張 濤，段沅杏，陳進(jìn)雄，張 霞，許 永，楊 帥，馬 燕，王 嵐，孫桂芬，胡守毅

云南煙草科學(xué)研究院，煙草化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明市高新開發(fā)區(qū)科醫(yī)路41號(hào) 650106

煙葉原料是決定卷煙焦油釋放量的重要因素之一，焦油的產(chǎn)生與煙葉理化特性密切相關(guān)。近年來對(duì)烤煙煙葉物理、化學(xué)指標(biāo)與焦油釋放量的關(guān)系也進(jìn)行了相應(yīng)的研究［1-8］。但是存在以下問題：①研究煙草化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系大部分是以卷煙成品和復(fù)烤烤煙為主，對(duì)于初烤煙葉中化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系研究較少；②在大多數(shù)研究中，煙草化學(xué)指標(biāo)的選擇上主要以常規(guī)化學(xué)成分為主，沒有反映出煙草中有機(jī)酸、酚類等化合物與焦油釋放量的關(guān)系；③選取樣品的代表范圍小，有的樣品僅代表某個(gè)品種或某個(gè)部位，沒有綜合考慮不同因素存在情況下化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系特點(diǎn)。鑒于此，如果對(duì)不同品種、部位、土壤類型、烤房類型及綜合不同因素的樣品進(jìn)行相關(guān)分析，預(yù)期可說明綜合不同因素的樣品在煙草化學(xué)成分與焦油釋放量的相關(guān)性上具有一定的代表性。為此，以全國(guó)不同產(chǎn)地、品種、煙葉部位、土壤類型及烤制方式的初烤煙葉樣本為材料，采用簡(jiǎn)單相關(guān)分析、逐步回歸分析和通徑分析等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)綜合不同因素下初烤煙葉化學(xué)成分和焦油釋放量的關(guān)系進(jìn)行分析，旨在進(jìn)一步補(bǔ)充和探索初烤煙葉中大多數(shù)化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系，為提高煙葉安全性和減少吸煙危害提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

于2009年收集到全國(guó)47個(gè)產(chǎn)地，9個(gè)品種，上、中、下3個(gè)煙葉部位，普通土壤、紅壤2種土壤類型，密集烤房、普通烤房2種烘烤方式的182個(gè)初烤煙葉樣品。所收集的初烤煙葉原料統(tǒng)一加工，統(tǒng)一編碼，單一原料分別切絲并卷制成單料煙支，不加香加料。

1.2 焦油和初烤煙葉化學(xué)成分測(cè)定方法

選取25種初烤煙葉化學(xué)成分（總糖、還原糖、氯、鉀、總氮、煙堿、揮發(fā)堿、水分、蛋白質(zhì)、揮發(fā)酸、纖維素、綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、總多酚、草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、檸檬酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸）作為研究指標(biāo)。其依據(jù)是：①由于一部分煙草化學(xué)成分是生成煙氣成分的前體化合物（如碳水化合物、含氮化合物、有機(jī)酸、酚類等）［9］，其含量對(duì)煙氣焦油的釋放量影響較大，因此選取生成煙氣成分的前體化合物作為所要研究的煙草化學(xué)成分；②這25種成分的定量檢測(cè)分析方法是經(jīng)過云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的，其分析檢測(cè)結(jié)果可靠。

采用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定煙氣焦油量［10］；光度法測(cè)定煙堿［11］；返滴定法測(cè)定揮發(fā)堿［12］；烘箱法測(cè)定水分［13］；克達(dá)爾法測(cè)定蛋白質(zhì)［14］；高效液相色譜法測(cè)定多酚化合物（綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、總多酚）［15］；采用文獻(xiàn)［16］的方法測(cè)定揮發(fā)酸，文獻(xiàn)［17-18］的方法測(cè)定纖維素，文獻(xiàn)［19］的方法測(cè)定非揮發(fā)性有機(jī)酸（草酸、丙二酸、丁二酸、蘋果酸、檸檬酸、棕櫚酸、亞油酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸）。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

利用SPSS16.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、逐步回歸分析和通徑分析［20-21］。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本統(tǒng)計(jì)量分析

