烤烟两糖比值和差值与感官品质指标的相关性

张光煦，杨 威，宋鹏飞，过伟民，周汉平，藏照阳，徐 嫱*

1.云南中烟工业有限责任公司原料中心，昆明市龙泉路548 号 6502022.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

烟叶品质包括感官品质（外观品质、评吸品质）、化学成分、物理特征和安全性等方面。其中化学成分具有客观、检测效率高等优点，一直是烟叶品质评价的核心指标之一。但与感官品质可直接反映烟叶品质的优劣不同，化学成分评价首先需要明确其与烟叶外观品质和评吸品质的关系，筛选相关性强的指标并确定其相对适宜范围。因此，烟叶化学成分与感官品质的相关性研究一直是烟叶品质评价中的热点问题［1-2］。2010 年完成的中国烟草种植区划建立了烟碱、总氮、还原糖和淀粉等11项指标的烟叶化学成分评价指标体系［3］。烤烟新品种工业评价方法［4］针对我国不同生态区烟叶化学成分的区域性差异，形成了分区域的烟叶化学成分指标适宜范围。随着化学分析手段的不断完善，游离氨基酸［5］、色素［6］和多酚［7］等香气前体物与烟叶感官品质的关系研究也在不断深入，但限于检测过程繁琐、成本高等问题，在烟叶品质评价中难以大规模应用。糖类物质是影响烟叶品质的一类重要化学成分，在烟叶化学成分检测与评价中应用广泛。目前关于还原糖、总糖含量与烟叶品质的相关性已有较多报道［8-10］，研究结果基本一致。然而，反映两糖协调性的两糖比值和差值指标的研究结果则不完全一致。例如常爱霞等［11］、章新军等［12］认为烟叶两糖差值、两糖比值分别与评吸品质呈显著正相关和负相关，即烟叶总糖和还原糖含量的差值越大，评吸品质越好。王允白等［13］、王建伟等［14］研究发现两糖比值对大部分评吸品质指标有较大的正向影响，而唐珂等［15］则认为两糖差值与评吸品质的相关性较弱。为进一步明确烟叶两糖比值和差值与感官品质间的关系，通过我国8个生态区品质梯度典型烟叶样品制备试验，分析烟叶两糖比值和差值在不同生态区的差异及其与外观品质和评吸品质的相关性，并分区域研究了两糖比值和差值对烟叶品质的贡献率，旨在明确烟叶两糖协调性与烟叶品质的关系，为两糖比值和差值指标在烟叶品质评价中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 烟叶采集与样品制备

2019─2020年在8个烟草种植生态区的典型产区（见表1）开展品质梯度烟叶样品制备试验。在烟叶分级国标［1］规定的颜色、成熟度、叶片结构、身份和油分5项外观品质指标基础上，增加柔韧性和光泽度指标，制备各指标不同档次的典型烟叶样品（如颜色制备深桔黄、桔黄、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），每样品烟叶不少于100 片。所制备样品基本涵盖各产区烟叶可能出现的各种品质档次。每份烟叶样品外观品质指标评价完成后去梗切丝，测定化学成分指标并完成单料烟卷制及评吸鉴定。

表1 烟叶样品信息Tab.1 Information of tobacco leaf samples

1.2 分析方法

1.2.1 外观品质评价

由行业烟叶标准标样分标委委员、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，具体方法参照文献［3］并略做修改（表2）。

表2 外观品质定量评价方法Tab.2 Quantitative evaluation method for leaf appearance quality

1.2.2 化学成分含量测定

分别按照烟草行业标准方法测定烟叶烟碱、总氮、还原糖、总糖、淀粉和蛋白质含量［16-19］。

1.2.3 评吸品质评价

由具备烟草行业感官评吸鉴定资质的专家组（7人）完成烟叶评吸鉴定。评价指标包括香气质、香气量、杂气、刺激性、余味和浓度，具体方法参照文献［3］。

1.3 数据处理

采用SPSS软件（V.26.0）进行相关分析和线性回归分析，分析烟叶两糖比值和差值与外观品质指标和评吸品质指标间的相关关系。采用Python编程语言基于随机森林模型计算烟叶两糖比值和差值以及常规化学指标对外观品质和评吸品质指标的相对贡献率。

