湖北产区不同长度高油分烟叶质量特征分析与叶长适宜范围研究

2022-07-06 08:58江雪彬刘峰峰石刚李颖雪丁易金彭五星董世良陈剑晖何结望
中国烟草学报 2022年3期
关键词:油分叶长高油

江雪彬,刘峰峰,石刚,李颖雪,丁易金,彭五星,董世良,陈剑晖,何结望*

湖北产区不同长度高油分烟叶质量特征分析与叶长适宜范围研究

江雪彬1,刘峰峰1,石刚1,李颖雪1,丁易金2,彭五星2,董世良1,陈剑晖1,何结望1*

1 湖北中烟工业责任有限公司,技术中心,武汉市东西湖区环湖路特66号 430040;2 湖北省烟草公司宣恩县公司,恩施市施州大道119号 445000

【】探索湖北产区不同长度高油分烟叶质量特征差异,寻找高油分烟叶适宜的叶片大小范围。【】选取湖北产区6个梯度叶长区段的高油分烤烟中部烟叶,采用正交偏最小二乘法(OPLS)筛选出关键差异质量指标,得出湖北产区高油分烟叶适宜的叶长范围。【】(1)湖北产区不同长度高油分烟叶质量关键差异指标包括:外观质量总分、颜色均匀度、弹性、身份,香气量、刺激性、浓度、细腻程度、干燥感、回味,总碱,氮碱比。(2)在一定范围内,随着叶长增加,高油分烟叶整体质量趋好。表现为随着烟叶长度增加,烟叶的两糖含量先增加后降低,糖碱比和钾氯比均呈现出先降低后增加的趋势,当叶长超过75 cm后,二者快速下降;外观质量总分呈现出提高趋势;烟气浓度增加,香气质变好,甜感较好,烟叶的感官质量总得分提升,当烟叶长度达到75 cm以上时,总碱含量高,刺激性增加、杂气变重,余味干净程度下降,整体质量下降。(3)湖北产区高油分烟叶各质量指标较适宜的叶长范围为55~70 cm,此时烟叶的感官香气浓郁、香气质好,烟气柔和、细腻、回甜感好,化学成分协调。

叶长;中棵烟;高油分;烤烟;OPLS;适宜范围

中棵烟高油分烟叶作为高品质原料深受工业企业欢迎。中棵烟不是品种或烟草类型的名称,而是对烟草田间长相的一种称呼[1],从外观上看,中棵烟就是桶形和腰鼓形烟株产出的烟叶,烤后呈现出油(油润)、软(柔软)、亮(颜色鲜亮)的外观特征,身份、大小适中,从内在品质上说,中棵烟钾多氮少,香气量足、香气质好[2]。高油分烟叶,是烟叶油分富有的一种界定。高油分烟叶,在16%~18%水分情况下,表观油润黏手、疏松柔软、均匀鲜亮。具体表现为:眼观油润饱满,手摸柔软黏手,富有弹性,颜色均匀,光泽鲜亮,成熟度好。

李东亮等[3]研究了我国南方烟区烤烟品种K326不同部位烟叶主要化学成分与叶长的关系,刘扣珠 等[4]研究了豫中烤烟上六片烟叶叶长与主要化学成分及感官质量关系,并建立优质上六片烟叶适宜的叶长标准。诸多学者从烤烟品种、生态因素、栽培措施和烟叶烘烤等方面分析了影响烤烟烟叶油分的因素[5],对高油分烟叶的研究多集中在如何提高烤烟烟叶油分的措施上[6-7]。以上研究表明烟叶长度和油分品质都对烟叶质量有显著影响。本文对湖北产区不同长度高油分烟叶的质量特征进行分析,研究不同长度高油分烟叶外观特征、感官质量及化学成分各质量指标变化规律,从工业可用性角度给出湖北产区中棵烟高油分叶片适宜的长度范围,为产区中棵烟高油分烟叶生产和收购分级提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年度湖北中烟工业有限责任公司基地各烟站烤烟中部高油分烟叶样品共100份(25个烟站,每个烟站4份),每份5 kg。试验在湖北省恩施州宣恩县、十堰市房县、襄阳市保康县烟叶种植乡镇进行,品种为云烟87,施肥及大田管理按照中棵烟高油分烟叶生产技术要求执行。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备

