潍坊中部烟叶理化指标与感官质量的相关性研究

刘春菊，杨少杰，高政绪，熊 莹，王德权，席元肖，刘 江，王 朋

（1.山东潍坊烟草有限公司，山东 潍坊 261031；2.山东中烟工业有限责任公司，山东 济南 250014；3.中国农业科学院烟草研究所/农业农村部烟草生物学与加工重点实验室，山东 青岛 266101）

【研究意义】作为卷烟制品的原材料，烟叶的感官质量通常作为烟叶质量的最终评定因素，但其往往受到多方面因素的影响，如烤烟品种、种植模式、区域性气候条件、土壤肥力、采收方式以及后期的烘烤技术等［1］，因此，从物理、化学和感官等多方面综合评价烤烟品质对于烟草品种的改良及不同品味卷烟的生产具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明，烤烟感官质量与其物理和化学性状密切相关。早期研究已经提出中部烟叶外观质量中成熟程度与颜色对烤烟感官质量具有显著影响，其次是烟叶的叶位与烟叶的结构［2-3］，不同烟区中影响叶片感官质量因素差异较大。例如，河南烟区烟叶化学成分中的烟碱、总氮、氮碱比、糖碱比与感官评吸质量中的风格、香气量、浓度、劲头、刺激性和余味呈显著相关，是影响感官评吸质量的主要因素［4］。对西南烟区烟叶感官风格与理化性质关系的研究发现，烟叶中总糖、还原糖、总氮含量是决定烟草香气特性的关键因素［5］。此外，部分烟区中部烟叶质量受施肥量与烘烤工艺的影响显著［6-9］。近年来，随着现代化农业及信息化农业的快速发展，一些数据模型的开发将不同类型的表观数据进行了有效的整合及分析。当前已有部分学者对烟叶感官质量进行数值化评析，尝试与叶片的物理及化学指标进行相关分析［9］，并开发了软件系统对烟叶质量进行综合评定，目前已取得较大进展［10-13］。系列模型的建立为不仅为解释多种因素，如烟草种植海拔高度、土壤肥力、烟叶化学组分、物理组分与烟叶感官评析指标建立起相关关系，也为研究者评定当地烟叶品质提供了方便且有效的手段。典型的案例包括陈思昂等［14］通过近红外光谱技术构建四川烟叶感官质量分析模型，该方法通过模型整合烟叶外观指标、物理特性及近红外光谱对烟叶感官质量的影响，构建了一种快速评价烟叶感官质量的方法［14］。王硕立等［15］对云南雪茄烟叶矿质元素与烟叶质量构建相关分析模型，该研究从矿质营养角度为促进烟株平衡施肥、提高国产雪茄烟叶质量提供理论依据等。【本研究切入点】山东为我国重要的优质烤烟基地，潍坊烟区是山东具有代表性的烟叶产区之一，其中包括临朐、诸城和安丘等主要植烟区。因此，针对以上烟区烟叶质量评价对于进一步提高潍坊烟叶品质具有重要价值，然而目前针对潍坊烟区烟叶理化指标与烟叶感官质量相关性研究还需进一步探究。【拟解决的关键问题】本研究以潍坊烟区两个主要产区临朐和诸城烟区中部叶为研究对象，从烟叶的外观质量、化学成分和感官质量进行分析，以期摸清潍坊烟区中部烟叶总体质量状况，最终为潍坊烟叶生产和品质评估提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 临朐与诸城烟区概况

在山东潍坊2 个植烟县（临朐、诸城）随机选取20 个采样点，采样点大体按植烟面积分配，其中诸城13 个、临朐7 个。临朐与诸城烟区各采样点海拔80～120 m，2019—2021 年4—9 月份平均温度22℃，平均降雨量417.3～892.3 mm。

1.2 样品采集与制备

2019—2021 年连续3 年对20 个采样点烤后等级为C3F 的中部烟叶进行取样，每年每个采样点取样1 次，每个样品为7.5 kg。取50 片烟叶用于物理指标检测，剩余烟叶分为2 份，分别用于化学指标检测与感官评析。将用于化学指标检测的样品进行烘干、粉碎，过孔径为0.85 mm 筛后进行样品测定；用于感官评析的样品去除烟筋后平衡烤后烟叶水分，使其达到16%～18%，然后将烟叶切丝、卷制，样品评吸前置于温度为22（±1）℃、相对湿度60%（±2%）、恒温恒湿箱平衡48 h。

