马一琼 刘 超 程良琨 王宝林 姚 倩 李 悦 崔 廷 郑文超 杨欣玲 刘茂林

(河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南 郑州 450000)

化学成分是烟叶质量形成的物质基础，决定了烟叶的质量表现和风格特色[1-2]。感官品质是直接体现烟叶使用价值和可用性的重要指标[3-4]。因此，化学成分和感官品质作为两类关键指标，常用来评价烟叶的内在质量和可用性。同一片烟叶由于空间位置的差异，在生长期接收的光照条件不同，叶面不同区域的品质特点会表现出较大的差异[5]。而目前烟叶原料的加工并未考虑单叶叶面的质量分布差异，多采用整片加工方式，不符合精细化加工要求，也不利于烟叶使用效率的提升[6-7]。为了弥补当前烟叶加工工艺的不足，基于叶面质量分布差异的烟叶分切研究成为当前的一个热点方向。而关于烟叶分切的研究多是基于单一化学指标——钾元素[8]、有机酸[9-10]、石油醚提取物等[11]，以单一化学指标代表烟叶的内在品质具有一定的局限性。

试验拟综合化学成分和感官品质两类指标，以平顶山C3F烟叶为试验材料，采取主成分和聚类分析法对烟叶进行分切研究，旨在探索化学成分和感官品质在叶面的分布规律，为河南浓香型烟叶的分切处理和加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器设备

烟叶：以河南典型浓香型烟叶为供试材料，选取2015年平顶山郏县C3F烟叶作为试验样品，品种为中烟100，河南中烟工业有限责任公司；

多功能粉碎机：ST-07B型，上海树立仪器仪表有限公司；

流动分析仪：SEAL AA3型，美国PE公司。

1.2 测定方法

1.2.1 分切方法 将所有样品的叶柄部切除7 cm后，其余部分平均分切为10段，自叶尖到叶基处分别编号为L1～L10(见图1)。分切后样品进行叶梗分离处理，用粉碎机粉碎，过筛保存备用。

图1 样品分切方法Figure 1 Tobacco leaf cutting method

1.2.2 常规化学成分测定

(1) 还原糖、总糖、烟碱、钾、氯等化学成分：采用连续流动分析仪法[12]。

(2) 总氮：采用过氧化氢—浓硫酸消化法[12]。

(3) 蛋白质：采用间接测定法[12]。

1.2.3 感官质量评价 将聚类分切的烟叶样品分别切丝混匀，手工制成卷烟，于(22±2) ℃、相对湿度为(60±2)%的恒温恒湿箱内平衡2 d。由河南中烟工业有限责任公司技术中心5名专业评吸人员参照YC /T 138—1998对卷烟烟叶样品进行感官质量评价，评价指标包括香气质、香气量、浓度、柔细度、余味、杂气、刺激性，计算平均值作为最终评价得分。

1.3 统计分析方法

采用Excel 2013软件对试验数据进行分析和整理，利用SPSS 26.0软件进行方差、相关性、主成分及聚类分析。其中聚类分析采用The Ward系统聚类法，聚类距离为欧几里得平方和距离。

2 结果与分析

2.1 不同区位间化学成分和感官指标的差异性

由表1可知，烟碱、蛋白质、氮碱比、香气质、香气量、浓度、余味、杂气在不同区位间呈显著差异(P<0.05)，其中烟碱含量在L1～L5区位显著大于L10，以L3区位最高；蛋白质含量在L1～L6区位显著小于L9～L10区位，以L10区位最高。氮碱比在L1～L5区位显著小于L6～L10区位，以L10区位最高；香气质在L1～L4区位显著大于L6～L10，以L2区位最高；香气量在L1～L3区位显著大于L5～L10，以L1区位最高；浓度在L1～L2区位显著大于L5～L10，以L1区位最高；余味在L1～L4区位显著大于L6～L10区位，以L2区位最高；杂气在L1～L4区位显著大于L6～L10区位，以L4区位最高。其他指标未达显著性差异水平，但在叶面的分布表现出一定的规律性，从叶尖部到叶基部，总氮含量总体呈上升趋势，还原糖含量和柔细度整体呈降低趋势。说明化学成分和感官指标在不同区位间呈差异性和规律性分布，与王建安等[13-14]的研究结果基本一致。烟叶物质和品质在叶面的分布差异是叶片自身结构和烘烤因素共同作用的结果，且叶面物质的分布差异与叶片失水性有关[13]。有学者[15]认为，叶面物质和品质的分布差异与物质流向相关。

表1 不同区位间化学成分和感官指标的差异性分析†Table 1 Variance analysis of conventional chemical component contents and sensory quality index of tobacco leaf in different sections

2.2 化学成分和感官指标间的相关性

由表2可知，仅少数指标间的相关性未达到显著水平，如总糖与香气量、浓度、余味、杂气间，烟碱与还原糖、总氮、蛋白质、柔细度间，刺激性与总糖、还原糖、总氮、蛋白质、香气质、香气量、余味、杂气间相关性不显著，大部分指标间的相关性均达到显著或极显著水平，说明烟叶化学成分和感官质量这些原始指标之间存在较多的共性，若直接使用原始指标的数据进行聚类分析评价，会造成信息的重叠，影响分析和聚类结果的客观性，因此对原始指标进行降维处理和主成分提取。

