矫海楠,欧亚非,胡林,杨振民,田书霞,蒋成勇,杜国荣,于涛

马里兰烟区位品质差异化及工业适用性研究

矫海楠1,欧亚非1,胡林1,杨振民1,田书霞1,蒋成勇1,杜国荣1,于涛2*

1. 上海烟草集团技术中心北京工作站, 北京 101121 2. 山东农业大学 植物保护学院, 山东 泰安 271018

为了明确马里兰烟叶不同区位的品质及适用性，本文以4个等级马里兰烟叶的近尖区位（T1）和中心区位（T2）作为研究对象，对比各等级近尖区位和中心区位烟叶在物理性状、感官质量和主要化学成分的差异，利用气相质谱联用仪（GC-MS）和电子鼻对其中2个等级近尖和中心区位烟叶进行检测分析，最后根据不同区位烟叶的品质差异进行工业适用性划分。结果表明：中心区位和近尖区位相比，中心区位的平衡含水率、总烟碱、钾含量较高，总糖含量较低，感官质量得分较高，香气风格更凸显；在致香成分方面，上部叶B1的中心区致香成分总量较近尖叶区高出8.86%，中部叶C1的中心区较近尖叶区高19.30%；不同区位烟叶的挥发性成分电子鼻数据经过PCA和LDA分析后，整体差异显著；因此，将叶片中心区位划为工业可用性好的“优势区”，近尖区位划为“适用区”。

马里兰烟; 区位品质; 差异; 适用性

烟叶原料是卷烟产品研发的基础，其品质特征决定着卷烟的香气风格和质量。同片烟叶中遗传因素和不同的生长环境会使不同区位烟叶质量有所差异，例如，近叶柄端烟叶由于烟梗占比高，烟片薄且内含物质少，其吸食质量和耐加工性比同片中其他区位烟叶差，无法进入配方使用[1]。明确同片烟叶中不同区位的品质差异，可使不同区位原料在配方中的作用更加精细化，根据不同的配方需求最大限度的发挥烟叶的质量特性。

近年来国内外学者对不同区位的烟叶质量研究主要集中在烤烟上[2-4]。已有的研究表明，烤烟中部烟叶中心区位的总糖含量较高，糖碱比较为适宜，感官质量好，具有较高的区位加工价值，工业可用性强[5-7]。马里兰烟具有组织结构疏松、焦油释放量低、钾含量高、填充性好、成本低等优点，是低焦油卷烟、混合型卷烟的重要原料之一[8]，但其不同区位的质量差异化研究鲜见报道。因此，剖析马里兰烟的区位品质特色，明确各区位的使用特征和使用方向，进行工业可用性划分，可以更加合理的指导打叶复烤方式和配方模块，使烟叶使用更加精细化，提升产品品质结构。

电子鼻相对于传统的检测仪器，具有前处理简单、自动化程度高、检测周期短等优点，其可以利用不同的传感器，对被测样品的整体挥发性成分进行分析、识别和检测，然后利用化学计量学的方法使不同被测样品间的差异性得到更直观的反映[9]。Yang Z等就利用电子鼻对富含香豆素的日本绿茶进行风味研究并评价其风味特点[10,11]；者为[12]等利用电子鼻实现了对烟用香精香料的质量判别，使得电子鼻成为烟用香精香料品控的重要手段。因此，在本实验中首先对不同区位马里兰烟叶在物理性状、主要化学成分和内在感官质量方面存在的差异进行对比分析；重点利用GC-MS和电子鼻分别对不同区位烟叶的致香成分和挥发性成分进行了检测，使得不同区位烟叶在品质方面的差异体现得更加全面。在上述分析的基础上，根据不同区位烟叶在品质方面的差异进行了工业可用性划分，可以更加有针对性的指导生产加工。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究于2015~2016年进行。烟叶取自湖北省宜昌市五峰县生产管理规范、长势一致的2015年度中上部晾后马里兰烟叶各4 kg，等级分别为C1、C2、B1、B2 (DB42/T250-2003《马里兰烟》)。

