三门峡烟区烤烟感官质量与其他质量因素的关系分析

王娓娓，李佳颖，张兆扬，杨晋燕，李洪臣，赵永伟，关卫东，杨军杰*

(1.河南省烟草公司三门峡市公司，河南 三门峡 472000；2.三门峡市烟草公司渑池县分公司，河南 渑池 472400；3.三门峡市烟草公司卢氏县分公司，河南 卢氏 472200)

感官评吸质量是卷烟产品质量的主要因素之一，是形成产品质量的基础和核心。烤烟感官质量是指烟丝或烟支通过燃烧产生的主流烟气的特征特性[1]，评价感官质量的指标主要有香气质、香气量、浓度、劲头、杂气、燃烧性、刺激性和灰分等。烟叶的灰分含量约为10%，而灰分主要由矿质元素组成，烟叶中的这些矿质元素对烟叶的外观质量、香吃味、刺激性、燃烧性等指标具有显著影响[2]。烟叶化学成分是影响烟叶香气特性和评吸质量的内在因素，各组分间的协调性直接决定着工业可用性价值[3]。三门峡市位于河南省西部，地处亚热带与暖温带过渡带，四季分明，年均无霜期185 d，年均气温12.6 ℃，年均降水量650 mm，具有生产优质烟叶所需要的自然条件。全市常年植烟面积10 666.7 hm2左右，是浙江中烟、河南中烟和江苏中烟等工业企业的重要基地单元。按照全国烤烟烟叶香型风格划分，三门峡市属于黄淮平原生态区焦甜焦香型次典型区域[4]，香韵特征主要表现为焦甜香、焦香、烘培香和木香等香韵强度减弱，醇甜香韵增强。陈海生等[5]运用地理统计学，绘制了三门峡烟区土壤速效氮、磷、钾和有机质等肥力因子含量的空间分布图。关卫东等[6]在此基础上，提出了三门峡烟区“粗肥细化、商品供应”的土壤保育技术，探索了解决三门峡烟区土壤问题和提高烟叶质量的新途径。张慢慢等[7]利用三门峡烟区气候和烤烟产量资料，分析了气候因子与烤烟产量的关系，结果表明：日照时数和平均气温对三门峡烤烟产量和质量的影响最大。汪孝国等[8]运用灰色关联度等方法，对三门峡烟区烤烟质量可用性进行了综合评价，结果表明：三门峡烟区烟叶质量可用性(TQU)以卢氏和陕县最佳，烟叶质量可用性属于中级至较高级。近年来，因品种和土壤退化等原因，三门峡烟叶存在香型风格特色弱化的问题，上述研究主要是针对三门峡烟区土壤养分状况、气候特点和质量可用性等某一方面的深入研究，但尚缺乏对三门峡烟区感官质量以及其与关键质量因素的关系进行综合分析。本研究运用因子分析、灰色关联度[9]和通径分析等方法，系统分析了三门峡烟区烤烟感官质量与化学成分、矿质元素等质量因素的关系。本文以三门峡烟区典型烟叶样品为研究样本，通过研究三门峡烟区烤烟感官质量与其他质量因素的关系，对合理评价和使用三门峡烟叶具有重大意义。通过分析三门峡烟区质量指标的缺陷，为三门峡烟区下一步调整烟叶生产技术关键措施，提高烟叶工业可用性提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2017—2018年，在三门峡市46个烟站进行取样，采集的烟叶样品须代表该烟站所辖区域烟叶生产的基本水平。采集烟样的品种为当地主栽品种云烟87，等级为C3F和B2F，每个等级取样2 kg，共计184份样品，取样后对样品统一进行测验和评价。

1.2 测定方法

1.2.1 感官评吸质量的评价

将烟丝切丝成0.8 mm宽度放入温度22 ℃、相对湿度60%的恒温恒湿箱中，平衡水分48 h后卷制成单料烟评吸备用。感官评吸打分鉴定由浙江中烟原料部组织评吸专家，按照《YC/T 138—1998烟草及烟草制品感官评价方法》进行。评价指标包括香气质、香气量、余味、杂气、刺激性、燃烧性和灰色，各指标按评吸质量档次分别赋予不同分值，满分依次为15、20、25、18、12、5和5分(表1)。

表1 单料烟感官质量各单项指标记分及定量描述

1.2.2 烟叶化学成分测定方法

烟叶化学成分评价指标主要包括还原糖、总糖、总氮、烟碱、钾、氯和淀粉等7项单项指标，并计算得出糖碱比、氮碱比和钾氯比等3项复合指标。其中，还原糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法[10]；总糖、淀粉的测定采用乙醇提取，蒽酮比色法[10]；总氮含量的测定采用过氧化氢-硫酸消化法[10]；烟碱含量的测定采用脱色法[10]；钾含量的测定采用火焰光度法[10]；氯含量的测定采用莫尔法[10]。