2 结果与分析

2.1 不同生态区烤烟烟叶两糖比值和差值分析

由图1 可知，在8 个生态区中，豫中生态区烟叶的两糖比值最高、两糖差值最小，其中间50%数据分别集中在0.92～0.95 和1.2～1.8，其次为川西南生态区，两糖比值和差值的中间50%数据分别在0.91～0.95和1.5～2.6。湘南、豫西、渝东南和黔西北生态区烟叶两糖比值和差值范围较为相近，中间50%数据分别处于0.88～0.93和1.5～3.3，滇东和闽西生态区烟叶的两糖比值明显较低、两糖差值明显较高，两糖比值的中间50%数据在0.79～0.86 和0.82～0.92，两糖差值在3.8～7.2和2.4～5.1。

图1 不同生态区烟叶两糖比值和差值的箱型图Fig.1 Ratio and difference of reducing sugar and total sugar in tobacco leaves from different ecological areas

2.2 烤烟烟叶两糖比值和差值与品质指标的相关性

2.2.1 烤烟烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的相关性

将8个生态区所有数据合并分析，烟叶两糖比值和差值与外观品质指标分值的相关分析和散点图见表3 和图2。由表3 和图2 中看出，烟叶两糖比值与颜色深浅、成熟度、油润感和柔软度分值呈极显著正相关，两糖差值与颜色深浅、成熟度和油润感分值呈极显著负相关。说明在本研究数据范围内，随烟叶两糖比值的升高，两糖差值降低，烟叶颜色呈加深趋势，成熟度和油润感呈提高趋势。

图2 烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的关系Fig.2 Relationships of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves

表3 烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的相关性①Tab.3 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves

从不同生态区来看（表4），豫西烟叶的两糖比值和差值与绝大多数外观品质指标分别呈显著正相关和负相关，豫中和闽西生态区烟叶的两糖比值和差值与多数外观品质指标分别呈显著正相关和负相关，滇东生态区烟叶两糖比值与多数外观品质指标呈显著正相关，渝东南、黔西北和川西南烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的相关性不明显。综合来看，烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的相关性较强，所有生态区烟叶两糖差值与颜色深浅均呈负相关（P＜0.05），即两糖差值越小，烟叶颜色相对越深；多数生态区烟叶两糖比值（差值）与成熟度呈正（负）相关性（P＜0.05），即两糖比值越大、差值越小，烟叶成熟度越高；半数生态区烟叶两糖比值与柔软度和油润感呈正相关（P＜0.05），即两糖比值越大，烟叶相对柔软和油润。

表4 不同生态区烟叶两糖比值和差值与外观品质指标的相关性①Tab.4 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves in different ecological areas

2.2.2 烤烟烟叶两糖比值和差值与评吸品质的相关性分析

将8个生态区所有数据合并分析，烟叶两糖比值和差值与评吸品质指标分值的相关分析和散点图见表5 和图3。由表5 和图3 中看出，烟叶两糖比值与香气量、浓度和评吸总分呈显著正相关，两糖差值与香气量和浓度呈显著负相关，与余味呈显著正相关。说明在本研究数据范围内，随烟叶两糖比值升高，两糖差值减小，烟叶香气量和浓度呈上升趋势。

图3 烟叶两糖比值和差值与评吸品质指标的相关性Fig.3 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves

表5 烟叶两糖比值和差值与评吸品质指标相关性Tab.5 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves

从不同生态区来看（表6），豫西、豫中生态区烟叶两糖比值和差值与绝大多数评吸品质指标分值分别呈显著正相关和负相关，滇东、川西南生态区烟叶两糖比值与香气质、香气量等评吸品质指标分值和评吸总分呈显著正相关，闽西生态区烟叶两糖比值和差值与香气量和浓度指标分值分别呈显著正相关和负相关，湘南、渝东南、黔西北生态区烟叶两糖差值与浓度指标分值呈显著负相关。总体来看，所有生态区烟叶两糖差值与浓度均表现出负的相关性（P＜0.05），即两糖差值越小，烟叶浓度越大；多数生态区烟叶两糖比值（差值）与香气量表现出正（负）的相关性（P＜0.05），即两糖比值越大、差值越小，烟叶香气量越足；半数生态区烟叶两糖比值与香气质和评吸总分表现出正的相关性（P＜0.05），即两糖比值越大，烟叶香气质感和综合评吸质量越好。

