红河植烟区烟叶主要化学成分含量特征

王 炽，陈兴位，阮亚男，闫 辉，李枝武，倪 明，陈泽斌*

(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所，云南 昆明 650205；2.昆明学院农学与生命科学学院，云南 昆明 650214)

【研究意义】烟叶的化学成分是决定烟叶内在质量的物质基础，化学成分的配位对烟叶感官评价质量有很大影响[1]。烟叶中的烟碱、总氮、还原糖、总糖、钾、氯等化学成分是评价烟叶质量的重要指标，相关研究一直受到业界和学者的高度重视[2]。影响烟叶不同品质特性的因素很多，如烟叶的不同部位、不同产地、不同品种，都会导致烟叶生理生化特性的显著差异，从而造成影响烟叶品质的主要内在化学成分差异很大[3]。红河植烟区是云南省优质烟叶原料产区之一，是红云红河集团“四大核心原料区”中规模最大的产区，每年从红河植烟区采购的原料占红河集团总采购量的近60 %，在红河集团卷烟配方中起着极其重要的作用[4]。探讨不同部位、不同产地、不同品种烟叶的化学成分特征，对促进烟草在卷烟配方中的合理使用具有重要意义。【前人研究进展】刘杰等[5]对云南12个植烟区和11个烤烟品种中部叶的化学成分进行了分析，发现同一品种、不同地区的烟叶化学成分含量差异显著。李熙全等[6]分析了2009-2015年贵州省紫云县B2F、C3F和X2F烟叶主要化学成分特征。结果表明，紫云县烟叶化学成分基本在优质烤烟适宜范围内，整体协调性较好。娄元飞等[7]以贵州省11个具有代表性的烟叶产区的72个烟叶样品为材料，采用聚类分析方法，分析了烟叶的主要化学成分特征和区域特征。结果表明，不同产地烟叶中主要化学成分含量均符合优质烟叶标准，但不同产地烟叶中主要化学成分含量存在一定差异。【本研究切入点】目前，对烟叶化学成分的研究较多，但对不同部位、不同产地、不同品种烟叶的研究相对较少。【拟解决的关键问题】为此，以8个红河植烟区，3个烟草品种的上、中、下部889份烟叶样品为材料，按烟草行业标准检测其主要化学成分含量，并运用聚类分析方法对红河烟叶化学成分的区域特征、品种特征、部位特征进行分析，为红河植烟区优化烟叶原料布局，提高生产水平，发展卷烟企业提供参考。

1 材料与方法

1.1 烟叶样品信息

烟叶样品于2018年采集自红河植烟区：建水、个旧、开远、泸西、蒙自、弥勒、屏边、石屏共8个县(市)的48个乡(镇)(表1)，烟草品种包括K326、红大、云87，采集部位包括上、中、下部，烟叶等级包括B2F、C3F、X2F，样品数量共计889份。

