产地和部位对卷烟原料化学成分含量的影响

潘曦，魏敏，李冉，郭国宁，宋旭艳，江鹏，魏健，李婧欣，王志波

(1.湖北中烟工业有限责任公司，湖北 武汉 430040；2.武汉大学国家网络安全学院，湖北 武汉 430072)

由于烟草制品中焦油、烟碱和CO等有害成分的存在，国家和烟草制造企业都会对烟草制品中各种有害成分含量进行严格地控制，而卷烟制品中有害物质的含量与卷烟原料中各种化学成分的含量有重要关联.有研究表明，产地和部位是影响卷烟主流烟气成分及含量的重要因素[1-3]，烟叶原料中各种化学成分含量的变化直接影响烟草制品的质量，而卷烟原料中的化学成分的含量受生态环境、栽培条件影响较大[4].因此，研究不同产地和部位的卷烟原料对各种化学成份含量的影响，对卷烟工业企业选择合适的产区和部位的原料进行生产和新产品的研发有重要意义.

近年来，已经有学者研究了卷烟原料产地和部位对卷烟原料中各种化学成分含量的影响.其中，Du等[5]采用方差分析法研究了我国和国外烤烟样品64项化学指标的差异；徐雪芹等[6]分析了邵阳主烟区的不同产地烟叶化学成分的部位特征，得出了不同化学成分在不同部位含量的大小关系和部位间的变化关系；何声宝等[7]分析了不同产区的晒黄烟样品化学成分含量的差异；贺帆等[8]分析了不同典型浓香型产区烟叶化学成分的差异，得到了不同香型烟区与化学成分间的关系；鲁黎明[9]通过分析四川烤烟主产区烟叶感官质量及主要化学成分，得出了适宜发展优质烟叶的生产区域；肖先仪等[10]分析了赣州地区烟叶化学成分含量的总体差异和不同部位烟叶化学成分的差异；江春等[11]评价了皖南各区域烤烟化学成分含量及感官质量；崔倩等[12]分析了不同省卷烟原料的化学成分含量，得到了不同省份卷烟原料化学成分含量的特点.以上关于产地对卷烟原料化学成分含量的研究或是以1个小地区的样本为研究对象，或是对某一种香型的烟草制品进行研究，无法揭示不同产地卷烟原料的特点和不同地区间卷烟原料的相似性.部位对卷烟原料化学成分含量的研究偏少，赵铭钦等[4]通过分析不同产区、部位卷烟原料中的各种化学成分，总结了各地区不同部位的原料化学成分含量的差异；Geng等[13]通过对烟叶主要化学成分与卷烟主流烟气中有害成分进行相关性分析，探究了不同部位烟叶的有害成分含量的差异.

现有研究虽然从卷烟原料产地和部位的角度分析各种化学成分的差异，但这些分析仅限定在1个区域内的卷烟原料化学成分的差异，没有从全国不同烟叶产区的角度分析不同卷烟原料化学成分的特点；另外，现有的研究只是得到了不同化学成分的变化大小或大小关系，无法帮助卷烟企业快速寻找可替代的产区和部位的烟叶原料.本文以全国18个省的1 449个烟叶样品为研究对象，分别分析产地因素和部位因素对卷烟原料化学成分含量的影响，以期得到不同产地和部位卷烟原料化学成分含量的相似性差异，为卷烟企业进行老产品维护和新产品研发时选择合适的原料提供技术支持和理论依据.

1 材料和方法

1.1 试验材料

为了考察产地因素对卷烟原料化学成分的影响，选取全国18个省的1 449个烟叶样品.其中，安徽34个，福建103个，甘肃18个，广东51个，广西20个，黑龙江19个，湖北67个，湖南151个，吉林18个，江西28个，辽宁28个，山东47个，陕西42个，重庆38个，四川114个，云南390个，贵州177个，河南104个.为了考察烟叶部位对卷烟原料化学成分的影响，选取烟叶部位为B2F、C3F和X2F.试验材料汇总见表1.

1.2 试验方法

按照烟草行业标准[14-21]要求检测卷烟的总植物碱、总氮、还原糖、总糖、淀粉、石油醚提取物总量、pH值、钾和氯含量，并计算糖碱比、氮碱比、钾氯比和两糖比.其中，所测化学成分含量均换算为百分率.糖碱比是指还原糖含量与总植物碱含量的比值，氮碱比是指总氮含量与总植物碱含量的比值，钾氯比是指钾含量与氯含量的比值，两糖比是指还原糖含量与总糖含量的比值.

表1 烟叶样品信息

1.3 数据处理

采用箱形图和变异系数相结合的方式分析产地对卷烟原料化学成分的影响.箱形图和变异系数都可以反映指标的离散程度，不同的是，从箱形图中可以直观地看出数据在不同区间的分布情况.采用变异系数和配对样本t检验分析烟叶部位对卷烟原料化学成分的影响，采用这两种不同的方式分析，可以对结果起到一定的检验作用.

