基于单叶重分类的烤烟烟叶分切利用技术

陈祖销，高 远，蔡宪杰，张伟峰，刘剑君，沈 钢，程 森，陈 健，夏贤仁，夏荣帅，过伟民*

1. 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

2. 上海烟草集团有限责任公司，上海市杨浦区长阳路717 号 200082

3. 河南省烟草公司，郑州市郑东新区商务外环路15 号 450018

4. 云南省烟草公司曲靖市公司，云南省曲靖市麒麟区官坡巷51 号 655000

烤烟烟叶受遗传、生长过程中光照条件［1］、烘烤过程中变黄失水速率［2］等因素的影响，从叶尖到叶基的不同区位间烟叶品质存在差异。利用分切技术可将不同品质的烟叶进行区位分割，进而形成不同的配方模块，以拓宽烟叶原料使用范围，提高卷烟原料的保障力。目前对不同分切区位烟叶的常规化学成分、香气前体物含量（质量分数）研究已有相关报道。符再德等［3］试验发现，烟叶分切后，叶尖部分烟叶烟碱含量最高，叶尖和中间部分烟叶的还原糖和总糖含量较高，叶基部分烟叶的钾、氯和总氮含量较高。殷全玉等［4］研究表明，烟叶中总氮、烟碱含量和氮碱比从近叶脉到近叶缘均呈递增趋势，氯含量从近主脉到近叶缘、从叶基到叶尖均呈现递减趋势。徐安传等［5］研究认为，云烟87 上部叶和中部叶的叶黄素和β-胡萝卜素含量叶中部＞叶尖＞叶基部。刘超等［6］研究提出，从叶尖到叶基壬酸含量呈线性增加趋势，乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸、戊酸含量以及挥发性有机酸总量均呈先降低后增加的反抛物线形变化趋势。徐安传［7］研究发现，随叶基部至叶尖部区位的变化云烟87 上部叶绿原酸含量呈递减趋势。高辉等［8］研究表明，K326 初烤烟叶从叶基到叶尖，明度值（L*）呈逐渐降低的抛物线形变化趋势，红度值（a*）、黄度值（b*）、总色差（△E）值呈先升高后降低的抛物线形变化趋势。可见，前人的研究主要涉及叶基部、叶中部和叶尖部的化学成分差异分析，不同品种和部位烟叶的最佳分切比例［8-9］、不同分切工艺对烟叶加工品质的影响［10］、分切后烟叶醇化品质的差异等［11］。随着卷烟产品结构的不断优化，烟叶的分切使用逐渐成为高端卷烟品牌原料保障的重要手段。目前，分切后不同区位烟叶品质差异的研究多集中于化学成分含量及协调性，而有关烟叶感官品质和工业可用性方面的研究相对较少［12］。烟叶从叶尖到叶基的不同区位存在厚度差，这种差异在不同产区与不同营养水平烟叶间的表现不尽相同［13-15］。因此，以河南和云南两种类型生态区烟叶为材料，通过单叶重梯度样品制备获取不同营养发育状况的烟叶，并利用分切试验研究了不同区位烟叶的主要化学成分和感官品质的差异，以明确单叶重对不同分切区位烟叶品质差异的影响，以及单叶重分类与分切技术相结合的可行性，旨在为优化烟叶原料分切利用技术、提高烟叶资源利用率提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地点

试验于2018—2019 年在河南省平顶山市和许昌市、云南省曲靖市和丽江市进行。供试品种为当地主栽品种（河南平顶山和许昌为中烟100、云南曲靖为云烟97、云南丽江为云烟87）。

1.1.2 烟叶材料制备

以上海烟草集团有限责任公司“中华”品牌中部烟叶原料为基础，从大货烟叶中随机抽取100 kg左右，将烟叶在温度（22±1）℃、相对湿度60%±3%条件下平衡60 h 左右［16］。烟叶平衡水分后采用天平［感量0.1 g，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司］逐片称量。根据各产区烟叶单叶重，并参考上海烟草集团有限责任公司烟叶原料质量体系的单叶重适宜范围，按照表1 设置的烟叶单叶重梯度，标记为W1~W3。每类单叶重水平的烟叶不少于300 片，4个产区烟叶共5 000片左右。

表1 试验设计Tab.1 The experimental design

完成单叶重分类的烟叶，按照叶尖部30%、叶中部40%和叶基部30%（三段式）进行分切，标记为Q1~Q3。分切后烟叶去梗切丝后测定主要化学成分指标，并完成单料烟卷制及感官品质评价。

1.2 方法

1.2.1 化学成分测定

按 照 标 准YC/T 160—2002［17］、YC/T 161—2002［18］、YC/T 159—2002［19］、YC/T 162—2002［20］、YC/T 173—2003［21］、YC/T 216—2007［22］方法测定烟叶烟碱、总氮、还原糖、总糖、氯、钾和淀粉含量（质量分数）。

