沈晗，杨凯，任伟，徐玮杰，张鑫，戴泽元，张翼，丁冉，汤朝起

上海烟草集团有限责任公司，技术中心，上海市长阳路717号 200082

上部烟叶占整株烟叶的三分之一，占总产量30%～40%，烤烟生产先进国家上部烟叶是生产高级卷烟的主要原料，但是国内上部烟叶可用性较低，而中部烟叶数量有限，制约了我国重点卷烟品牌的发展[1]。提高上部烟叶可用性研究从上世纪90年代开始至今持续了近三十年，仍然是烟草行业不可回避的重要研究课题[1-6]。关于我国上部烟叶可用性较差的原因分析和研究非常多，主要围绕栽培、成熟采收、烘烤等生产技术措施开展[1,4,6-8]，由于烟叶的化学成分是决定烟叶品质的内在因素[9-10]，生产技术措施也主要围绕调控烟叶化学成分这一物质基础来提高上部烟叶可用性。国内多数文献认为烟碱含量过高是上部烟叶可用性较差的主要原因之一[11-14]，通过降低烟碱含量来提高上部烟叶品质的研究取得了一定的进展[13,15-18]，但国内上部烟叶可用性较低的问题仍然突出。有文献表明，国外优质烟叶烟碱含量不低于国内烤烟[19]，因此，烟碱含量过高可能不是制约上部烟叶可用性的最主要原因。

本文从上部烟叶主要化学成分入手，通过简单相关、逐步回归、通径分析方法对国内外6个产地上部烟叶主要化学成分与感官质量的相关性进行了分析，同时对比了国内上部烟叶与国外优质上部烟叶主要化学成分之间的差异，旨在分析制约国内上部烟叶可用性最主要化学成分，为明确提高上部烟叶可用性研究途径提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

感官评吸样品：选取黄淮烟区、东南烟区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上部正组原烟以及进口烟叶Ⅰ、进口烟叶Ⅱ上部片烟样品，共107份。其中黄淮烟区、东南烟区Ⅰ的样品为筛选出的烟碱含量相对较高样品。

在打叶复烤企业的原烟仓库和/或打叶线铺叶台上随机抽取上海烟草集团采购的国内主产烟区2012年～2017年生产的B2F初烤烟叶样品共计7964份。上海烟草集团采购的非洲和南美洲2015年～2017年生产的上部片烟样品68份。

1.2 方法

1.2.1 烟叶化学成分的检测

检测项目包括：烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾、氯。检测方法：近红外光谱法，参照文献[20]进行检测。

1.2.2 感官质量评价

由上海烟草集团有限责任公司技术中心评吸员对卷制样品按产地分批次进行感官质量评价，按照香气质、香气量、杂气、劲头、刺激性、余味等项目以9分制进行评价打分。感官质量总分=香气质×0.30+香气量×0.30+杂气×0.08+刺激性×0.15+余味×0.17，参照文献[21]进行计算。

1.2.3 数据分析

应用SPSS统计软件（IBMStatistics20）对数据进行简单相关分析、逐步回归分析、通径分析[22-23]。

2 结果与分析

2.1 烟叶化学成分与感官评吸总分情况

表1 烟叶化学成分与感官质量总分描述统计Tab.1 Chemical component of tobacco leaves and its total score of sensory quality

2.2 简单相关分析

烟叶化学成分与感官评吸总分简单相关分析系数见表2。由表2可知，不同产地上部烟叶的总糖、糖碱比与感官评吸总分均存在显著或极显著正相关，黄淮烟区、东南烟区Ⅰ、东南烟区Ⅲ、进口烟叶Ⅰ、进口烟叶Ⅱ上部烟叶还原糖与感官评吸总分均存在显著或极显著正相关；黄淮烟区、东南烟区Ⅰ、东南烟区Ⅲ、进口烟叶Ⅰ上部烟叶总氮含量与感官评吸总分存在显著或极显著负相关；东南烟区Ⅰ、东南烟区Ⅱ、进口烟叶Ⅰ上部烟叶烟碱含量与感官评吸总分存在极显著负相关。