2 结果与分析

2.1 产地对卷烟原料化学成分的影响分析

为了考察产地因素对卷烟原料化学成分的影响，本文选用全国不同产地的528个C3F等级烟叶，分别采用箱图和变异系数的方式分析产地对卷烟原料化学成分含量的影响.

首先采用箱形图的方式进行分析.对所有原料化学成分含量进行归一化处理(含量/化学成分均值)，全国不同产地的528个C3F等级的烟叶样本中各化学成分的箱形图如图1所示.箱形图中每个指标的上1/4分位至3/4分位的距离可反映该指标的离散度，离散度越高，影响程度越大.图1表明，在全国不同产地的C3F等级卷烟原料的化学成分中，产地对C3F等级卷烟原料化学成分中的氯和钾等2项指标影响显著，对淀粉的影响程度一般，对总植物碱、总氮、还原糖、总糖、石油醚和pH指标的影响较小，其中对pH的影响最小.

图1 C3F等级卷烟原料各化学成分箱形图Figure 1 Box plot of chemical composition of C3F grade tobacco raw materials

变异系数是反映数据分布离散程度的量度，变异系数的值越大，表示数据分布离散程度越大，反之越小.因此，变异系数可以作为另1个反映产地对各化学成分含量影响程度的评估指标.对528个C3F等级原料的各种化学成分的含量进行统计分析，结果如表2所示.产地因素对钾和氯的含量影响最大，对淀粉影响程度一般，对其他化学成分含量影响较小，其中对pH的影响最小.

结合图1和表2可知，通过变异系数和箱形图2种分析方式得到的结果相似.综上所述，产地对卷烟原料化学成分中的钾、氯等2项化学成分含量的影响较大，对淀粉的含量有一定影响，对总植物碱、总糖、还原糖、石油醚、总氮和pH等其他化学成分含量的影响程度较小，其中对pH的影响最小.

根据图1中各指标的最小值、1/4位值、3/4位值和最大值，将原料各种化学成分含量划为高、中、低含量3档，结果如表3所示.根据表3对全国18个省份卷烟原料各种化学成分含量进行分档，结果如表4所示.

表2 C3F等级卷烟原料化学成分含量统计

表3 全国不同产地C3F等级烟叶化学成分含量分档区间

通过对各种化学成分含量按照高含量区间、中含量区间和低含量区间进行分类汇总可得到表4，由该分类汇总可将烟叶样品分为3类：第1类以黑龙江为代表产地，其卷烟原料中的还原糖、总糖、氯和淀粉含量高，总植物碱、总氮、钾和石油醚含量低；第2类以河南、甘肃为代表产地，其卷烟原料中的总氮含量高，还原糖、总糖和钾含量低；第3类以湖北、广西和辽宁为代表产地，其烟叶的整体化学成分含量都处于中等水平.

由表4中各种化学成分含量的分档区间可以绘制图2.分布在高含量区间和低含量区间的化学成分数量越多，说明该省份对卷烟原料的整体化学成分含量的影响越显著.由图2可知，黑龙江、河南和广东这3个产地对卷烟原料化学成分含量影响最显著；广西、湖北和辽宁这3个省对卷烟化学成分含量的影响相对不显著.

结合产地对各种化学成分含量的影响和各省份卷烟原料化学成分含量的特点，卷烟生产制造过程中，可以根据所需原料的特点选择合适的卷烟原料.

2.2 烟叶部位对原料化学成分的影响分析

为了考察烟叶不同部位对各化学成分含量的影响，以湖北省的烟叶为例进行分析，选取湖北省67个烟叶样本的B2F、C3F和X2F等级烟叶的化学成分含量进行统计，如表5所示.烟叶部位与化学成分含量之间存在如下关系，总植物碱、总氮、石油醚提取物总量均为B2F>C3F>X2F，还原糖、钾、氯pH、糖碱比、钾氯比均为X2F>C3F>B2F.总植物碱的变异系数大于20%，总氮、钾、氯石油醚和淀粉等5种指标变异系数在10%～20%之间，还原糖、总糖和pH等3种指标的变异系数小于10%，表明部位因素对总植物碱、总氮、钾、氯、石油醚和淀粉等6种化学成分含量的影响比还原糖、总糖和pH显著.其中，部位因素对总植物碱影响最大，对pH影响最小.

表4 全国18个省份C3F等级烟叶化学成分含量分布

图2 各省份高含量和低含量化学成分数量分布图Figure 2 Quantity distribution map of high and low content chemical components in each provinces

采用配对样本t检验检测各指标间的差异是否具备统计学意义，结果如表6所示.总植物碱和钾差异显著(P<0.05)；B2F与C3F卷烟原料总氮、还原糖、石油醚提取物总量和pH的差异显著(P<0.05)；B2F与X2F卷烟原料总氮、还原糖、总糖、石油醚提取物总量和pH值得差异显著(P<0.05).C3F与B3F卷烟原料淀粉的差异显著(P<0.05).