1.3 指标检测与感官评析

1.3.1 烟叶化学成分检测 参照烟草行业标准YC/T 159-2002、YCT 216-2007、YC/T 160-2002、YC/T 161-2002、YC/T 162-2002，采用连续流动法测定烟叶还原糖、总糖、淀粉、烟碱、总氮、氯含量；参照行业标准YC/T 173-2003 采用火焰光度法测定烟叶中钾、钠含量；参考标准LY/T 1270-1999，采用光度比浊法测定烟叶硫含量；参照标准NY/T 3494-2019 测定纤维素和半纤维素含量。

1.3.2 烟叶物理指标检测 利用测量尺测量叶片长度、宽度；采用称重法测定叶片单叶重、含梗率；利用厚度仪（YTH-4E 电脑厚度仪）测量叶片厚度；叶面密度采用打孔称重法测定。

1.3.3 烟叶感官评析 组织专家对卷烟样品进行感官质量评析。感官评析方法采用农业农村部烟草质量安全风险评估实验室制定的烟草行业标准YC/T 138-1998 进行评估，定性指标有浓度、劲头，定量指标有质量档次、感官得分，其中，感官指标由香气质（满分15 分）、香气量（满分20 分）、余味（满分25 分）、杂气（满分18 分）、刺激性（满分12 分）、燃烧性（满分5 分）、灰色（满分5 分）等7 项组成，总分100 分。杂气和刺激性是感官评析中的两个负向因素，两者评分与其强烈程度呈负相关，得分越高，杂气或刺激性越不明显。

1.3.4 杂气类型感官评析 组织专家进行杂气类型和强度的专项感官评析。杂气分青杂气、生青气、枯焦气、木质气、土腥气、松脂气、花粉气、药草气、金属气和其他杂气共10 个类型。采用5分制计分，分3 个等级：＜1 分，微显；1～3 分，稍显；＞3 分，明显。分数越高，杂气越明显，超过半数专家检出才可认定计入样品平均分数。

1.4 数据处理与分析

本研究将烤后中部烟叶感官质量指标分别与化学、物理指标进行典型相关分析，提取有代表性的一对或多对综合变量Ui和Vi来反映两组指标之间的整体相关性，从而在总体上把握两组数据之间的相关关系；通过泊松相关统计各个性状之间的相关性；相关分析采用IBM SPSS 23.0 软件。采用Ducan 法进行方差分析（P＜0.05），使用Graphpad8.0 和Microsoft Excel 2013 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 临朐与诸城烟区中部烟叶物理指标比较

烟叶物理特性是烟叶品质评价中的重要组成部分，叶长、叶宽、叶片厚度、叶片密度、含梗率等主要指标对于烟叶生长及卷烟制造过程中产品的风格具有显著影响。从图1 可以看出，临朐中部烟叶叶长、叶宽、单叶重、叶片厚度、叶片密度以及含梗率均受到年际间与区域间影响显著。2019—2021 年临朐中部烟叶平均长度为61.17 cm，叶宽为25.14 cm，单叶重为13.18 g，叶厚度为100.20 μm，叶面密度为74.66 g/m2，含梗率为31.16%。2019—2021 年诸城中部烟叶平均叶长为64.51 cm，叶宽为26.98 cm，单叶重为16.53 g，叶厚度为115.60 μm，叶面密度为83.96 g/m2，含梗率为27.63%。诸城烟区中部烟叶叶长、叶宽、单叶重、叶厚度、叶面密度分别较临朐烟区增加5.45%、7.31%、25.42%、15.36%和12.46%，而含梗率下降11.32%。综上，临朐烟区与诸城烟区中部烟叶差异显著，诸城烟区中部烟叶叶长、叶宽、单叶重、叶厚度与叶面密度差异较大，而含梗率较低。

图1 2019—2021 年临朐和诸城烟区中部叶物理性状比较Fig. 1 Comparison of physical properties in middle leaves of Linqu and Zhucheng in 2019—2021

