闫铁军 马晓寒 庞哲 张豫丹 许自成 周红审 周平 刘文锋 邵惠芳

摘 要：为明确各烟区烟叶化学成分与感官舒适性的关系和规律性，利用相关分析、主成分分析和聚类分析对东北、东南、黄淮、西南和长江中上游5个产区170个烟样的化学成分与感官舒适性数据进行分析。结果表明，还原糖、总糖等与舒适性呈显著正相关关系，总植物碱和总氮与感官指标呈显著负相关关系，钾氯比与流畅、干净指标呈正相关关系。对其指标进行主成分分析，筛选出4个主成分因子，分别为感官因子、浓度因子、香气因子和刺激因子。通过各烟区烟叶的得分进行聚类分析，依据烟叶化学和感官舒适性将全国烟区划分为3部分：西南烟区和长江中下游烟区，东北烟区和黄淮烟区，东南烟区。各烟区在化学和感官指标上呈现差异性和相似性，并在全国存在一定分布规律，对我国烟区特征划分、提高各区烟叶内在品质具有较大意义。

关键词：烤烟;化学成分;感官舒适性;主成分分析;聚类分析

Abstract： The purpose of this study was to clarify the relationship between the chemical composition of tobacco leaves and sensory comfort in each tobacco area. Correlation analysis， principal component and cluster analysis were used to analyze the chemical composition and sensory comfort data of tobacco samples from 5 producing areas in Northeast， Southeast， Huanghuai， Southwest and the upper and middle reaches of the Yangtze River. The results showed that reducing sugars， total sugars were significantly positively correlated， total plant alkaloids and total nitrogen were significantly negatively correlated with sensory indicators， and potassium-chloride ratio was positively correlated with fluency and cleanliness indicators. Principal component analysis was performed on its indicators， and four principal component factors were screened out， namely sensory factor， concentration factor， aroma factor and stimulating factor. Then cluster analysis was performed by calculating the scores of each tobacco area， and the chemical and sensory indicators of the tobacco areas were divided into three parts： the southwest and the middle and lower reaches of the Yangtze River; the northeast and the Huanghuai area; the southeast tobacco area. The results show that each tobacco area presents differences and similarities in chemical and sensory indicators， and has a certain distribution pattern throughout the country， which is of great significance for the division of tobacco areas in the country and the improvement of the intrinsic quality of tobacco leaves in each area.

Keywords： flue cured tobacco; chemical composition; sensory comfort; principal component analysis; cluster analysis

隨着市场和消费者对卷烟制品需求的提高，感官舒适性成为重要的指标，同时也是判定工业企业产品质量的核心指标。烟叶的化学成分是其质量和风格的物质基础，而感官舒适性与化学成分之间存在着复杂的关系，两者作为不同类别的关键指标构成评价烟叶内在质量和可用性的标准[1]。目前关于烟叶化学成分与感官舒适性的关系有较多研究，常爱霞等[2]研究了烤烟主要化学成分与感官质量的相关性，发现两糖比和两糖差与感官质量关系较密切。杜坚等[3]研究了西南烟区烟叶化学品质与感官风格的关系，发现总糖、还原糖和总氮与烟叶特征香韵密切相关。徐泽桐等[4]对陕西省烟叶的研究表明，钾氯比、糖碱比、总植物碱对感官质量影响最大。类似的研究还有刘扣珠等[5]，许自成等[6]、林顺顺等[7]。

上述研究多是分析单一烟区化学成分与感官品质的关系，而从全国范围研究各烟区之间化学成分与感官舒适性关系的较少。

为了解全国烟区化学指标与感官舒适性的关系，本试验以东北、东南、黄淮、西南和长江中下游5个烟区烟叶为试验材料，采取方差分析、相关分析、主成分分析和聚类分析对烟叶主要化学指标与香气（透发、甜润、清晰），烟气（流畅、圆润、醇和），口感（干净、清爽、湿润）等感官舒适性进行分析，明确各烟区烤烟感官舒适性的主要化学指标的差异，旨在为探索全国烟叶化学成分和感官品质的关系以及划分全国各烟区特征提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采集2019年东北、东南、黄淮、西南、长江中上游5个烟区16个省份的代表性烟叶样品共计170份作为感官评吸样品，等级为C3F，由湖北中烟工业有限责任公司提供。其中东北烟叶样品16个（黑龙江8个，吉林4个，辽宁4个）;东南42个（福建16个，广东4个，湖南10个，江西12个）;黄淮40个（安徽4个，河南16个，山东12个，陕西8个）;西南36个（贵州15个，四川9个，云南12个）;长江中上游36个（湖北24个，陕西4个，四川4个，重庆4个）。