综合表5的变异系数和表6的配对样本t检验的结果分析，部位对总植物碱、总氮、石油醚和钾等4种指标影响较大，对总糖和pH等2种指标影响较小，对总植物碱的影响最大，对pH的影响最小.

结合同一地区不同部位的卷烟原料对各种化学成分含量的影响，可以简化卷烟生产制造过程中对同一地区不同部位的卷烟原料筛选工作.

表5 不同部位烟叶化学成分含量统计

同行字母表示差异显著(P<0.05).

Letter in the same line indicate significant differences(P<0.05).

表6 不同部位卷烟原料化学成分样本t检验

3 讨论

3.1 产地对卷烟原料化学成分的影响

目前，关于产地对卷烟原料化学成分含量的影响已经有不少研究，现有的关于产地对卷烟原料化学成分含量的影响的研究可以分为2类，1类是只考虑了同一区域(省份)内的差异，或只得出了卷烟原料化学成分的变化大小(变化关系)，无法以全国为范围系统地得到对卷烟化学成分影响显著的因素；另1类是分析国内和国外的卷烟原料化学成分含量的差异，这类研究无法揭示我国不同产地卷烟原料的特点和相似关系.本研究采用全国不同产地的烟叶样本，分析不同产地对卷烟原料化学成分含量的影响，研究结果表明，产地因素对卷烟原料化学成分中的钾、氯等2项指标的影响显著，全国不同产地的烟叶原料中淀粉的含量差异不大，对总植物碱、总糖、还原糖、石油醚、总氮和pH等其他指标的影响程度较小，其中对pH的影响最小.本研究结果与赵铭钦等[4]的研究结果氯离子的含量地区差异性较大基本一致；与贺帆等[8]的研究结果不同地区烟叶化学成分的差异主要表现在总糖、还原糖、钾、糖碱比和钾氯比几个方面不完全一致，可能是因为选材的地区和范围不同引起的.不同产地的卷烟原料化学成分含量存在差异的原因可能是不同产地生态条件、烟叶品种、栽培技术及调制加工等多种因素综合影响的结果[21-22].此外，本研究在前人研究的基础上，进一步分析了全国不同产地卷烟原料各化学成分含量的相似性，研究发现，全国不同产地的烟叶样品可分为3类，第1类以黑龙江为代表产地，其卷烟原料中的还原糖、总糖、氯和淀粉含量高，总植物碱、总氮、钾和石油醚含量低；第2类以河南、甘肃为代表产地，其卷烟原料中的总氮含量高，还原糖、总糖和钾含量低；第3类以湖北、广西和辽宁为代表产地，其卷烟原料中的整体化学成分含量都处于中等水平.黑龙江、河南和广东这3个省份对卷烟原料整体的化学成分含量影响最显著；广西、湖北和辽宁这三个省对卷烟原料整体的化学成分含量的影响最小.

3.2 产地对卷烟原料化学成分的影响

本研究中关于部位对卷烟原料化学成分含量的影响旨在得出不同部位的烟叶中各种化学成分含量的差异，这与已有的研究是不同的.赵铭钦等[4]分析了各地区不同部位的化学成分含量的差异，关于卷烟原料部位的研究是限定在同一地区的，并没有对不同地区的卷烟原料对部位的影响进行研究；Geng等[13]探究了不同部位烟叶的有害成分含量的差异，并没有分析不同产地对部位的影响.本研究结果表明，部位因素对卷烟原料中总植物碱、总氮、石油醚和钾等4种化学成分的含量影响较大，对总糖和pH等2种化学成分含量影响较小，其中对总植物碱的影响最大，对pH的影响最小.本研究结果与崔倩等[12]关于3个省份的不同部位对原料化学成分含量关系的研究结果基本一致；而不同部位化学成分间的差异不完全一致，这进一步表明了选材的区域范围不同，研究结果可能不同.不同部位化学成分含量的差异可能与植物体内化学成分的运输机制和植物自身的特点有关.

4 结论

产地因素对卷烟原料化学成分中的钾、氯等2项指标的影响显著；同时，黑龙江、河南和广东3个省对卷烟原料中的整体化学成分含量影响最大，广西、湖北和辽宁3个省对卷烟中的整体化学成分含量的影响最小；部位因素对总植物碱、总氮、石油醚提取物和钾等4种化学成分含量影响显著，对其他化学成分含量影响较小.在卷烟工业化生产中，可以根据产地和部位对原料化学成分含量的影响选择恰当的原料进行产品的研发.