选取2020年度高油分烤烟烟叶,于中部叶采收结束后,按叶长进行挂牌标记,并分开采收,单独编竿烘烤。各烟站烟叶混合后,按照国家烤烟分级标准挑选出油分品质表现为较多至富有程度的中部烟叶,再按长度筛选出叶长为45~55 cm、55~65 cm、65~70 cm、70~75 cm、75~80 cm、80 cm以上6个梯度的烟叶,制备烟叶样品,每个叶长区段各随机取样50片。制备的烟叶试验样品置于温度(22±1)℃和相对湿度(60±5)%的环境中平衡水分48 h。

1.2.2 烟叶外观特征评价

包括油分、身份、成熟度、柔软度、弹性、颜色、颜色均匀度、光泽强度等指标。依据湖北中烟有限责任公司企业标准《QB/HBZY.CL25.1—2020 中棵烟高油分烟叶第1部分:定义、评价方法及原烟质量要求》,由湖北中烟5名评级人员进行定性、定量鉴定。

表1 原烟外观评价指标及分值设置

Tab.1 Appearance evaluation indexes and score setting of raw tobacco

1.2.3 烟叶化学成分测定

包括水溶性糖、总植物碱、总氮、氯、钾等常规化学成分指标,分别采用YC/T 159、YC/T 160、YC/T 161、YC/T 162、YC/T 217的方法测定。

1.2.4 烟叶感官质量评价

包括香气质、香气量、杂气、刺激性、余味、浓度、成团性、细腻、回味、干燥感等指标。依据湖北中烟有限责任公司企业标准《QB/HBZY.CL25.1—2020 中棵烟高油分烟叶第1部分:定义、评价方法及原烟质量要求》,由湖北中烟7名评吸人员进行感官质量评价。

表2 单料烟感官评吸质量评价指标及分值设置

Tab.2 Evaluation indexes of unblended cigarette sensory evaluation quality and score setting

续表2

指标评分标准 质量特征(100)杂气(16)无14.5~16、较轻12.5~14、有+10.5~12、有8.5~10、有-7.5~8、较重5.5~7、重0~5。 刺激性(20)无 17.5~20、微有15.5~17、有+13.5~15、有11.5~13、有- 9.5~11、较大7.5~9、大0~7。 余味(22)舒适19.5~22、较舒适16.5~19、尚舒适+13.5~16、尚舒适 11.5~13、尚舒适-9.5~11、较苦辣8.5~9、滞舌0~8。 燃烧性(4)强3.5~4、中等2.5~3、差1.5~2、熄火0~1。 灰色(4)白3.5~4、灰白2.5~3、灰1.5~2、黑灰0~1。 风格特征浓度(5)浓4.5~5、较浓3.5~4、中等2.5~3、较淡1.5~2、淡0~1。 劲头(5)大4.5~5、较大3.5~4、适中2.5~3、较小1.5~2、小0~1。 烟气特征成团性(5)好4.5~5、较好3.5~4、中等2.5~3、较差1.5~2、差0~1。 细腻度(5)细腻4.5~5、较细腻3.5~4、中等2.5~3、稍粗糙1.5~2、粗糙0~1。 口感特征回甜感(5)强4.5~5、较强3.5~4、中等2.5~3、弱1.5~2、无0~1。 干燥感(5)弱4.5~5、较弱3.5~4、中等2.5~3、较强1.5~2、强0~1。

1.3 数据处理及分析

2 结果

2.1 不同长度高油分烟叶各质量特性分析

对湖北产区不同长度高油分烟叶各质量指标差异进行分析,结果见图1。由图1(A-C)中常规化学成分变化可以看出,不同长度高油分烟叶的总糖、还原糖含量先增加后降低,总糖含量变化范围为25%~38%,还原糖含量变化范围为20%~30%。钾含量随叶长增加整体呈上升趋势,氯含量随叶长增加整体呈下降趋势,但钾、氯均在适宜范围内(钾含量>2%,氯含量0.2%~0.8%)。随着烟叶长度增加,氮碱比呈现出降低趋势,糖碱比和钾氯比均呈现出先降低后增加的趋势,当叶长超过75 cm后,二者快速下降。参照高油分中部烟烟叶常规需化学成分要求,糖碱比应在8~15之间,钾氯比>4的适宜范围,综合来看,55~75 cm叶长区间的烟叶化学成分含量及比值处于较好的水平,化学成分协调。

由图1(D)可以看出,随着烟叶长度增加,不同长度高油分烟叶外观质量总分及油分呈现出提高趋势,烟叶的成熟度及颜色指标在55~65 cm叶长区间取得最高分,表现为成熟度好,颜色金黄,后随叶长增加得分呈现降低趋势,且整体得分相差不大,表现为成熟度较好,颜色金黄略偏浅;随着叶长增加,弹性及颜色均匀度呈现出先增加后降低的趋势,均在70~75 cm叶长区间内达到峰值,表现为弹性强,颜色均匀;油分、柔软度、光泽强度及身份指标基本没有变化,表现为叶片柔软、光泽鲜亮,身份适中。

