云南新烟区烟叶主要化学成分特征及其与评吸质量的关系

杨 欣，胡男君，关罗浩，冀 浩，王初亮，谢 晋，李 超

（广东中烟工业有限责任公司，广东 广州 510610）

【研究意义】化学成分是烟叶质量评价的重要指标，也是工业企业原料选用的重要依据，相关研究一直备受关注［1-2］。在众多指标中，烟碱、总氮、还原糖、钾、氯和总糖含量由于可以反映烟叶的生理强度、酸碱平衡、燃烧性和成熟度等而成为烟叶化学成分评价的主要指标［3］。但我国烟叶产区分布广泛，不同地区烟叶的主要化学成分存在较大差异，同一地区不同年份间烟叶的主要化学成分也存在一定波动［4-5］，从而影响卷烟配方的稳定性。云南文山、普洱、临沧等地是云南省重点发展的新烟区，2011年烟叶产量达465万担，已成为我国卷烟工业企业重要的原料基地［6］，明确该区域烟叶化学成分状况对于促进新烟区烟叶在卷烟配方中的合理使用具有重要意义。【前人研究进展】目前，有关不同地区烟叶化学成分特征的研究已有很多报道。有研究表明，2002—2013年，我国中部烟叶淀粉、钾和氯含量相对稳定，还原糖含量总体呈上升趋势，总氮和烟碱含量则呈下降趋势［7］；2011—2015 年我国烟叶的总氮含量总体适宜，氯含量在产区间差异较大，结合近30年的历史数据发现，我国烟叶的总氮和钾含量总体上升呈上升趋势［8］。王育军等［9］研究发现，云南曲靖烟叶的烟碱、钾、氯含量适中，总糖、还原糖含量偏高，总氮含量稍低；夏冰冰等［10］研究发现，遵义烟区上部烟叶的评吸质量与总糖、还原糖、淀粉、糖碱比、钾氯比、施木克值、糖氮比呈显著正相关，与总植物碱、总氮、氯、挥发碱呈显著负相关，在一定范围内适当提高遵义上部烟叶糖组分含量、降低含氮化合物含量将有利于提高烤烟的评吸质量。【本研究切入点】云南新烟区由于发展时间相对较晚，当地烟叶的主要化学成分特征、年际间变化趋势及其与评吸质量的关系尚不明确，限制了在卷烟配方中的应用。【拟解决的关键问题】选取文山广南、普洱景东和临沧双江3个种植规模较大的植烟县，收集2011—2018年3个植烟县的烟叶样品，分析这些区域B2F、C3F、X2F 3个等级烟叶的主要化学特征，并探讨其与感官评吸质量的关系，以期为生产技术方案的改进和卷烟配方的使用提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2011—2018年，从广东中烟工业有限责任公司在文山广南、普洱景东和临沧双江的烟叶基地单元定点采集初烤烟叶样品288份，其中广南县81份，景东县81份，双江县126份，样品等级为B2F、C3F、X2F，每份样品2 kg，烤烟品种为云烟85、云烟87和K326。采集的烟叶样品分为两部分，分别用于化学成分测定和单料烟评吸鉴定。

1.2 试验方法

1.2.1 烟叶化学成分检测 烟叶样品经过50℃烘干，去梗，粉碎后，按照行业标准方法YC/T159-2002、YC/T 161-2002、YC/T 160-2002、YC/T 173-2003和YC/T 162-2002的连续流动分析法测测定烟碱、总氮、总糖、还原糖、钾、氯含量（质量分数）。

1.2.2 评吸质量鉴定 感官评吸样品经去梗、切丝、烘干、平衡水分后卷制成卷烟，感官质量指标由广东中烟工业有限责任公司和瑞升技术有限公司有资质的评吸人员组成的评吸小组进行评价，主要包括香气质、香气量、浓度、杂气、刺激性、余味、劲头7个指标，采用9分制打分。

试验数据采用Excel和PASW Statistics18软件进行整理、统计、作图及分析，用邓肯氏新复极差法（Duncan）进行差异显著性分析，利用MATLAB2016a软件将评吸质量总分与各化学成分进行灰色关联分析。