试验所用仪器：SEAL AA3连续流动分析仪（德国SEAL公司）、HWS-250恒温恒湿箱（上海精宏公司）、高效液相色谱仪（美国安捷伦公司）。所用试剂：去离子水，甲醇（色谱纯）、乙酸（分析纯）由上海罗恩试剂公司生产，绿原酸（纯度>98%）、莨菪亭（纯度>98%）、芸香苷（纯度>98%）由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产。

1.2 测定方法

1.2.1 烟叶化学成分检测 使用连续流动分析仪对烟叶样品中的总植物碱、总氮、总糖、还原糖、钾、氯进行分析[8]。绿原酸、莨菪亭、芸香苷等多酚化合物通过高效液相色谱仪进行测定[9]。

1.2.2 感官舒适性评价 由湖北中烟工业有限责任公司技术中心评吸员对卷制样品按产地分批进行感官质量评价，按照香气（透发、甜润、清晰），烟气（流畅、圆润、醇和），口感（干净、清爽、湿润）9项以5分制进行评价打分：按评吸质量分为4个档次：好（强）、较好（较强）、中等、差，分别评分为：5、4、3、≤2分。

单项平均得分按下式进行计算：

1.3 数据分析

利用Excel 2010和SPSS 21.0对数据进行分析处理。

2 结 果

2.1 各烟区感官舒适性与化学成分的差异性分析

如表1所示，在化学指标上，东北烟区的还原糖、总糖和绿原酸在各烟区中含量最高，总植物碱、总氮、钾和莨菪亭含量最低;东南烟区钾和莨菪亭含量最高，绿原酸和芸香苷含量最低;黄淮烟区氯含量最高，总糖含量最低;西南烟区总氮和芸香苷含量最高;长江中下游烟区总氮、植物碱含量最高，还原糖和氯含量最低。就感官舒适性来说，西南烟区透发、甜润、清晰、流畅、干净、清爽和总分最高，长江中下游烟区圆润、醇和以及湿润得分最高;黄淮烟区甜润、清晰、流畅、圆润、醇和、干净、清爽、湿润和总分最低，东北烟区透发得分最低。整体看，总氮、透发指标在全国自北向南和自东向西有增加趋势，钾有自北向南增加、自东向西降低的趋势，而绿原酸与钾含量变化相反，说明化学指标和感官舒适性在不同烟区呈差异性和规律性分布，其差异表现可能与各地环境和栽培条件有关。

2.2 烟叶化学成分与感官各指标的相关性分析

由表2可知，还原糖、总糖、糖碱比和两糖比与除透发之外其他感官指标均显著或极显著正相关，其中还原糖与甜润相关系数最大，总糖、糖碱比和两糖比与干净系数相关性最大;总植物碱和总氮与圆润、醇和、干净、清爽和湿润存在显著或极显著负相关关系，且总植物碱与干净系数的负相关最大，与总糖结果相反，说明总植物碱和总糖含量是影响感官干净的重要化学指标;氯与流畅显著负相关，钾氯比与流畅极显著正相关、与干净显著正相关，说明氯含量低的烟叶抽吸流畅性好，感官质量高，钾氯比高的抽吸余味更干净;莨菪亭和芸香苷分别与干净和透发显著负相关和显著正相关。说明化学成分与感官指标存在对应关系，而主成分和聚类分析能够细化此关系。

2.3 感官舒适性与烟叶主要化学成分的主成分分析

2.3.1 主成分提取 通過KMO和Bartlett检验发现，KMO值为0.875，大于0.6，则变量间存在相关性，能够进行主成分分析，同时Bartlett 球形度检验中p为0.000，小于0.001，说明进行主成分分析有意义。通过解释的总方差找出特征值大于1的4个主成分，其贡献率分别为38.401%、20.492%、9.743%和5.654%，累计贡献率达74.29%（表3）。其中第1主成分与干净、清爽、清晰、甜润、湿润、圆润、流畅、醇和、透发有较大正系数，与氯、总氮、莨菪亭和总植物碱有较大负系数，表明第1主成分反映的是感官舒适性的作用，归纳为感官因子。第2主成分与总植物碱、总氮和莨菪亭有较大正系数，与总糖和还原糖有较大负系数;大量研究表明高碱和高氮含量与浓香型烟叶有正相关关系，因此可将第2主成分定义为浓度因子。第3主成分与芸香苷和绿原酸有较大正系数，与钾和氯含量有较大负系数;由于多酚类物质对烟草的香气质和香气量有直接作用，因此将第3主成分定义为香气因子。第4主成分与氯有较大正系数，与钾有较大负系数，因此将第4主成分定义为刺激因子。

