气象因子与烤烟美拉德反应产物的相关分析

王林　曹明峰　邓勇　祝利　徐宸　景延秋　周红审　刘文龙　宁尚辉　张学伟

摘要：【目的】探究氣象因子与烤烟美拉德反应产物的关联程度，为合理进行烤烟种植区划及生产特色优质烟叶提供理论指导。【方法】从湖南省桃源县国家一般气象站收集2014—2018年桃源县烟区逐月平均气温、逐月日照时数和逐月降水量的气象数据，采集6个乡镇的烟叶样品进行美拉德反应产物含量测定，对各气象因子与烤烟美拉德反应产物进行描述统计、简单相关和典型相关统计分析。【结果】桃源县烟区平均气温和日照时数基本满足烟叶生长需要，而降水相对较多。其烤烟美拉德反应产物以糠醛为主，各产物均具有中等强度变异。 简单相关分析结果表明，在烟叶美拉德反应产物中，月平均气温和月平均日照时数对美拉德反应产物影响明显，其中糠醛含量与8月平均日照时数呈显著正相关（P<0.05，下同），糠醇含量与7月平均气温及5月、7月平均日照时数呈显著负相关。典型相关分析结果表明，气象因子对烤烟美拉德反应产物影响的排序为月平均日照时数>月平均气温>月平均降水量;4月和8月的平均气温及3月的平均日照时数对美拉德反应产物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量影响显著或极显著（P<0.01）。【结论】烤烟大田期的月平均气温和月平均日照时数与烤烟美拉德反应产物含量密切相关。桃源县烤烟种植中应选择日照时间相对较长的地区或耐高温的烤烟品种，可在一定程度上提高烤烟美拉德反应产物的总量。

关键词： 烤烟;气象因子;美拉德反应产物;相关性

中图分类号： S572                                文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2020）08-1998-07

Correlation analysis between meteorological factors and Maillard reaction products of flue-cured tobacco

WANG Lin1， CAO Ming-feng2， DENG Yong2， ZHU Li2， XU Chen3， JING Yan-qiu4，

ZHOU Hong-shen1， LIU Wen-long4， NING Shang-hui2*， ZHANG Xue-wei5*

（1Technology Center， China Tobacco Hubei Industrial Co.， Ltd.， Wuhan  430040， China; 2Changde Branch， Hunan Tobacco Corporation， Changde， Hunan  415000，China; 3Chongqing Tobacco Science Research Institute， Beibei，Chongqing  404100， China; 4College of Tobacco Science， Henan Agricultural University， Zhengzhou  450002，China; 5China Tobacco Guangdong Industrial Co.， Ltd.， Guangzhou  510310， China）

Abstract：【Objective】Exploring the correlation between meteorological factors and Maillard reaction products of flue-cured tobacco in order to provide theoretical guidance for rationally dividing flue-cured tobacco planting and produ-cing characteristic and high-quality tobacco leaves. 【Method】Meteorological data of monthly average temperature， monthly sunshine hours and monthly rainfall in Taoyuan tobacco area from 2014 to 2018 were collected from the National General Meteorological Station of Taoyuan County， Hunan Province. Tobacco leaves from six townships were collected for the determination of Maillard reaction. Descriptive statistics， simple correlation and canonical correlation statistical analysis were carried out for each meteorological factor and the Maillard reaction products of flue-cured tobacco. 【Result】The average temperature and sunshine hours in the tobacco area of Taoyuan County basically met the needs of tobacco leaf growth， but the precipitation was relatively high. The Maillard reaction product was mainly furfural， and each product had a moderate intensity variation. Simple correlation analysis results showed： among the Maillard reaction products of tobacco leaves， the monthly average temperature and monthly average sunshine hours had obvious effects on the Maillard reaction products. Among them， the furfural content had a significant positive correlation with the average sunshine hours in August（P<0.05， the same below）. Furfuryl alcohol content was significantly negatively correlated with the average temperature in July and the average sunshine hours in May and July. The canonical correlation analysis results showed，the effects of meteorological factors of light， temperature and water on the Maillard reaction products of tobacco leaves were：monthly average sunshine hours>monthly average temperature>monthly average rainfall; the average temperature in April and August and the average sunshine hours in March had an effect on the Maillard reaction products. The content of furfuryl alcohol， furfural and 2，5-furandione，dihydro-3，4-dimethyl had significant or extremely significant effect（P<0.01）.【Conclusion】The monthly average temperature and monthly average sunshine hours of flue-cured tobacco in the Taoyuan tobacco area of Hunan are closely related to the Maillard reaction product content of tobacco leaves. Long sunshine time or high temperature resistant flue-cured tobacco varieties can be selected so that it can increase the total product of flue-cured tobacco Maillard reaction in a certain extent.