2 结果与分析

2.1 新烟区烟叶主要化学成分分析

从表1可以看出，2011—2018年文山广南、普洱景东和临沧双江3个植烟县上部烟叶总糖、钾、还原糖、烟碱、氯和总氮的平均含量分别为 31.11%、1.78%、23.67%、3.14%、0.22% 和2.20%。其中，中部烟叶总糖、钾、还原糖、烟碱、氯和总氮的平均含量分别为35.21%、2.03%、25.59%、2.26%、0.22%和1.85%；下部烟叶的总糖、钾、还原糖、烟碱、氯和总氮的平均含量分别为32.15%、2.48%、23.89%、1.83%、0.22%和1.81%。总体来看，总糖、还原糖、总氮等指标的变异系数相对较小，氯含量的变异系数明显较大，最大达到60.31%。

表1 上、中、下3个部位烟叶主要化学成分Table 1 Main chemical components of upper, middle and lower tobacco leaves

一般认为，烤烟还原糖含量18%～24%，总氮在1.5%～2.5%之间，钾含量1.5%以上，氯含量在0.3%～0.8%之间，上部烟叶烟碱含量在2.5%～3.5%之间，中部烟叶烟碱2.0%～3.0%之间，下部烟叶烟碱1.5%～2.0%之间的烟叶化学成分相对适宜。2011年以来，上部烟叶烟碱含量在2.5%～3.5%之间的样品所占比例为45.21%，有33.33%的样品烟碱含量超过3.5%，总氮含量在1.5%～2.5%之间的样品比例为71.25%，还原糖含量在16%～26%之间的样品比例为76.70%，钾含量1.5%以上的样品比例为83.31%，氯含量在0.3%～0.8%之间的样品比例为16.75%，有28.36%的样品氯含量低于0.1%；中部烟叶烟碱含量在2.0%～3.0%之间的样品比例为70.91%，有89.03%的中部烟叶样品总氮含量在1.5%～2.5%之间，还原糖含量在16%～26%之间的样品比例为58.17%，41.92%的样品还原糖含量超过26%，钾含量1.5%上的样品比例为90.36%，氯含量在0.3%～0.8%之间的样品比例为16.10%，27.43%的样品氯含量低于0.1%；下部烟叶还原糖含量在16%～26%之间的样品比例为65.68%；钾含量1.5%以上的样品比例为95.12%，氯含量在0.3%～0.8%之间的样品比例为27.94%，72.06%的样品氯含量低于0.3%。由此可见，2011年以来，云南新烟区3个植烟县烟叶钾含量相对适宜，氯含量总体偏低，部分上部烟叶样品烟碱含量偏高，中部烟叶样品还原糖含量偏高。

从表2可以看出，广南、景东和双江3个植烟县上部烟叶主要化学成分存在显著差异。其中，烟叶总糖含量以双江最高，其次为景东，广南最低，最大相差0.4倍，且产区间总糖含量差异均达到显著水平；烟叶钾含量以景东最高，广南最低，产区间差异均达到显著水平；烟叶还原糖含量以广南最低，显著低于其他两个产区；烟碱含量以广南最高，广南烟叶烟碱含量显著高于双江；烟叶氯含量在产区间无显著差异；双江烟叶总氮含量显著低于广南和景东。中部烟叶主要化学成分的比较结果（表3）显示，景东及双江烟叶的总糖、还原糖和钾含量显著高于广南，产区间烟碱含量和氯含量无显著性差异，广南和景东烟叶的总氮含量显著高于双江。由下部烟叶化学成分的比较结果（表4）可知，烟叶总糖和还原糖含量均以双江产区最高，且显著高于广南和景东产区，烟叶烟碱含量和总氮含量均以双江产区相对较低，显著低于广南产区。

表2 不同产区上部烟叶主要化学成分比较Table 2 Comparison of main chemical components among upper tobacco leaves from different production areas

表3 不同产区中部烟叶主要化学成分比较Table3 Comparison of main chemical components among middle tobacco leaves from different production areas

表4 不同产区下部烟叶主要化学成分比较Table 4 Comparison of main chemical components among lower tobacco leaves from different production areas

总体来看，不同产区间上、中 、下3个部位烟叶的主要化学成分均表现出了相似的规律，双江产区烟叶的总糖、还原糖含量相对较高，总氮含量则显著低于其他两个产区；烟叶钾含量以景东产区相对较高；氯含量在各产区间无显著差异。可见，不同产区烟叶化学成分的差异主要表现为总糖、还原糖、总氮、钾含量的的差异。

2.2 新烟区烟叶主要化学成分变化趋势

图1 2011—2018年上部烟叶主要化学成分变化Fig. 1 Variation trend of main chemical components in upper tobacco leaves from 2011 to 2018

