烤烟柔韧性与内在品质的相关分析

张书伟 过伟民 陈祥 张子颖 徐文韬 叶校坤 周汉平 常乃杰

摘  要：为明确烟叶柔韧性与内在品质的关系，优化烤烟外观品质评价指标体系，选择我国6个生态二级区上部和中部不同质量梯度烟叶样品，采用相关分析和随机森林回归分析，研究了烟叶柔韧性与主要化学成分和感官品质指标的关系。结果表明，烟叶柔韧性区域差异明显，渝东南烟叶柔韧性好，豫西、湘南烟叶次之，而滇东和豫中地区烟叶总体一般。烟叶柔韧性分值与还原糖、总糖含量，糖碱比值和两糖比值呈显著或极显著正相关。烟叶柔韧性分值与香气质、香气量、杂气、刺激性、干燥感、回甜感等感官指标呈极显著正相关。随机森林回归分析发现，部分地区柔韧性对还原糖含量、香气质和感官综合品质分值变异的贡献率大于其他外观指标。烟叶柔韧性能够较好地表征内在品质，可用于优化烤烟外观品质评价指标体系。

关键词：烤烟;柔韧性;化学成分;感官品质;相关分析;随机森林

Abstract： To clarify the relationship between flue-tobacco toughness and internal quality， and to optimize the evaluation index system of flue-cured tobacco appearance quality， we collected upper and middle parts flue-cured tobacco leaf samples from six ecological secondary regions in China. Correlation and Random forest regression analysis were used to study the relationship between tobacco leaf toughness and main chemical components and sensory quality indexes. The main results were as follow： Obvious regional differences in leaf flexibility were observed. The flue-tobacco toughness score of southeastern Chongqing was good， followed by western Henan and southern Hunan， while eastern Yunnan and central Henan was generally average; Toughness was significantly or extremely significantly positively correlated with reducing sugar （RS） and total sugar content （TS）， the ratio of reducing sugar and total sugar （RS/TS） and the ratio of reducing sugar and nicotine （RS/Nic）; The toughness score of tobacco leaves was significantly positively correlated with aroma quality， aroma quantity， odor， irritation， dryness and return sweetness and other sensory indexes; Random forest regression analysis showed that the contribution rate of toughness to the variation of RS， aroma quality and total sensory score was higher than that of other appearance indexes. Therefore， toughness can better represent the intrinsic quality of flue-cured tobacco leaves and play an important role in simplifying the assessment indicators of flue-cured tobacco leaf quality.

Keywords： flue-cured tobacco; toughness; chemical components; sensory quality; correlation analysis

烤煙外观特征是烟叶生产、收购、调拨环节评价烟叶品质的主要依据。国家标准[1]规定的烤烟外观分组和分级因素包括颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分、色度、长度和残伤等。以上述外观因素为依据，中国烟草种植区划[2]建立了烤烟外观品质量化评价体系，成为目前我国烟叶外观品质量化评价的主要方法。除了国标[1]规定的外观品质因素外，探索更多的外观评价延伸指标，更为全面地通过外观评价预测烟叶内在质量的研究也在不断深入。汤朝起等[3]研究发现光泽、细腻度对烟叶内在品质影响较强，可作为烟叶外观品质评价指标;王信民等[4]提出底色、蜡质感、光泽度、叶面组织、柔韧性可作为外观区域特征评价指标，为我国烟叶外观分型提供了支撑;薛超群等[5]从15项外观特征指标中，筛选出叶面组织、柔韧性、色度、油分等10项指标，发现所选指标能够较好评价多产地C2F等级烟叶。上述外观评价指标中，柔韧性主要反映叶片的柔软程度，即烟叶受压后恢复原始大小和形状的能力，近年来的研究证明[6-7]，柔韧性与烟叶的理化特性密切相关，在烟叶品质评价中具有较好的应用前景，提高烟叶的柔软程度也逐渐受到卷烟企业原料采购和使用人员的重视。但目前关于柔韧性与烟叶内在品质的关系研究较少且结论并不一致[8-10]，这在一定程度制约了柔韧性指标在烟叶品质评价中的应用。

基于此，本研究通过收集我国不同生态区不同品质梯度烟叶样品，分析烟叶柔韧性与主要化学成分和感官品质指标的相关关系，明确柔韧性对烟叶内在品质的影响程度，以期为柔韧性指标在烟叶品质评价中的应用提供科学支撑。