1.2 试验处理

本试验设置两个处理，分别为近尖区位（T1）和中心区位（T2），以4个等级为试验区组，验证各区组内处理的规律一致性，每片烟叶自叶柄端向上10 cm部分切除后，将剩余部分按长度均匀分切，各区组设置两组处理，各处理设三组重复。试验组4个等级样品区位及处理信息见表1。

表 1 烟叶处理方式

1.3 试验方法

1.3.1 化学成分测定主要化学成分采用近红外光谱法快速测定。

厚度测定：随机抽取3片含水率为12.0%±0.5%的烟叶，用电动厚度仪分别对测量每个处理3等分区域的厚度进行30次测量，样品厚度为30次的平均值。

填充值的测定：参照YC/T 152-2001《卷烟烟丝填充值的测定》进行。

1.3.3 致香成分检测试验对象：由于C2、B2等级烟叶较C1、B1级质量较差，故仅对等级质量较高的C1、B1等级各处理参照高宏建[13]的方法检测致香成分，以峰面积比表示各致香物质相对含量。

1.3.4 电子鼻检测参照冯莉[9]的方法进行检测。

1.3.5 感官质量评价由上海烟草集团技术中心北京工作站具备行业评吸资格的评吸员依据《YC/T 138-1998烟草及烟草制品感官评价方法》进行评价。

1.4 数据处理

对试验结果使用Excel 2010及SPSS 19.0进行处理；为了消除不同量纲对结果的影响，使用了最小最大归一化法对致香成分总量平均值进行数据处理；感官质量评价由于分制原因只对总分及各指标得分平均值进行分析；使用WinMuster软件对电子鼻数据进行PCA和LDA分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理烟叶主要物理性状

各处理烟叶主要物理特征见表2。从平衡含水率来看，除B1等级外，其他等级T2处理的平衡含水率均极显著高于T1处理，C1、C2、B1和B2等级T2处理较T1处理分别高出24.08%、19.58%、2.18%和5.25%；从厚度来看，各等级T1处理均极显著高于T2处理，C1、C2、B1和B2等级T1处理较T2处理分别高出30.53%、7.85%、6.80%、6.18%；从叶面密度来看，除C2等级外，两处理无显著性差异；从填充值来看，各等级T2处理的填充值均高于T1处理，但除C2等级两处理在0.05水平上有所差异外，其他等级两处理无显著性差异。

表 2 各处理烟叶主要物理性状

备注：大写字母表示不同处理间差异达到1%显著水平；小写字母不同表示处理间差异达到5%显著水平，下同。

Note: Different capital letters showed there were significant difference between treatments at 0.01 level; different small letters showed there were significance at 0.05 level. The same as follows.

2.2 不同处理烟叶主要化学成分含量

各处理烟叶主要化学成分含量见表3。主要化学成分中，各等级T2处理的总烟碱均显著或极显著高于T1处理，C1、C2、B1和B2等级T2处理较T1处理分别高出31.51%、3.34%、3.00%和13.63%；除C2等级外，其他等级T2处理的钾含量均显著或极显著高于T1处理，C1、C2、B1和B2等级T2处理较T1处理分别高出25.32%、6.93%、6.27%和5.25%；除C1等级外，其他等级T1处理的总氮和氯含量无显著差异；除B1等级两处理的总糖含量无显著差异外，其他等级T1处理均显著或极显著高于T2处理，其中C1和C2等级T1处理总糖含量较T2处理分别高出59.38%和30.25%；两处理在挥发碱含量上无显著差异。整体来看，T2处理的总烟碱和钾含量整体高于T1处理，T1处理的总糖含量和钾氯比整体高于T2处理，两处理总氮、挥发碱和氯含量整体差异不大。

表 3 各处理主要化学成分

2.3 不同处理烟叶感官质量评价

各处理烟叶主要感官质量评价见表4。通过感官质量评价可知，C1等级和B1等级整体得分较高，且各等级中T2处理烟叶的感官质量得分均高于T1处理。从各项指标来看，T2处理的香气质和香气量均要明显优于T1处理，且杂气、刺激性和余味得分均高于或等于T1处理，感官质量总得分也表明T2处理整体质量好于T1处理，C1、C2、B1和B2等级T2处理感官质量总分较T1处理分别高出1.51分、1.42分、0.14分和0.56分。

表 4 各处理感官质量评价

备注：浓劲协调性、各处理浓度及灰色得分均分别为10分，8分和7分，表中不再列出。

Note: The scores of consistency, concentration and grey were 10, 8 and 7 respectively, which were not listed in the table.