从图1可以看出，2011年以来，新烟区上部烟叶钾含量和氯含量在不同年份间相对稳定，烟叶总糖含量在2011—2013年变化明显，由2011年的29.22%上升到32.55%，并在2013年降至25.90%，表现为先上升后下降的单峰形曲线；2013年以后，烟叶总糖含量总体呈上升趋势，由2013年的25.90%升至2018年的30.05%，增幅为16.02%，其中以2016—2018年上升较为明显，2013—2016年则相对稳定。烟叶还原糖含量变化趋势总糖含量相似。烟叶烟碱含量自2013年以来总体表现为下降趋势，由2013年的3.48%降至2018年的3.06%。总氮含量的变化趋势与烟碱相似。

图2为2011—2018年中部烟叶主要化学成分变化趋势。从图2可以看出，2011年以来，中部烟叶钾含量和氯含量相对稳定；烟叶总糖含量在2011—2013年呈下降趋势，2013年以来表现为上升趋势，由2013年的31.05%上升至2018年的35.50%，增幅为14.30%；烟叶还原糖含量表现出与总糖含量相似的趋势；烟叶烟碱含量在2011—2013年上升明显，2013年以后烟碱含量则呈下降趋势，由2.90%降至2.26%，降幅为22.07%。烟叶总氮含量的变化趋势与烟碱相似。

图3为2011—2018年下部烟叶主要化学成分变化趋势。由图3可以看出，下部烟叶钾含量和氯含量在不同年份间相对稳定；2011年以来，烟叶总糖含量和还原糖含量上升趋势明显，分别由2011年的28.23%和20.87%上升至2018年的34.22%和25.71%；烟碱含量则呈明显的下降趋势，由2011年的2.47%降至2018年的1.74%，降幅达29.55%；总氮含量的变化趋势与烟碱相似。

总体来看，2011—2018年新烟区上、中、下3个部位烟叶的钾含量和氯含量在不同年份间相对稳定，2013年以来中、上部烟叶总糖和还原糖含量呈现出上升趋势，烟碱和总氮含量则总体呈下降趋势。

2.3 新烟区烟叶主要化学成分与评吸质量指标之间的相关性

图2 2011—2018年中部烟叶主要化学成分变化Fig. 2 Variation trend of main chemical components in middle tobacco leaves from 2011 to 2018

图3 2011—2018年下部烟叶主要化学成分变化Fig. 3 Variation trend of main chemical components in lower tobacco leaves from 2011 to 2018

表5 烟叶主要化学成分与评吸质量的简单相关分析Table 5 Simple correlation analysis between main chemical components and smoking quality of tobacco leaves

2.3.1 新烟区烟叶主要化学成分与评吸质量指标之间的简单相关分析 从表5可以看出，上部烟叶的还原糖含量与余味呈显著正相关；烟碱含量与浓度、劲头呈显著正相关，与刺激性呈显著负相关；总氮含量与刺激性及香气质呈显著负相关。中部烟叶的总糖和还原糖含量与香气量得分呈显著正相关；烟碱含量与香气量、评吸总分呈显著正相关，与烟气浓度得分呈极显著正相关；烟碱与刺激性呈显著负相关；总氮含量与香气量得分、总分呈显著正相关，与浓度极显著正相关。下部烟叶还原糖含量与香气量呈显著正相关；烟碱含量与烟气浓度得分呈极显著正相关，与评吸总分呈显著正相关；总氮含量与浓度得分呈显著正相关。

2.3.2 烟叶主要化学成分与评吸质量指标之间的灰色关联分析 按照灰色关联度分析的相关要求，将6种主要化学成分含量和评吸质量总分看作1个灰色系统进行关联分析，计算序列间的关联系数，结果（表6）表明，不同部位烟叶主要化学成分与评吸总分质之间存在不同程度的关联，其中上部烟叶各主要化学成分以还原糖含量与感官质量评吸总分相关程度最大，其次为总氮、钾、烟碱、总糖和氯；中部烟叶以总氮与感官质量评吸总分相关程度最大，其次为还原糖、总糖、钾、烟碱和氯；下部烟叶各成分中只有总氮和还原糖的关联系数大于0.9，其他化学成分的关联系数在0.75～0.90之间，关联程度依次为总氮＞还原糖＞总糖＞烟碱＞钾＞氯。由此可见，在测定的化学成分范围内，对上、中、下3个部位烟叶感官评吸质量总分影响最大的化学成分指标是总氮和还原糖含量，氯含量对感官评吸总分的影响最小。

