广东烤烟不同区位叶面的pH 值差异化分析

潘高伟，郭伟雄，韩佳彤，何 峰，梁 淼，白国强

（1. 江苏中烟工业有限责任公司技术中心，江苏 南京 210012；2. 广东中烟工业有限责任公司技术中心，广东 广州510610；3. 红塔辽宁烟草有限责任公司技术中心，辽宁 沈阳 110000；4. 河北中烟工业有限责任公司技术中心，河北 石家庄 050051；5. 郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，河南 郑州 450001；6. 江苏中烟工业有限责任公司南京卷烟厂，江苏 南京 210012）

烟叶pH 值是原料内酸碱平衡状态的直观表达，是评价烟叶质量的重要指标之一[1]。pH 值影响烟草内烟碱的存在状态，通常随烟叶pH 值在一定程度上的降低，非质子化的游离态烟碱含量减少，卷烟烟气刺激性降低，烟气较为柔和。因此，烟叶pH 值是影响烟气游离烟碱量和感官质量的重要因素[2-3]。

已有研究主要从产区、部位、年份等因素对烤烟pH 值的影响[4]、烤烟pH 值与化学成分的相关性[5]、烟叶pH 值与其游离态烟碱含量关系[6]等方面进行探讨，为烟叶质量研究提供了重要参考。近年来，随着烟草精细化加工的发展，以烟叶原料质量特性为基础的个性化加工方式成为提升原料工业可用性的重要途径。如打叶复烤中的分切加工，即是以烟叶叶面不同区位的质量特性差异为基础的精细化加工模式[7-8]，已成为提升烟叶综合利用价值的有效手段。烤烟叶面从叶尖到叶基的不同区位受遗传因素及生态条件差异的影响，其物理特性及内在质量必然存在差异。毛志伟等[9]考察了不同品种初烤烟的不同区位物理耐加工性差异。另外，叶面不同分切区位的常规化学成分、重金属铅含量、致香成分、感官质量等变化也有报道[10-13]。而烤烟叶面不同区位的pH值变化还未见报道，因此，在pH值与烟叶品质内在相关的基础上，以广东烤烟烟叶为原料，研究不同产区、品种、部位烟叶的不同区位叶面水浸液pH 值的差异，旨在为进一步提升烟叶的精细化加工水平及利用效率提供指导。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

选取广东韶关（中烟100、粤烟97）、梅州（中烟100、K326）和清远（K326、云烟87）3个产区共计4个烤烟品种的2017 年初烤烟叶，每份样品选择3 个等级（B2F、C3F、X2F），共18份烟叶为待测样品。

所用仪器包括DHG-9145A 型电热鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）、ST-07B型多功能植物粉碎机（上海树立仪器仪表有限公司）、EL204 型电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]、HZQF160 型全温振荡培养箱（太仓市实验设备厂）、MODEL868型精密酸度计（美国奥立龙公司）。

1.2 测试方法

1.2.1 烟叶分切 将烟叶样品平铺，利用切刀将叶基部分（约7 cm）切除弃用，其余部分采用九刀十段的方式平均分切（每段约4～5 cm，因烟叶整体长度略有差异），分切如图1 所示，从叶尖至叶基依次编号TL1—TL10。采用人工去梗方式将分切后的共计180 份样品进行梗叶分离，收集各区位烤烟叶面并粉碎过筛、密封备用。

图1 烟叶分切各区位编号Fig.1 Tobacco leaf cutting location number

1.2.2 烟叶水浸液pH 值测定 利用经典的水浸提法获得烟草水萃取液，测定其pH 值[1]，定义为叶面不同区位的pH 值。准确称取（5.00±0.01）g 不同区位烟叶样品，置于盛有50 mL蒸馏水的锥形瓶中，混合均匀；将锥形瓶置于全温振荡培养箱，在温度为35 ℃、转速为120 r/min的条件下，振荡提取0.5 h；将振荡萃取后的样品放在暗处，静置1 h，利用快速滤纸将待测液过滤，收集滤液于锥形瓶中；使用精密酸度计测定烟叶水浸液pH值。

1.3 统计分析

利用Excel 2010 和SPSS 19.0 统计分析软件对不同区位烟叶的pH 值进行描述统计和系统聚类分析，利用DPS 7.05 数据处理软件的有序样本最优分割法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同区位烤烟叶面pH值整体分布

对180 个不同区位烤烟叶面pH 值的频数分布进行统计，如图2 所示，pH 值分布的偏度系数为-0.292，为负态偏向峰，峰度系数为0.141，为尖峭峰，服从正态分布。

图2 不同区位烤烟叶面pH值的频数分布Fig.2 Frequency distribution of pH values for different flue-cured tobacco locations

对不同区位烤烟叶面的pH 值进行基本统计分析，结果见表1。由表1可知，各区位叶面的pH值介于5.31～5.96，多数样品集中于5.49～5.67，占样品总量的73.3%；180 个区位叶面的平均pH 值为5.59，变异系数为1.67%。

表1 不同区位烤烟叶面pH值的基本统计结果Tab.1 Basic statistical results of pH values of flue-cured tobacco leaf samples at different locations

