江西烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系

2019-08-20宋文静彭耀东石红雁徐庆凯胡毅翀王晓婷梁洪波

江苏农业科学 2019年8期

宋文静　彭耀东　石红雁　徐庆凯　胡毅翀　王晓婷　梁洪波

摘要：为明确江西烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系，对江西典型植烟区2014、2015年上、中、下不同部位烟叶化学成分与焦油释放量进行统计分析研究。结果表明，江西烤烟烟叶化学成分年度间差异不显著;烤烟烟叶B2F和C3F的总糖含量与总氮、烟碱含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量之间呈极显著正相关关系;偏相关和逐步回归分析结果表明，B2F烟叶焦油释放量与烟叶含钾量呈极显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著正相关关系;C3F和X2F烟叶焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈显著负相关关系;通径分析结果表明，烟碱含量通过含钾量对焦油释放量具有正效应作用，含钾量通过烟碱含量间接具有负效应作用，氯含量通过烟碱、钾、纤维素含量具有负效应作用。由此推论，提高江西烤烟烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。

关键词：烤烟;焦油;化学成分;主成分分析;通径分析;农业降焦;技术途径

中图分类号： S572.01文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）08-0205-04

随着吸烟与健康问题的不断深入，低焦油烟草已成为我国烟草发展的必然趋势[1]。相关研究表明，烟草本身只含有微量的多环芳烃，而焦油中的大量多环芳烃绝大部分是在吸烟过程中生成的，它的生成、富集、增值量与烟的局部点燃温度有密切关系[2-5]。如何在降焦的同时保证香烟有足够的香气浓度，是烟草业走向低焦时代面临的挑战。尽管工业措施降焦效果明显，但降焦的同时会导致烟叶中其他质量指标下降，在应用效果方面存在一定的缺陷[6]。研究表明，焦油释放量与烟叶燃烧速率呈极显著负相关关系，与化学成分中的K2O含量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈显著正相关关系[7]。因此，烤烟烟叶化学成分与焦油释放量密切相关，烟气中焦油释放量在很大程度上取决于烟叶原料[8]。本研究在2014、2015年对江西烤烟主产烟区烟叶的焦油释放量及化学成分进行检测，分析焦油释放量与内在化学成分指标的关系，以期为降低烟叶原料中的焦油含量提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

根据江西省各县（市）烤烟种植规模，分别于2014、2015年取B2F（上橘二）、C3F（中橘三）和X2F（下橘二）3个等级烟叶样品，经鉴定，烟叶外观质量满足等级要求且数量满足卷制样品需要，样品数分别为2014年B2F 38个、C3F 35个、X2F 37个，2015年B2F 56个、C3F 54个、X2F 60个。

1.2烟叶卷制

由山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂卷制，辅材为泰山华贵。

1.3烟叶化学成分测定

烟叶化学成分的测定由农业部烟草制品检验检测中心完成，焦油释放量的检测由山东中烟工业有限责任公司技术中心完成。根据YC/T 156—2001《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》、YC/T 157—2001《卷烟总粒相物中水分的测定气相色谱法》测定烟气中的烟碱、水分含量，计算焦油释放量;根据YC/T 347—2010《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》测定烟叶化学成分指标中的纤维素含量，采用连续流动分析法测定烟叶化学成分指标中的总糖、还原糖、总氮、K2O、氯含量[9]。

1.4数据处理与分析

采用DPS进行数据整理以及主成分、偏相关分析和回归分析。

2结果与分析

2.1不同年份江西主要烟叶化学成分差异分析

从表1可以看出，C3F烟叶中的总糖、还原糖、烟碱、总氮含量以及含钾量、含氯量在2014年（35个样品）和2015年（54个样品）年度间方差分析未达到显著差异水平，在平均值差异检验（t检验）中除总氮含量达到显著差异水平外，其他指标皆未达到显著差异水平，说明2014、2015年烟叶主要化学成分年度间变化不大。

通过对烟叶中总糖含量（X1）、烟碱含量（X2）、总氮含量（X3）、含钾量（X4）、含氯量（X5）、纤维素含量（X6）和还原糖含量等7个指标与烟叶焦油释放量关系的共线性检验得出，3个烟叶等级还原糖、总糖的膨胀系数基本大于10，说明还原糖[CM（25]含量与总糖含量具有高度相关性，不是独立因素。通过删除还原糖因子再进行共线性检验，膨胀系数皆小于6，说明这6个因子具有独立性。