1.2 烟叶化学成分测定

采用法国尼科莱特IS5型傅立叶变换红外光谱仪测定烟叶还原糖、水溶性总糖、总植物碱、氯、钾和总氮。计算氯钾比、糖碱比、糖氮比和氮碱比。

1.3 烟叶质量的评价

根据王彦亭等[8]的烟叶质量标准进行评价。

1.4 数据统计分析

数据统计采用EXCEL 2010软件，系统聚类分析采用DPS软件中的最短距离法，聚类距离为欧洲距离。

2 结果与分析

2.1 烟叶样品的主要化学成分含量

从表2可见，根据王彦亭等[8]的烟叶质量标准进行评价，红河植烟区889份烟叶样品的还原糖平均含量(26.41 %)偏高，高于优质烟叶标准(16.0 %～20.0 %)；水溶性总糖平均含量(31.92 %)偏高，高于优质烟叶标准(18.0 %～22.0 %)；总植物碱平均含量(2.61 %)适中，符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)；氯平均含量(0.30 %)符合优质烟叶标准(0.3 %～0.8 %)；钾平均含量(1.71 %)符合优质烟叶标准(>1.5 %)；总氮平均含量(2.08 %)符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)；氯钾比平均值(0.19)符合优质烟叶标准(0.10～0.25)；糖碱比平均值(12.52)偏高，高于优质烟叶标准(8.0～12.0)；糖氮比平均值(16.87)偏高，高于优质烟叶标准(6.0～10.0)；氮碱比平均值(0.86)适中，符合优质烟叶标准(0.80～1.00)。从变异系数来看，还原糖、水溶性总糖、总植物碱、氯、钾、总氮、氯钾比、糖碱比、糖氮比、氮碱比均存在较大的变异，其中氯含量的变异系数最大，变异系数为583.33，受氯含量波动影响，氯钾比变异系数也较大，变异系数为89.47，多数指标的最小值或最大值超出了优质烟叶的标准范围。从峰度系数可以看出，还原糖、氯、钾、氯钾比、糖碱比、氮碱比的峰度系数大于0，属于尖峭峰，数据较集中，其余数据都较为分散；总植物碱、总氮、糖氮比的峰度系统小于0，为负偏峰，呈平阔峰分布。从偏度系数可以看出，总植物碱、氯、钾、总氮、氯钾比、糖碱比、糖氮比、氮碱比的偏度系数大于0，呈正向偏态分布，其它指标则呈负向偏态分布，其中，氯、氯钾比、糖碱比、氮碱比偏度系数绝对值>2，偏离中心较远。

表1 红河植烟区烟叶样品信息

表2 烟叶样品的主要化学成分含量

2.2 不同部位烟叶的主要化学成分含量

从表3可见，烟叶还原糖平均含量由高到低依次为下部叶、中部叶、上部叶，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(16.0 %～20.0 %)，还原糖平均含量中部烟叶与下部烟叶差异未达显著水平，上部烟叶与中、下部烟叶差异达显著水平；烟叶水溶性总糖平均含量由高到低依次为中部叶、下部叶、上部叶，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(18.0 %～22.0 %)，水溶性总糖平均含量中部烟叶与下部烟叶差异未达显著水平，上部烟叶与中、下部烟叶差异达显著水平；烟叶总植物碱平均含量由高到低依次为上部叶、中部叶、下部叶，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，上、中、下部烟叶的总植物碱平均含量差异达显著水平；烟叶氯平均含量由高到低依次为下部叶、中部叶、上部叶，下、中部烟叶氯平均含量(0.30 %)符合优质烟叶标准(0.3 %～0.8 %)，上部烟叶氯平均含量略低于优质烟叶标准，上、中、下部烟叶的氯平均含量差异未达显著水平；烟叶钾平均含量由高到低依次为：下部叶、中部叶、上部叶，平均含量符合优质烟叶标准(>1.5 %)，上、中、下部烟叶的钾平均含量差异达显著水平；烟叶总氮平均含量由高到低依次为上部叶、中部叶、下部叶，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，上、中、下部烟叶的总氮平均含量差异达显著水平；烟叶氯钾比平均值由高到低为中部叶、上部叶、下部叶，平均值符合优质烟叶标准(0.10～0.25)，上部烟叶与中部烟叶的氯钾比平均值差异未达显著水平，下部烟叶与上、中部烟叶的氯钾比平均值差异达显著水平；烟叶糖碱比平均值由高到低依次为下部叶、中部叶、上部叶，下、中部叶糖碱比平均值偏高，高于优质烟叶标准(8.0～12.0)，上部叶糖碱比平均值偏低，低于优质烟叶标准，上、中、下部烟叶的糖碱比平均值差异达显著水平；烟叶糖氮比平均值由高到低依次为下部叶、中部叶、上部叶，平均值均偏高，高于优质烟叶标准(6.0～10.0)，上、中、下部烟叶的糖氮比平均值差异达显著水平；烟叶氮碱比平均值由高到低依次为下部叶、中部叶、上部叶，中部叶氮碱比平均值适中，符合优质烟叶标准(0.80～1.00)，下部叶氮碱比平均值偏高，高于优质烟叶标准，上部叶氮碱比平均值偏低，低于优质烟叶标准，上、中部烟叶氮碱比平均值差异未达显著水平，下部烟叶与上、中部烟叶氮碱比平均值差异达显著水平。