1  材料与方法

1.1  烟叶采集与样品制备

2019年采集我国6个烟草种植二级区的C1F、C2F、C3F、C3L和B1F、B2F等级初烤烟叶，品种为当地主栽品种，每产区每等级采集50 kg。为了使制备样品涵盖各产区烟叶的不同质量档次，在烟叶分级国标[1]规定的颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分等5项外观品质指标基础上，增加柔韧性和光泽度，并制备各指标不同档次的典型烟叶样品（如颜色制备深橘黄、橘黄、柠檬黄、杂色、微带青;柔韧性制备柔软、较柔软、较硬脆;成熟度制备高度成熟、成熟、尚熟;油分制备多、有、稍有等）。共制备样品258个，具体见表1。

1.2  分析方法

1.2.1  外观品质评价  由来自河南中烟工业有限责任公司的行业烟叶标准标样分标委员会委员、高级技师、技师组成的外观品质鉴定专家组完成烟叶外观品质量化评价，具体方法在文献[8]基础上略作修改，详细评分标准见表2。本文中涉及的柔韧性均为外观评价中的柔韧性指标。

1.2.2  主要化学成分分析  按照YC/T 216—2013、YC/T 468—2013、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2002和YC/T 159—2002标准测定烟叶淀粉、烟碱、总氮、钾、氯、总糖和还原糖含量。采用总氮减去烟碱氮，再乘以蛋白质系数的方法计算蛋白质含量。

1.2.3  感官品质评价  由来自河南中烟工业有限责任公司技术中心产品配方人员（具备烟草行业感官评吸鉴定资质）组成的感官质量鉴定专家组完成烟叶感官品质评价。评价指标包括香气质、香气量、杂气、刺激性、干燥感、回甜、浓度、细腻程度。

1.3  数据分析

采用Python编程语言进行相关性分析和随机森林回归。基于随机森林法拟合外观指标预测烟叶化学成分和感官品质的模型，计算各外观指标的相对贡献率。本文作图均基于Python编程语言。

2  结  果

2.1  不同烟区烤烟柔韧性分值

由图1中看出，不同烟区中部烟叶的柔韧性分值差异明显，渝东南烟叶柔韧性显著高于其他产区，湘南、豫西、闽西和豫中烟区差异不显著，滇东烟区烟叶柔韧性则显著低于渝东南、湘南、豫西等烟区。各烟区上部烟叶柔韧性分数相对稳定，渝东南烟区各部位烟叶柔韧性显著高于豫中烟区，其余产区间差异不显著。

2.2  烤烟柔韧性与内在品质的相关分析

2.2.1  主要化学成分  不考虑区域差异，烟叶柔韧性与主要化学成分指标的相关系数结果见图2。从图中看出，两部位烟叶柔韧性与还原糖和总糖均极显著正相关。此外，中部烟叶柔韧性与两糖比值极显著正相关，上部烟叶柔韧性与糖碱比值显著正相关。总体来看，烟叶柔韧性越好，烟叶糖含量、两糖比和糖碱比也越高。

考虑到不同烟区差异，本文分区域考察了烟叶柔韧性与还原糖、两糖比值、糖碱比值等指标之间的相关性规律。由表3中看出，滇东地区两部位烟叶柔韧性与还原糖均极显著正相关;湘南、豫西、闽西烟区中部烟叶柔韧性与还原糖具有显著正相关关系;渝东南上部烟叶柔韧性与还原糖呈极显著正相关。豫中两部位烟叶柔韧性与两糖比均极显著正相关;豫西和闽西中部烟叶柔韧性与两糖比显著正相关;滇东上部烟叶柔韧性与两糖比极显著正相关。湘南、滇东和渝东南上部、豫西中部样品组的烟叶柔韧性与糖碱比相关显著。

2.2.2  感官品质  不考虑区域差异，烤烟柔韧性分值与感官品质各指标分值及总分均极显著正相关，两部位规律一致（图3）。分别以香气质、香气量分值和感官品质总分为例，分区域考察了柔韧性与感官品质之间关系（表3）。研究发现，除豫中烟区中部样品组（香气质、香气量分值和感官品质总分）与湘南、豫西和渝东南烟叶的上部烟叶（香气量），其余组烟叶柔韧性与香气质、感官评吸总分均呈显著或极显著正相关关系。总体来看，烟叶柔韧性与感官品质密切相关，不同烟区、不同部位规律基本一致。