2. 3 主要气象因子与烤烟美拉德反应产物的简单相关分析

将桃源县盘塘镇、牛车河镇、三阳港镇、青林乡、九溪乡和泥窝潭乡6个植烟乡（镇）烟叶样品的美拉德反应产物与气象因子进行简单相关分析，结果（表2）表明，烤烟美拉德反应产物中，糠醛与8月平均日照時数呈显著正相关（P<0.05，下同），糠醇与7月平均气温及5月、7月平均日照时数呈显著负相关，其他美拉德反应产物与气象因子的相关性未达显著水平（P>0.05，下同）。

2. 4 主要气象因子与烤烟美拉德反应产物的典型相关分析

为进一步研究气象因子与烤烟美拉德反应的的相关性，将气象因子与烤烟美拉德反应产物进行典型相关分析。为提高分析结果的准确性，将气象因子分为月平均气温、月平均降水量和月平均日照时数3个变量组，分别进行典型相关分析。由表3可知，月平均气温、月平均降水量和月平均日照时数与美拉德反应产物第1对典型变量的相关系数分别为0.9933、0.9899和0.9968，表明各指标对美拉德反应产物影响的排序依次为月平均日照时数>月平均气温>月平均降水量。月平均气温和月平均日照时数与烤烟美拉德反应产物第1对典型变量的相关性均达显著水平，与第2～6对典型变量的相关性不显著;月平均降水量与烤烟美拉德反应产物6对典型变量的相关性均不显著。据此结果，继续对3—8月的月平均气温和平均日照时数与烤烟美拉德反应产物进行分析。由于各原始变量间的单位和数量级不同，先将原始数据进行标准化处理，再进行典型相关分析（王育军等，2014）。

由表4可知，月平均气温与烤烟美拉德反应产物的第1对典型变量的构成为：

U₁=0.8546X₁-1.2500X₂+0.3207X₃-0.3631X₄+1.0509X₅-0.3822X₆（1）

V₁=-0.9523Y₁-0.7381Y₂+0.4482Y₃+0.7500Y₄+0.4106Y₅-0.0545Y₆（2）

式（1）和（2）中，U1和V1表示月平均气温和烤烟美拉德反应产物的1对典型变量，其中U1表示为月平均气温组成的典型变量，V1为烤烟美拉德反应产物组成的典型变量，X1、X2、X3、X4、X5和X6分别表示3—8月平均气温的标准化典型系数，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6分别表示6种烤烟美拉德反应产物的标准化典型系数。在第1对典型变量（U1，V1）中， U1与8月平均气温呈极显著负相关（P<0.01，下同），与4月平均气温呈显著负相关，相关系数分别为-0.6494和-0.5565，表明4月和8月平均气温对烤烟美拉德反应产物含量有重要影响。V1与糠醇和糠醛呈极显著负相关，与3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮呈极显著正相关，相关系数分别为-0.4721、-0.5067和0.3825。说明桃源县烟区4月和8月的平均气温与烤烟美拉德反应产物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量关系密切，随着4月和8月平均气温的升高，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低。

由表4可知，月平均日照时数与烤烟美拉德反应产物的第2对典型变量构成为：

U₂=-3.4954X₁-1.0637X₂-4.1580X₃+1.2086X₄+2.0803X₅-0.4562X₆（3）

V₂=-0.8371Y₁-1.0139Y₂+0.7802Y₃+0.4722Y₄+0.4949Y₅+0.2434Y₆（4）

式（3）和（4）中，U2和V2表示月平均日照时数和烤烟美拉德反应产物组成的1对典型变量，其中U2表示月平均日照时数组成的典型变量，V1为烤烟美拉德反应产物组成的典型变量，X1、X2、X3、X4、X5和X6分别表示3—8月平均日照时数的标准化典型系数，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6分别表示6种烤烟美拉德反应产物的标准化典型系数。在第2对典型变量（U2，V2）中，U2与3月平均日照时数呈显著负相关，相关系数为 -0.5195，表明3月平均日照时数对烤烟美拉德反应产物含量有重要影响。V2与糠醇和糠醛呈极显著负相关，与3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮呈显著正相关，相关系数分别为-0.4201、-0.5285和0.3392。说明桃源县烟区3月平均日照时数与烤烟美拉德反应产物中的糠醇、糠醛和3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量密切相关，随着3月平均日照时数的增加，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低。