表6 不同生态区烟叶两糖比值和差值与评吸品质指标的相关性Tab.6 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves in different ecological areas

2.3 烤烟烟叶两糖比值和差值对外观和评吸品质指标的相对贡献率分析

从相关分析看出，烟叶两糖比值和差值与颜色深浅、成熟度、柔软度和油润感等外观品质指标和香气量、浓度、香气质和评吸总分的相关性较强。因此，基于随机森林模型计算了两糖比值和差值、常规化学成分对感官品质指标的相对贡献率。以两糖比值和差值、烟碱、总氮、蛋白质、还原糖、总糖、淀粉为预测变量，外观和评吸品质指标为目标变量，分别分析化学成分指标对外观和评吸品质指标的相对贡献率，结果见图4。由图4 中看出，化学成分指标对烟叶外观品质指标的贡献率排序在不同生态区差异明显。基于全部数据综合分析，两糖比值对烟叶成熟度的贡献率（22%）高于其他化学成分指标，两糖比值对烟叶柔软度和油润感的贡献率较高（排名2～3，贡献率13%～14%），烟碱对颜色深浅、还原糖对柔软度和油润感的贡献率最高。就生态区而言，豫西、豫中生态区烟叶两糖比值和差值对各外观品质指标的贡献率均较高，其中两糖比值对豫西生态区烟叶成熟度和油润感的贡献率43%～52%，对豫中生态区烟叶柔软度和油润感的贡献率38%～48%；滇东和闽西生态区烟叶两糖比值对烟叶外观品质的贡献率较高，其中滇东生态区烟叶两糖比值对柔软度、成熟度和油润感的贡献率在20%左右（排名第2），闽西生态区烟叶两糖比值对颜色深浅、成熟度和油润感的贡献率在19%～29%（排名第1）；湘南和川西南生态区烟叶两糖比值和差值对部分外观品质指标的贡献率排名前3；渝东南和黔西北生态区烟叶两糖比值和差值对外观品质指标的贡献率较低。

图4 基于随机森林模型的烟叶化学成分指标对外观和评吸品质指标的相对贡献率Fig.4 Relative contribution rates of chemical components to appearance and smoking quality indexes of tobacco leaves based on random forest model

不同生态区烟叶两糖比值和差值对评吸品质指标的贡献率差异明显。基于全部生态区数据综合分析，两糖比值和差值对各指标的贡献率均未进入前3，还原糖、淀粉对香气质和评吸总分的贡献率较高，烟碱对香气量和浓度的贡献率较高。从不同生态区来看，豫西、川西南生态区烟叶两糖比值和差值对香气质、香气量和评吸总分的贡献率均最高，两糖比值对评吸总分的贡献率在两生态区分别达到58%和40%。闽西生态区烟叶两糖比值和差值对香气量和浓度的贡献率排名第1（28%～35%）。湘南生态区烟叶两糖差值对香气质和总分的贡献率排名第1（19%～20%）。渝东南、豫中、黔西北和滇东生态区烟叶两糖比值和差值对评吸品质部分指标的贡献率排名前3。

3 讨论

烤烟的两糖比值和差值受到品种、环境、田间管理措施以及烘烤工艺等因素的影响可能存在差异。本研究中发现，不同生态区之间烟叶的两糖比值和差值差异明显，豫中、川西南生态区烟叶的两糖比值较高、差值较小，闽西、滇东生态区烟叶的两糖比值较低、差值较大且数据波动较大，与白茂军等［20］、江厚龙等［21］的研究结果基本一致。这说明烟叶两糖比值和差值存在区域性差异，有必要区分生态区研究烟叶两糖协调性与品质的关系。

