蔡長(zhǎng)春，李進(jìn)平，李錫宏，程 玲，饒雄飛，馮 吉

烤煙化學(xué)成分與焦油的相關(guān)性分析

蔡長(zhǎng)春，李進(jìn)平，李錫宏，程 玲，饒雄飛，馮 吉*

（湖北省煙草科學(xué)研究院，湖北 武漢 430030）

以來源于3個(gè)省份的56份烤煙品種 （系）為研究材料，測(cè)定了中部葉焦油和6種常規(guī)化學(xué)成分含量，并由此計(jì)算出氮堿比、糖堿比和鉀氯比等3個(gè)相關(guān)性狀，采用相關(guān)分析、通徑分析和逐步回歸分析等方法初步探討了9種煙葉化學(xué)成分與焦油的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，鉀和氮堿比均與焦油呈極顯著負(fù)相關(guān)，氯與焦油呈顯著正相關(guān)，其他化學(xué)成分與焦油相關(guān)性不顯著。各化學(xué)成分對(duì)焦油的直接作用排序?yàn)椋衡?＞氮堿比 ＞總氮＞總糖＞煙堿＞還原糖＞氯 ＞鉀氯比＞糖堿比。鉀和氮堿比對(duì)焦油的影響主要取決于直接作用，煙堿對(duì)焦油的影響主要取決于間接作用，總氮和總糖對(duì)焦油的直接和間接影響相當(dāng)。此外，其他化學(xué)成分對(duì)焦油也存在一定程度的影響。最后，本研究建立了化學(xué)成分與焦油的多元逐步回歸方程。

烤煙；化學(xué)成分；焦油；相關(guān)性分析

隨著 《煙草控制框架公約》對(duì)煙草制品的嚴(yán)格限制，卷煙的 “減害降焦”已成為煙草行業(yè)科技創(chuàng)新的主攻方向之一［1］。煙葉原料是卷煙質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，是焦油釋放量的決定性因素之一。焦油的產(chǎn)生與煙葉本身的理化品質(zhì)特性密切相關(guān)，尤其是化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性影響更甚。鑒于此，國(guó)內(nèi)外眾多研究人員開展了大量探索煙草化學(xué)成分與焦油釋放量之間的相關(guān)性研究，除少數(shù)研究結(jié)果略有差異外［2-5］，大部分的研究結(jié)果均一致顯示［6-22］，煙葉常規(guī)化學(xué)成中，煙堿、總氮、總糖和氯均與焦油釋放量存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，鉀、還原糖等其他化學(xué)成分則與焦油釋放量存在顯著或極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。但這些研究大多要么采用的品種單一，要么樣品的來源地域狹窄，且分析方法上多采用簡(jiǎn)單的相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析。本研究采集了來自湖北、安徽和陜西3省煙葉產(chǎn)區(qū)的13個(gè)烤煙品種 （系）作為研究材料，遺傳背景和生態(tài)多樣性較為豐富。分析方法既有簡(jiǎn)單的相關(guān)分析，又有通徑和逐步回歸分析，以期為探究煙葉化學(xué)成分對(duì)焦油釋放量的影響提供較為科學(xué)、客觀的分析結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2013年從湖北、安徽和陜西收集到13個(gè)烤煙品種 （系）總共56份材料的C3F等級(jí)初烤煙葉，采集到的煙葉原料統(tǒng)一加工，統(tǒng)一編碼，單一原料卷制，不加香加料。

1.2 焦油和化學(xué)成分測(cè)定

焦油量 （y）的測(cè)定按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 29-1996的方法及參考文獻(xiàn) ［23］進(jìn)行，單位為mg· g-1。采用YC/T 173-2003法測(cè)定鉀含量 （x1）；采用YC/T 160-2002法測(cè)定煙堿含量 （x2）；采用YC/T 161-2002法測(cè)定總氮含量 （x3）；采用YC/T 159-2002規(guī)定的方法測(cè)定還原糖 （x4）和總糖 （x5）含量；采用YC/T 162-2002的方法測(cè)定氯含量 （x6）；各檢測(cè)結(jié)果均換算成百分率，并由此計(jì)算出氮堿比 （x7）、糖堿比 （x8） 和鉀氯比（x9）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 19.0進(jìn)行所有數(shù)據(jù)分析，相關(guān)性判別指標(biāo)：相關(guān)系數(shù) ｜r｜≥0.8，高度相關(guān)；0.5≤｜r｜＜0.8，中等相關(guān)；0.3＜｜r｜＜0.5，弱相關(guān)［24］。