表3 不同部位烟叶的主要化学成分含量

图1 不同部位烟叶的主要化学成分聚类分析

对上、中、下部烟叶的主要化学成分进行聚类分析，结果见图1。依据化学成分含量，可将上、中、下部烟叶分为2类：第1类为上部叶和中部叶，该类烟叶具有总氮含量、氯钾比、氮碱比适中的特点；第2类为下部叶，具有糖碱比高、氮碱比偏高的特点。上、中部烟叶较下部烟叶具有不同的化学成分含量特征，而上、中部烟叶的化学成分含量特征较为相似(图1)。

2.3 不同品种烟叶的主要化学成分含量

从表4可见，烟叶还原糖平均含量由高到低依次为红大、K326、云87，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(16.0 %～20.0 %)，K326、云87、红大烟叶的还原糖平均含量差异达显著水平；烟叶水溶性总糖平均含量由高到低依次为红大、K326、云87，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(18.0 %～22.0 %)，烟叶的水溶性总糖平均含量K326与云87差异未达显著水平，红大与K326、云87差异达显著水平；烟叶总植物碱平均含量由高到低依次为K326、云87、红大，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，K326、云87、红大烟叶的总植物碱平均含量差异未达显著水平；烟叶氯平均含量由高到低依次为K326、红大、云87，K326烟叶氯平均含量符合优质烟叶标准(0.3 %～0.8 %)，红大、云87烟叶氯平均含量略低于优质烟叶标准，K326、云87、红大烟叶的氯平均含量差异达显著水平；烟叶钾平均含量由高到低依次为K326、云87、红大，平均含量符合优质烟叶标准(>1.5 %)，烟叶的钾平均含量K326、云87差异未达显著水平，红大与K326、云87差异达显著水平；烟叶总氮平均含量由高到低依次为云87、K326、红大，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，云87、K326、红大烟叶的总氮平均含量差异未达显著水平；烟叶氯钾比平均值由高到低为K326、红大、云87，平均值符合优质烟叶标准(0.10～0.25)，K326、云87、红大烟叶的氯钾比平均值差异达显著水平；烟叶糖碱比平均值由高到低依次为K326、红大、云87，红大、K326烟叶糖碱比平均值偏高，高于优质烟叶标准(8.0～12.0)，云87烟叶符合优质烟叶标准，K326、红大烟叶的糖碱比平均值差异未达显著水平，云87与红大、K326的糖碱比平均值差异达显著水平；烟叶糖氮比平均值由高到低依次为红大、K326、云87，平均值均偏高，高于优质烟叶标准(6.0～10.0)，K326、云87烟叶的糖氮比平均值差异未达显著水平，红大与云87、K326烟叶的糖氮比平均值差异达显著水平；烟叶氮碱比平均值由高到低依次为K326、云87、红大，平均值均适中，符合优质烟叶标准(0.80～1.00)，K326、云87、红大烟叶的氮碱比平均值差异未达显著水平。

表4 不同品种烟叶的主要化学成分含量

图2 不同品种烟叶的主要化学成分聚类图

依据化学成分含量，可将K326、红大、云87烟叶分为2类：第1类为K326和红大，该类烟叶具有糖碱比偏高的特点；第2类为云87，具有糖碱适中的特点。K326、红大烟叶较云87烟叶具有不同的化学成分含量特征，而K326、红大烟叶的化学成分含量特征较为相似(图2)。