2.26种烟叶化学成分与焦油释放量的相关分析

由表1可知，2014、2015年年度间烟叶主要化学成分差异不显著，因此只分析2015年烟叶化学成分因子与烟叶焦油释放量的相关性，结果见表2。B2F和C3F等级烟叶的总糖含量与烟碱含量、总氮含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量呈极显著正相关关系;B2F烟叶的总糖含量与纤维素含量呈极显著负相关关系;C3F烟叶的烟碱含量与含钾量呈极显著负相关关系;X2F烟叶总糖含量与含钾量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈负相关关系，与总氮含量呈极显著负相关关系。X2F烟叶纤维素含量与总糖含量呈极显著负相关关系，与总氮含量、含钾量呈极显著正相关关系。

B2F烟叶焦油释放量与烟碱含量达极显著正相关水平，与总氮含量达显著正相关水平，与烟叶含钾量呈显著负相关关系;C3F烟叶焦油释放量与总糖含量、含钾量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著正相关关系;X2F烟叶焦油释放量与烟碱含量呈极显著正相关关系，与含钾量、纤维素含量呈极显著负相关关系。从简单相关系数来看，烟碱含量、总氮含量、纤维素含量、含钾量、总糖含量对焦油释放量均有影响，但不同部位表现不一致。

2.3不同部位6种烟叶化学成分对焦油释放量影响的主成分分析

为探讨烟叶化学成分因子对烟叶焦油释放量的影响差异，进行主成分分析，结果（表3）显示，B2F和C3F烟叶表现基本一致，前3个主成分的累积贡献率已经包含了6个变量约78%的信息，第1主成分因子特征值分别为2.47和2.40，其贡献率分别为40.10%和40.00%，在对应特征向量中，总氮、总糖、烟碱含量较大且绝对值相近。由于B2F和C3F烟叶的总糖含量与总氮含量、烟碱含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量呈极显著正相关关系，且受栽培因素影响最大的是烟碱含量，因此B2F和C3F烟叶第1主成分为烟碱因子。B2F和C3F烟叶第2主成分因子的特征值分别为1.20和1.32，其贡献率分别为20.10%和21.90%。B2F烟叶对应特征量以纤维素含量（0.66）最大，含钾量次之;C3F烟叶以含钾量最大，纤维素含量次之，钾是易受栽培技术影响的因子，因此B2F和C3F烟叶的第2主成分为钾因子，是有益烟叶燃烧的因子。B2F和C3F烟叶第3主成分的特征值皆为1.00，贡献率分别为16.70%和16.60%，对应特征向量中以含氯量为最高，是不利于烟叶燃烧因子，因此第3主成分为氯因子。X2F烟叶前2个主成分中包括了6个变量73.20%的信息，第1主成分因子特征值为2.61，其贡献率为43.50%，对应特征向量中，总糖含量（-0.559 0）最大，纤维素含量（0.557 0）次之，因此第1主成分为碳素因子;第2主成分的特征向量以烟碱（-0.660 0）最大，因此第2主成分为烟碱因子。X2F、B2F、C3F烟叶烟碱含量特征向量的正负表现不一致，可能与下部烟碱含量较低有很大关系。X2F烟叶等级烟碱含量平均仅为1.60%，远低于B2F（3.60%）和C3F（2.60%），這可能是由于江西烟株生长前期阴雨天气较多、温度偏低，从而导致下部烟叶烟碱含量较低、糖分含量偏高。另外下部烟叶含钾量较高，平均达到4.20%，钾含量几乎达到烟叶含钾量的极致，统计数据中钾含量对焦油释放量的影响较弱，从而钾含量未能进入主成分。

2.4不同部位6种烟叶化学成分与焦油释放量的相关分析

为了准确确定烟叶化学成分与焦油释放量的关系，进行偏相关和逐步回归分析。从表4可以看出，B2F样品在偏相关分析中，其他因素一定时，烟叶焦油释放量与烟叶含钾量呈极显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著显著正相关关系;C3F样品焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈负相关;X2F烟叶焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈极显著负相关关系。说明B2F、C3F、X2F烟叶化学成分与焦油释放量有着密切关系。

为明确各烟叶化学成分对烟叶焦油释放量线性效应的显著性，准确描述焦油释放量对于烟叶化学成分的依赖关系，经过几次因子的剔除，建立焦油釋放量的最优线性回归方程。

B2F：Y=11.411+1.139X2-1.487X4+0.374X6，多元相关系数为0.588 9，F值=9.203**[DF（自由度）（3，52）];

C3F：Y=13.797+1.272X2-1.477X4，多元相关系数为 0.455 9，F值=6.69**[DF（2，51）];