表2 烟叶化学成分与感官评吸总分简单相关分析系数Tab.2 Simple correlation analysis between chemical components and sensory evaluation total score of tobacco leaves

2.3 逐步回归分析

2.3.1 对感官评吸总分进行正态性检验

本文中各产地感官评价烟叶样品均属于小项目样本，对感官评吸总分进行正态性检验，结果见表3。由表3可知，各产地烟叶感官评吸总分S-W检验的Sig.值均大于0.05，感官评吸总分（因变量）的分布接近正态分布。

表3 感官评吸总分正态性检验Tab.3 Normality test of sensory evaluation total score

2.3.2 感官评吸总分与烟叶化学成分的关系逐步回归分析

对不同产地烟叶感官评吸总分与主要化学成分进行逐步回归分析。烟叶感官评吸总分与主要化学成分逐步回归分析见表4。由表4可知，不同产地模型预测入选变量的Sig.值均小于0.05，有统计学意义。入选对黄淮烟区上部烟叶感官评吸总分有显著或极显著影响的化学成分指标总糖和烟碱对感官评吸总分的决定系数R2为0.680，说明应用当前模型能够解释68%的因变量变化；依次类推，东南烟区Ⅰ模型决定系数R2为0.531，东南烟区Ⅱ模型决定系数R2为0.599，东南烟区Ⅲ模型的决定系数R2为0.412，进口烟叶Ⅰ模型的决定系数R2为0.821，进口烟叶Ⅱ模型的决定系数R2为0.714。由此可见，除东南烟区Ⅲ模型的决定系数R2偏低外，其它产地拟合的方程具有一定的参考价值。

表4 模型汇总Tab.4 Model summary

不同产地上部烟叶感官评吸总分与主要化学成分的线性回归方程见表5。由表5可知，在考察的9项化学成分指标中，东南烟区Ⅰ、进口烟叶Ⅰ上部烟叶的感官评吸总分与总氮呈极显著负相关；黄淮烟区上部烟叶感官评吸总分与总糖呈极显著正相关，与烟碱呈显著正相关；东南烟区Ⅱ上部烟叶感官评吸总分与烟碱呈极显著负相关；进口烟叶Ⅱ上部烟叶感官评吸总分与总糖呈极显著正相关，与氮碱比呈显著正相关。逐步回归分析说明，影响上部烟叶感官质量的主要的化学成分是总氮、总糖和烟碱，其中烟碱在不同产地对感官评吸总分的影响不一致。

表5 感官评吸总分（T）与主要化学成分的线性回归方程Tab.5 Linear regression equation of sensory evaluation total score(T) and main chemical components

2.4 通径分析

2.4.1 感官评吸总分与烟叶化学成分关系的间接通径系数计算

由表6可知，对于黄淮烟区上部烟叶样品，总糖（X1）与烟碱（X2）的相关系为：r12= r21=-0.651。逐步回归通径系数（直接作用）分别为：p1y= 1.056，p2y= 0.496。

可以计算出：

与表7的（r1y= 0.734和r2y= -0.192）输出结果一致。由公式（2）可以计算出X2（烟碱）对于X1（总糖）的间接通径系数，具体如下：

计算出X1（总糖）对于X2（烟碱）的间接通径系数为-0.687。

同理，对于进口烟叶Ⅱ上部烟叶样品，总糖（X1）与氮碱比（X2）的相关系为：r12= r21= -0.588，通径系数（直接作用）分别为：p1y= 1.043，p2y= 0.574。可以计算出，r1y和r2y的结果与表7的（r1y= 0.706和r2y= -0.039）输出结果一致。计算出X2（氮碱比）对于X1（总糖）的间接通径系数为-0.338，X1（总糖）对于X2（氮碱比）的间接通径系数为-0.613。

2.4.2 感官评吸总分与烟叶化学成分关系的决策系数计算

决策系数是通径分析中的决策指标，用它可把自变量对响应变量的综合作用进行排序，确定主要决策变量和限制变量[22]。其计算公式：女式中：R2(i)为自变量i的决策系数；Pi为自变量的直接通径系数；riy为自变量i与响应变量y的相关系数。R2(i)＞0，表明自变量对于响应变量起增进作用，R2(i)＜0，表明自变量对于响应变量起抑制作用。计算结果见表7。

