云南昆明烟区烤烟有机酸特征及影响因素初探

王育军，李 强，谭 涛，王泽理，李 山，程昌新，王绍坤

(1.甘肃烟草工业有限责任公司 技术研发中心，甘肃 兰州 730050；2.湖南农业大学 烟草研究院，湖南 长沙 410128；3. 红云红河烟草(集团)有限责任公司，云南 昆明 650022)

有机酸广泛存在于烟草中，一般为干物质量的12%～16%．烟叶有机酸不仅是卷烟风格特征和香气质量的重要组成部分，还可以直接改变烟气的酸碱平衡，影响卷烟的劲头、刺激性和口感等[1-2]．王树会等[3]研究不同品种及海拔对烟叶有机酸的影响，结果表明,红大品种有机酸含量最高，K346品种次之，V2品种最低，总有机酸含量在海拔为 1 400～1 600 m 较高；许自成等[4]对烤烟钾与多酚、有机酸及评吸品质的关系进行研究，结果显示,钾与有机酸总量变化规律相同，对香气质和香气量等评吸指标影响显著；景延秋等[5]分析了NC89品种烤烟不同叶位叶片有机酸的差异，认为自下往上第10和12片叶有机酸适中，具有优质原料的特质．以上研究对品种、海拔、叶位与烤烟有机酸的关系进行了探讨，但尚缺乏系统性．根据烤烟八大香型划分，西南高原生态区清甜香型以玉溪、昆明等地为典型产地[6-7]，而昆明市常年种植烤烟面积在 4.3×104hm2以上，是国内外卷烟工业企业争抢的优质原料产地[8]．鉴于此，本研究对昆明市烤烟有机酸特征及影响因素开展系统研究，以期为优化西南高原生态区烤烟种植布局以及彰显烤烟香气质、香气量提供科学依据．

1 材料与方法

1.1 烤烟样品采集

2014—2016年，在昆明市4个植烟产地，以乡镇为单位，由昆明市专职烟叶分级技术人员依据《烤烟》(GB 2635—92)，采集当地5个主栽品种的上部叶(B2F)、中部叶(C3F)、下部叶(X2F)初烤样品480个，每个样品取 2 kg．取样点选择当地具有代表性，大田长相整齐，烤后叶片完整的烟叶．此外，利用GPS定位，记录取样点的海拔高度，具体取样情况见表1．

表1 2014—2016年昆明烟区不同品种烤烟取样统计

1.2 气温数据采集与计算

2015年在昆明市的上述4个植烟产地，利用DWJ1双金属自动记录温度仪(上海隆拓仪器设备有限公司)进行气温数据采集，其中，石林县采集点在长湖镇(海拔 1 902 m，103.41°E，24.68°N)，宜良县在竹山镇(海拔 1 850 m，103.08°E，24.40°N)，安宁市在八街镇(海拔 1 951 m，102.20°E，24.42°N)，嵩明县在滇源镇(海拔 2 086 m，102.50°E，25.15°N)．并采用 24 h 平均法进行日均温计算，统计3—9月各月平均气温，并以白天温度最高值与夜间温度最低值之差为日昼夜温差，统计3—9月各月平均昼夜温差，气温统计见表2．

表2 2015年昆明植烟区气温统计

1.3 有机酸测定指标与方法

烟叶有机酸测定指标包括不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)、饱和脂肪酸(月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸)、非挥发有机酸(草酸、柠檬酸、丙二酸、苹果酸)．方法采用气相色谱法[9-10]：从 2 kg 样品中随机抽取20片叶，去除主脉，在 60 ℃ 恒温箱中烘干，粉碎过 0.15 mm 筛，密封保存在 -15 ℃ 环境下．准确称取处理后的样品 0.5 g，置于 100 mL 干燥三角瓶内，加入 25 mL 10%硫酸-甲醇溶液和戊二酸-甲醇溶液，摇匀，室温条件下震荡 24 h，过滤并置于分液漏斗中，然后用二氯甲烷萃取．将无水硫酸钠加入到萃取液中除去水分，取 1 μL 注入气相色谱仪，采用内标法定量检测．分析仪器为美国Finingan公司的GC-Trace Ultra，AI3000自动液体进样器，FID检测器，DB-5石英毛细管柱(30 m×0.32 mm，0.25 μm)，载气为氮气，FID检测器和气化室温度为 250 ℃，分流比10∶1，程序升温：初温 40 ℃，保持 1 min，以 10 ℃/min 升温至 150 ℃，再以 15 ℃/min 升温至 280 ℃[11]．