2.4 不同产区烟叶的主要化学成分含量

从表5可见，烟叶还原糖平均含量由高到低依次为石屏、弥勒、蒙自、泸西、个旧、建水、开远、屏边，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(16.0 %～20.0 %)，蒙自、泸西、个旧、建水平均含量差异未达显著水平；烟叶水溶性总糖平均含量由高到低依次为泸西、弥勒、石屏、蒙自、建水、个旧、开远、屏边，平均含量均偏高，高于优质烟叶标准(18.0 %～22.0 %)，泸西、弥勒平均含量无显著差异，且与其他县(市)差异达显著；烟叶总植物碱平均含量由高到低依次为石屏、建水、个旧、开远、屏边、泸西、蒙自、弥勒，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，泸西、蒙自、弥勒平均含量无显著差异；烟叶氯平均含量由高到低依次为泸西、建水、弥勒、石屏、开远、蒙自、个旧、屏边，泸西、建水。烟叶氯平均含量符合优质烟叶标准(0.3 %～0.8 %)，弥勒、石屏、开远、蒙自、个旧、屏边烟叶氯平均含量略低于优质烟叶标准，泸西平均含量与其他县(市)差异达显著；烟叶钾平均含量由高到低依次为屏边、个旧、石屏、开远、蒙自、建水、弥勒、泸西，平均含量符合优质烟叶标准(>1.5 %)，开远、蒙自、建水、弥勒平均含量差异不显著；烟叶总氮平均含量由高到低依次为屏边、开远、个旧、建水、石屏、蒙自、泸西、弥勒，平均含量均符合优质烟叶标准(1.5 %～3.5 %)，开远、个旧、建水、石屏平均含量无显著差异；烟叶氯钾比平均值由高到低为泸西、建水、弥勒、石屏、开远、蒙自、个旧、屏边，建水、弥勒、石屏、开远、蒙自，平均值符合优质烟叶标准(0.10～0.25)，泸西烟叶氯钾比平均值高于优质烟叶标准，个旧、屏边烟叶氯钾比平均值低于优质烟叶标准，泸西平均值与其他县(市)差异显著；烟叶糖碱比平均值由高到低依次为弥勒、泸西、蒙自、开远、石屏、建水、屏边、个旧，弥勒、泸西、蒙自，烟叶糖碱比平均值偏高，高于优质烟叶标准(8.0～12.0)，开远、石屏、建水、屏边、个旧烟叶符合优质烟叶标准，石屏、建水、屏边、个旧平均值差异不显著；烟叶糖氮比平均值由高到低依次为弥勒、泸西、石屏、蒙自、建水、开远、个旧、屏边，平均值均偏高，高于优质烟叶标准(6.0～10.0)，弥勒、泸西、石屏平均值差异不显著；烟叶氮碱比平均值由高到低依次为屏边、蒙自、开远、弥勒、泸西、个旧、建水、石屏，屏边、蒙自、开远、弥勒、泸西、个旧，建水符合优质烟叶标准(0.80～1.00)，石屏低于优质烟叶标准，蒙自、开远、弥勒、泸西、建水、个旧平均值差异不显著。

依据化学成分含量，可将屏边、蒙自、开远、弥勒、泸西、建水、个旧、石屏烟叶分为4类：第1类为个旧、开远、建水，该类烟叶具有总氮平均含量、氯钾比适中的特点；第2类为蒙自、石屏，该类烟叶具有糖氮比适中、糖碱比平均值偏高的特点；第3类为泸西、弥勒，该类烟叶具有氮碱比适中、氯钾比平均值偏高的特点；第4类为屏边，具有氯平均含量、氯钾比较低的特点。石屏烟叶较其他7个县(市)烟叶具有不同的化学成分含量特征(图3)。

