张 恒，徐文韬，张子颖，周汉平，刘晓利，张绍敏，过伟民*，张书伟*

1. 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

2. 河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市管城区经开第三大街8 号 450000

3. 云南省烟草公司曲靖市公司沾益分公司，云南省曲靖市沾益区珠江源大道1415 号 655500

烤烟上部烟叶共有6～7 片，约占全株烟叶产量的30%～40%，其产量和品质仅次于中部叶［1］。优质的上部烟叶感官品质和可用性较好，有一部分可作为大品牌一、二类卷烟原料［2］，且在我国卷烟新产品研发中发挥着重要作用［3］。近年来，随着卷烟产销结构快速提升，中部烟叶的供需结构矛盾日益突出。工业企业对中部烟叶的需求维持在较高水平，而对上部烟叶的需求不断下降。如何提高上部烟叶工业可用性已成为研究热点，高可用性上部烟叶开发也成为近期我国烟叶生产的重点工作之一［4］。

烟叶外观特征是指可通过人的感官识别出的烟叶外部特征，因其与化学成分［5-6］和感官品质［7-8］关系密切，可直接或间接反映烟叶内在品质，多年来在烟草商业分级收购和卷烟工业原料采购中应用广泛。我国于20世纪90年代初建立烤烟烟叶分级标准，并逐步形成了以颜色、成熟度、叶片结构、身份、油分和色度为主要指标的烟叶外观品质量化方法［9］。与此同时，探索更多、更适用的烟叶外观特征评价延伸指标［10］，以更准确地通过外观特征预测烟叶内在品质的研究也在不断深入［11］。近年来较多学者对不同生态区中部烟叶外观特征与化学成分和感官品质的关系进行了分析，并筛选出了影响不同香型烟叶风格特征及质量的关键外观特征指标。如陈键等［8］以西南部分生态区烤烟C2F 烟叶为研究材料，运用相关分析、逐步回归和通径分析法对烟叶外观特征与化学成分、外观特征与感官品质的关系进行了分析，结果表明厚度、蜡质感、叶面叶背色差和颜色深浅是影响清甜香型烟叶风格和质量的关键外观特征指标；蔡宪杰等［12］以黄淮部分生态区烤烟C2F烟叶为研究对象，发现蜡质感和叶尖叶基身份差可作为影响焦甜焦香型烟叶风格和质量的关键外观特征指标；郭文等［13］以武陵秦巴部分生态区中部烟叶为研究材料，发现叶面叶背色差是影响醇甜香型烟叶风格的关键外观特征指标。然而，针对上部烟叶外观特征与内在品质关系的研究较少，不同生态区影响上部烟叶感官品质的关键外观指标尚不清楚，这些问题成为限制高可用性上部烟叶规模化开发的重要因素。因此，制备我国5个生态区上部烟叶品质梯度样品，评价其感官品质，并利用随机森林特征贡献率和相关分析研究影响不同生态区上部烟叶感官品质的关键外观指标，以期为高可用性上部烟叶的定向生产、个性化评价和高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019—2020 年在表1 所列区域进行，供试品种为当地主栽品种云烟87、云烟97和中烟100。

表1 品质梯度烟叶样品制备区域Tab.1 Regions of tobacco samples with quality gradients

烟叶原料采集：从“黄金叶”品牌在各烟区实际采购的B1F、B2F、B3F 等商业等级烟叶中随机抽取烟叶各100 kg，在温度（22±1）℃、相对湿度60%±3%条件下平衡2～3 d［14］。

上部烟叶品质梯度样品制备：按照表2的外观特征指标及其档次划分标准，由来自河南中烟工业有限责任公司的烟草行业烟叶标准标样分标委委员对所有烟叶逐片挑选，分别选取各指标不同档次的典型烟叶作为样品，每样品不少于100片烟叶，共制备上部烟叶品质梯度样品91份，选取的烟叶样品基本涵盖各产区上部烟叶的所有质量档次。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 外观特征

由来自河南中烟工业有限责任公司的行业烟叶标准标样分标委委员和高级技师组成的外观特征鉴定专家组（5 人）完成烟叶外观特征指标量化评价。外观评分精确至小数点后一位，档次间评分的分界值均属于上一个档次（如颜色深浅评分为8.0，则认为颜色为红棕），具体方法见表2。

表2 不同档次烟叶样品划分方法与外观特征指标定量评价方法Tab.2 Classification method for tobacco samples of different grades and quantitative evaluation method for appearance characteristic indexes

1.2.2 主要化学成分分析

按照 YC/T 216—2013［15］、YC/T 468—2013［16］、YC/T 161—2002［17］、YC/T 217—2007［18］和 YC/T 159—2002［19］方法测定烟叶淀粉、烟碱、总氮、钾、总糖和还原糖含量（质量分数）。