2.3  烤烟柔韧性对内在品质的相对贡献分析

由表4中看出，基于外观变量建立的烟叶化学成分随机森林预测模型精度均较高，但各外观变量相对贡献程度不尽相同。柔韧性对总体样本中部烟叶还原糖的贡献率最高（29%）。分区域和部位来看，柔韧性对滇东烟区中部和上部、豫西和闽西烟区中部样品组的还原糖贡献率最高;豫中、滇东产区中部和上部烟叶柔韧性对两糖比的贡献相对较高;对糖碱比而言，湘南中部烟叶柔韧性贡献最大，其余产区贡献相对较低。綜合来看，在化学成分中，烟叶柔韧性对还原糖含量变异的贡献相对较大。

由表5中看出，总体而言，相对香气量和香气质，烟叶柔韧性对感官总分的贡献较大。不考虑区域差异时，烟叶柔韧性对中部烟叶香气质和感官总分相对贡献度最高。考虑区域和部位差异后，湘南中部（33%）、豫中上部（19%）和滇东上部（48%）烟叶柔韧性对感官总分的相对贡献均最高;对烟叶香气质来说，湘南中部（35%）和滇东上部（50%）烟叶柔韧性均相对贡献最高;对烟叶香气量来说，豫中上部（25%）、湘南中部（27%）烟叶柔韧性对其贡献最高。

3  讨  论

3.1  烟叶柔韧性的区域差异

不同区域的烟叶由于生态环境、品种和管理措施的差异，烟叶柔韧性往往差异明显，前人多集中在特定生态区烟叶外观的研究，区域差异对比相对较少，而这种对区域差异的研究对保证原料供给往往起到至关重要作用[11-15]。由本文研究可知，烟叶柔韧性区域差异明显，渝东南烟叶柔韧性好，豫西、湘南烟叶次之，而滇东和豫中地区烟叶总体一般，这与前人研究整体一致;但先前报道也指出西南烟区的烟叶柔韧性相对较好，而黄淮烟区相对硬脆，这与本文结论有一定差异[4， 9-10]。这种差异的原因可能与采样年份烟区气象特征有关：常乃杰[16]关于烟叶质量和生态因素关系的研究表明烟叶成熟度和叶片结构与降水量呈显著正相关，而渝东南烟区烤烟生育期气象条件具有高温多雨特征。同时，本文通过分析区域间外观特征差异发现，渝东南烟区烟叶成熟度高、叶片结构疏松，这也进一步证明了上述观点。

3.2  烟叶柔韧性与主要化学成分关系

本研究发现，烟叶柔韧性越高，总糖、还原糖、糖碱比和两糖比越高，烟碱、氯含量越低，这与先前在河南[10]、江西[17]、重庆[18]和湖北[18]烟区的相关研究规律基本一致。然而，这与陈健等[8]在西南烟区的结果相悖，其研究表明烟叶柔韧性与总氮和烟碱指标呈正相关关系（不显著）。这种情况也有可能和取样区域烟叶特征有关（西南清香型烟区烟叶本身烟碱和总氮含量相对较低），导致其结果不具有普适性，本研究中涉及6个烟叶产区，采样范围更广，数据分布更宽，结果更能体现烟叶柔韧性和化学成分的一般规律。另外，尽管前人报道中[8]发现烟叶柔韧性与总糖和还原糖呈现弱相关关系（r<0.3），但与两糖比之间仍然呈显著相关关系，这与本研究结果也是一致的。鉴于柔韧性和烟叶化学成分之间的这种关系，建议在原料收购和工业配方中，将其作为评价指标来发挥更重要的作用。