2.4 不同处理烟叶致香成分含量

由表5可知，致香成分归一化总量由高到低的顺序为B1T2>B1T1>C1T2>C1T1，上部叶致香成分归一化总量整体高于中部叶，上部叶B1等级T2处理的致香成分总量较T1处理高出8.86%，中部叶C1等级的T2处理较T1处理高19.30%。从以峰面积比表示的各项致香成分相对含量来看，2-庚酮、乙酸、正辛醇、N-甲基吡咯烷酮、糠醇、2-吡咯烷酮、甲基环戊烯醇酮、棕榈酸在T2处理中的含量均高于T1处理，而2-甲基呋喃、苯甲醛、-丁内酯、-大马酮、棕榈酸甲酯在T2处理中的含量均低于T1处理。

表 5 各处理致香成分总量及以峰面积比表示的各致香成分相对含量

备注：部分含量极高或极低的致香成分前体物如新植二烯、西柏三烯二醇等不再列出。

Note: Some very high or low levels of aromatic precursors such as neophytadiene and cypertrienediol were not listed.

2.5 不同处理烟丝挥发性物质的电子鼻指纹图谱

2.5.1 各处理烟丝挥发性物质电子鼻响应值的变化图1为各处理0~60 s 10个传感器对挥发性物质的响应强度变化。可以看出，电导率比值刚开始接近于1（与G0相近），随着挥发物质在传感器表面的富集，传感器的电导率出现明显变化，随着采样时间的延长在20 s后基本趋于平缓稳定，逐渐趋于下降状态。

图 1 10个传感器对各处理挥发性物质的典型响应曲线

2.5.2 主成分分析法（PCA）分析各处理烟丝挥发性物质指纹图谱经过主成分分析（Principle Component Analysis, PCA）可知，2个主成分贡献率分别是90.09%（PC1）和9.01%（PC2），其总贡献率为99.10%，总贡献率较高，能够较好地呈现样品特征。从两个主轴上看，第一主成分贡献率（PC1）占总贡献率比例较大，第二主成分（PC2）占比较略小，呈现较好的单向趋势。4个处理样品区分度较好，其中C1等级的T1和T2处理横轴间距较大，在第一主成分上呈显著性差异，B1等级的两处理差异显著，但差异显著性较C1等级略差，T1和T2处理挥发性成分整体信息差异较显著。

图 2 不同处理挥发性物质的PCA分析

图 3 不同处理挥发性物质的LDA分析

2.5.3 线性判别法（LDA）分析各处理烟丝挥发性物质指纹图谱从图3可见，在线性判别分析（Linear Discriminant Analysis, LDA）中，线性判别函数LD1和LD2的贡献率分别是84.71%和9.28%，总贡献率为93.99%，总贡献率较高。四个处理通过LDA分析其挥发性成分整体信息差异显著，B1等级和C1等级的两处理均在横轴上间距略小，在纵轴上间距较大，两处理在第二主成分上差异更为显著。

3 讨 论

各区组中心区位烟叶的平衡含水率、填充值均高于近尖区位，厚度小于近尖区位，这与大量烤烟的研究结果相似[6,14]，说明马里兰烟中心区位的物理性状更有利于晾晒烟多工序加工过程，使造碎减少。各区组近尖区位烟叶的总糖含量和钾氯比高于中心区位烟叶，总烟碱和总氮低于中心区位烟叶，这与烤烟已有的研究结果有所差异[1-4,6,14]，这可能是由于马里兰烟的品种特性和调制方式决定的，烟碱含量略高的中心区位烟叶较近尖区位更能彰显混合型卷烟的风格，使马里兰烟在配方中作用更显著。此外，电子鼻指纹图谱、致香成分含量和感官质量的结果共同表明，同片马里兰烟中心区位香气质量明显优于近尖区位。近尖区位和中心区位烟叶在指纹图谱上能够进行有效区分，且中心区位的致香成分总量和N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、甲基环戊烯醇酮等数量级较大的致香成分含量也高于近尖区位，这些致香成分或前体物含量的增高可能会对燃烧后的主流烟气提供正向作用；从感官质量评价上来看，中心区位烟叶得分更高，香气开朗度、爆发力和风格显著性均好于近尖区位，均与烤烟相关研究[4]相吻合，这为未来精细化加工和配方分组使用提供了依据。