1.2.2 感官品质评价

由上海烟草集团有限责任公司技术中心具备烟草行业感官评吸鉴定资质的人员（7 人）完成烟叶感官品质评价。评价指标包括香气质、香气量、浓度、劲头、杂气、刺激性、余味和工业可用性，并按照文献［23］的方法计算感官品质指标综合分值。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据统计分析和制图，采用IBM Statistics SPSS 24.0 进行相关分析、方差分析和逐步回归分析，采用最小显著差数法（LSD）进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 烟叶单叶重的分类

各产区烟叶单叶重分类见表2。由表2中看出，两生态区烟叶单叶重差异明显。河南两产区烟叶单叶重主要分布在14~30 g，合计占比80%左右；云南两产区烟叶单叶重主要分布在12~20 g，合计占比70%左右。本试验设计的3 个单叶重水平梯度基本涵盖了各产区中部烟叶的实际单叶重状况。

表2 各产区烟叶单叶重的分类Tab.2 Leaf classification based on single leaf weight in each producing area

2.2 不同分切区位烟叶化学成分分析

由图1 中看出，不同分切区位间烟叶烟碱、总氮、钾含量的差异不明显或两生态区表现不一致。不同生态区烟叶还原糖含量差异的规律表现一致，均以叶基部较低。河南两产区叶尖部还原糖含量24%~27%，叶基部还原糖含量18%~24%，云南两产区叶尖部还原糖含量31%~37%，叶基部还原糖含量28%~32%。河南两产区烟叶总糖和淀粉含量的差异规律与还原糖含量相似，云南两产区烟叶总糖含量的差异较小，淀粉含量随分切区位的变化规律相反。随叶尖至叶基的区位变化氯含量呈上升趋势，不同区位烟叶氯含量差异显著，且河南两产区烟叶氯含量明显高于云南两产区的烟叶。

图1 不同分切区位烟叶化学成分含量比较Fig.1 Comparison of chemical compositions among different sections of tobacco leaf

由图2 中看出，随着叶尖至叶基的区位变化，4个产区烟叶两糖比值均呈下降趋势，丽江产区差异显著；4 个产区钾氯比值的变化规律与两糖比值相似，各产区不同区位间钾氯比值均存在显著差异。叶基部的糖碱比值相对低于叶中和叶尖，在烟叶分切区位间氮碱比值的差异规律不明显。综合来看，还原糖、氯、钾氯比值、两糖比值、糖碱比值在烟叶不同分切区位间的差异规律明显，叶基部的还原糖含量较低、氯含量较高，钾氯比值、两糖比值和糖碱比值较低，叶尖和叶中部的差异主要表现在叶基部氯含量较高、钾氯比值较低。

图2 不同分切区位烟叶化学成分协调性指标比较Fig.2 Comparison of chemical composition harmony indices among different sections of tobacco leaf

2.3 不同分切区位烟叶感官品质分析

不同分切区位的烟叶感官品质评价结果见图3。由图3 中看出，河南两产区叶烟叶基部的香气质、香气量、杂气、感官综合和工业可用性分值相对低于叶尖和叶中部，其中两产区的工业可用性分值在不同区位间均存在显著差异。此外，随单叶重升高，不同分切区位的烟叶感官品质差异相对增大。如平顶山产区W1 单叶重水平，不同分切区位的烟叶感官综合分值差异不显著，W2 和W3 单叶重水平，叶基和叶尖的感官综合分值差距2~3分；许昌产区W1 和W2 单叶重水平，叶基和叶尖的感官综合分值差距在3 分左右，W3 单叶重水平下的差距达到6分。云南两产区不同分切区位的感官品质指标总体差异不显著，不同单叶重水平下各区位的差异规律不一致，W1 和W2 单叶重水平，感官品质总体表现为叶中部＞叶基部＞叶尖部，W3 单叶重水平，叶基部的感官品质明显下降。综合4 个产区，河南两产区叶基部感官品质相对低于叶中部和叶尖部，云南两产区烟叶在较高单叶重时叶基部感官品质明显下降。

图3 不同分切区位烟叶感官品质比较Fig.3 Comparison of sensory quality among different sections of tobacco leaf

2.4 不同分切区位烟叶单叶重与品质差异分析

由表3 中看出，在河南产区W1 单叶重水平下，烟叶多数化学成分指标在不同区位间的变异相对较小，11 项化学成分含量和协调性指标的平均变异在8%~10%，属弱变异；W2和W3单叶重水平下的平均变异11%~15%，属中等变异。云南两产区的规律总体与河南产区相似。由表4中看出，各产区W3单叶重水平下，不同区位烟叶的感官品质变异系数相对较大，W1 单叶重水平下的变异总体≤W2 单叶重水平。总体来看，各产区烟叶在相对低单叶重水平下，不同分切区位的烟叶化学成分和感官品质变异相对较小，单片烟叶的品质均匀性较好。

表3 不同单叶重水平下烟叶各分切区位化学成分含量的变异系数比较Tab.3 Chemical composition content CVs of different sections of tobacco leaves with different single leaf weights （%）