由图1(E-F)可以看出,在一定范围内,随着烟叶长度增加,烟气浓度增加,香气量略有增加,细腻程度降低,烟叶的感官质量总得分呈现出先增加后降低的倒U型变化趋势,在65~70 cm叶长区间范围内达到峰值。香气质、刺激性及余味随叶长增加呈现出先增加后降低的趋势,均在55~75 cm叶长区间范围内取得最高分,当烟叶长度继续增加达到80 cm后,感官质量大幅降低。除劲头得分变化较为平缓外,回味(回甜感)、成团性及干燥感均呈现出先增加后降低的趋势,在烟叶长度为65~70 cm时达到顶峰,叶长超过70 cm后得分开始下降。

2.2 不同长度高油分烟叶各质量差异分析

2.2.1 主成分得分图分析

采用主成分分析(PCA)法,通过SIMCA软件对不同长度高油分烟叶的外观特征、感官质量及化学成分各质量指标进行降维处理,采用了UV scaling的前处理方法,两个主成分的累计方差贡献率为72.1%(PC1 45.7%,PC2 26.4%),结果见图2。可以看出,虽然不同长度区间的烟叶各质量指标的主成分得分呈现出一定的聚类趋势,但在第一主成分上,55~65 cm与65~70 cm叶长区间,75~80 cm与80 cm以上叶长区间均不能完全区分开。

图2 不同长度高油分烟叶各质量指标主成分得分图

2.2.2 差异指标筛选

为进一步分析湖北产区不同长度高油分烟叶差异性,采用正交偏最小二乘法(OPLS)对烟叶外观特征、感官质量及化学成分各质量指标与烟叶长度进行回归分析,采用UV scaling前处理方法,建立烟叶质量指标与烟叶长度间OPLS模型,筛选出了1个预测主成分和3个正交主成分,R2X=0.952,Q2=0.992,表明提取的主成分对变量解释能力较高,模型拟合较好。OPLS模型的得分散点图如图3所示,颜色反应了不同烟叶的长度梯度,可以看出,随着第一主成分向右迁移,颜色成加深趋势,叶片长度增加。

图3 不同长度高油分烟叶各质量指标OPLS模型得分图

在回归估计结果基础上,通过计算各自变量的投影重要性(VIP)来考察各自变量对因变量解释的重要性,VIP值越大表明各质量指标对烟叶长度的解释能力越大,各质量指标投影重要性见图4。提取VIP值大于1的质量指标:外观质量总分,细腻程度,浓度,油分,颜色均匀度,弹性,干燥感,香气量,身份,总碱,氮碱比,回味(回甜感),刺激性。结合S图结果,并通过t检验(t-test)的值(阈值<0.05)对其进行进一步验证,结果见表3。油分(值>0.05)在不同叶长区间之间差异不显著,这是由于取样时挑选了油分均较高烟叶作为研究对象,因此剔除假阳性指标,最后得到具有统计学意义差异指标:外观特征(外观质量总分、颜色均匀度、弹性、身份),感官质量特征(香气量、刺激性、浓度、细腻程度、干燥感、回味),化学成分(总碱,氮碱比)。以上指标可作为不同长度高油分烟叶质量差异的关键指标。

图4 各质量指标投影重要性图

图5 各质量指标S图

表3 筛选出的差异指标的VIP值和值

Tab.3 VIP and P values of the differential indicators screened out

2.3 不同长度高油分烟叶关键质量指标变化趋势

分别对常规化学成分、外观特征差异指标、感官质量烟气特征的差异指标随叶长的变化趋势作图,得到高油分烟叶关键质量指标与叶长的关系模型,结果见图6。在叶长为55~70 cm范围内,随着烟叶长度增加,总碱含量呈先增加后降低趋势,当叶长达到75 cm后,

图6 高油分烟叶关键质量指标与叶长的关系

总碱含量增加趋势明显;随着烟叶长度增加,氮碱比呈先降低后增加趋势,当长度达到75 cm后,氮碱比开始下降。随着叶长增加,烟叶的外观质量变好,总分呈上升趋势,当烟叶长度达到55 cm以上时,颜色均匀度好、弹性强,身份适中,当叶长超过70 cm后,各项得分均开始下降。可以看出,在一定范围内,随着烟叶长度增加,烟叶的香气量呈上升趋势,浓度变化较为平缓,刺激性、细腻程度、回味及干燥感得分均呈现出先增加后降低的趋势,在55~65 cm叶长区间内达到峰值,当叶长超过70 cm后,分值开始下降。