1.2.3 感官品质评价

由来自河南中烟工业有限责任公司技术中心产品配方人员（具备烟草行业感官评吸鉴定资质）组成的感官品质鉴定专家组完成烟叶感官品质评价，评价指标包括香气质、香气量、杂气、刺激性、干燥感、回甜和浓度。由于感官品质评价指标较多，参考工业企业感官品质指标划分的一般原则，以香气质和杂气分值之和表征香气质感，以香气量和浓度分值之和表征香气饱满度，以刺激性、干燥感和回甜分值之和表征口感舒适性。

1.3 数据分析

使用SPSS 26.0 软件进行相关分析和单样本ANOVA方差分析；采用Python编程语言基于随机森林算法计算特征贡献率（基尼重要性）［20］，该算法是集成算法，准确性高且综合性能好，可直观地计算出变量对目标变量的贡献程度［21-22］；使用Microsoft Excel 2016软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同生态区烤烟上部烟叶外观特征差异

由表3可见，渝东南上部烟叶柔软度分值显著高于豫中生态区，湘南生态区颜色深浅分值显著高于豫中、豫西和滇东生态区，渝东南生态区成熟度分值显著高于豫西和滇东生态区，豫西、滇东和渝东南生态区光泽度分值均显著高于豫中和湘南生态区，滇东生态区油润感分值显著高于豫中和湘南生态区。整体来看，豫中生态区上部烟叶相对硬脆，光泽较暗，油润感较弱；湘南生态区颜色较深，光泽较暗，油润感较弱；豫西生态区颜色较浅，成熟度较低，光泽较鲜亮；滇东生态区颜色较浅，成熟度较低，光泽较鲜亮，油润感较强；渝东南生态区叶片相对柔软，成熟度较高，光泽较鲜亮。

表3 不同生态区上部叶外观特征指标差异Tab.3 Differences in appearance characteristic indexes of upper tobacco leaves from different ecological regions

2.2 不同生态区上部烟叶外观特征与内在品质的关系

2.2.1 外观特征指标与感官品质的相关分析

由图1可见，不考虑生态区差异，除颜色深浅（由浅到深，下同）分值与香气质感分值、成熟度分值与口感舒适性分值不存在显著相关关系外，其余外观指标分值与感官品质指标分值均存在显著相关关系。分生态区而言，豫中上部烟叶的成熟度、叶片结构、柔软度和油润感分值与香气质感和香气饱满度分值均呈显著正相关关系，颜色深浅分值与香气饱满度分值呈显著正相关关系，身份分值与感官品质各指标分值均呈显著负相关关系。湘南上部烟叶的颜色深浅分值与香气饱满度分值呈显著正相关关系，剩余外观指标分值与香气质感和口感舒适性分值均呈显著相关关系。豫西上部烟叶的颜色深浅、成熟度、光泽度和油润感分值与香气饱满度分值均呈显著正相关关系，柔软度、光泽度、油润感和身份分值与香气质感和口感舒适性分值均呈显著相关关系。滇东生态区上部烟叶的颜色深浅、叶片结构和柔软度分值与香气饱满度分值均呈显著正相关关系，除成熟度和颜色深浅外其余外观指标分值与香气质感和口感舒适性分值均存在显著相关关系。渝东南上部烟叶的颜色深浅和成熟度分值与香气饱满度分值呈显著正相关关系，其余外观指标分值与香气质感和口感舒适性分值均呈显著相关关系。

图1 不同生态区上部烟叶外观特征指标与感官品质指标的相关系数Fig.1 Correlation coefficients between appearance characteristic indexes and sensory quality indexes of upper tobacco leaves from different ecological regions

整体来看，上部烟叶外观特征与感官品质的相关关系在不同生态区表现基本一致。在一定范围内，上部烟叶随颜色加深，香气饱满程度提升；随叶片疏松、柔软程度改善或油润感增强，香气质感和口感舒适性显著改善；身份增厚，则香气质感和口感舒适性均显著下降。