表6 部分指标简单相关系数Tab.6 Simple correlation coefficient for some indicators

表7 感官质量与化学成分的简单相关系数Tab.7 Simple correlation coefficient between sensory quality and chemical composition

由表7可知，对于黄淮烟区上部烟叶，化学成分对感官评吸总分的直接作用大小排序为：总糖＞烟碱，其中总糖对感官评吸总分为直接正作用，烟碱对感官评吸总分为直接负作用；对于进口烟叶Ⅱ上部烟叶，化学成分对感官评吸总分的直接作用大小排序为：总糖＞氮碱比，其中总糖对感官评吸总分为直接正作用，氮碱比对感官评吸总分为直接负作用；这与简单相关分析的结果一致。结合表5可知，对于东南烟区Ⅰ、东南烟区Ⅲ、进口烟叶Ⅰ上部烟叶，总氮对感官评吸总分的影响大于其它化学成分；对于东南烟区Ⅱ上部烟叶，烟碱对感官评吸总分的影响大于其它化学成分。综上分析说明，在上部烟叶主要化学成分中，影响上部烟叶感官质量的最主要的化学成分是总氮、总糖和烟碱；不同产地影响上部烟叶感官质量的最主要的化学成分不同。

2.5 国内外主产烟区上部烟叶主要化学成分分析

国内外主产烟区上部烟叶主要化学成分烟碱、总糖、总氮含量情况见表8。由表8可知，东南烟区和长江中上游烟区上部烟叶烟碱含量比非洲、南美洲上部烟叶分别高出10.9%、20.6%和14.6%、24.7%，西南烟区、黄淮烟叶上部烟叶烟碱含量与国外上部烟叶较为接近，北方烟区上部烟叶烟碱含量明显较低。西南烟区和长江中上游烟区上部烟叶总糖含量比非洲、南美洲上部烟叶分别高出19.5%、31.6%和13.7%、25.2%，东南烟区和黄淮烟区与国外上部烟叶较为接近，北方烟区总糖含量明显较高；西南烟区、东南烟区、黄淮烟区、长江中上游烟区总氮含量高出非洲上部烟叶分别为32.3%、30.2%、29.7%、24.5%，高出南美洲上部烟叶分别为9.0%、7.3%、6.9%、2.6%，北方烟区总氮含量明显较低。综上分析表明，除北方烟区外，国内上部烟叶总氮含量高于国外上部烟叶，总糖、烟碱含量接近于或者高于国外上部烟叶。

表8 国内外主产烟区上部烟叶主要化学成分Tab.8 Main chemical constituents of upper leaves of tobacco from main producing areas at home and abroad

3 结论与讨论

1）简单相关分析结果表明，6个不同产地上部烟叶中，总糖、糖碱比均与感官评吸总分呈显著或极显著正相关，有5个产地上部烟叶的还原糖与感官评吸总分呈显著或极显著正相关，有4个产地上部烟叶的总氮与感官评吸总分存在显著或极显著负相关，有3个产地上部烟叶的烟碱与感官评吸总分存在极显著负相关，综上分析说明，总糖、还原糖、总氮、烟碱是影响上部烟叶感官质量的主要化学成分。

2）逐步线性回归和通径分析结果表明，6个不同产地上部烟叶中，有3个产地（东南烟区Ⅰ、东南烟区Ⅲ、进口烟叶Ⅰ）烟叶总氮含量与感官评吸总分呈极显著负相关，有2个产地（黄淮烟区、进口烟叶Ⅱ）烟叶总糖含量与感官评吸总分呈极显著正相关，有1个产地（东南烟区Ⅱ）烟叶烟碱含量与感官评吸总分呈显著负相关，综上分析说明，在上部烟叶主要化学成分中，影响上部烟叶感官质量的最主要的化学成分是总氮、总糖和烟碱。

3）国内外主产烟区上部烟叶主要化学成分分析结果表明，国内西南烟区、东南烟区、黄淮烟区、长江中上游烟区上部烟叶总氮含量均高于国外上部烟叶，总糖、烟碱含量接近于或者高于国外上部烟叶。