因此，综合以上结果可以将整片马里兰烟叶划分为三个区位：一是耐加工性和工业可用性最好的“优势区”（即自叶柄端向上剔除10 cm后均匀分切烟叶的中心区位），这部分烟叶的耐加工性和工业可用性强，闻香显著，在配方模块中具有特征香气优势，可作为高端混合型卷烟或雪茄型卷烟配方模块的主料烟，提升卷烟香气丰富性；二是耐加工性和工业可用性适中的“适用区”（即自叶柄端向上剔除10 cm后均匀分切烟叶的近尖区位），这部分烟叶组织结构较为紧密，耐加工性适中，闻香略突出，可以提升烟气浓度和满足感，稍彰显烟香，但刺激性较大，口腔舒适性稍差，可作为中端混合型卷烟或雪茄型卷烟的主料或高端卷烟的辅料，优化配方模块，降低成本；三是耐加工性和可用性均较差的“无效区”（即自叶柄端向上的10 cm），这部分烟叶主要是烟梗，少量基部烟叶身份较薄，内含物质积累较少，无法进入正常的叶组配方，可经过加工后制作成混合型再造烟叶，作为卷烟填充料使用。

4 结 论

马里兰烟中心区位烟叶的物理加工性能、主要化学成分协调性、致香成分含量、感官质量均优于近尖区位，两区位烟叶电子鼻指纹图谱差异显著，中心区位烟叶的配方可用性更强。同一片马里兰烟叶的中心区位可划为工业可用性好的“优势区”，作为质量较好的主料烟原料，近尖区位可划为“适用区”，作为质量一般的半主料烟或辅料烟原料。

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Study on Location Quality Diversity and Industrial Suitability of Maryland Tobacco Leaves

JIAO Hai-nan1, OU Ya-fei1, HU Lin1, YANG Zhen-min1, TIAN Shu-xia1, JIANG Cheng-yong1, DU Guo-rong1, YU Tao2*

1.101121,2.271018,

In order to clarify the quality and utility of the different domains of Maryland tobacco leaves, four grades leaves of the top and middle position were selected to compare the tip (T1) and center (T2) domains in terms of physical characteristic, sensory quality and main chemical component. Then classification of industrial availability was conducted according to the quality variance between the two different domains detected and analyzed by GC-MS and electronic nose. As results showed, leaves of T2 domain have higher equilibrium moisture, nicotine, potassium, lower sugar, more sensory scores and more prominent aromatic style. T2 domain have higher aromatic component than T1 by 8.86% in the top leaves (B1), but lower by 9.30% in the middle leaves (C1). According to LDA and PCA, volatile component of the two different domains comprehensively showed significant variance. In sum, the leaves of center and tip was classified into ‘dominant domain’ and ‘available domain’ in industrial availability respectively.

Maryland tobacco leaves; location quality; diversity; suitability

TS41+1

A

1000-2324(2020)03-0426-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.007

2018-11-02

2019-02-09

上海烟草集团北京卷烟厂科技项目:“中南海”品牌烟叶原料挥发性成分指纹图谱构建及应用(TP2018-T2);中国烟草总公司山东省公司科技重大专项:提高上部烟叶工业可用性的关键技术研究(鲁烟科[2018]10号)

矫海楠(1989-),男,硕士,工程师,主要从事卷烟产品开发研究. E-mail:jhn_1989@126.com

Author for correspondence. E-mail:yutaosdnd@163.com