1.2.3 烟叶矿质元素测定方法

钙、镁、铁、磷、锰、硼、锌和铜等矿质元素含量的测定参照王瑞新等[8]采取干灰化法，5%盐酸(优级纯)溶解后加入1 mL 15%氯化锶，定容，试验用水为去离子水。采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-7400，美国赛默飞公司)进行矿质元素含量的测定。等离子气流量为12 L·min-1；辅助气流量为1.0 L·min-1；波长范围为166～847 nm。

1.3 数据统计与分析

全部试验数据分析主要采用DPS 7.05和SPSS Statistics 23.0等统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 感官质量的描述性统计分析

三门峡烟区184份烟叶样品感官评吸质量得分的描述性统计分析结果如表2所示。感官质量总分变幅为72.10～75.50分，平均值为73.75分，样品间变异系数较小，为1.26%。在不同样品间，感官质量各指标变异较为稳定(均小于5%)，其中刺激性得分变幅为8.10～9.00分，变异系数最大，为2.72%。香气质、香气量得分的平均值分别为11.37和15.96分，余味、杂气、燃烧性和灰色得分的平均值依次为19.11、12.72、2.99和2.98分。香气质和余味得分的偏度系数大于0，为正向偏态峰；其余6项指标的偏度系数均小于0，为负向偏态峰。燃烧性和灰色得分的峰度系数大于0，为尖峭峰，数据大多在平均值附近分布；香气质、香气量和总分等6项指标的峰度系数均小于0，为平阔峰，数据比较分散。

表2 烟叶感官质量的描述性统计分析

2.2 烟叶感官质量与其他质量因素的关系分析

2.2.1 感官质量与化学成分的关系分析

三门峡烟区烟叶样品常规化学成分的描述性统计分析和浙江中烟基地单元质量目标适宜范围如表3所示。烟叶还原糖、总糖、总氮、烟碱、钾、氯和淀粉等7项单项指标平均值均在浙江中烟质量目标范围内；而淀粉平均含量为5.44%，略高于目标范围(≤5.0%)；糖碱比和氮碱比略低于目标范围下限，这可能是由于部分烟叶样品烟碱含量偏高，高于上限2.5%的样品数量占45.83%。同时，钾含量平均值虽在适宜范围内，但仍有41.67%的样品钾含量低于1.4%。

表3 烟叶化学成分的描述性统计分析

常规化学成分中，氯和钾氯比的变异系数均较大(大于50%)，分别为86.42%和59.66%，样品间变异较不稳定；总糖和还原糖变异系数均较小(小于20%)，分别为16.01%和16.59%。烟叶烟碱、总氮和钾等6项指标偏度系数大于0，为正向偏态峰；总糖、还原糖、淀粉和钾氯比等4项指标的偏度系数均小于0，为负向偏态峰。烟碱、总氮和糖碱比3项指标的峰度系数均大于0，为尖峭峰，数据大多分布在平均值附近；总糖、还原糖和钾等6项指标的峰度系数均小于0，为平阔峰，数据较为分散。

化学成分是烤烟内在质量的基础，烟叶化学成分评价指标较多，且各指标间具有一定的关联性，因而所得的统计数据反映的信息存在一定的交叉重叠现象。为了实现运用较少综合指标来准确反映烟叶质量，本研究利用DPS 7.05统计软件的降维模型对三门峡烟叶各化学成分指标进行因子分析。采用主成分分析法提取了4个主因子，这4个主因子包含了三门峡烟区烟叶化学成分91.61%的信息，对7项常规化学成分单项指标和3项复合指标(共计10项指标)的贡献率分别为45.45%、25.45%、12.86%和7.85%。

由表4可知，因子1主要由总糖、烟碱、总氮、糖碱比和氮碱比决定，并且糖碱比、氮碱比和总糖在因子1上具有较大的正载荷值，说明这3个变量变化趋势相似，相互之间呈正相关。烟碱、总氮在因子1上具有较大的负载荷值，说明这两个变量与因子1呈负相关。因子1主要包括含碳化合物和含氮化合物，故将其称为碳氮因子；因子2主要包括钾、氯和钾氯比，钾和钾氯比正载荷值较大，两项指标也是衡量烟叶燃烧性和持火力的核心指标，故称之为燃烧性因子；因子3中，淀粉具有较大的正载荷，故称之为淀粉因子；还原糖在因子4中具有较大的正载荷，还原糖含量是决定烟气醇和度和吃味的主要因素，故将其称为醇和因子。