對(duì)初烤煙葉各化學(xué)成分和煙氣焦油釋放量進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。由表1可知，煙葉各化學(xué)成分和煙氣焦油存在廣泛的變異，化學(xué)成分中氯、莨菪亭的變異系數(shù)較大；蛋白質(zhì)、棕櫚酸、油酸、硬脂酸的變異系數(shù)較小。按照變異系數(shù)的劃分等級(jí)：變異系數(shù)<10%為弱變異性，變異系數(shù)為10%～100%為中等變異性，變異系數(shù)>100%為強(qiáng)變異性［22］，總體來看，大部分初烤煙葉化學(xué)成分與焦油均屬中等變異強(qiáng)度，說明大部分初烤煙葉化學(xué)成分與焦油具有一定程度的可調(diào)控性。

表1 初烤煙葉化學(xué)成分與煙氣焦油的基本統(tǒng)計(jì)

（續(xù)表1）

由峰度系數(shù)可以看出，除總糖、還原糖、鉀、煙堿、揮發(fā)堿、水分、蕓香苷的峰度系數(shù)為負(fù)外，其余指標(biāo)均為正數(shù)；其中氯、綠原酸、莨菪亭、丁二酸、蘋果酸、檸檬酸、亞油酸、油酸為尖峭峰；其余指標(biāo)為平闊峰，且纖維素、草酸更接近于正態(tài)峰。各指標(biāo)偏度系數(shù)均為正數(shù)，因此為正向偏態(tài)峰。由偏度系數(shù)可以看出，除總糖、還原糖、棕櫚酸的偏度系數(shù)<0外，其余各化學(xué)成分均>0，說明大部分化學(xué)成分存在正偏差。

2.2 相關(guān)性分析

通過對(duì)總?cè)后w（包含不同部位、不同品種、不同土壤及不同烤房）、上部煙葉群體、中部煙葉群體、下部煙葉群體、K326品種群體、紅大品種群體、普通土壤群體和普通烤房群體共8個(gè)群體樣品中各煙葉化學(xué)特性與煙氣焦油進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)分析，結(jié)果見表2。將表2中所有化學(xué)成分與煙氣焦油的相關(guān)系數(shù)，按照線性相關(guān)程度分3個(gè)等級(jí)，見表3。簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)|r|≥0.3為中度相關(guān)，0.15≤|r|＜0.3為弱相關(guān)，|r|＜0.15為不相關(guān)。對(duì)3組相關(guān)系數(shù)分別進(jìn)行r=0.3，r=0.15的總體假設(shè)t檢驗(yàn)，關(guān)于相關(guān)系數(shù)程度分類的總體假設(shè)t檢驗(yàn)結(jié)果（表3）顯示，4次總體假設(shè)t檢驗(yàn)結(jié)果都是P<0.05，說明劃分的3個(gè)相關(guān)程度等級(jí)是有效的。

由表2可知，在總?cè)后w（包含不同部位、不同品種、不同土壤及不同烤房）樣品中，與煙氣焦油具有顯著相關(guān)性的煙葉化學(xué)指標(biāo)，包含了上部煙葉、中部煙葉、下部煙葉、K326品種、紅大品種、普通土壤和普通烤房各自群體中與煙氣焦油具有顯著相關(guān)性的煙絲化學(xué)指標(biāo)。說明選用總?cè)后w樣品中焦油與煙絲化學(xué)指標(biāo)之間的顯著相關(guān)性可代表各群體樣品中焦油與煙絲化學(xué)指標(biāo)之間的顯著相關(guān)性情況?？?cè)后w樣品中，總糖、鉀、水分、纖維素、丁二酸、蘋果酸、棕櫚酸、油酸、亞麻酸、硬脂酸與煙氣焦油呈極顯著的負(fù)相關(guān)，總氮、煙堿、揮發(fā)堿、蛋白質(zhì)、蕓香苷、丙二酸與煙氣焦油呈極顯著的正相關(guān)，還原糖、氯、揮發(fā)酸、綠原酸、莨菪亭、總多酚、草酸、檸檬酸、亞油酸與煙氣焦油的相關(guān)不顯著。從相關(guān)系數(shù)的大小看，鉀、煙堿、揮發(fā)堿、丙二酸、亞麻酸與煙氣焦油是中等程度相關(guān)；總糖、總氮、水分、蛋白質(zhì)、纖維素、蕓香苷、丁二酸、蘋果酸、棕櫚酸、油酸、硬脂酸與煙氣焦油是弱相關(guān)；其中，煙堿與煙氣焦油的相關(guān)系數(shù)最大，其次是丙二酸。