3 讨论

生态条件尤其是气象因子对烤烟的生长发育有重要影响，烤烟大田生长的最适宜温度是22～28 ℃，最低不低于10～13 ℃，最高不可超过35 ℃;日照时数需在500～700 h（刘国顺，2003）。同时，优质烟叶大田期对降水的要求是：还苗期及伸根期降水量需80～100 mm、旺长期降水量在100～200 mm、成熟期降水量在80～120 mm（田斌，2012）。本研究通过对湖南省桃源县烟区2014—2018年的气象因子进行分析，发现该烟区烤烟大田生长期月平均温度为22.6 ℃，月平均日照时数为128.9 h，3—8月总日照时数在773.4 h，基本可满足烟叶生长需求;而月平均降水量为171.5 mm，除旺长期满足烟株需水外，还苗期、伸根期和成熟期降水量均过大，不利于烟株生长。

气候条件是影响烟叶香气的主要原因之一（刘彩云等，2010），而美拉德反应是烟叶香气产生的重要方式之一。美拉德反应是氨基酸和还原糖之间的非酶棕色化反应，与烟叶风格特征有重要关系，是形成高香气量的主要原因之一（景延秋等，2005;周冀衡等，2005）。美拉德反应主要发生在调制、陈化、加工过程中（王荣浩等，2019），但气候条件也对美拉德反应产物有重要影响。李玲燕等（2015）研究表明，烤烟大田生长期内的平均气温是与美拉德反应相关性较大的气象因子，降水量与日照时数则无明显相关性。张小全等（2016）研究表明，大田期平均温度对烤烟云烟87美拉德反应产物含量有较大影响。本研究结果表明，烤烟大田生长期平均气温与美拉德反应产物均呈正相关，与上述研究结果基本一致，究其原因，可能是温度和光照能影响烟株的正常生长代谢和某些次生代谢的合成（杨红旗，2006），影响美拉德反应前体物的产生，从而影响美拉德反应产物的含量。李天福等（2006）研究表明，成熟期的气温与旺长期的降水量对烟叶香吃味有重要影响，其香吃味与7月气温呈负相关，而与6月降水量和8月气温呈正相关。李鹏飞（2009）研究表明，在烟叶定长阶段和欠熟阶段干旱可促进美拉德反应产物含量的升高，进入适熟阶段干旱则不利于美拉德反应产物的积累，而气温和降水是影响干旱的重要因素。潘玲（2016）通过偏相关分析研究了湖北烤烟中性香气成分与生态因素的相关性，结果表明，6月日照时数与糠醛和糠醇含量呈负相关，6月降水量与糠醛、糠醇和2-乙酰基吡咯含量呈正相关。本研究通过典型相关分析，发现随着4月和8月平均气温升高，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低;随着3月平均日照时数的增加，糠醇和糠醛含量增加，3，4-二甲基-2，5-呋喃二酮含量降低，与潘玲（2016）的研究结果有所差异，可能与试验地点、烟草品种、栽培方式及分析方法等因素不同有关。

烤烟在大田生长期内，气象因素对各时期烟叶美拉德反应影响的程度不同，本研究仅对气温、降水量和日照时数3个气象因子与美拉德反应产物的相关性进行了初步分析，光照强度等其他气象因子及经纬度、海拔、土壤和地形等因素对烟叶品质和香味物质含量变化的影响还有待深入研究。

4 结论

烤烟大田期的月平均气温、月平均日照时数与烤烟美拉德反应产物含量关系密切。桃源县烟区烤烟种植中应选日照时间相对较长的地区或耐高温的烤烟品种，可在一定程度上提高烤烟美拉德反应产物的总量。

参考文献：

程昌新，卢秀萍，许自成，黄平俊，张婷. 2005. 基因型和生态因素对烟草香气物质含量的影响[J]. 中国农学通报，21（11）：137-139. [Cheng C X，Lu X P，Xu Z C，Huang P J，Zhang T. 2005. Effects of genotype and ecological factors on content of aroma components of tobacco[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，21（11）：137-139.]

顾欣，田楠，付继刚，王洪斌，杨胜忠. 2014. 利用区域自动站资料对黔东南烤烟种植气候适宜性及精细区划归类分析[J]. 西南师范大学学报（自然科学版），39（3）：143-150. [Gu X，Tian N，Fu J G，Wang H B，Yang S Z. 2014. Analysis of flue-cured tobacco planting climatic suitability and regionalization and classification in southeast of Guizhou by means of regional automatic weather station data[J]. Journal of Southwest China Normal University（Natural Science Edition），39（3）：143-150.]