表4 不同单叶重水平下烟叶各分切区位感官品质分值的变异系数比较Tab.4 Sensory quality score CVs of different sections of tobacco leaves with different single leaf weights （%）

2.5 不同分切区位烟叶化学成分与感官品质的关系

由图4 中看出，河南两产区的两糖比值和氯离子含量分别与感官综合分值呈显著正相关和负相关。云南曲靖产区烟叶总氮含量与感官综合分值呈显著正相关，丽江产区烟叶烟碱、糖碱比值分别与感官综合分值呈显著负相关和正相关。各产区感官综合分值（因变量）经检验满足正态分布后进行逐步回归分析，结果见表5。由表5 中看出，河南两产区烟叶的两糖比值与感官综合品质存在显著回归关系，影响感官综合分值变异的58%~81%。曲靖产区烟叶总氮和还原糖含量影响感官综合分值变异的79%，丽江产区烟叶糖碱比值影响感官综合分值变异的63%。

图4 烟叶感官品质综合分值与化学成分指标的相关性Fig.4 Correlations of total sensory quality score with chemical composition indices of tobacco leaf

表5 烟叶感官评吸品质指标分值与化学成分指标的逐步回归分析参数比较Tab.5 Stepwise regression analysis between sensory quality index score and chemical composition indices of tobacco leaf

3 讨论

综合两类生态区研究结果，还原糖、氯、钾氯比值、两糖比值、糖碱比值在烟叶不同分切区位间的差异规律一致，与叶中和叶尖部相比叶基部还原糖含量较低，氯含量较高，钾氯比值、两糖比值和糖碱比值较低，这与符再德等［3］，殷全玉等［4］、贺帆等［24］的研究结果相似，说明利用分切技术可将同片烟叶中不同化学成分含量的区位有效分离出来。本研究中发现，河南和云南两类生态区不同分切区位烟叶感官品质的差异规律有所不同，河南两产区叶基部的感官综合品质和工业可用性低于叶尖和叶中部，这一结果与陈伟等［12］以许昌烟叶为材料的研究结果相似，而云南两产区在不考虑叶片营养状况（单叶重）的条件下，不同分切区位烟叶的感官品质差异不明显。在较高单叶重时，叶基部的感官品质明显下降，说明叶片营养状况对不同分切区位烟叶的感官品质也有影响。前人研究结果显示，不同分切区位的烟叶品质差异与烟株茎叶夹角不同导致的区位间烟叶存在光照的差异有关［2，25］，田间营养状况好、单叶重较高的烟叶相互遮挡造成的叶基部光照不足可能是烟叶品质下降的重要原因。结合相关和回归分析结果，以及不同区位烟叶化学成分含量差异特征，河南两产区叶基部两糖比值低、氯含量高可能是烟叶感官品质较差的重要原因之一，而云南两产区叶基部还原糖含量和糖碱比值较低则与较高单叶重时叶基部感官品质下降密切相关，这可能与河南产区土壤和灌溉水中氯元素含量高［26］，在叶基部大量积累且叶基部对于糖的代谢、转运程度较高，积累较少等有关［27］。

本研究中还发现，随单叶重的提高不同分切区位烟叶间的化学成分含量和感官品质变异增大，即烟叶不同区位的品质均匀性下降，叶基部与叶尖、叶中部的品质差异增大。一般烟叶单叶重偏高与土壤氮素营养过剩、烟株留叶数偏少、叶片偏大偏厚有关。此类烟草的氮代谢滞后，烟叶不易成熟且烘烤难度增大，不同区位烟叶成熟和烘烤过程物质转化的差异较大［2，28］，从而影响单片烟叶的品质均匀性。因此，一方面要培育合理株型，控制单叶重，提高单片烟叶的品质均匀性；另一方面，有必要针对不同产区和营养发育水平的烟叶，制定差异化的烟叶分切利用方案。综合考虑不同分切区位烟叶的感官品质和化学成分含量差异，对于河南平顶山和许昌产区，可采用叶尖、叶中、叶基三段式分切或单叶重较高时（＞30 g）切掉叶基部后分类利用。云南曲靖和丽江产区单叶重明显低于河南产区，可针对单叶重较高（＞20 g）的烟叶分切后分类利用。但在烟叶分选加工环节中的应用，以及提高烟叶资源的利用率方面还有待进一步深入研究。

4 结论

不同分切区位间烟叶还原糖、氯、钾氯比值、两糖比值、糖碱比值等化学成分指标和感官品质存在差异，揭示了不同分切区位烟叶的品质差异受叶片营养发育状况的影响。较高单叶重烟叶不同分切区位的化学成分和感官品质指标变异较大，单片烟叶的品质均匀性下降。河南平顶山和许昌产区烟叶在单叶重较高时（＞30 g）切掉叶基部后分类利用，云南曲靖和丽江产区重点针对单叶重较高（＞20 g）烟叶分切后分类利用。