表6 烟叶主要化学成分与评吸质量总分的灰色关联分析Table 6 Grey correlation analysis between main chemical components and total score of smoking quality of tobacco leaves

3 讨论

云南烤烟化学品质类型的气候分区结果表明［11］，滇西南大部分产区如临沧、普洱等产区适产高糖低氮（碱）烟叶，文山等云南东南部产区有利于出产低糖高氮（碱）烟叶，这与本试验结果基本一致，双江产区烟叶表现出典型的高糖低氮（碱）的特征，广南产区烟叶则表现出低糖高氮（碱）特征，景东产区烟叶钾含量相对较高，表现出高糖适氮（碱）高钾的特征。2011年以后普洱烟区推广普及了更为科学的施肥技术，针对不同生态区域调整了施肥水平［12］，这可能是同属滇西南片区的景东烟叶总氮含量更趋合理的重要原因。新烟区3个植烟县烟叶氯含量整体偏低变异程度较大的状况可能与降雨对水溶性氯的淋溶作用有关［13］。因此，应注意氯源肥料的施用，避免在山地烟叶生产中出现因雨水淋溶出现低地势土壤中氯元素富集而高地势土壤中氯元素缺乏的现象。

烟叶还原糖含量主要受到鲜烟采收成熟度和调制过程的影响［14-15］，鲜烟叶采收成熟度的提高、调制过程中变黄期和定色初期时间的延长有助于提高烟叶还原糖含量。2014年以来，云南新烟区各地相继开展以烟叶成熟度提高、调制技术改进为中心的科研成果应用推广［16-18］，与这一时期烟叶还原糖的升高相一致。由此判断，各产区鲜烟叶采收成熟度的提高和调制技术的优化可能是还原糖上升的主要原因。研究表明［19］，2002—2012年全国烟叶钾含量缓慢上升，2012年达到最高，之后趋于平稳。戴华鑫等［8］比较了1983—1984年、2001—2004年、2011—2015年间中部烟叶的氯元素含量，发现近30年来我国烟叶的氯含量变化不大，未表现出明显的趋势。在本次试验范围内，烟叶钾和氯含量在不同年份间相对稳定，与前人的研究结果一致。

灰色关联分析结果表明，对新烟区感官评吸质量总分影响最大的化学成分指标是总氮和还原糖。一般认为，总氮含量过高容易使刺激性变大、余味舒适度下降［20-23］。还原糖是香气物质的重要前体物，燃烧后形成的物质能使烟气醇和舒适，但含量过高则会使烟气吃味平淡，浓度和香气不足，劲头和强度减弱［12,24-25］。对3个产区烟叶化学成分的进一步分析发现，来自广南地区的上部烟叶样品中，烟碱含量超过3.5%、总氮含量超过2.5%的比例分别达到63.64%和50.00%。来自双江地区中部烟叶样品中，还原糖含量高于26%的比例达到65.31%。上部烟叶总氮和烟碱含量偏高、中部烟叶还原糖含量偏高已成为影响两地烟叶化学成分协调性的主要因素。因此，针对区域烟叶的化学成分特点，可采取相应的农艺措施进行调节并调整肥料的施用改善化学成分的协调性。在双江地区可通过减小基肥比重、增加追肥比例和次数、延长追肥期等措施，减少前期氮肥淋洗等造成的损失，适当提高总氮含量，控制还原糖的含量。在广南地区则可采取增加硝态氮比例大的肥料施用，“氮肥前移、钾肥后移”，氮素肥料的施用时间适当提前等措施，控制烟叶总氮和烟碱含量。

4 结论

云南新烟区3个植烟县的烟叶表现出不同的化学成分特点，双江产区烟叶表现出典型的高糖低氮（碱）的特征，广南产区烟叶则表现出低糖高氮（碱）特征，景东产区烟叶钾含量相对较高，表现出高糖适氮（碱）高钾的特征。2011—2018年3个植烟县烟叶的钾含量和氯含量相对稳定。2013年以来，中、上部烟叶总糖和还原糖含量主要表现为上升趋势，烟碱和总氮含量则总体呈下降趋势。灰色关联分析的结果表明，总氮和还原糖含量是影响烟叶感官质量的主要因素，氯含量对感官评吸总分的影响最小。上部烟叶总氮和烟碱含量偏高、中部烟叶还原糖含量偏高分别是影响广南和双江地区烟叶化学成分协调性的主要因素，针对两地的化学成分特点，可采取相应的农艺措施和施肥策略调节烟叶总氮和还原糖含量，提高工业可用性。