表2 烤烟化学成分和感官指标间的相关分析†Table 2 Correlation analysis of conventional chemical component and sensory quality index

2.3 烟叶化学成分和感官指标的主成分分析

2.3.1 主成分提取 由表3可知，提取特征值为1.0以上的前3个主成分，其累计贡献率达86.72%，可以作为烤烟化学成分和感官质量评价的主要指标。其中第1主成分贡献率为53.62%，与总糖、还原糖、氮碱比、香气质、香气量、浓度、柔细度、余味、杂气、刺激性有较大的正系数，与总氮、蛋白质、氮碱比有较大的负系数。研究[16-17]表明，烤烟感官质量和总糖、还原糖呈正相关，与烟碱、总氮呈极显著负相关。表明第1主成分反映的是感官质量的作用，归纳为感官因子。第2主成分贡献率为24.76%，与烟碱、总氮有较大的正系数，与总糖、糖碱比有较大的负系数。研究[18-19]表明，浓香型烟叶具有高烟碱、高氮、低糖的特性，浓香型彰显度与总植物碱和糖碱比呈正相关。因此第2主成分反映的是浓香型烟叶的风格特性，归纳为浓香因子。第3主成分贡献率为8.34%，与刺激性有较大的正系数，因此第3主成分反映了刺激性的作用，归纳为刺激性因子。

表3 主成分分析的特征向量和方差贡献率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of the principal component analysis

2.3.2 主成分得分的差异性 根据因子载荷值和特征值[20-22]计算主成分中不同指标的相关系数，得：

F1=0.213x1+0.257x2+0.140x3-0.284x4-0.319x5+0.079x6-0.322x7+0.331x8+0.318x9+0.276x10+0.292x11+0.306x12+0.318x13+0.100x14，

(1)

F2=-0.406x1-0.230x2+0.452x3+0.298x4+0.223x5-0.516x6-0.164x7+0.089x8+0.153x9+0.176x10-0.082x11+0.154x12+0.203x13+0.112x14，

(2)

F3=0.092x1-0.014x2+0.179x3-0.006x4-0.036x5-0.015x6-0.105x7-0.124x8-0.213x9-0.393x10+0.274x11-0.056x12-0.043x13+0.808x14，

(3)

F=-0.062x1+0.008x2+0.477x3+0.005x4-0.082x5-0.279x6-0.365x7+0.183x8+0.160x9+0.036x10+0.299x11+0.250x12+0.296x13+0.631x14，

(4)

式中：

x1～x14——分别为总糖、还原糖、烟碱、总氮、蛋白质、糖碱比、氮碱比、香气质、香气量、浓度、柔细度、余味、杂气、刺激性指标的标准化数值。

由表4可知，第1主成分和综合得分在叶面不同区位间呈极显著差异，其得分表现为区位L1～L4>区位L6～L8>区位L9～L10，且彼此间差异显著；综合得分表现为L1～L4区位间差异不显著，但显著高于其他区位，说明品质得分在叶面的分布也存在一定的连续性和规律性。

表4 不同叶面区位的主成分得分†

2.4 叶面不同区位的聚类分析

基于叶面不同区位的主成分综合得分，对叶面不同区位进行聚类分析，结果见图2。由图2可知，烟叶可分切为上、中、下3段，上段为区位L1～L5，中段为区位L6～L8，下段为区位L9～L10。

图2 基于主成分得分的分切区位聚类分析

由表5可知，样品综合得分表现为上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，且3段间差异显著，说明聚类分切可根据烟叶的品质差异进行精细化区分。

表5 基于聚类分切结果的烟叶综合得分†

3 结论

试验表明，化学成分含量和感官指标得分在不同区位间呈差异性和规律性分布，其中烟碱、蛋白质、氮碱比、香气质、香气量、浓度、余味、杂气等指标呈显著差异；通过主成分分析提取了3个主成分，其累计贡献率达86.72%，其中，第1主成分归纳为感官因子，第2主成分归纳为浓香因子，第3主成分归纳为刺激性因子；第1主成分得分在区位L1～L4、区位L6～L8、区位L9～L10呈逐渐下降趋势，且彼此间差异显著，综合得分在L1～L4区位间差异不显著，并显著高于其他区位；烟叶可分切为上、中、下3段，上段为区位L1～L5，中段为区位L6～L8，下段为区位L9～L10，且样品综合得分表现为上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，差异显著。烟叶聚类分切使烟叶不同区位的品质特征得到彰显，有效地提高了烟叶原料的整体利用效率，拓宽了其工业可用性，通过将分切后的原料应用于不同的模块配方，提高了配方设计的精细化程度，且烟叶分切后质量更优的段位可以用于更高一类的模块配方中，对于丰富上等烟原料，增强卷烟原料的保障能力具有重要意义。后续将对不同分切段位烟叶与模块配方的匹配使用进行深入研究。