3.3  烟叶柔韧性与感官品质关系

本研究发现烟叶柔韧性分值越高感官评吸品质各指标分值也越高，中部和上部烟叶规律一致。本文结论与占俊文[17]对江西烟区烟叶柔韧性与烟叶内在品质关系的研究结论一致。在周立新等[18]对中间香型烟区的研究中，香气质和香气量与烟叶柔韧性的关系与本文规律一致，但指出刺激性和干燥感均与烟叶柔韧性呈负相关关系，认为柔韧性好的烟叶吃味好、杂气少、刺激性和干燥感低。为了进一步分析烟叶柔韧性与感官质量之间差异，本文对6个烟草种植二级区烟叶柔韧性和感官品质指标做了相关分析，发现除个别未达到显著相关外，其余均是显著正相关。另外，蔡宪杰等[10]在黄淮烟区烟叶的研究中发现烟叶柔韧性和余味、刺激性和干燥感均呈负相关关系（均不显著）。这种不同研究之间的结果差异性，可能有以下2个原因：（1）外观和感官评价的主观性，这一点在范幸龙等[11]、过伟民等[9]、蔡宪杰等[10]研究的材料方法中可以看出，不同工业企业对于外观和评吸的评分标准有所差异，这种差异往往导致不同指标规律性的异质性;（2）样品的时空差异性，不同研究采样时间和采样区域的异质性往往导致不同指标之间规律在时空尺度上变异。为了弥补这种缺陷，未来研究中需要在统一标准下，更为广泛和精准的采样和评价。同时，也需要运用多种方法（如机器学习等），对数据之间关联规律进行深入挖掘。

4  结  论

结果表明，烟叶柔韧性与还原糖和总糖含量、两糖比值和糖碱比值以及香气质、香气量等内在品质指标呈正相关关系。多数产区中上部烟叶柔韧性与烟叶还原糖含量、香气质、香气量和感官综合分值相关性均达到显著水平。与其他外观指标相比，部分区域柔韧性对还原糖含量、香气质和感官综合品质变异的贡献率相对较大。因此，烟叶柔韧性能够较为准确地反应烟叶内在品质特征，可以根据贡献率将其纳入部分区域烟叶外观品质评价指标体系，在烟叶质量评价中发挥更大作用。

参考文献

[1] GB 2635-1992.  烤烟[S]. 1992

GB 2635-1992. Flue-cured tobacco [S]. 1992

[2] 王彦亭，谢剑平，李志宏. 中国烟草种植区划[M]. 北京：科学出版社，2010.

WANG Y T， XIE J P， LI Z H. Chinese tobacco planting regionalization [M]. Beijing： Science Press， 2010.

[3] 汤朝起，刘伟，潘红源，等. 烤烟外观质量的评价延伸指标与内在品质的关系[J]. 烟草科技，2011（9）：71-74.

TANG C Q， LIU W， PAN H Y， et al. Relationship between derivative appearance quality indexes and intrinsic traits of flue-cured tobacco[J]. Tobacco Science & Technology， 2011（9）： 71-74.

[4] 王信民，李锐，魏春阳，等. 烤烟外观区域特征感官评价指标的筛选[J]. 烟草科技，2011（3）：59-68.

WANG X M， LI R， WEI C Y， et al. Screening of regional characters of flue-cured tobacco appearance from sensory evaluating indicators[J]. Tobacco Science & Technology， 2011（3）： 59-68.

[5] 薛超群，蔡憲杰，宋纪真，等. 基于主成分分析和聚类分析的烤烟烟叶外观特征区域归类[J]. 烟草科技，2018，51（6）：34-41.

XUE C Q， CAI X J， SONG J Z， et al. Regional classification by appearance of flue-cured tobacco leaves based on principal component and cluster analysis[J]. Tobacco Science & Technology， 2018， 51（6）： 34-41.

[6] 常安然，占俊文，何宽信，等. 烤烟烟叶柔软度与物理指标的关系[J]. 湖南农业大学学报（自然科学版），2016，42（4）：365-369.

CHANG A R， ZHAN J W， HE K X， et al. Relationship between softness and physical indexes of flue-cured tobacco leaves [J]. Journal of Hunan Agricultural University （Natural Science Edition）， 2016， 42（4）： 365-369.

[7] 占俊文，沈雪婷，何宽信，等. 江西烤烟柔软度与物理特性的关系分析及适宜区间研究[J]. 中国农业科技导报，2017，19（1）：131-137.

ZHAN J W， SHEN X T， HE K X， et al. Study on the relationship between softness and physical properties of flue-cured tobacco in Jiangxi and its suitable range [J]. Journal of Agricultural Science and Technology， 2017， 19（1）： 131-137.