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性統(tǒng)計(jì)分析

烤煙9個(gè)常規(guī)化學(xué)成分與焦油釋放量的基本統(tǒng)計(jì)特征值見表1。一般認(rèn)為，變異系數(shù)＜10%為弱變異性，10%～100%為中等變異性，＞100%為強(qiáng)變異性［25］。 除氯含量接近強(qiáng)變異程度外，其他性狀均處于中等變異程度，說明它們受環(huán)境條件等外部因素的影響較大，即栽培措施或種植區(qū)域的分布調(diào)整可在一定程度上對(duì)它們進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

表1 烤煙化學(xué)成分和焦油的描述性統(tǒng)計(jì)分析

2.2 相關(guān)性分析

由表2可知，鉀、氮堿比均與焦油含量呈極顯著負(fù)相關(guān) （-0.79**和-0.48**），而氯與焦油呈含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān) （0.32*），煙堿和總糖與焦油含量正相關(guān)，而其他化學(xué)成分與焦油負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。從相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值來分析，鉀與焦油中等相關(guān)，氮堿比與氯與焦油弱相關(guān)，其他化學(xué)成分與焦油的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均在0.2以下。其中，鉀與焦油呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果與Long等［22］的研究結(jié)果較為一致。

表2 烤煙化學(xué)成分與焦油的相關(guān)分析

2.3 通徑分析

表2的結(jié)果主要體現(xiàn)了烤煙部分內(nèi)在化學(xué)成分與焦油之間的相關(guān)性，但無法較好地反映這些化學(xué)成分對(duì)焦油的直接或本質(zhì)效應(yīng)。鑒于此，需要通過通徑分析進(jìn)一步剖析相關(guān)系數(shù)，從而估算不同化學(xué)成分對(duì)焦油的直接和間接效應(yīng)，更好的闡釋它們與焦油相關(guān)的原因。

表3列出了各化學(xué)成分與焦油的通徑分析結(jié)果，它們對(duì)焦油的直接作用是不均等的，從大到小依次為：鉀＞氮堿比＞總氮 ＞總糖＞煙堿 ＞還原糖＞氯＞鉀氯比 ＞糖堿比，其中鉀、煙堿、總糖和氮堿比對(duì)焦油為直接的負(fù)作用，其他為正作用。

就間接作用而言，從效應(yīng)總和來分析，總氮對(duì)焦油的間接作用最大，其次依序?yàn)闊焿A、總糖、鉀、鉀氯比、氯、還原糖、糖堿比和氮堿比。其中，總氮、煙堿和總糖的間接作用明顯大于其他化學(xué)成分。從作用的途徑來看，鉀和煙堿主要通過總氮、總糖和鉀氯比主要通過氮堿比、其他化學(xué)成分主要通過鉀對(duì)焦油起間接作用。

綜上，鉀和氮堿比對(duì)焦油的影響主要為直接作用，煙堿對(duì)焦油的影響主要為間接作用，總氮和總糖對(duì)焦油的影響直接和間接作用相當(dāng)，而其他化學(xué)成分對(duì)焦油的影響不明顯。

2.4 回歸模型的建立

從表2和表3的結(jié)果來看，烤煙部分化學(xué)成分對(duì)焦油的影響存在交互作用。例如鉀會(huì)影響煙堿、總氮、總糖和糖堿比，進(jìn)而作用于焦油，煙堿對(duì)總氮、總糖、氯、氮堿比和糖堿比也存在較大的影響。顯然，部分化學(xué)成分之間存在共線性關(guān)系，會(huì)影響回歸模型的可靠性。鑒于此，本研究采用了逐步回歸的方法建立了 “最優(yōu)” 回歸模型，即包含了所有對(duì)焦油有顯著影響的化學(xué)成分變量，而剔除了無顯著影響的變量。采用DPS軟件獲得了烤煙化學(xué)成分與焦油的多元回歸方程：

y=34.055-4.054x1+0.202x4-0.207x5-5.252x7。

表3 烤煙化學(xué)成分與焦油的通徑分析

對(duì)上述回歸方程進(jìn)行方差分析表明，回歸方程達(dá)極顯著水平，殘差診斷的Durbin-Waston統(tǒng)計(jì)量DW=1.89，較接近2，表示殘差相互獨(dú)立。入選的4個(gè)化學(xué)成分 （鉀、還原糖、總糖和氮堿比）對(duì)焦油的決定系數(shù)R2=0.825 4，說明應(yīng)用當(dāng)前模型能解釋82.54%的焦油變化。由此可見，擬合的方程具有較高的參考價(jià)值。