X2F：Y=14.316+0.838X2-0.893X4+0.588X5-0.229X6，多元相关系数为0.640 5，F值=9.564**[DF（4，55）]。

从回归方程来看，B2F烟叶烟碱含量、含钾量和纤维素含量与烟叶焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为0.347 0，说明34.70%烟叶焦油释放量由烟碱、K2O和纤维素等3个化学成分的含量决定。C3F烟叶烟碱含量和含钾量与烟叶焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为 0.208 0，说明20.80%烟叶焦油释放量由烟碱、K2O等2个化学成分决定。X2F烟叶烟碱、钾、氯、纤维素含量与焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为0.410 2，说明 41.02% 烟叶焦油释放量由烟叶烟碱、钾、氯、纤维素等4个化学成分决定。

从以上分析可知，3个等级烟叶焦油释放量均与烟叶烟碱、钾含量有关，上部叶、下部叶焦油释放量均与纤维素含量有关，含氯量只与下部烟叶焦油释放量有关。决定系数以下部烟叶最大，上部烟叶次之，中部烟叶最小。

2.5不同部位6种烟叶化学成分对焦油释放量的通径分析

为估量各化学成分对焦油释放量的相对贡献，进行通径分析。从表5可以看出，B2F决定烟叶焦油释放量变异的3个构成因素的直接通径系数绝对值的大小依次为烟碱含量>含钾量>纤维素含量;C3F决定烟叶焦油释放量变异的2个因素直接通径系数绝对值以烟碱含量较大，含钾量较小;X2F决定烟叶焦油释放量变异的4个因素直接通径系数绝对值以含钾量为最大，烟碱含量次之，之后依次为含氯量和纤维素含量。在直接通径系数中，综合3个等级各化学成分含量对烟叶焦油释放量的影响，烟碱含量和含氯量皆具有正效应，含钾量具有负效应。在各间接通径系数中，烟碱含量通过含钾量对焦油释放量起正效应作用，含钾量通过烟碱含量间接起负效应作用，含氯量通过烟碱、钾、纤维素含量起负效应作用。纤维素含量对上部叶的焦油释放量具有正效应作用，对下部叶具有负效应作用，纤维素含量在不同部位对焦油释放量的作用不一致，通过其他因子的间接作用也复杂，其作用机制还有待进一步研究。通过通经分析可知，提高烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。表明从烟叶化学成分的角度来看，要降低烟叶焦油释放量必须着重于降低烟叶烟碱、纤维素含量，提高烟叶含钾量。

3讨论

江西烟叶含钾量是我国较高的省份之一，但提高烟叶含钾量仍能有效降低烟叶焦油释放量，尤其是中部、上部烟叶[10]。提高江西烟叶含钾量的措施包括：（1）增加钾肥施用量;（2）适当后移钾肥施用时间，即增加钾肥后期追肥的比例，可有效提高中、上部烟叶的含钾量，进而达到降焦的目的[11]。控制烤烟当季及前茬作物肥料中氯离子的施用量，将烟叶氯离子含量控制在0.20%～0.60%合理范围内[12-14]。

烤烟烟叶的烟碱含量偏高和钾含量偏低，可对燃烧性产生明显的负面效应，导致焦油释放量较高[15]。相关研究表明，焦油量与烟碱含量呈显著正相关关系，与还原糖含量呈显著负相关关系;抽吸口数与总钾含量呈显著负相关关系[16-20];汪修奇等采用通径分析等方法分析表明，烟叶烟碱含量与焦油释放量呈极显著正相关关系，与含钾量呈极显著的负相关关系[21];通过本研究得到的直接通径系数可知，烟碱含量和含氯量对烟叶焦油释放量均具有正效应，含钾量具有负效应。本研究结果表明，不同等级烟叶焦油释放量与烟碱含量呈极显著正相关关系，B2F、C3F、X2F烟叶化学成分与焦油释放量有着密切关系。从回归方程来看，B2F、C3F烟叶烟碱含量、含钾量与烟叶焦油释放量存在极显著的线性关系，说明烟叶焦油释放量主要由烟碱和钾等2个化学成分决定，而X2F烟叶焦油释放量主要由烟碱、钾、氯和纤维素决。表明提高烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。

4结论

江西烟叶化学成分年度间差异不显著，说明烟叶主要化学成分年度间变化不大，基本稳定;综合主成分、偏相关和逐步回归3种统计分析方法的结果可知，从烟叶化学成分角度来看，要降低烟叶焦油释放量必须着重于提高烟叶含钾量、降低烟叶烟碱含量和氯离子含量。

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