2.2.2 外观特征指标与化学成分的相关分析

由表4 可见，不考虑生态区差异，上部烟叶的颜色深浅分值与所有化学成分指标均显著相关，柔软度、光泽度和油润感分值与糖碱比值、还原糖和总糖含量显著正相关，成熟度和身份分值与糖碱比值、还原糖和总糖含量显著负相关。豫中生态区总氮含量与柔软度、颜色深浅和成熟度分值均呈显著正相关关系；还原糖含量、总糖含量和糖碱比值与颜色深浅分值呈显著负相关关系，与光泽度分值呈显著正相关关系；钾含量与柔软度、叶片结构、光泽度和油润感分值均呈显著正相关关系。湘南生态区烟碱和总氮含量与柔软度、光泽度和油润感分值均呈显著负相关关系，其中总氮含量还与颜色深浅和身份分值呈显著正相关关系，总糖和还原糖含量与颜色深浅和身份分值呈显著负相关关系，淀粉含量和糖碱比值与颜色深浅分值呈显著负相关关系，糖碱比值与柔软度、光泽度和油润感分值呈显著正相关关系。豫西生态区烟碱和总氮含量与颜色深浅分值呈显著正相关关系，糖碱比值、还原糖和总糖含量与颜色深浅分值呈显著负相关关系，还原糖含量与油润感分值呈显著正相关关系，淀粉含量与颜色深浅和成熟度分值均呈显著负相关关系。滇东生态区烟碱含量与颜色深浅分值呈显著正相关关系；总氮含量与颜色深浅和身份分值呈显著正相关关系；糖碱比值、还原糖、总糖和淀粉含量与柔软度、叶片结构、光泽度和油润感分值均呈显著正相关关系，与身份分值均呈显著负相关关系。渝东南生态区总氮含量与颜色深浅和身份分值呈显著正相关关系，与柔软度和油润感分值均呈显著负相关关系；糖碱比值、还原糖和总糖含量与油润感分值呈显著正相关关系，与颜色深浅和成熟度分值呈显著负相关关系；钾含量与成熟度和叶片结构分值呈显著正相关关系，与身份分值呈显著负相关关系。

表4 不同生态区上部烟叶外观特征指标与化学成分的相关系数Tab.4 Correlation coefficients between appearance characteristic indexes and chemical components of upper tobacco leaves from different ecological regions

整体来看，上部烟叶外观特征与化学成分的相关性规律在不同产区基本一致。在一定范围内，上部烟叶随颜色加深，总氮含量显著增加，糖（还原糖和总糖）和淀粉含量显著下降，糖碱比值显著下降；光泽越鲜亮、油润感越强、柔软度越好，则糖含量和糖碱比值相对越高；随身份增厚，糖含量和糖碱比值相对越低。

2.2.3 基于随机森林算法的外观特征对感官品质的特征贡献率分析

以最少外观特征指标对各生态区单个感官指标的贡献率加和大于60%为标准（图2），豫中生态区对香气质感贡献率较高的外观指标包括身份（23%）、油润感（22%）和成熟度（18%），对香气饱满度贡献率较高的外观指标包括成熟度（27%）、油润感（21%）和柔软度（17%），对口感舒适性贡献率较高的外观指标包括身份（42%）、颜色深浅（15%）和成熟度（13%）。湘南生态区对香气质感贡献率较高的外观指标包括叶片结构（50%）和身份（16%），对香气饱满度贡献率较高的外观指标包括颜色深浅（39%）、叶片结构（17%）和成熟度（15%），对口感舒适性贡献率较高的外观指标包括叶片结构（25%）、身份（22%）和光泽度（15%）。豫西生态区对香气质感贡献率较高的外观指标包括油润感（57%）和光泽度（9%），对香气饱满度贡献率较高的外观指标包括成熟度（36%）和颜色深浅（29%），对口感舒适性贡献率较高的外观指标包括油润感（38%）和身份（32%）。滇东生态区对香气质感贡献率较高的外观指标为柔软度（67%），对香气饱满度贡献率较高的外观指标包括颜色深浅（28%）、叶片结构（26%）和柔软度（15%），对口感舒适性贡献率较高的外观指标为柔软度（53%）和光泽度（16%）。渝东南生态区对香气质感贡献率较高的外观指标包括油润感（38%）和光泽度（22%），对香气饱满度贡献率较高的外观指标包括叶片结构（23%）、成熟度（21%）和颜色深浅（18%），对口感舒适性贡献率较高的外观指标为油润感（70%）。

图2 基于随机森林算法的外观特征指标对感官品质指标贡献率Fig.2 Contribution rates of appearance characteristic indexes to sensory quality indexes based on random forest regression algorithm

整体来看，各生态区不同外观指标对各感官品质指标的贡献程度不尽相同。计算每个生态区中各外观指标对3个感官品质指标的贡献率之和，筛选出对各生态区感官品质影响最大的3个外观指标。其中豫中和豫西生态区的规律相似，身份、油润感和成熟度对感官品质的贡献较大；湘南生态区的叶片结构、身份和颜色深浅对感官品质的贡献较大；滇东生态区的柔软度对感官品质的贡献最大，其次为颜色深浅和叶片结构；渝东南生态区油润感对感官品质的贡献最大，其次为成熟度和叶片结构。