[8] 陈健，蔡宪杰，郭文，等. 西南部分清甜香型产区烤烟外观特征及其与常规化学成分和感官质量的关系分析[J]. 烟草科技，2020，53（8）：7-14.

CHEN J， CAI X J， GUO W， et al. Analysis on appearance characteristics of flue-cured tobacco and its relationship with conventional chemical components and sensory quality in some areas of southwest China [J]. Tobacco Science and Technology， 2020， 53（8）： 7-14.

[9] 过伟民，蔡宪杰，王信民，等. 烤烟中部烟叶外观区域特征分布及其与外观品质和物理特性的关系[J]. 烟草科技，2016，49（12）：21-27.

GUO W M， CAI X J， WANG X M， et al. Regional characteristic distribution of middle leaves and its relationship with appearance quality and physical properties of flue-cured tobacco[J]. Tobacco Science & Technology， 2016， 49（12）： 21-27.

[10] 蔡宪杰，左伟标，郭文，等. 黄淮部分焦甜焦香型产区烤烟外观特征及其与常规化学成分和感官质量的关系[J]. 烟草科技，2020，53（11）：23-29.

CAI X J， ZUO W B， GUO W， et al. Study on appearance characteristics of flue-cured tobacco in Huang-Huai area and its relationship with conventional chemical composition and sensory quality [J]. Tobacco Science and Technology， 2020， 53（11）： 23-29.

[11] 范幸龙，李炜，张莉，等. 云南不同生态区烟叶主要品质性状差异分析[J]. 中国烟草科学，2020，41（3）：77-82.

FAN X L， LI W， ZHANG L， et al. Analysis on the difference of main quality characters of tobacco leaves in different ecological regions in Yunnan [J]. Chinese Tobacco Science， 2020， 41（3）： 77-82.

[12] 范幸龙，褚旭，贺彪，等. 我国不同生态区云烟97烟叶主要品质性状差异分析[J]. 中国烟草科学，2019，40（5）：77-83.

FAN X L， CHU X， HE B， et al. Analysis on the difference of main quality characters of Yunyan 97 tobacco leaves in different ecological regions in China [J]. Chinese Tobacco Science， 2019， 40（5）： 77- 83.

[13] 王浩军，郭东锋，杜丛中，等. 基于关联规则的皖南焦甜香烟叶外观特征分析[J]. 中国烟草科学，2014，35（5）：93-97.

WANG H J， GUO D F， DU C Z， et al. Analysis of appearance characteristics of tobacco leaves in southern Wannan based on association rules [J]. Chinese Tobacco Science， 2014， 35（5）： 93-97.

[14] 包自超，宋文靜，徐宜民，等. 烤烟上部叶片质量指标间的相关性研究[J]. 中国烟草科学，2013，34（5）：23-27.

BAO Z C， SONG W J， XU Y M， et al. Study on the correlation between quality indexes of upper leaf of flue-cured tobacco [J]. Chinese Tobacco Science， 2013， 34（5）： 23-27.

[15] 孙平，程森，窦玉青，等. 四川会东初烤烟叶外观质量与主要化学成分关系研究[J]. 中国烟草科学，2013，34（1）：29-33.

SUN P， CHENG S， DOU Y Q， et al. Study on the relationship between appearance quality and main chemical components of flue-cured tobacco leaves in Sichuan Huidong [J]. Chinese Tobacco Science， 2013， 34（1）： 29-33.

[16] 常乃杰. 生态因素对云南烤烟品质影响[D]. 北京：中国农业科学院，2016.

CHANG N J. Effects of ecological factors on quality of flue-cured tobacco in Yunnan [D]. Beijing： Chinese Academy of Agricultural Sciences， 2016.

[17] 占俊文. 烤烟烟叶柔软度与烟叶质量的关系[D]. 郑州：河南农业大学，2016.

ZHAN J W. Relationship between flue-cured tobacco leaf softness and tobacco leaf quality [D]. Zhengzhou： Henan Agricultural University， 2016.

[18] 周立新，陈丽平，徐向丽，等. 中间香型烟叶柔软性与烟叶质量的相关性研究[J]. 湖南农业科学，2016（11）：67-70.

ZHOU L X， CHEN L P， XU X L， et al. Study on the correlation between softness and quality of middle-flavor tobacco leaves [J]. Hunan Agricultural Sciences， 2016（11）： 67-70.

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