。

整理后第1组典型变量的线性表达式构成为：

U1=-0.145X1+0.387X2-0.171X3+0.502X4+0.080X5+0.070X6+0.121X7+0.262X8- 0.149X9-0.734X10+0.135X11

V1=-0.684Y1+0.496Y2-0.925Y3+0.136Y4

由第1组典型变量可看出，非挥发性有机酸中丙二酸（0.502）、油酸（-0.734）的载荷较大，评吸指标中浓度（-0.925）的载荷较大，在典型变量中起主要作用。由此可知，丙二酸和油酸对浓度的影响明显，其中丙二酸的影响为正效应，油酸为负效应。

第2组典型变量的线性表达式构成为：

U2=-0.408X1+0.345X2-0.188X3-0.073X4-0.254X5+0.207X6+0.325X7-1.170X8+0.474X9+0.397X10+0.051X11

V2=0.197Y1+0.928Y2-0.215Y3-0.191Y4

由第2组典型变量可看出，非挥发性有机酸中棕榈酸（-1.170）、亚油酸（0.474）的载荷较大，评吸指标中余味（0.928）的载荷较大，在典型变量中起主要作用。由此可知，棕榈酸和亚油酸对余味的影响明显，其中棕榈酸的影响为负效应，亚油酸为正效应。

3 讨论

刘百战等（1999）研究指出，烤烟不同部位的非挥发性有机酸含量不同，下部叶中苹果酸含量可达114.87 mg/g。本研究通过对不同部位烤烟非挥发性有机酸的测定，结果表明，3个部位非挥发性有机酸总量表现为下部叶>中部叶>上部叶，三者间的差异达极显著水平，且非挥发性有机酸总量的变异幅度较大。有研究指出，烟草叶片在暗处形成苹果酸的比例高于有光线的地方（López-Bucio et al.，2000）。本研究發现上、中、下各部位烟叶均以苹果酸含量最高，且以下部叶最高，可能是由于下部叶在生长过程中所受光照少于中部叶和上部叶所致。

不同部位烤烟中非挥发性有机酸组分与化学指标表现出不同程度的相关性，非挥发性有机酸总量与总植物碱和钾含量均呈负相关，与杜咏梅等（2011）的研究结果基本一致。许自成等（2010b）研究指出，还原糖和总糖含量与多元有机酸和有机酸总量存在显著负相关。本研究中，不同部位烤烟非挥发性有机酸总量与还原糖总量呈负相关，是由于非挥发性有机酸中的草酸和丙二酸作为羧酸循环中琥珀酸脱氢酶的典型竞争性抑制剂，若叶片中这两种有机酸的含量过高，可能影响烟叶中淀粉和蛋白质的降解，致使烟叶可溶性糖和还原糖含量偏低（杨虹琦等，2006）。此外，本研究结果表明，各部位烟叶中草酸和丙二酸含量均表现为上部叶>下部叶>中部叶，可能是上部叶和下部叶的内在及感官品质不如中部烟叶协调性好的原因之一。烤烟氯含量影响烟叶的感官质量，不同部位烤烟非挥发性有机酸总量与烟叶氯含量呈正相关，其中以上部叶和中部叶的关系最密切。

不同部位烤煙非挥发性有机酸组分与香气质、香气量、杂气、劲头、浓度和余味均表现出不同程度的相关性。中部叶的棕榈酸和硬脂酸含量与香气质、香气量和杂气呈极显著正相关，可能是由于高级脂肪酸大多是半挥发酸，高级饱和脂肪酸可赋予烟气腊味、脂味及柔和的芳香气味。烟叶中有机酸含量过高时，会使烟气中残留物增加，余味不净，给烟叶的吃味带来不利影响，且高级不饱和脂肪酸在卷烟燃烧时由于热裂解反应，易形成己醛和己烯等具强烈刺激性和杂气的物质，从而使烟气刺激性和粗糙感增加。本研究结果表明，上部叶和中部叶的非挥发性有机酸总量与香气质、香气量和杂气均呈极显著负相关，下部叶的非挥发性有机酸总量与香气量呈极显著负相关。因此，在烤烟种植及卷烟原料配置过程中，可通过调节非挥发性有机酸含量，使高级饱和脂肪酸含量增加，高级不饱和脂肪酸含量降低，从而改善烟叶的吸食口感。

4 结论

烤烟非挥发性有机酸总量与烤后烟叶化学成分及感官指标间均存在不同的相关性。因此，在烤烟种植过程中，可通过施入不同配比的有机酸肥料，以改善烟叶内在成分；在原料选取过程中，可根据烟叶非挥发性有机酸与感官指标的关系，选出更适合卷烟配方的原料，从而改善烟叶的吸食口感。

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（責任编辑 王 晖）