由各区位叶面的pH值与区位的Pearson简单相关分析及双侧检验结果可知，烟叶样品pH 值与区位呈正相关，且相关关系达到显著水平（P＜0.05）。图3为烤烟pH 值均值随区位的变化情况，可见从叶尖到叶基，pH值呈现先增加后降低的抛物线变化趋势，TL4—TL8叶面（叶中部分）的pH值较高，二次方程y=5.515+0.028x-0.002x2基本能用来描述pH 值随区位变化情况。

图3 烤烟叶面平均pH值随区位的变化规律Fig.3 Variation of pH values of flue-cured tobacco leaves with locations

不同区位叶面pH 值的单因素方差分析结果如表2 所示，P值为0.282，大于0.05，表明广东烤烟叶面不同区位的pH值整体上差异不显著。

表2 不同区位烤烟叶面pH值的方差分析结果Tab.2 Variance analysis of pH values for flue-cured tobacco leaves at different locations

2.2 不同产区、部位、品种烟叶不同区位叶面pH值的变化

2.2.1 烟叶产区的影响 不同产区叶面pH 值随区位变化趋势如图4所示，同一区位的烟叶pH 值在不同产区的烟叶间高低不一。韶关烤烟pH 值从叶尖到TL8区位波动上升，而后略有降低，各区位叶面平均pH 值为5.60，变异系数为0.44%；梅州烤烟TL4区位pH 值最高，从TL5 到TL8 区 位，pH 值缓慢上升，各区位叶面的pH 值介于5.54～5.61，变异系数为0.46%；而清远烟叶pH 值从叶尖TL1 到TL7 区位逐步升高，而后到叶基部表现为线性下降趋势，变异系数最高，为0.52%。

图4 不同产区烤烟叶面平均pH值随区位的变化趋势Fig.4 Variation trend of pH values of flue-cured tobacco leaves in different regions with locations

2.2.2 烟叶部位的影响 不同部位烟叶pH 值随区位的变化规律如图5所示，同一区位的烟叶pH 值均表现为X2F＞C3F＞B2F，可见烟叶着生部位对pH 值影响较为明显。不同部位烟叶的pH 值整体上也呈X2F＞C3F＞B2F，可能与不同部位烤烟中的挥发性有机酸含量差异有关。另外，由Pearson相关分析及双侧检验结果可知，pH值与烟叶部位间存在极显著的相关关系（P＜0.01）。

图5 不同部位烤烟叶面平均pH值随区位的变化趋势Fig.5 Variation trend of pH values of flue-cured tobacco leaves in different parts with locations

不同区位的X2F 烟叶pH 值介于5.58～5.67，从叶尖TL1到TL8的pH 值逐渐升高，临近叶基部位时显著降低；C3F 烤烟TL1—TL4 的pH 值在5.56 上下波动，从TL5 区位逐渐升高，至TL7 区位叶面pH 值最高，为5.64，随后呈快速降低趋势；B2F 烤烟各区位的pH值介于5.50～5.58，变异系数最低，为0.40%。

2.2.3 烟叶品种的影响 不同品种烟叶pH 值随区位变化趋势如图6所示，可见pH 值随区位变化规律在品种间表现各异，整体而言，烟叶pH 值表现为粤烟97＞云烟87＞K326＞中烟100。其中粤烟97 烤烟从叶尖到TL8区位pH值波动上升，叶基部位降低明显；云烟87以TL5区位pH值最高，为5.66，从TL5区位向叶尖及叶基部位pH 值逐渐降低；K326 叶面pH值随区位波动最为明显，TL4、TL7和TL8区位pH 值较高，整体变异系数最高，为0.65%；中烟100 整体上从叶尖至叶基部位pH 值呈缓慢升高趋势，整体波动最小，变异系数为0.33%。

图6 不同品种烤烟叶面平均pH值随区位的变化趋势Fig.6 Variation trend of pH values of different varieties of flue-cured tobacco with locations

2.2.4 烟叶pH 值的多因素方差分析结果 对产地、部位、品种主效应对烟叶pH 值的影响进行方差分析，结果如表3所示，可见烟叶产地、品种、部位方差分析概率值P值均低于0.05，且烟叶品种与部位的概率值P值均低于0.01，表明广东烤烟pH 值在产地、品种、部位间存在显著或极显著差异。

表3 烟叶pH值的多因素方差分析结果Tab.3 Results of multivariate analysis of variance on pH of tobacco leaves

2.3 不同区位烤烟叶面pH值的聚类分析结果

由2.2 可知，广东烤烟叶面pH 值与着生部位的相关性极显著，不同部位烟叶的pH 值差异明显，因此，以不同区位叶面pH 值为评价指标，分别确定不同部位烟叶的叶面聚类分切方案，利用欧氏距离的平方衡量两样本间的距离，采用类平均法（UPGMA）合并小类，采用SPSS 19.0 软件进行系统聚类分析，结果如图7 所示。可见，不同部位烟叶的系统聚类形式不同，且软件所给出的分切方案不便于生产加工，从烟叶分切加工的可操作性角度出发，利用DPS数据处理系统进行有序样本最优分割聚类分析，结果如表4所示。