1.4 数据处理与分析

利用SPSS 19.0软件对数据进行方差分析和典型相关分析．

2 结果与分析

2.1 烤烟有机酸总体特征

由表3可知，昆明烤烟有机酸平均值为 52.63 mg/g，变化幅度为35.31～121.78 mg/g，变异系数为32.37%．其中：饱和脂肪酸含量变异较大，变异系数在68.75%～100.40%之间，说明饱和脂肪酸含量的稳定性较差；非挥发多元有机酸和不饱和脂肪酸变异系数均在50%以内，稳定性相对较好．不同种类有机酸以非挥发多元有机酸含量最高，不饱和脂肪酸次之，饱和脂肪酸最低．其中：非挥发多元有机酸以苹果酸和草酸的含量较高，柠檬酸和丙二酸较低；不饱和脂肪酸以油酸为主，含量为 13.04 mg/g，而亚油酸含量仅为 1.58 mg/g；饱和脂肪酸以肉豆蔻酸含量最高，棕榈酸含量次之，月桂酸和硬脂酸的含量较低．

表3 昆明烟区烤烟有机酸描述统计分析

2.2 不同产地间烤烟有机酸特征

从表4可以看出，昆明部分烟区不同产地间烤烟棕榈酸、月桂酸含量和有机酸总量差异有统计学意义(P<0.01)，丙二酸、柠檬酸、肉豆蔻酸、亚油酸含量差异有统计学意义(P<0.05)，草酸、苹果酸、硬脂酸、油酸含量差异无统计学意义．而月桂酸含量以安宁市最高，宜良县次之，嵩明县最低；棕榈酸含量以石林县最低，极显著低于其他产地；有机酸总量以宜良县和安宁市较高，这两地间差异无统计学意义，但均极显著高于嵩明县和石林县．丙二酸含量由高到低依次为w(宜良县)>w(石林县)>w(安宁市)>w(嵩明县)，柠檬酸含量表现为w(安宁市)>w(宜良县)>w(嵩明县)>w(石林县)，肉豆蔻酸和亚油酸的含量表现为w(宜良县)>w(嵩明县)>w(安宁市)>w(石林县)．

表4 不同产地间烤烟有机酸差异分析 mg/g

2.3 不同品种间烤烟有机酸特征

从表5看出，月桂酸含量和有机酸总量在不同品种间差异有统计学意义(P<0.01)，草酸、丙二酸、苹果酸含量在不同品种间差异有统计学意义(P<0.05)，而柠檬酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、亚油酸、油酸含量在品种间差异无统计学意义．不同品种烤烟有机酸总量以K326最高，极显著高于其他品种，表现为w(K326)>w(NC102)>w(红大)>w(NC297)>w(云烟87)．月桂酸含量以NC102最高，K326次之，NC297最低；草酸含量以K326最高，NC102次之，红大最低；丙二酸含量以K326最高，红大次之，NC297最低；苹果酸含量以K326最高，NC297次之，云烟87最低．

2.4 不同部位间烤烟有机酸特征

由表6可知，不同部位间烤烟苹果酸、硬脂酸、亚油酸含量和有机酸总量差异有统计学意义(P<0.05)，而其他有机酸含量差异无统计学意义．且苹果酸、硬脂酸、亚油酸含量和有机酸总量均以上部叶(B2F)为最高，在不同部位间有机酸总量由高到低顺序依次为w(上部叶)>w(中部叶)>w(下部叶)．

表5 不同品种间烤烟有机酸差异分析 mg/g

表6 不同部位间烤烟有机酸差异分析 mg/g

2.5 气温对烤烟有机酸的影响

将气温作为一组变量，并分成月平均气温和月平均昼夜温差2个变量组，而将有机酸作为另一组变量，两组变量进行典型相关分析[12]．由表7可知，月平均气温与烟叶有机酸的1～4对典型变量均无统计学意义．月平均昼夜温差与有机酸的第1对典型变量有统计学意义，而与第2～4对典型变量无统计学意义，因此，对月平均昼夜温差与有机酸的关系进一步分析．

将各月平均昼夜温差与各样品有机酸数据标准化，进行典型相关分析，求出典型变量系数(mi)及原始变量与典型变量的相关系数(rui)，结果列于表8．由表8可知，月平均昼夜温差与有机酸的第1对典型变量构成(1)和(2)式．

U1=-0.853 7X1-0.102 6X2-1.802 1X3+0.561 2X4+1.066 2X5-1.489 6X6+0.165 1X7；

(1)

V1=-0.825 8Y1+1.265 9Y2-0.290 2Y3-0.206 9Y4+0.876 8Y5+0.920 6Y6+1.324 9Y7-0.810 2Y8+1.374 8Y9-0.210 5Y10+0.786 3Y11．

(2)