表4 烟叶化学成分因子得分分析表

将感官质量各项指标作为比较数列，化学成分因子得分作为参考数列，利用灰色关联度将烟叶化学成分与感官质量得分进行相关性分析。关联度越大，说明参考数列对比较数列的影响越大。将主要化学成分因子与烤烟感官质量的香气质、香气量等8项指标进行均值化处理后进行灰色关联度分析(表5)。

表5 烟叶主要化学成分因子与感官质量的灰色关联度分析

在4个因子与感官质量8项指标的关联度排序中，对香气质的影响顺序依次为燃烧性因子>淀粉因子>醇和因子>碳氮因子；对香气量的影响顺序依次为淀粉因子>醇和因子>燃烧性因子>碳氮因子；对余味的影响顺序依次为醇和因子>燃烧性因子>碳氮因子>淀粉因子；对杂气和评吸总分的影响顺序依次为燃烧性因子>碳氮因子>醇和因子>淀粉因子；对刺激性的影响顺序依次为碳氮因子>燃烧性因子>醇和因子>淀粉因子，对燃烧性和灰色的影响顺序依次为燃烧性因子>醇和因子>淀粉因子>碳氮因子。

2.2.2 感官质量与矿质元素的关系分析

我国优质烟叶磷含量的正常范围是1.5～5.0 mg·g-1，钙平均含量为34.5 mg·g-1，国外优质烟叶的平均钙含量为25 mg·g-1，镁含量的正常是3.0～12.0 mg·g-1，硼含量一般在10～40 mg·kg-1，铜和铁含量分别为15～21 mg·kg-1和57.69～295.10 mg·kg-1，锰和锌含量正常分别是22.96～550.03 mg·kg-1和20～80 mg·kg-1[11]。三门峡烟叶矿质营养元素的描述性统计分析结果如表6所示，烟叶磷含量的平均值为1.75 mg·g-1，且各样品均不高于优质烟叶磷含量的上限，但有7.14%的样品磷含量低于优质烟叶磷含量的下限(1.5 mg·g-1)；三门峡烟叶钙含量平均值为27.07 mg·g-1，低于全国平均值，但仍略高于国外优质烟叶；三门峡烟叶镁含量平均值为4.61 mg·g-1，但仍有11.90%的烟叶镁含量低于优质烟叶镁含量下限3.0 mg·g-1；硼含量的平均值为31.32 mg·kg-1，且所有烟叶样品硼含量均在适宜范围内；烟叶铜平均含量在适宜范围内，为17.25 mg·kg-1，但仍有28.57%的烟叶铜含量低于优质烟叶铜含量下限，这表明三门峡烟叶有将近1/3的烟叶铜含量过低；铁、锰和锌平均含量都处于优质烟叶含量范围，且大多数样品均处于临界值范围，分别有2.38%、4.76%和2.38%的样品低于下限。

表6 烟叶矿质元素的描述性统计分析

矿质元素中，磷和钙的变异系数较小，均小于20%，分别为15.29%和18.21%，其余6项指标的变异系数较大，其中以铁和锰的变异系数最大(均大于40%)，分别为48.35%和46.00%，变幅分别为52.68～277.26 mg·kg-1和22.36～191.40 mg·kg-1。烟叶钙、硼和铁含量的偏度系数大于0，为正向偏态峰；其余5项指标的偏度系数均小于0，为负向偏态峰。烟叶铜和锰含量峰度系数小于0，为平阔峰，数据较为分散；磷、钙等6项指标的峰度系数大于0，为尖峭峰，数据大多集中在平均值附近。

在通径分析中，通径系数是衡量自变量对因变量贡献度大小的主要依据，若通径系数越大，该自变量对因变量的贡献越大。以矿质元素10项指标为自变量，分别以香气质、香气量得分和感官质量总分等指标为因变量进行通径分析，只考虑大小，不考虑正负(表7)。

表7 烟叶矿质元素含量与感官质量的直接通径分析

矿质元素含量对烤烟香气质得分影响的相对大小依次为锌>锰>氯>镁>钾>铜>钙>硼>磷>铁，其中锌、氯、镁、硼和铁含量等5项指标对香气质得分为负效应，锰、钾、铜、钙和磷含量等5项指标对香气质得分为正效应。

矿质元素含量对烤烟香气量得分影响的相对大小依次为锌>锰>氯>钾>钙>硼>磷>铁>铜>镁，其中锌、氯、钙、硼和镁含量等5项指标对香气质得分为负效应，锰、钾、磷、铁和铜和含量等5项指标对香气质得分为正效应。