2.2 临朐与诸城烟区中部烟叶化学指标比较

烟叶化学组分的高低对于烟草感官质量具有直接影响。由表1 可知，临朐烟区中部烟叶总糖、还原糖和淀粉含量较诸城烟区低，临朐烟区2019—2021 年总糖含量平均值为25.34%，还原糖含量平均值为19.57%，淀粉含量平均值为5.34%，而诸城烟区中部叶还原糖含量平均值为21.50%、总糖含量为27.45%、淀粉含量为5.34%。与此同时，临朐烟区烟叶总氮含量较诸城烟区偏低，但钾含量偏高，临朐烟区烟叶总氮和总钾含量分别为1.77%、1.84%，而诸城烟区分别为1.91%、4.42%。值得注意的是，临朐烟区中部烟叶氯离子含量较低、为0.23%，诸城烟区中部烟叶氯离子含量较高、平均为0.90%，临朐烟区中部烟叶钾氯比显著高于临朐烟区，两烟区分别为9.03、1.75。临朐烟区纤维素含量与诸城烟区差异性不大，范围在5.45%～5.57%之间，而半纤维含量临朐烟区显著低于诸城烟区，平均值分别为5.30%和6.20%。此外，方差分析结果表明，两地区中部烟叶氮、烟碱、硫、氯、纤维素、半纤维素、两糖比和氮碱比受年际变化影响显著。此外，叶片中的氯、半纤维素、两糖比和钾氯比还受到区域和年际间互作效应。

表1 2019—2021 年临朐和诸城中部烟叶化学成分变化Table 1 Changes of chemical components in middle tobacco leaf of Linqu and Zhucheng in 2019—2021

2.3 临朐与诸城烟区中部烟叶感官质量指标比较

感官质量评析总分分为5 个等级，从总得分来看，临朐烟区中部烟叶3年得分皆为“好”以上（评分＞73.0），而诸城烟区中部烟叶2019—2020 两年评析等级为较好（评分71.5～73.0），2021 年评析等级为好。方差分析表明，烟叶得分受到地区和年际的影响显著，并且质量档次变化与烟叶总得分变化较为一致。从各感官指标定量标准来看，临朐地区中部叶香气值、余味、杂气、刺激性和灰分均显著高于诸城地区，而燃烧性显著低于诸城地区。于此同时，两地区中部烟叶香气量、余味、刺激性燃烧性与灰分指标受到年际间影响较为显著。此外，叶片香气量和燃烧性还受到地区和年际间互作影响。从定性指标来看，临朐中部烟叶劲头与诸城之间相比不显著，烟叶的劲头主要受到年际及地区和年际互作的影响（表2）。

表2 2019—2021 年临朐与诸城中部烟叶感官质量评析Table 2 Sensory quality evaluation in middle tobacco leaves of Linqu and Zhucheng in 2019—2021

2.4 临朐与诸城烟区中部烟叶感官质量与理化指标典型相关性分析

对临朐和诸城3 年数据的感官质量指标与化学成分作典型相关性进行分析，该模型中共有11对典型系数被提取，其中临朐有1 对相关关系达显著水平，而诸城有0 对相关关系达到显著水平（表3）。通过对比标准化后的典型变量对应的线性组合系数表发现，对临朐U1的影响从大到小为：杂气≈余味＞燃烧性＞香味量≈刺激性≈总得分＞灰色＞浓度＞劲头＞质量档次，杂气、余味、燃烧性3 个指标影响较大，浓度、劲头和质量档次可忽略不计。而对于另一个典型变量，两糖比、叶片氯含量、钾氯比和总氮量对V1的影响远高于其他指标。

表3 2019—2021 年临朐与诸城中部烟叶感官质量与理化指标典型相关分析Table 3 Canonical correlation analysis between sensory quality and physicochemical indexes in middle tobacco leaves of Linqu and Zhucheng in 2019—2021

对感官质量指标与物理指标作典型相关性分析，该模型中共有6 对典型系数被提取，临朐有1 对相关关系达显著水平，诸城有2 对相关关系达到显著水平（表3）。从临朐来看，对典型变量中U1的影响从大到小为：香气量≈灰色≈余味量≈杂气＞香气质≈燃烧性≈刺激性＞质量档次＞浓度＞劲头，前4 种指标起到主要作用，后3种指标几乎可忽略不计。而对于另一个典型变量，叶长对Z1的影响远高于其他指标。从诸城来看，对典型变量中U1和U2的影响从大到小为：燃烧性、香气质、总得分、刺激性和余味对其影响最大，对于另一个典型变量，单叶重、叶长和叶宽对Z1和Z2的影响远高于其他指标。