表7 气温与烤烟有机酸的典型相关系数

表8 平均昼夜温差与烤烟有机酸的显著典型变量构成

(1)和(2)式中U1和V1分别表示昼夜温差与有机酸的典型变量.由U1与昼夜温差原始数据相关系数可知，它与5月、8月和9月平均昼夜温差均呈极显著或显著负相关，相关系数分别为-0.689**、-0.823**和-0.483*，表明5月、8月和9月昼夜温差对烟叶有机酸积累起决定性作用．V1与苹果酸、柠檬酸和有机酸总量的原始数据均呈极显著正相关，相关系数分别为0.886**、0.795**和0.682**．因此，U1描述了5月、8月、9月平均昼夜温差的综合性状，V1描述了烟叶苹果酸、柠檬酸和有机酸总量的综合性状．由上述分析可知，昆明部分烟区5月、8月和9月平均昼夜温差与烤后烟叶苹果酸、柠檬酸和有机酸总量密切相关，平均昼夜温差的影响由大到小分别为8月、5月、9月，平均昼夜温差对烟叶有机酸的影响大小依次为苹果酸、柠檬酸、有机酸总量．随着烤烟大田期5月、8月和9月平均昼夜温差增加，会显著或极显著引起烟叶苹果酸、柠檬酸和有机酸总量的降低．

2.6 海拔对烤烟有机酸的影响

将海拔以 200 m 组距分为4组，由表9可知，各海拔组间有机酸总量差异有统计学意义，有机酸总量随海拔上升表现为先升高后降低，其含量在 1 800～2 000 m 海拔段达到最高，而以 1 400～1 600 m 海拔段为最低．柠檬酸和月桂酸含量在不同海拔段间差异有统计学意义，柠檬酸含量的变化规律与有机酸总量一致；月桂酸含量随海拔升高而逐渐升高，其含量以 2 000～2 200 m 海拔段最高．肉豆蔻酸、硬脂酸和油酸含量在不同海拔段差异有统计学意义，肉蔻豆酸和油酸含量变化规律与有机酸总量一样；硬脂酸含量在 1 400～1 600 m 海拔段时最高，显著高于其他海拔段，而以 1 600～1 800 m 海拔段为最低．

表9 不同海拔高度间烤烟有机酸差异分析 mg/g

3 讨论与结论

烟草中有机酸大多是碳水化合物代谢的中间产物，同时又是氨基酸和其他有机化合物合成的前体物．此外，许多有机酸及其衍生物还是烟草香味的主要成分．有机酸不仅对烟草新陈代谢有重要作用，还能改善抽吸质量．而生态条件、品种和栽培技术都是影响烟叶有机酸的重要因素[13]．

本研究表明，昆明部分烤烟有机酸平均值为 52.63 mg/g，有机酸含量丰富，不同种类有机酸表现为w(非挥发多元有机酸)>w(不饱和脂肪酸)>w(饱和脂肪酸)；非挥发多元有机酸表现为w(苹果酸)>w(草酸)>w(柠檬酸)>w(丙二酸)，不饱和脂肪酸为w(油酸)>w(亚油酸)，饱和脂肪酸为w(肉豆蔻酸)>w(棕榈酸)>w(月桂酸)>w(硬脂酸)；不同产地有机酸总量表现为w(宜良县)>w(安宁市)>w(嵩明县)>w(石林县)，产地间差异有统计学意义，这可能是不同产地生态条件综合作用的结果；不同品种有机酸总量差异有统计学意义，有机酸总量为w(K326)>w(NC102)>w(红大)>w(NC297)>w(云烟87)，结果与西南高原生态区K326和红大品种香气物质含量高、致香效果好一致[8，14]；不同部位间烤烟有机酸总量差异有统计学意义，有机酸总量表现为w(上部叶)>w(中部叶)>w(下部叶)．

种植海拔对柠檬酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸和油酸影响极显著或显著，有机酸总量随海拔升高表现为先增加后降低，不同海拔段有机酸总量由高到低顺序依次为 1 800～2 000 m、2 000～2 200 m、1 600～1 800 m、1 400～1 600 m．3—9月的月平均气温对有机酸影响不显著，而5月、8月和9月的月平均昼夜温差对苹果酸、柠檬酸和有机酸总量影响显著，随着5月、8月和9月平均昼夜温差增加，烟叶苹果酸、柠檬酸和有机酸总量极显著降低，这可能是由于昆明3—9月白天整体温度较高，夜间温度虽然较低，但整体月平均气温能够满足烤烟生长对温度的需求，而5月正处于烤烟移栽期，5月夜间低温会影响烤烟的生根还苗，8—9月正处于烤烟旺长成熟期，夜间低温通过影响烤烟新陈代谢来影响有机酸的合成积累．因此，5月、8月、9月平均昼夜温差对烟叶苹果酸、柠檬酸和有机酸总量影响极显著，这与杨虹琦等[15]认为烤烟中对生态因素反应最敏感的是草酸、柠檬酸和苹果酸的结论基本一致．