本研究中还发现，烟叶两糖比值和差值与外观和评吸品质指标的线性相关性较强。无论是否考虑区域差异，烟叶两糖差值与颜色深浅均表现出显著负相关，多数生态区烟叶两糖比值（差值）表现出与成熟度的显著正（负）相关，部分生态区烟叶两糖比值与柔软度和油润感表现出显著正相关，即在本研究的数据范围内，随烟叶两糖比值升高，两糖差值减小，烟叶颜色呈加深趋势，成熟度、油润感和柔软度呈升高趋势。这与陈庆园等［22］对于两糖比值与烟叶成熟度关系的研究结果一致。从评吸品质来看，多数生态区烟叶两糖比值（差值）与浓度和香气量表现出显著正（负）相关，部分生态区烟叶两糖比值与香气质和评吸总分呈显著正相关，即随烟叶两糖比值升高，两糖差值减小，烟叶浓度和香气量增强，香气质和综合感官品质呈改善趋势。这与李洪勋［23］、王允白［13］和王建伟［14］的研究结果相似。从生物学角度来看，在烟叶生长过程中，糖类物质参与形成糖蛋白，糖脂，核酸等，为烟草生长发育过程提供能量，形成细胞膜结构、遗传物质，充当骨架物质［24］。在抽吸过程中，还原糖通过热裂解反应，形成醛酮等酸性物质，能够中和烟气中的碱性物质，使得酸碱平衡，有效降低了刺激性，具有增加香气、改善吸味的作用［25］。尽管烟叶中两糖物质的含量能够使烟气更加醇和，感官质量更好，但是两糖含量应该在一定范围内，如果过高，烟气平淡无味，如果过低，会导致烟气刺激性增加［24］。另一部分学者认为，烟叶评吸品质在一定范围内随两糖差增加或两糖比下降而提高［11，21，26］。出现这两种不同现象的原因可能是：（1）烟叶样品存在较为明显的时空差异和等级差异，采集样品的时间、地点、部位以及等级等因素的不一致，均会导致其化学成分的差异性；（2）感官品质评价的主观性强，由于感官品质的评价目前主要依赖于人工，主观性强，更容易导致评吸结果较强的变异性［27］。因此，探索更加标准化的样品采集方式以及感官品质的客观评价指标，将成为进一步的研究方向。

关于两糖比值和差值与颜色深浅和成熟度的关系，烟叶两糖协调性可反映烘烤过程非还原糖向还原糖的转化程度。烘烤过程烟叶转化适当，烘烤后熟充分、颜色桔黄，淀粉、蔗糖等主要的非还原糖向果糖、葡萄糖等还原糖的转化亦相对充分，从而两糖比值相对升高，两糖差值降低。孙敬权等［28］也认为烟叶烘烤前中期过度失水会减少甚至阻止淀粉、蔗糖等充分转化为果糖、葡萄糖等还原糖，从而导致初烤烟叶淀粉、蔗糖含量偏高，此时烟叶两糖比值相对降低，不利于烟叶增香，且吸湿保湿能力差、僵硬光滑以及油润性差等也都与此有关。此外，崔昌范等［29］在对比不同烘烤工艺时发现，在变黄阶段适当延长烘烤时间，能够有效降低初烤烟叶蔗糖和淀粉含量，此时两糖比值相对升高，两糖差值降低，有利于提高烟叶的外观品质和评吸品质。

在相关分析基础上，本研究中进一步分析了烟叶两糖比值和差值对外观和评吸品质指标的贡献率，与烟碱、总氮、蛋白质、还原糖、总糖和淀粉等常规化学成分指标相比，部分生态区烟叶两糖比值和差值的贡献率更高。例如，豫西、豫中和闽西生态区两糖比值对烟叶成熟度和油润感的贡献率为29%～52%，豫西、川西南生态区两糖比值对评吸总分的贡献率分别达到58%和40%。这一方面说明了不同生态区烟叶的风格特色存在差异，烟叶化学成分指标与感官品质的关系及相对重要性可能产生差异；另一方面，在豫西、豫中、闽西、川西南、滇东以及其他风格特色相似生态区，可将本研究成果应用于烟叶化学成分协调性评价方法优化，基于化学成分对烟叶品质进行分类等。

4 结论

不同生态区之间烟叶两糖比值和差值差异明显，烟叶两糖比值和差值与颜色深浅、柔软度、成熟度和油润感等外观品质指标和香气量、浓度、香气质和评吸总分等感官品质指标显著相关，基于随机森林模型的各化学成分对外观和感官品质指标的贡献率在不同生态区差异明显，多数生态区两糖比值和差值对烟叶外观和评吸品质指标的贡献率较高。因此，可将其作为烟叶原料品质评价的重要参考指标。