2.3.2 主成分得分差异性 根据因子载荷值和特征值计算主成分中不同指标的相关系数，得主成分得分，又根据权重得到综合评分F，分别如下：

式中χ1～χ18分别为总植物碱、还原糖、氯、总糖、总氮、钾、绿原酸、莨菪亭、芸香苷、透发、甜润、清晰、流畅、圆润、醇和、干净、清爽、湿润指标的标准化数值。

5个烟区4个主成分得分及总分都存在不同程度的差异（表4），第1主成分得分和总分都表现为西南、长江中下游和东南烟区高于东北和黄淮烟区，而西南、长江中下游和东南烟区总分差异不显著，说明在全国范围内各烟区品质存在规律。

2.4 不同烟区的聚类分析

基于各烟区的主成分综合得分进行聚类分析（图1），纵坐标1-5分别表代表：东北、东南、黄淮、西南和长江中下游烟区。通过平方欧式距离将不同烟区得分分为3部分：西南、长江中下游烟区;东北和黄淮烟区;东南烟区。通过聚类分析能对5个烟区的感官舒适性和化学成分进行一定程度的划分，且此结果与各烟区烟叶质量规律趋于一致。

3 討 论

烟叶的感官舒适性和化学成分能够直接反映烟叶质量的优劣[10]。本研究发现，西南烟区芸香苷含量最高，还原糖和总糖含量较高，感官舒适性总分也最高，可能与当地海拔较高、生育期前后温差较大、降雨量适宜、日照较少有关，这与罗登山等[11]发现西南烟区总糖、还原糖含量高的结果一致。本研究还发现，东南烟区钾和莨菪亭含量在诸烟区中最高，透发性较好，与王彦亭等[12]描述的东南烟区主要特征是钾含量以及钾氯比值相对较高，烟叶香气质较好，香气量较足的结论基本一致。同时本试验发现黄淮烟区氯含量高、总糖含量少和感官舒适性指标得分较低也与其研究得出的黄淮烟区钾含量低、氯含量相对较高，烟叶普遍呈浓香型，香气质和香气量一般好，普遍存在地方性杂气的结论相一致。同样长江中下游烟区烟碱高、还原糖少、氯含量低的结果与其研究的当地烟叶香气呈中间香型特征，钾氯比值较高的结论一致，其化学指标中烟碱含量高可能与当地干旱气候相关。沈利臣等[13]研究也表明了这一点。总体上各区化学成分和感官指标呈现一定的规律和差异性，风格特征有所不同。

从相关性分析可以得出，总植物碱与干净呈极显著负相关，总糖含量、糖碱比和两糖比与干净指标呈极显著正相关且相关系数最大，还原糖、糖碱比在影响烟叶香吃味和感官上起重要作用，也是反映内在品质的重要指标之一，而烟碱与感官品质中劲头关系较密切，同时本研究表明总氮与除透发之外的其他感官指标都呈负相关关系。这与王明锋[14]得出的结果基本一致。烟草作为喜钾植物，其钾含量的高低与卷烟的燃烧性和香吃味呈正比[15]。本研究发现，钾氯比与流畅、干净指标呈正相关关系，同样也印证了此类观点。

此外，本试验通过主成分分析对化学和感官指标进行划分，提取了4个主成分，分别定义为感官因子、浓度因子、香气因子和刺激因子，并依据综合得分进行聚类分析，将5个烟区分为三部分：西南和长江中下游烟区，东北和黄淮烟区，东南烟区，三部分彼此间差异显著。也说明西南和长江中下游烟区特征相似，感官质量较高，香气较舒适。东南烟区劲头浓度特点较明显，而东北和黄淮烟区烟叶特点较一致，在生态环境上都具有光照强，温差大的特点，这既符合各烟区特征，也与相关性和方差分析结果一致。

4 结 论

方差分析和相关分析结果表明，还原糖、总糖、糖碱比与干净、甜润、湿润等感官指标呈正相关，总植物碱、总氮与圆润、干净、湿润呈负相关关系。通过主成分分析划分为4个主成分，第1主成分与干净、清爽、清晰等有较大正系数，为感官因子;第2主成分与总植物碱、总氮等有较大正系数，为浓度因子;第3主成分与芸香苷、绿原酸等有较大正系数，为香气因子;第4主成分与氯元素等有较大正系数，为刺激因子。通过聚类分析将烟区分为3部分（西南和长江中下游，东北和黄淮，东南烟区），直观表现了5个烟区的品质特征，明确了各烟区内在感官风格和化学成分的分布和差异性，对各烟区发展特色烟叶、改善烟叶化学品质和舒适性有重要意义。

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