结合不同长度梯度烟叶质量关键指标分析,可以看出高油分烟叶在长度梯度间存在较明显差异,具体而言,55 cm以下烟叶氮碱比较高,化学成分协调性较差,感官表现为香气质感中等偏下,干燥感明显,回味较杂,烟气稍粗糙,可能与氮碱比高,烟叶中含氮化合物含量较多,蛋白质等大分子物质降解不充分有关;60~65 cm、65~70 cm长度烟叶两糖含量较高,氮碱比、糖碱比适中,整体化学成分协调性较好,感官香气质感较透发,香气量较足,余味较干净较舒适,烟气细腻柔和,回味甜感明显;70~75 cm长度烟叶两糖含量中等略高,总碱含量偏低,化学成分协调性尚好,感官质量中等,但在烟气状态、余味、干燥感方面表现稍差;烟叶长度达到75~80 cm、80 cm以上时,总碱含量高,糖碱比偏低,整体协调性变差,感官表现为香气稍显浑浊,有杂气,刺激性稍大,烟气浓度较大,烟气细腻程度略有下降,干燥感较明显,劲头偏大。

综上所述,可以认为湖北产区高油分烟叶质量品质较适宜的叶长范围为55~70 cm,此时烟叶的化学成分协调,颜色均匀度好、弹性强,身份适中,香气浓郁、甜感较好、烟气饱满、余味舒适,具有香、甜、柔、净的感官质量特征。

3 讨论

先前人们通常直观地从叶片厚度、弹性、颜色、油分和光泽度等外观特征来评价烟草的使用价值,随着研究的深入人们发现烟叶的外部特征是由其内部化学成分的含量和性质所决定的。对于中棵烟、高油分的原料质量需求,要求原料具备总体感官质量较好、质量风格特色明显、烟气形态好等特点。要求好烟叶外观特征导向:油分要多一点,颜色要浅一点、身份要适中一点,叶片要小一点。本文对不同长度高油分烟叶质量特征进行了分析,高油分烟叶适宜叶长范围为55~70 cm,上限不超过75 cm,为引导烟叶收购、及产区种植中棵烟高油分烟叶提供参考。

在质量变化规律方面,本研究认为化学成分方面随着叶长增加,烟叶的总糖、还原糖含量呈先增加后降低趋势,钾含量呈上升趋势,氮碱比呈降低趋势,糖碱比和钾氯比呈先降低后增加趋势,且当叶长超过75 cm后急剧下降。该结论与李东亮[3]的研究结果一致,即中部叶烟碱、还原糖、钾含量和钾氯比随叶长的增加而增加,氯含量和氮碱比随叶长的增加而降低。姜茱[8]等在对烤烟叶片大小与烟叶化学成分的关系研究中提出,增加叶片长度使烟叶含糖量偏高、烟碱偏低、叶片较薄等重要缺陷均能得到改善或明显改善,烟碱含量随叶长的增长而提高,烟叶含糖、糖碱比、氮碱比均随叶长的增长而降低,并逐渐趋近于优质烟的要求。但文献叶长>50 cm以上并未具体细分,可能是导致研究结论有所差异的主要原因。在感官质量方面,本研究认为高油分烟叶长度最好不超过75 cm,超过75 cm的高油分烟叶的化学成分协调性、感官上的甜感、干燥感、细腻程度、香气纯净程度都会下降,优质烟叶的适宜长度不应小于50 cm。这与刘扣珠等[4]对豫中烤烟上六片烟叶叶长与主要化学成分及感官质量关系的研究规律一致,即上三片和下三片烟叶感官品质最佳的叶长范围分别为59.80~66.00 cm和66.22~73.20 cm,此时上六片烟叶的感官香气浓郁、质好,化学成分协调。

本文进一步采用正交偏最小二乘法(OPLS)法筛选出不同长度高油分烟叶质量差异的关键指标,为研究不同长度梯度高油分烟叶质量差异提供支撑,所构建的叶长与质量指标关系模型,筛选出12个关键指标,表明随着叶片变化高油分烟叶质量在12个质量指标方面存在明显差异,该方法的科学性、有效性已在烟草和其他作物的研究中验证[9-11],在烟叶长度与烟叶质量关系研究方面为首次应用,且结果可靠。