3 讨论

3.1 烤烟上部烟叶外观特征的区域差异

本研究中发现不同生态区上部烟叶的多数外观特征指标存在显著差异。其中，豫中生态区上部烟叶相对硬脆，油润感较弱，光泽度较暗，这与过伟民等［23］发现豫中烟区烟叶相对脆硬、光泽较暗和油润感不强的结论相同；豫西生态区颜色较浅、光泽较鲜亮，这与张书伟等［24］报道的豫西生态区上部烟叶相对柔软、光泽较鲜亮的结果相似；湘南生态区颜色较深，光泽较暗，油润感较弱，这与左伟标等［25］总结的南岭丘陵生态区中部烟叶外观特征为“红、柔、糙、燥”的结论类似；渝东南生态区上部叶片相对柔软、光泽较鲜亮和成熟度较高，这与郭文等［13］报道的结果相符，该研究结果显示重庆黔江的中部烟叶光泽亮偏鲜明，叶片较柔软，成熟度较好。说明烤烟上部烟叶外观特征的区域差异规律与中部烟叶相近，外观区域特征在年度间总体表现稳定，可用于区分不同生态区的上部烟叶，同时也说明有必要分生态区来研究上部烟叶内在品质与外观特征的相互关系。

3.2 上部烟叶外观特征与感官品质的关系

本研究中筛选出了影响不同生态区上部烟叶感官品质的重要外观指标，其中上部烟叶身份分值与香气质感和口感舒适性分值呈显著负相关关系，且身份对豫中、豫西和湘南生态区香气质感和口感舒适性的贡献率较大，与前人在河南［26］和湖南郴州［27］对中部烟叶的研究结果相似；在豫中和豫西生态区，成熟度对香气饱满度的贡献较大，且成熟度分值与香气饱满度分值呈极显著正相关，这与闫洪洋等［28］发现河南烤烟成熟度分值与香气量和劲头分值存在极显著相关关系的研究结果相似，而与张小利等［26］认为河南烟叶成熟度分值与吸食品质不存在显著相关性的研究结果不同；渝东南烟区叶片结构和成熟度分值与感官品质存在显著正相关关系，这一结果与郭文等［13］报道的研究结果相悖，其研究结果显示成熟度分值与感官品质指标均不存在显著相关关系。上述不同研究结果间差异的产生可能是由于以下原因：①不同部位烟叶质量特征存在差异［29］，目前的研究以中部烟叶为主，上部烟叶偏少。②外观与感官评分具有主观性，不同工业企业或评吸专家对外观和感官的评分标准存在差异，从而造成烟叶质量指标规律出现异质性［23，26］。③未考虑不同生态区间的烟叶质量特征差异，导致其结果在某一具体生态区中的契合度不高［12-13］。

3.3 上部烟叶外观特征与化学成分的关系

本研究中发现，滇东生态区上部烟叶柔软度分值与总糖含量、还原糖含量和糖碱比值呈极显著正相关关系，与烟碱含量呈显著负相关关系，这与张书伟等［30］研究发现上部烟叶柔软度分值与糖碱比值、总糖和还原糖含量呈极显著正相关关系的结论一致，而与陈健等［8］研究中西南烟区烟叶柔韧性分值与总氮和烟碱含量呈正相关的结果相悖；上部烟叶颜色越深，烟碱和总氮含量越高，还原糖、总糖和淀粉含量下降，这与前人在河南［26］、湘南［31］、云南［32］和重庆烟区［13］对中部烟叶的研究结果基本一致，但刘江豫［33］对河南烟区的研究发现烟叶颜色与烟碱含量呈负相关关系，与总糖和还原糖含量呈正相关关系（不显著），与本研究中的结果相悖，这可能与取样区域烟叶特征和叶位的差异有关，也可能是因为不同生态区烟叶样品质量指标存在年际差异［34］。

4 结论

不同生态区上部烟叶的多数外观特征指标差异显著，同时上部烟叶外观特征与感官品质的相关关系在不同生态区表现基本一致。不同生态区上部烟叶的颜色深浅分值与香气饱满程度分值均呈显著正相关关系，叶片结构和油润感分值与香气质感和口感舒适程度分值均呈显著正相关关系，身份分值与香气质感和口感舒适程度分值均呈显著负相关关系。上部烟叶外观特征与化学成分的相关关系较为密切，其中不同生态区上部烟叶颜色深浅分值与总氮含量均呈显著正相关关系，与糖碱比值、还原糖、总糖和淀粉含量均呈显著负相关关系。以感官品质为导向，提出了豫中和豫西生态区上部烟叶外观特征的关注重点为身份、油润感和成熟度，湘南生态区为叶片结构、身份和颜色深浅，滇东生态区为柔软度、颜色深浅和叶片结构，渝东南生态区为油润感、叶片结构和成熟度。