图7 基于pH值的不同部位烟叶系统聚类分析结果Fig.7 Systematic cluster analysis results of tobacco leaves in different parts based on pH value

由表4 可知，按两段式分切时，B2F 和C3F 烤烟分切位置较为接近，而X2F 分切位置（介于TL3—TL4）与中上部烟叶差异明显。按三段式分切时，各部位烤烟分切位置较为一致，从加工的可操作性及精细化水平考虑，对各部位烤烟优选有序样本最优分割的三段式分切，TL1—TL3 叶面区位为第1 段，TL4—TL7/8为第2段，其余叶基部位为第3段。

表4 不同部位烟叶的有序样本最优分割聚类分析结果Tab.4 Cluster analysis results of optimal segmentation of ordered samples of different parts of tobacco leaves

3 结论与讨论

烟叶pH 值是原料内游离烟碱、挥发及半挥发性有机酸等酸碱平衡的综合反映，其对于卷烟烟气刺激性等感官质量有重要影响，pH值适宜的烟叶吸味醇和，口感舒适，可将烟叶pH 值作为原料质量评价的重要指标[14]。本研究对广东地区烤烟不同区位叶面的pH 值变化规律进行了系统分析，结果显示，各区位叶面的pH 值介于5.31～5.96，与周恒等[5]调研的我国烤烟样品的pH 值范围基本一致；73.3%的烟叶样品集中于5.49～5.67，平均值为5.59。与刘春奎等[4]报道的广东清远烤烟烟叶pH 值（5.56）较为接近，而与邵惠芳等[3]采集的西南烟区烤烟烟叶pH 值（4.90）相比偏高，表明广东烤烟烟叶内酸碱平衡状态与西南烟区烟叶略有不同。广东烤烟不同区位叶面的pH 值整体上差异不显著，这与不同区位烟叶的石油醚提取物含量的差异显著性不同[13]，可能与影响pH 值变化的因素较多有关。另外，有研究表明，烤烟烟叶pH 值随陈化时间的增加而减小[14]。本研究中的烟叶陈化时间为3 a，邵惠芳等[3]研究的西南烟区烤烟烟叶陈化时间已达5～8 a，这可能也是本研究中的烟叶pH 值比西南地区烤烟pH 值高的原因之一。

烟叶分切是实现原料精细化加工，提升优质烟叶保障能力的重要方式，目前，打叶复烤企业采用较为普遍的切断方式有一刀两段和两刀三段2种形式，分切加工的内在逻辑是烟叶原料从叶尖到叶基的物质基础和品质存在差异。本研究发现，烟叶pH值从叶尖到叶基呈现先增后降的抛物线变化趋势，这也证实了烤烟区位叶面间的质量差异。烤烟烟叶pH 值与挥发性有机酸含量密切相关，刘春奎等[4]研究发现，广东烤烟样品中总挥发酸含量与pH 值呈极显著负相关关系，这提示不同区位叶面的挥发性有机酸含量有差异。刘超等[15]对河南浓香型初烤烟叶10个区位叶面的挥发性有机酸进行检测发现，乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸、戊酸的质量分数以及挥发性有机酸总量，从叶尖到叶基均呈现先降低后增加的反抛物线形变化。这与本研究中的pH 值变化规律高度吻合，表明无论烤烟的香型产地，pH 值与有机酸含量随区位变化规律一致性较高。

另外，本研究中，同一区位的烟叶在产地、部位、品种间的表现各异，相对而言，同一区位烟叶的pH值在部位和品种间区分较为明显，广东烤烟整体pH值在产地、品种、部位间存在显著或极显著差异，这与周恒等[5]对我国主产区烟叶pH 值在品种、产地、等级间的分布状况研究结果吻合。本研究中，烤烟烟叶部位与pH 值存在极显著相关性，pH 值整体上表现为X2F＞C3F＞B2F，这与陈思昂等[16]、刘春奎等[4]报道的挥发性有机酸含量在部位间的表现相一致。

本研究中，不同区位烟叶pH 值差异分析的目的在于为原料的精细化分切加工提供指导和依据，因此，利用基于pH 值差异性的聚类分析方法给出了不同部位烟叶的最优分切方案，其中三段式的分切方式较优，TL1—TL3 叶面区位为第1 段，TL4—TL7/8 为第2 段，其余叶基部位为第3 段，与基于挥发性有机酸含量的分切方案基本一致[15]，表明基于pH值差异性的分切方案合理，该方法的优势在于pH值测定方法简单快速，无须大型精密仪器即可实现。

综上，本研究系统分析了广东烤烟不同分切区位叶面的pH 值变化规律，发现烤烟pH 值在产地、品种、部位间存在显著或极显著差异，且pH 值随分切区位从叶尖到叶基呈现先增后降的抛物线变化趋势，利用有序样本最优分割聚类分析法给出了不同部位烟叶的最优分切方案，其中三段式的分切方式较优，研究结果可为广东烤烟烟叶原料的精细化加工及合理利用提供理论依据与方法支撑。