矿质元素含量对烤烟感官质量总分影响的相对大小依次为锌>钾>镁>锰>硼>铜>氯>铁>磷>钙，其中锌、镁、硼和氯含量等指标对感官质量总分为负效应，钾、锰、铜、铁、磷和钙含量等指标对感官质量总分为正效应。

3 讨论

3.1 感官质量、化学成分和矿质元素质量指标综合评价

三门峡烟区感官评吸质量结果显示，烤烟感官质量总分的变幅为72.10～75.50分，平均值为73.75分，大多数烟叶样品处于中等+至较好的质量档次，感官质量各指标在样品间的变异较为稳定，均小于5%。从感官评吸质量得分情况来看，杂气和刺激性仍有较大的进步空间。

三门峡烟叶还原糖、总糖、总氮、烟碱、钾、氯和钾氯比等7项指标平均值均在浙江中烟质量目标范围内。而淀粉平均含量为5.44%，略高于目标范围(≤5.0%)。淀粉影响烟叶的燃烧速度和燃烧完全性，同时燃烧时产生糊焦气味，破坏烟草燃吸时所形成的香味，使安全性下降[12]。因此，在烟叶生产中，需从生态调控、农艺措施和烘烤因素[13-15]等方面，寻求调控烟叶淀粉含量的措施。糖碱比和氮碱比略低于目标范围下限，这可能是由于部分烟叶样品烟碱含量偏高，高于上限2.5%的样品数量占45.83%。碳氮代谢是烟叶品质形成的核心过程之一，与烟叶品质密切相关[16-18]。在烟叶生产中，可通过寻求同时调控总氮、烟碱和两糖含量的技术措施，提高糖碱比协调程度，进而实现碳氮代谢平衡和优质适产的目标。同时，钾含量平均值虽在适宜范围内，但仍有41.67%的样品钾含量低于1.4%。钾可以平衡烟叶内在化学成分[19]，烟叶钾含量高被认为是优质烤烟的指标之一。因此，如何进一步提高三门峡烟叶钾含量将是今后关注的重点方向。

三门峡烟叶矿质元素表现为钙含量优于全国平均值，硼、铁、锰和锌含量较适宜，磷、镁含量稍低，铜含量缺乏。烟草属于喜铜作物，土壤铜含量高低直接影响烤烟的品质与产量[20]。同时，国内外均有报道[21-22]显示，增施硫酸铜可促进烟株根系更加均匀和健壮，对烟草产量和品质都有好的影响。因此，在今后烟叶生产中，要注意适当增加铜肥的使用量。

3.2 感官质量与化学成分的关系

三门峡烟叶主要化学成分因子分析结果表明：对评吸总分影响最大的是由钾、氯和钾氯比决定的燃烧性因子。钾、氯是烟叶重要的化学成分，其含量高低及钾氯比值大小是评价烤烟内在质量的重要依据[23]。2010年，冉法芬等[23]对我国主产烟区烤烟钾、氯含量和钾氯比与评吸质量的内在联系进行了系统研究，结果表明：钾氯比与评吸指标的简单相关系数均为正相关。其次是碳氮因子，主要由总糖、烟碱、总氮、糖碱比和氮碱比构成。对香气质的影响顺序依次为燃烧性因子>淀粉因子>醇和因子>碳氮因子；对香气量的影响顺序依次为淀粉因子>醇和因子>燃烧性因子>碳氮因子。上述结果表明，淀粉因子对香气质和香气量的影响排序分别为第2和第1，说明淀粉含量对香气质和香气量的得分影响较大。

3.3 感官质量与矿质元素的关系

在通径分析中，正效应表明增加其含量对感官质量总分有促进作用，负效应对评吸总分不利。烤烟矿质元素与感官评吸质量的直接通径分析结果显示：三门峡烟叶锰、钾、铜的含量与香气质得分的通径系数在正效应中较大，锌、氯、镁、硼含量在负效应中较大；锰、钾、磷含量与香气量得分的通径系数在正效应中是较大的，锌、氯、钙、硼含量在负效应中较大；钾、锰、铜含量与感官质量总分的通径系数在正效应中较大，锌、镁、硼、氯含量在负效应中较大。锰的直接通径系数仅次于钾，锰主要参与烟叶的呼吸氧化还原、铁元素的活化和种子发芽的酶活化等活动。查录云等[24]研究认为，碱性土壤烟区，采用叶面喷施硫酸锰(7.5 kg·hm-2)，可促进烟叶的成熟落黄，提高烟叶的香气质和香气量。

上述结果表明：在一定范围内，三门峡烟区要控制锌、镁和氯等元素的含量，而要适当提高烟叶钾、锰和铜等元素的含量。同时，需要注意的是，在烟叶生产中，不能单独追求某种元素含量的高低，而需对烟叶矿质元素含量评价进行综合考虑。