表2 初烤煙葉化學(xué)成分與煙氣焦油的相關(guān)系數(shù)①

表3 關(guān)于相關(guān)系數(shù)程度分類的總體假設(shè)t檢驗(yàn)

2.3 回歸模型的建立

通過對(duì)總?cè)后w樣品中各煙葉化學(xué)特性與煙氣焦油量建立的逐步回歸方程為：

回歸方程的方差分析結(jié)果（表4）表明，回歸方程是極顯著的，各自變量的回歸系數(shù)均達(dá)到了顯著或極顯著水平（見表5）；該模型的決定系數(shù)R2為0.986，說明該模型可解釋總體方差的98.6%。由此可見，擬合的方程具有較大的參考價(jià)值。

表4 回歸方程的方差分析

表5 回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)①

2.4 通徑分析

通過對(duì)逐步回歸分析中篩選留下的6項(xiàng)煙葉化學(xué)成分（丙二酸、硬脂酸、煙堿、鉀、總糖、蘋果酸）與煙氣焦油進(jìn)行通徑分析，結(jié)果見表6。由表6可知，6項(xiàng)煙葉化學(xué)成分對(duì)煙氣焦油的直接作用是不均等的，按絕對(duì)值大小順序?yàn)椋罕?硬脂酸>總糖>煙堿>鉀>蘋果酸；其中，丙二酸、硬脂酸、總糖、煙堿對(duì)煙氣焦油為正直接作用，鉀、蘋果酸對(duì)煙氣焦油為負(fù)直接作用。

從間接作用的總和看，篩選后的各化學(xué)成分對(duì)焦油的間接作用也存在較大差異，硬脂酸對(duì)焦油的間接作用最大，隨后依次為總糖、丙二酸、蘋果酸、鉀、煙堿。其中，硬脂酸、總糖、丙二酸對(duì)焦油的間接作用較大，蘋果酸、鉀、煙堿對(duì)焦油的間接作用較?。粺焿A對(duì)焦油是正間接作用，其余指標(biāo)均為負(fù)間接作用。從間接作用的途徑看，硬脂酸主要通過煙堿、丙二酸對(duì)焦油量起間接作用，總糖主要通過丙二酸、蘋果酸對(duì)焦油量起間接作用，丙二酸主要通過總糖、煙堿、硬脂酸對(duì)焦油量起間接作用。

表6 逐步回歸篩選后的初烤煙葉化學(xué)成分與煙氣焦油的通徑分析

綜合各化學(xué)成分對(duì)焦油的直接作用和間接作用的分析結(jié)果，丙二酸、硬脂酸、總糖各自對(duì)焦油不但有很強(qiáng)的直接影響，而且還通過其他性狀對(duì)焦油產(chǎn)生很大的間接作用。煙堿、蘋果酸、鉀對(duì)焦油的影響主要取決于直接作用，但其直接作用強(qiáng)度弱于丙二酸、硬脂酸和總糖。

3 討論

根據(jù)綜合相關(guān)分析、逐步回歸分析及通徑分析結(jié)果，可總結(jié)出：總?cè)后w樣品中焦油與煙絲化學(xué)指標(biāo)之間的顯著相關(guān)性可代表各群體（不同部位、不同品種、不同土壤及不同烤房）樣品中焦油與煙絲化學(xué)指標(biāo)之間的顯著相關(guān)性情況。丙二酸、硬脂酸、總糖、煙堿、鉀、蘋果酸是影響焦油的6個(gè)主要化學(xué)成分指標(biāo)。降低初烤煙葉的硬脂酸、煙堿含量，提高鉀、蘋果酸含量，保持適當(dāng)?shù)谋?、總糖含量，有利于降低初烤煙葉煙氣中焦油的釋放量。