姬兴杰，石英. 2017. 气候变化对河南烟区烤烟化学品质的影响[J]. 气候变化研究进展，13（3）：262-272. [Ji X J，Shi Y. 2017. The effects of climate change on the chemical quality of flue-cured tobacco leaves in Henan flue-cured tobacco-growing areas[J]. Climate Change Research，13（3）：262-272.]

景延秋，宮长荣，张月华，刘晓萍，李炎强. 2005. 烟草香味物质分析研究进展[J]. 中国烟草科学，26（2）：44-48. [Jing Y Q，Gong C R，Zhang Y H，Liu X P，Li Y Q. 2005. Research progress of aroma compositions of tobacco[J]. Chinese Tobacco Science，26（2）：44-48.]

李玲燕，徐宜民，王树声. 2015. 气候因子对烤烟香气物质的影响研究进展[J]. 中国烟草科学，36（1）：107-113. [Li L Y，Xu Y M，Wang S S. 2015. Advance in effects of climatic factors on aroma components of flue-cured tobacco[J]. Chinese Tobacco Science，36（1）：107-113.]

李鹏飞. 2009. 主要生态因素和烘烤对烤烟致香物质含量的影响[D]. 长沙：湖南农业大学. [Li P F. 2009. Effect of main ecological factors and flue-curing on content of fragrance substances of flue-cured tobacco[D]. Changsha：Hunan Agricultural University.]

李天福，王彪，杨焕文，王树会. 2006. 气象因子与烟叶化学成分及香吃味间的典型相关分析[J]. 中国烟草学报，12（1）：23-26. [Li T F，Wang B，Yang H W，Wang S H. 2006. Analysis of canonical correlation between weather factor，chemical constitutions，and aroma and flavor of tobacco leaves[J]. Acta Tabacaria Sinica，12（1）：23-26.]

刘冰洋，张小全，张鋆鋆，许志文，彭玉富，杨立均，张广普，杨铁钊. 2016. 气象因子对高香气烤烟品种主要香味前体物含量的影响[J]. 中国生态农业学报，24（9）：1214-1222. [Liu B Y，Zhang X Q，Zhang Y Y，Xu Z W，Peng Y F，Yang L J，Zhang G P，Yang T Z. 2016. Effects of meteorological factors on aroma precursors contents of high aroma flue-cured tobacco[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，24（9）：1214-1222.]

刘彩云，刘洪祥，常志隆，杜传印，田福海. 2010. 烟草香气品质研究进展[J]. 中国烟草科学，31（6）：75-78. [Liu C Y，Liu H X，Chang Z L，Du C Y，Tian F H. 2010. Advances in tobacco aroma characteristics[J]. Chinese Tobacco Scien-ce，31（6）：75-78.]

刘国顺. 2003. 烟草栽培学[M]. 北京：中国农业出版社. [Liu G S. 2003. Science of tobacco cultivation[M]. Beijing：China Agricultural Press.]

苗春雨，許自成，黄凯，刘山，王勇，师利艳. 2017. 气候因子对烤烟香气物质含量的影响[J]. 现代农业科技，（23）：143-147. [Miao C Y，Xu Z C，Huang K，Liu S，Wang Y，Shi L Y. 2017. Effects of climate factors on the content of aroma components in flue-cured tobacco[J]. Modern Agricultural Science and Technology，（23）：143-147.]

潘玲. 2016. 湖北烤烟中性香气成分与烟叶其他理化特性及生态因素相关性研究[D]. 武汉：湖北大学. [Pan L. 2016. The relationship between neutral aroma components and physical and chemical characteristics and ecological factors of flue cured tobacco in Hubei Province[D]. Wuhan：Hubei University.]

苏强. 2014. 美拉德反应产物提高卷烟舒适度的研究[D]. 上海：上海应用技术学院. [Su Q. 2014. Study of impro-ving cigarcttes palatability by maillard reaction products[D]. Shanghai：Shanghai Institute of Technology.]

田斌. 2012. 昆明烟区生态因子与烤烟质量特征分析[D]. 长沙：湖南农业大学. [Tian B. 2012. Feature analyse of ecological factors and flue-cured tobacco quality in areas of Kunming[D]. Changsha：Hunan Agricultural University.]

汪孝国，王小东，范建立，昝京宜. 2008. 豫西烟区气候因子与烤烟化学品质关系研究[J]. 西南农业学报，21（4）：989-992. [Wang X G，Wang X D，Fan J L，Zan J Y. 2008. Study on relationships between flue cured tobacco internal quality and climate factors in Yuxi tobacco growing areas[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，21（4）：989-992.]