2.5 临朐烟区中部烟叶感官质量与理化指标简单泊松相关性分析

临朐中部叶片感官质量与理化指标相关分析表明，烟叶劲头与总糖、淀粉、钾氯比、叶长和单叶重呈显著负相关，其中淀粉相关最高，相关系数为-0.41，与氯含量呈显著正相关，相关系数为0.42。烤烟浓度与总糖、淀粉、糖碱比、单叶重和叶厚指标呈显著负相关，其中与糖碱比相关性最高，相关系数为0.49，与纤维素和含梗率含量呈显著正相关，相关系数分别为0.32 和0.30。香味量与淀粉含量、氯含量、糖碱比、氯碱比、叶厚和叶片密度呈显著负相关，其中与氯相关性最高，相关系数为-0.48，与钾氯比及烟碱含量呈显著正相关。余味指标与烟碱含量呈显著正相关，相关系数为0.34，与糖碱比呈显著负相关，相关系数为-0.38。杂气与叶片氯呈显著负相关，相关系数为-0.37，与氯钾比呈显著正相关，相关系数为0.35。燃烧性与烟叶纤维素、钾氯比和叶长呈显著负相关，其中与钾氯比相关性最高，相关系数为-0.72，与叶片氯含量、叶面密度呈显著正相关。灰色与叶片氯含量显著正相关，与钾氯比呈显著负相关。总得分与各物理及化学指标皆无显著相关性，而感官质量与叶片氮含量显著正相关（图2A）。

图2 2019—2021 年临朐（A）和诸城（B）中部烟叶感官质量与理化指标简单泊松相关分析Fig. 2 Simple Poisson correlation analysis between sensory quality and physicochemical indexes of middle tobacco leaves in Linqu (A) and Zhucheng (B) in 2019—2021

2.6 诸城烟区中部烟叶感官质量与理化指标简单泊松相关性分析

诸城中部叶片感官质量与理化指标相关分析表明，烟叶劲头与烤烟中还原糖、淀粉、氯、纤维素、半纤维素、叶长、叶宽、含梗率和单叶重呈显著负相关，其中与叶宽相关性最高，相关系数为-0.58，与叶片硫含量呈显著正相关，相关系数为0.38。烤烟浓度与叶长、叶宽及单叶重呈显著负相关，其中与叶长相关性最高，相关系数为-0.54；与叶片硫含量呈显著正相关，相关系数为0.56。香气质与叶片密度呈显著相关，相关系数为0.38。香气量与叶长、叶宽、叶单重和叶片密度呈显著正相关，其中与叶面密度相关性最高，相关系数为0.50。余味指标与其他各化学和物理指标无显著相关性。刺激性与含梗率呈显著负相关，相关系数为-0.47。燃烧性与叶片钾、硫和钾氯比和含梗率呈显著正相关，其中与硫相关性最高，相关系数为0.48，与叶片中纤维素、半纤维素、叶长、叶宽和叶厚呈显著负相关，其中与叶长相关性最高，相关系数为-0.80。灰色与叶片淀粉含量和叶厚呈显著正相关，与叶片纤维素、半纤维素呈显著负相关。总得分与各化学指标和物理指标间无显著差异，而质量档次与纤维素、半纤维素及含梗率呈显著负相关（图2B）。

3 讨论

烟叶的化学组分、感官质量的形成受到烟叶叶位与区域分布影响显著［16-21］。研究表明，福建中部烟叶总糖、还原糖、钾含量、糖碱比、氮碱比、两糖差显著高于上部叶，而总氮、烟碱和淀粉显著低于上部叶［22］。山东省上部烟叶还原糖、钾、钙、纤维素、半纤维素、糖碱比和氮碱比显著低于中部叶，而上部叶总糖、总氮、镁、氯和两糖比与中部叶相比无显著差异，而上部叶淀粉、烟碱、钠、硫等元素显著高于中部叶［23］。云南烟区中部烟叶总糖和还原糖含量偏高，氯和钾含量偏低［24］。本研究中我们对潍坊两个烟区中部烟叶化学指标分析发现，诸城烟区中部烟叶的还原糖、淀粉、总氮、烟碱、硫、氯、纤维素、半纤维素含量和两糖比较临朐烟区较高，但钾与钾氯比较临朐烟区较低。与其他省份产区比较发现，临朐中部烟叶总糖含量较贵州、湖南（21.02%～23.06%）烟区略高，但低于云南烟区（25.39%），而还原糖含量与湖南和贵州烟区（19.24%～21.03%）相当，但低于云南烟区（25.39%）。此外，潍坊烟区烟叶淀粉含量较贵州、云南和湖南烟区（3.03%～3.21%）高，而钾含量低于贵州、云南和湖南烟区(1.98%～2.58%)，此外，临朐烤烟氯含量与3 个省份相当（0.26%～0.35%），但诸城氯离子含量略高［25］。诸城烟区中部叶片较临朐地区叶片较长，叶片宽度较宽，单叶重较重，叶片厚度较厚，叶面密度较大，而含梗率较低。与此同时，叶片长度、叶片宽度、叶片厚度、叶面密度和含梗率受年际间影响显著。与其他省份产区进行比较我们发现，潍坊烟区中部叶片长度略低于云南烟区（62.80～69.93 cm），而叶宽高于云南烟区（20.94～24.00 cm），单叶重和含梗率与云南烟区相当，但叶片厚度与密度皆显著低于云南烟区［26］。