表5 不同产区烟叶的主要化学成分含量

图3 不同产区烟叶的主要化学成分聚类图

3 讨 论

本研究对采集自红河植烟区8个县(市)的889份烟叶样品的还原糖、水溶性总糖、总植物碱、氯、钾、总氮含量进行了测定，计算了氯钾比、糖碱比、糖氮比和氮碱比。其次，采用DPS软件中的最短距离法，聚类分析了不同部位、不同品种、不同产区烟叶的主要化学成分含量，并根据王彦亭等[8]的烟叶质量标准进行了评价。分析结果表明，烟叶样品的还原糖、水溶性总糖平均含量稍高于优质烟叶标准。这与朱云燕等[9]对毕节地区烟叶化学成分的研究结果一致。已有报道表明，糖含量高的烟叶，烟叶品质高，但糖含量过高会导致烟气醇和度降低，吃味变淡[10]。在889份烟叶样品中，还原糖含量最大值达42.26 %，水溶性总糖含量最大值达45.27 %，严重影响烟叶品质。在生产中，建议适当提高种植密度，合理控制施肥比例和用量，降低烟叶总糖和还原糖含量[11]。研究发现，红河植烟区烟叶总植物碱平均含量、氯平均含量、氮碱比平均值适中，符合优质烟叶标准，平均含量均在适宜范围内。这与阙劲松等[12]对红河植烟区烟叶内在质量评价研究的结果一致。红河植烟区烟叶糖碱比、糖氮比平均值偏高，高于优质烟叶标准，主要是由于红河植烟区烟叶还原糖、水溶性总糖平均含量偏高所致。从变异系数来看，还原糖、水溶性总糖、总植物碱、氯、钾、总氮、氯钾比、糖碱比、糖氮比、氮碱比均存在较大的变异，说明红河植烟区烟叶主要化学成分含量不稳定，变异波动幅度较大。推测可能与红河植烟区的地形和气候有关。红河州境内山峦起伏，地貌复杂多样。由于纬度和海拔的差异，立体气候明显，自然条件差异很大，导致各烟区烟叶的品质特征和风格特征各不相同[13]。本研究中，氯含量的变异系数最大，这与梁兵等[14]的研究结果一致。红河植烟区上、中、下叶总植物碱含量均在优质烟叶标准范围内，叶位间差异达到极显著水平，且氯含量在叶位间差异不显著，钾氯比的协调性好。说明红河植烟区降碱降焦措施效果显著。红河植烟区烟叶总糖、还原糖含量在较高的范围内，这与朱云燕等[9]的研究结果一致。对上、中、下部烟叶的主要化学成分进行聚类分析，结果表明，上、中部烟叶化成成分含量特征较为相似，下部烟叶具有与其他叶位烟叶不同的化成成分含量特征。据高家和等[14]报道，不同叶位间总糖含量变化幅度最小，叶间总氮变化幅度较小，这与本研究结果不符。赵立红[15]认为不同叶位烟叶化学成分含量差异与烟叶产区的海拔高度、土壤养分、气候条件密切相关，并无规律可循。据报道，普洱植烟区总糖含量叶位间差异较大；大理植烟区烟碱、总氮含量叶位间差异较大；保山植烟区钾、氯离子含量叶位间差异较大；玉溪植烟区糖/碱叶位间差异较大；曲靖植烟区氮/碱叶位间差异较大[15]。其次，高家和等[14]还报道，烟碱含量叶位间变化程度最大，这与本研究结果一致。不同品种烟叶的主要化学成分含量分析结果表明，K326、红大、云87烟叶还原糖、水溶性总糖平均含量偏高，总植物碱、氯、钾、总氮平均含量适中。K326、红大烟叶较云87烟叶具有不同的化学成分含量特征，而K326、红大烟叶的化学成分含量特征较为相似。这与刘杰等[16]人的研究结果基本一致。已有研究表明，即使是同一品种的烟草，种植在不同地域，其烟叶化学成分也不尽相同。一方面受烟草遗传基因影响，一方面受烟草种植地域土壤养分的影响[17]。研究发现石屏、弥勒、蒙自、泸西、个旧、建水、开远、屏边烟叶还原糖、烟叶水溶性总糖平均含量偏高，高于优质烟叶标准。烟叶、氯、钾、总氮、总植物碱平均含量符合优质烟叶标准，这与鲁黎明等的研究结果一致[18]。从本研究的结果来看，红河植烟区烟叶总糖与还原糖的含量均较高，这与近年来四川植烟区烟叶的特征一致[19]。因此，如何降低烟叶总糖与还原糖的含量，仍然是红河优质烟叶生产应重点解决的问题。本研究仅是对2018年的烟叶进行分析，样本数量有限，需要对多年、多样本的检测结果进行验证，以便更客观地反映红河植烟区烟叶主要化学成分特征。

4 结 论

红河植烟区烟叶主要化学成分基本在优质烤烟适宜范围，总体协调性较好。表现为烟叶的还原糖、水溶性总糖平均含量稍高于优质烟叶标准；红河植烟区烟叶样品植物总碱平均含量、氯平均含量、氮碱比平均值适中，符合优质烟叶标准。但烟叶主要化学成分含量不稳定，变异波动幅度较大。为更好地满足卷烟工业的需要，烟叶产区应明确不同产地烟叶化学成分的特点和主要影响因素，应采取相应的技术措施，优化和提高烟叶化学成分与内在品质的协调性。