王荣浩，李林林，陈栋，贾宝顺，李猛，时向东. 2019. 美拉德反应在烟草加工中的应用研究进展[J]. 食品工业科技，40（3）：345-350. [Wang R H，Li L L，Chen D，Jia B S，Li M，Shi X D. 2019. Research progress on application of maillard reaction in tobacco production and processing[J]. Science and Technology of Food Industry，40（3）：345-350.]

王育军，周冀衡，张一扬，李强，胡志明，沈晗. 2014. 云南保山烟区气象因子与烤烟化学成分的相关性分析[J]. 中国农业科技导报，16（2）：109-115. [Wang Y J，Zhou J H，Zhang Y Y，Li Q，Hu Z M，Shen H. 2014. Correlation analysis between cllimatic factor and chemical components of flue-cured tobacco leaves in Baoshan Yunnan Province[J]. Journal of Agricultural Science and Technology，16（2）：109-115.]

肖金香，刘正和，王燕，何宽信，李立新. 2003. 气候生态因素对烤烟产量与品质的影响及植烟措施研究[J]. 中国生态农业学报，11（4）：163-165. [Xiao J X，Liu Z H，Wang Y，He K X，Li L X. 2003. The influence of climatic ecolo-gy factors on the yield and quality of flue-cured tobacco and the countermeasures of planting tobacco in Jiangxi[J]. Chinese Journal of Ecological Agriculture，11（4）：163-165.]

许自成，刘国顺，刘金海，金文华，石栓成，牛德江，祝照宇. 2005. 铜山烟区生态因素和烟叶质量特点[J]. 生态学报，25（7）：1748-1753. [Xu Z C，Liu G S，Liu J H，Jin W H，Shi S C，Niu D J，Zhu Z Y. 2005. Analysis of ecological factors and quality of flue-cured tobacco leaves in Tongshan tobacco-growing areas[J]. Acta Ecologica Sinica，25（7）：1748-1753.]

薛志婧，侯晓瑞，程曼，安韶山. 2011. 黄土丘陵区小流域尺度上土壤有机碳空间异质性[J]. 水土保持学报，25（3）：160-163. [Xue Z J，Hou X R，Cheng M，An S S. 2011. Spatial variability of soil organic carbon in catchment scale of Loess Hilly Area[J]. Journal of Soil and Water Conservation，25（3）：160-163.]

楊红旗. 2006. 中国烤烟主要香气前体物的研究[D]. 长沙：湖南农业大学. [Yang H Q. 2006. Studies on the chiefly fragrant precursor of the flue-cured tobacco in China[D]. Changsha：Hunan Agricultural University.]

张小全，张鋆鋆，刘冰洋，王一凡，武兆云，彭玉富，李富欣，杨铁钊. 2016. 不同气象条件对高香气烤烟品种中性香气成分含量的影响[J]. 河南农业大学学报，50（4）：460-467. [Zhang X Q，Zhang Y Y，Liu B Y，Wang Y F，Wu Z Y，Peng Y F，Li F X，Yang T Z. 2016. Effect of meteorological conditions on contents of neutral aroma components in high aroma flue-cured tobacco variety[J]. Journal of the Henan Agricultural University，50（4）：460-467.]

周冀衡，王勇，邵岩，杨虹琦，李永平，朱列书. 2005. 产烟国部分烟区烤烟质体色素及主要挥发性香气物质含量的比较[J]. 湖南农业大学学报（自然科学版），31（2）：128-132. [Zhou J H，Wang Y，Shao Y，Yang H Q，Li Y P，Zhu L S. 2005. The comparison on the content of chromoplast pigments and volatile aromatic materials of flue-cured tobacco from domestic and abroad[J]. Journal of Hunan Agricultural University（Natural Sciences），31（2）：128-132.]

（责任编辑 王 晖）

收稿日期：2020-03-23

基金项目：河南省科技厅产学研合作项目（172107000001）;湖北中烟工业有限责任公司科技项目（2018420000340277）;湖南省烟草公司常德市公司技术开发研究项目（2018430700240157）;重庆烟草科学研究所科技项目（201850000024316）

作者简介：*为通讯作者：宁尚辉（1963-），高级农艺师，主要从事烟叶生产管理研究工作，E-mail：hui17826342@163.com;张学伟（1985-），高级农艺师，主要从事烟叶原料学研究工作，E-mail：50570794@qq.com。王林（1979-），高级农艺师，主要从事烟叶原料评价与应用研究工作，E-mail：wanglin-2007@sohu.com