感官质量评吸本身具有的主观性，打分时主要衡量同一组样品内样品之间的差异和趋势，所有样品的感官质量评价无法在同一时间全部完成，只能分批次进行评价，不同批次间感官质量评价的打分尺度会有一定的波动，为避免对分析结果产生影响，本文按产地批次进行单独分析。对于小样本，简单相关分析存在一定的局限，容易出现与一般认识不符的结果，本文简单相关分析出现了感官评吸总分与钾含量呈显著负相关的结果，也有研究出现过劲头与烟碱含量呈显著负相关的结果[21]，因此，将简单相关分析、逐步回归分析、通径分析结合起来，使结果相对更加可靠。

综合各项分析结果表明，提高上部烟叶感官质量主要在于降低总氮、烟碱含量，提高糖含量，这与部分文献结果基本一致[24-28]。国内多数文献认为烟碱含量过高是上部叶可用性较差的主要原因之一[11-14,29-30]，通过降低烟碱含量提高上部烟叶品质做了许多研究工作[13,15-18]，但上部烟叶可用性较低的问题仍然存在。在一定含量范围内，总氮含量超过2.5%、烟碱含量超过3%时香气量分值基本不再增加[31]；目前国内多数主要产区上部烟叶总氮和烟碱含量均较高，总体上高于国外优质上部烟叶，且总氮含量的调控空间较大。同时有研究认为，总氮过高对感官质量的负影响大于烟碱含量过高[21][26-27]。总氮主要为烟碱氮、蛋白氮以及其它氮[9][32]，当烟碱含量大于2%左右时，烟碱与总氮呈正相关关系[33]，因而，控制总氮含量在一定程度上也能够控制烟碱含量。研究表明，在烤烟生产上，较高的氮肥水平是烟叶烟碱和总氮含量较高的主要原因[34-35]，而打顶对烟碱积累所起的促进作用最大[13][36]，打顶过低、留叶数过少也是烟碱含量过高的主要原因[37]，由此说明，对总氮和烟碱含量的调控侧重方法有所不同。因此，要提高上部烟叶感官质量，控制总氮含量比单纯控制烟碱含量更重要。

适当提高糖含量也是提高上部烟叶感官质量的重要途径。生产技术措施能同时调控总氮、烟碱和糖含量。碳氮代谢是烟叶品质形成的核心过程之一，与烟叶品质密切相关[38-39]。研究表明，在烤烟生产上，通过施肥等调节措施能够使烟叶成熟时碳氮代谢适时协调过渡，体现为总氮含量适时适量减少以及糖类物质适时适量的积累，进而提高烟叶品质[40]。同时，总氮、总糖、烟碱含量之间的联系十分密切，对于上部烟叶而言，总氮和烟碱与总糖含量呈负相关，总氮与烟碱含量呈正相关[33]。因此，在生产上，在控制总氮的同时可以适当降低烟碱和提升糖含量。研究发现，与巴西、美国和津巴布韦等国的优质烟叶相比，我国烤烟含糖量明显偏高[19]，本文分析也表明国内主要产区上部烟叶总糖含量接近或者明显高于国外优质上部烟叶，说明我国烤烟糖含量提升的空间相对较小。

本文分析认为，要提高上部烟叶感官质量，在生产上应着重控制烟叶总氮含量，协同控制烟碱含量和提高总糖含量。由于氮肥增施，至烟叶成熟时土壤中氮肥不枯竭，导致上部叶烟碱含量高，含氮化合物增加，杂气较重，烟叶可用性变差[41]。根据不同的土壤特性对氮素施肥进行优化，促进烟株早生快发并促使烟叶成熟时碳氮代谢适时协调过渡，减少生长后期烟株对氮素的吸收[40,42]；适当增加移栽密度和留叶数，以及提高烟叶成熟度[43-46]，如河南高成熟度上六片烟叶成效很大[47]。这些途径或措施均能降低烟叶总氮和烟碱含量，使烟叶化学成分更加协调，糖类化合物和含氮化合物之间达到酸碱平衡，从而提高上部烟叶感官质量。