4 结论

(1)筛选出湖北产区不同长度高油分烟叶质量差异关键指标:外观质量总分、颜色均匀度、弹性、身份,香气量、刺激性、浓度、细腻程度、干燥感、回味(回甜感),总碱、氮碱比。

(2)在一定范围内,随着叶长增加,高油分烟叶整体质量趋好。表现为随着烟叶长度增加,烟叶的两糖含量先增加后降低,糖碱比和钾氯比均呈现出先降低后增加的趋势,当叶长超过75 cm后,二者快速下降;外观质量总分呈现出提高趋势;烟气浓度增加,香气质变好,甜感较好,烟叶的感官质量总得分提升,当烟叶长度达到75 cm以上时,总碱含量高,刺激性增加、杂气变重,余味干净程度下降,整体质量下降。

(3)湖北产区高油分烟叶各质量指标较适宜的叶长范围为55~70 cm,此时烟叶化学成分协调,油润饱满、富有弹性、颜色均匀,身份适中,香气浓郁、甜感较好、烟气饱满柔和及余味舒适,具有香、甜、柔、净的感官质量特征。

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Analysis of quality characteristics of high-oil tobacco leaves with different length from Hubei growing areas and suitable range of tobacco leaf length

JIANG Xuebin1, LIU Fengfeng1, SHI Gang1, LI Yingxue1, DING Yijin2, PENG Wuxing2, DONG Shiliang1, CHEN Jianhui1, HE Jiewang1*

1 China Tobacco Hubei Industrial Co., LTD., Technology Center, 66 Huanhu Road, Dongxihu district, Wuhan, Dongxihu District, Wuhan City, Hubei Province 430040;2 Hubei Provincial Tobacco Company Enshi Company, Xuan'en County Company, No.119 Shizhou Avenue, Enshi City, Enshi Tujia and Miao Autonomous Prefecture 445000

This study aims to explore the difference in quality characteristics of high-oil tobacco leaves with different lengths from Hubei growing areas, and to find the appropriate length range for high-oil tobacco leaves.High-oil flue-cured tobacco leaves in six gradient leaf-length segments from Hubei growing areas were selected as research objects, and the key differential quality indicators were screened out by orthogonal partial least squares (OPLS) method, so as to obtain the suitable leaf length range of high-oil tobacco leaves in Hubei tobacco growing areas.(1) The key differential quality indicators of high-oil tobacco leaves with different lengths in Hubei growing areas include: total appearance quality score, color uniformity, elasticity, identity, aroma, irritating, concentration, degree of delicacy, dryness, aftertaste, nicotine, nitrogen-nicotine ratio. (2) Within a certain range, with the increase of leaf length, the overall quality of high-oil tobacco leaves became increasingly better. With the increase of tobacco leaf length, the content of reducing sugar and total sugar of tobacco leaves increased first and then decreased, and the sugar-nicotine ratio and potassium-chlorine ratio showed a trend of first decreasing and then increasing. When the leaf length reached 75 cm, the two indicators decreased rapidly, the total appearance quality score showed an increasing trend, the smoke concentration, aroma quality, the sweetness, and the total sensory quality score all showed an increasing trend. After the leaf length reached more than 75 cm, the nicotine content was high, the irritation increased, and the miscellaneous became heavier, the cleanliness of the aftertaste decreased, and the overall quality decreased. (3) The suitable leaf length range of high-oil tobacco leaves in Hubei production area is 55 cm to 70 cm. During this range, the tobacco leaves have strong sensory aroma, good aroma quality, soft and delicate smoke, good sweetness, and coordinated chemical components.

leaf length; medium tobacco; high oil content; flue-cured tobacco; OPLS; suitable range

Corresponding author. Email:1652193082@qq.com

支撑大品牌高质量发展的中棵烟高油分烟叶开发和利用(110202102036)

江雪彬(1992—),研究生,主要研究方向:烟草工艺及原料质量,Tel:13545209840,Email:908680318@qq.com

何结望(1974—),研究员,Tel:13995525877,Email:1652193082@qq.com

2021-08-23;

2022-03-07

江雪彬,刘峰峰,石刚,等. 湖北产区不同长度高油分烟叶质量特征分析与叶长适宜范围研究[J]. 中国烟草学报,2022,28(3).JIANG Xuebin, LIU Fengfeng, SHI Gang, et al. Analysis of quality characteristics of high-oil tobacco leaves with different length from Hubei growing areas and suitable range of tobacco leaf length[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022, 28(3). doi:10.16472/j.chinatobacco. 2021.T0151

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