烟叶的化学组分与物理指标与感官质量显著相关，对全国9 个省份烤烟样品进行分析发现，感官指标香气质、香气量及刺激性等与叶长、叶宽、叶厚度及单叶重显著相关［27］。云南烟区试验表明，烟叶的香气量、余味、圆润感、透气性、杂气与烟叶含梗率、叶宽、平衡含水率之间显著相关［28］。此外，移栽期、追肥时间与留叶数也是影响烤烟感官质量的关键因素［29-31］。本研究对潍坊烟区中部烟叶感官质量评析指标与化学成分进行典型相关分析，临朐和诸城分别得到1 对和0 对显著性典型变量，对临朐典型变量影响较大的感官质量评析指标为杂气、余味、燃烧性，化学指标为两糖比、叶片氯含量、钾氯比和总氮量。对两烟区感官质量评析指标与物理指标进行典型相关分析，临朐和诸城分别得到1 对和2 对显著性典型变量，对临朐典型变量影响较大的感官质量评析指标为香气量、灰色、余味量和杂气，物理指标为叶长，而对诸城典型变量影响较大的感官质量为燃烧性、香气质和总得分，物理指标为单叶重、叶长和叶宽。进一步关联分析结果表明临朐烟区烟叶余味与烟碱含量显著正相关，与糖碱比显著负相关。已有研究表明，烟叶糖碱比一般在8～15，以10 左右最佳［32］，当糖碱比较低，糖低碱高，则烤烟劲头大，刺激性强，余味下降，而糖碱比高，则香气不足，烟气较淡，评析质量也会下降，本研究中，我们发现临朐烟区烤烟余味与糖碱比显著负相关，之所以会出现该现象，可能与部分烟叶样品糖碱比在8 以下有关。与此同时，杂气与烟叶氯含量呈显著负相关与氯钾比呈显著正相关，燃烧性与烟叶纤维素，钾氯比呈负相关，与叶片氯含量呈显著正相关。在本文中之所以会出现烟叶燃烧性与钾氯比负相关与氯含量正相关可能与临朐中部烟叶中较低的氯含量（总体低于0.3%）和较高的钾氯比（主要集中在5～15 之间）有关。诸城烟区香气质与叶片密度和叶厚显著正相关，燃烧性与叶长、叶宽及单叶重呈显著负相关但与含梗率显著正相关，总得分与含梗率显著负相关。

4 结论

潍坊烟区烟叶品质总体较好。临朐烟区与诸城烟区中部烟叶具有一定的差异，诸城烟区中部烟叶叶长、叶宽、单叶重、叶厚度与叶面密度较大，而含梗率较低。诸城烟区中部烟叶还原糖、总糖、淀粉、氮和氯等指标显著高于临朐烟区，而钾与钾氯比低于潍坊烟区。方差分析表明，潍坊烟区中部烟叶理化指标变化显著影响烟叶感官质量，其中具有代表性的物理指标为叶长、单叶重和叶宽，具有代表性的化学指标为两糖比、氯、钾氯比和氮总量，具有代表性的感官指标为杂气、余味、燃烧性、香气和灰色。后期在改善中部烟叶品质过程中建议适当的提高潍坊中部烟叶中的还原糖、钾含量以及糖碱比，降低诸城烟区中部烟叶中的氯含量可能对于提高烟草风味具有重要意义。