3 討論

自從Long等［22］于1978年第一次公開報(bào)道烤煙鉀與焦油存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系之后，國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道均高度一致地證實(shí)了這個(gè)結(jié)論，本文的研究結(jié)果也是如此。這充分說明鉀與焦油之間的關(guān)系是真實(shí)且穩(wěn)定的。因此，鉀含量可作為篩選不同焦油含量烤煙品種的有效間接指標(biāo)之一，對(duì)促進(jìn) “農(nóng)業(yè)降焦” 技術(shù)突破有積極作用。國(guó)內(nèi)煙草育種家利用此原理，篩選出一批富鉀低焦油的烤煙新品系［26］和選育出代表烤煙品種中煙98［27］，在生產(chǎn)上得到大面積推廣種植。

但本研究中，氮堿比與焦油呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論只與鐘家威［8］的研究結(jié)果一致，而其他研究報(bào)道或者沒進(jìn)行相關(guān)性分析［2-5，7，9-10，12-17，19］，或者相關(guān)性不顯著［6］。氯與焦油呈顯著正相關(guān)的結(jié)論與文獻(xiàn)［9，15-16，19］一致，但與其他研究報(bào)道結(jié)論不同，甚至與文獻(xiàn)［6-7，13］結(jié)論相反。 這些與本研究結(jié)果相異的原因可能是不同研究材料或者同一材料在不同生態(tài)環(huán)境下的差異性導(dǎo)致，也有可能也與所采用的分析方法相關(guān)。

總而言之，烤煙煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量之間不盡一致的相關(guān)關(guān)系表明，前者對(duì)后者的影響是復(fù)雜和綜合的。在生產(chǎn)實(shí)踐中可以通過品種選擇和栽培調(diào)制等技術(shù)措施直接或間接調(diào)節(jié)化學(xué)成分進(jìn)而影響焦油釋放量，如提高煙葉鉀含量、降低氯和煙堿含量等均可間接實(shí)現(xiàn)焦油的降低。本研究分析中剩余通徑系數(shù)為0.301，說明還有其他因素影響焦油的釋放，需要在后續(xù)的研究中擴(kuò)大檢測(cè)指標(biāo)、樣品數(shù)量和采樣地域等以進(jìn)行深入挖掘?？傮w來看，本研究對(duì)于從煙葉原料入手探索 “農(nóng)業(yè)降焦” 的可行途徑提供了理論依據(jù)，為卷煙工業(yè)企業(yè)獲得優(yōu)質(zhì)、低害的安全原料給予了間接的判別手段，有利于促進(jìn)低害卷煙的開發(fā)和發(fā)展。

4 小結(jié)

綜合相關(guān)分析、通徑分析和回歸分析結(jié)果，烤煙煙葉中鉀、氮堿比和氯是影響焦油釋放量的3個(gè)主要化學(xué)成分。其中，鉀、氮堿比均與焦油呈極顯著負(fù)相關(guān)，氯顯著正向影響焦油，其他化學(xué)成分對(duì)焦油的影響不顯著。通徑分析揭示，鉀和氮堿比主要通過直接作用影響焦油，間接作用較小，而煙堿則主要間接影響焦油，總糖和總氮的直接和間接作用效應(yīng)相當(dāng)，其他化學(xué)成分影響較小。

本研究建立的回歸方程，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)達(dá)極顯著水平，充分表明篩選出的鉀、還原糖、總糖和氮堿比4個(gè)煙葉化學(xué)成分與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)一步理解烤煙化學(xué)成分與焦油之間關(guān)系及指導(dǎo)煙葉生產(chǎn)和原料篩選具有一定的參考價(jià)值。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

S 312

A

0528-9017（2014）12-0000-00

文獻(xiàn)著錄格式：蔡長(zhǎng)春，李進(jìn)平，李錫宏，等.烤煙化學(xué)成分與焦油的相關(guān)性分析 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（12）：0-0.

2014-09-12

湖北省煙草公司 “減害降焦”重大專題 （027Y2011-055）

蔡長(zhǎng)春 （1974-），男，博士，副研究員，主要從事煙草遺傳育種和分子生物學(xué)研究工作。E-mai1：ccchun2001@a1iyun.com。