汪修奇等［1］以云煙87為材料，測(cè)定了3個(gè)等級(jí)（B2F，C3F和X2F）的焦油含量，并研究焦油與主要化學(xué)成分煙堿、總糖、鉀、總氮、氯和還原糖的關(guān)系。其研究結(jié)果與本研究在主要化學(xué)成分的關(guān)系上結(jié)果較為一致，表現(xiàn)為：煙堿、鉀對(duì)焦油的影響主要取決于直接作用，總糖與焦油的相關(guān)是由直接作用和間接作用共同影響的。但是，由于煙草中碳水化合物、含氮化合物、有機(jī)酸、酚類與煙氣成分也存在相關(guān)性［9］；因而，本研究從含氮化合物、多酚化合物、非揮發(fā)性有機(jī)酸的角度上進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)丙二酸、硬脂酸與焦油的相關(guān)是由直接作用和間接作用共同影響的，蘋果酸對(duì)焦油的影響主要取決于直接作用，為研究煙草化學(xué)成分與煙氣焦油的關(guān)系提供了參考。

煙葉化學(xué)成分種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受氣候、栽培、加工等多種因素影響，各種化學(xué)成分含量和相互間比例的變化較大。注重各化學(xué)成分含量和相互間比例的協(xié)調(diào)性，是增加煙葉工業(yè)可用性的關(guān)鍵［23］。本研究結(jié)果顯示，25種化學(xué)成分含量與焦油均屬中等變異強(qiáng)度，其中變異系數(shù)較大及適中的有氯、莨菪亭等大部分指標(biāo)；相比之下變異系數(shù)較小的有蛋白質(zhì)、棕櫚酸、油酸、硬脂酸，說明大部分初烤煙葉化學(xué)成分與焦油具有一定程度的可調(diào)控性。可以進(jìn)一步通過選擇特定的煙葉品種、栽培環(huán)境和烘烤方式來調(diào)節(jié)初烤煙葉的化學(xué)成分，從而降低初烤煙葉煙氣中的焦油釋放量。

對(duì)初烤煙葉中各化學(xué)成分和焦油通過逐步回歸分析建立多元回歸模型，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，回歸方程及回歸系數(shù)都達(dá)顯著或極顯著水平，表明篩選出的丙二酸、硬脂酸、總糖、煙堿、鉀、蘋果酸6個(gè)初烤煙葉化學(xué)成分與煙氣焦油之間存在著真實(shí)的多元回歸關(guān)系，且回歸模型的擬合度較好，對(duì)進(jìn)一步理解初烤煙葉化學(xué)成分與焦油的關(guān)系具有一定的參考價(jià)值。

文獻(xiàn)［9］中提到煙葉中糖含量與煙氣焦油量間有顯著相關(guān)性，含糖量低是晾曬煙焦油量低于烤煙的主要原因之一。而煙堿、蘋果酸是在高溫下影響煙氣化學(xué)成分變化的2種代表性化學(xué)成分［24］。鉀離子對(duì)煙葉燃燒性影響最大，外加各種鉀鹽均可明顯降低卷煙焦油量，但外加鉀鹽有一極限值，當(dāng)外加鉀鹽量大于該極限值時(shí)，反而會(huì)增加卷煙焦油釋放量［25］。本研究的通徑分析表明，丙二酸、硬脂酸、總糖與焦油的相關(guān)是由直接作用和間接作用共同影響的，但直接作用的影響要大于間接作用；煙堿、蘋果酸、鉀與焦油的相關(guān)主要是由兩者直接作用而形成的，間接作用影響不大。這說明初烤煙葉化學(xué)成分對(duì)焦油的影響是綜合作用的結(jié)果，在生產(chǎn)上應(yīng)采取多種技術(shù)措施改善初烤煙葉化學(xué)成分，降低焦油，提高其可用性。如適當(dāng)降低初烤煙葉硬脂酸、煙堿含量，提高其可用性；提高初烤煙葉鉀、蘋果酸含量，改善初烤煙葉燃燒性，這些變化都有利于降低初烤煙葉煙氣焦油的釋放量。

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