馬一瓊 劉 超 程良琨 王寶林 姚 倩 李 悅 崔 廷 鄭文超 楊欣玲 劉茂林

(河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

化學(xué)成分是煙葉質(zhì)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定了煙葉的質(zhì)量表現(xiàn)和風(fēng)格特色[1-2]。感官品質(zhì)是直接體現(xiàn)煙葉使用價(jià)值和可用性的重要指標(biāo)[3-4]。因此，化學(xué)成分和感官品質(zhì)作為兩類(lèi)關(guān)鍵指標(biāo)，常用來(lái)評(píng)價(jià)煙葉的內(nèi)在質(zhì)量和可用性。同一片煙葉由于空間位置的差異，在生長(zhǎng)期接收的光照條件不同，葉面不同區(qū)域的品質(zhì)特點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)出較大的差異[5]。而目前煙葉原料的加工并未考慮單葉葉面的質(zhì)量分布差異，多采用整片加工方式，不符合精細(xì)化加工要求，也不利于煙葉使用效率的提升[6-7]。為了彌補(bǔ)當(dāng)前煙葉加工工藝的不足，基于葉面質(zhì)量分布差異的煙葉分切研究成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)方向。而關(guān)于煙葉分切的研究多是基于單一化學(xué)指標(biāo)——鉀元素[8]、有機(jī)酸[9-10]、石油醚提取物等[11]，以單一化學(xué)指標(biāo)代表煙葉的內(nèi)在品質(zhì)具有一定的局限性。

試驗(yàn)擬綜合化學(xué)成分和感官品質(zhì)兩類(lèi)指標(biāo)，以平頂山C3F煙葉為試驗(yàn)材料，采取主成分和聚類(lèi)分析法對(duì)煙葉進(jìn)行分切研究，旨在探索化學(xué)成分和感官品質(zhì)在葉面的分布規(guī)律，為河南濃香型煙葉的分切處理和加工提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器設(shè)備

煙葉：以河南典型濃香型煙葉為供試材料，選取2015年平頂山郟縣C3F煙葉作為試驗(yàn)樣品，品種為中煙100，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

多功能粉碎機(jī)：ST-07B型，上海樹(shù)立儀器儀表有限公司；

流動(dòng)分析儀：SEAL AA3型，美國(guó)PE公司。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 分切方法 將所有樣品的葉柄部切除7 cm后，其余部分平均分切為10段，自葉尖到葉基處分別編號(hào)為L(zhǎng)1～L10(見(jiàn)圖1)。分切后樣品進(jìn)行葉梗分離處理，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩保存?zhèn)溆谩?/p>

圖1 樣品分切方法Figure 1 Tobacco leaf cutting method

1.2.2 常規(guī)化學(xué)成分測(cè)定

(1) 還原糖、總糖、煙堿、鉀、氯等化學(xué)成分：采用連續(xù)流動(dòng)分析儀法[12]。

(2) 總氮：采用過(guò)氧化氫—濃硫酸消化法[12]。

(3) 蛋白質(zhì)：采用間接測(cè)定法[12]。

1.2.3 感官質(zhì)量評(píng)價(jià) 將聚類(lèi)分切的煙葉樣品分別切絲混勻，手工制成卷煙，于(22±2) ℃、相對(duì)濕度為(60±2)%的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡2 d。由河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心5名專(zhuān)業(yè)評(píng)吸人員參照YC /T 138—1998對(duì)卷煙煙葉樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括香氣質(zhì)、香氣量、濃度、柔細(xì)度、余味、雜氣、刺激性，計(jì)算平均值作為最終評(píng)價(jià)得分。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2013軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行方差、相關(guān)性、主成分及聚類(lèi)分析。其中聚類(lèi)分析采用The Ward系統(tǒng)聚類(lèi)法，聚類(lèi)距離為歐幾里得平方和距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同區(qū)位間化學(xué)成分和感官指標(biāo)的差異性

由表1可知，煙堿、蛋白質(zhì)、氮堿比、香氣質(zhì)、香氣量、濃度、余味、雜氣在不同區(qū)位間呈顯著差異(P<0.05)，其中煙堿含量在L1～L5區(qū)位顯著大于L10，以L3區(qū)位最高；蛋白質(zhì)含量在L1～L6區(qū)位顯著小于L9～L10區(qū)位，以L10區(qū)位最高。氮堿比在L1～L5區(qū)位顯著小于L6～L10區(qū)位，以L10區(qū)位最高；香氣質(zhì)在L1～L4區(qū)位顯著大于L6～L10，以L2區(qū)位最高；香氣量在L1～L3區(qū)位顯著大于L5～L10，以L1區(qū)位最高；濃度在L1～L2區(qū)位顯著大于L5～L10，以L1區(qū)位最高；余味在L1～L4區(qū)位顯著大于L6～L10區(qū)位，以L2區(qū)位最高；雜氣在L1～L4區(qū)位顯著大于L6～L10區(qū)位，以L4區(qū)位最高。其他指標(biāo)未達(dá)顯著性差異水平，但在葉面的分布表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，從葉尖部到葉基部，總氮含量總體呈上升趨勢(shì)，還原糖含量和柔細(xì)度整體呈降低趨勢(shì)。說(shuō)明化學(xué)成分和感官指標(biāo)在不同區(qū)位間呈差異性和規(guī)律性分布，與王建安等[13-14]的研究結(jié)果基本一致。煙葉物質(zhì)和品質(zhì)在葉面的分布差異是葉片自身結(jié)構(gòu)和烘烤因素共同作用的結(jié)果，且葉面物質(zhì)的分布差異與葉片失水性有關(guān)[13]。有學(xué)者[15]認(rèn)為，葉面物質(zhì)和品質(zhì)的分布差異與物質(zhì)流向相關(guān)。

表1 不同區(qū)位間化學(xué)成分和感官指標(biāo)的差異性分析?Table 1 Variance analysis of conventional chemical component contents and sensory quality index of tobacco leaf in different sections

2.2 化學(xué)成分和感官指標(biāo)間的相關(guān)性

由表2可知，僅少數(shù)指標(biāo)間的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平，如總糖與香氣量、濃度、余味、雜氣間，煙堿與還原糖、總氮、蛋白質(zhì)、柔細(xì)度間，刺激性與總糖、還原糖、總氮、蛋白質(zhì)、香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣間相關(guān)性不顯著，大部分指標(biāo)間的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平，說(shuō)明煙葉化學(xué)成分和感官質(zhì)量這些原始指標(biāo)之間存在較多的共性，若直接使用原始指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析評(píng)價(jià)，會(huì)造成信息的重疊，影響分析和聚類(lèi)結(jié)果的客觀性，因此對(duì)原始指標(biāo)進(jìn)行降維處理和主成分提取。

表2 烤煙化學(xué)成分和感官指標(biāo)間的相關(guān)分析?Table 2 Correlation analysis of conventional chemical component and sensory quality index

2.3 煙葉化學(xué)成分和感官指標(biāo)的主成分分析

2.3.1 主成分提取 由表3可知，提取特征值為1.0以上的前3個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.72%，可以作為烤煙化學(xué)成分和感官質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。其中第1主成分貢獻(xiàn)率為53.62%，與總糖、還原糖、氮堿比、香氣質(zhì)、香氣量、濃度、柔細(xì)度、余味、雜氣、刺激性有較大的正系數(shù)，與總氮、蛋白質(zhì)、氮堿比有較大的負(fù)系數(shù)。研究[16-17]表明，烤煙感官質(zhì)量和總糖、還原糖呈正相關(guān)，與煙堿、總氮呈極顯著負(fù)相關(guān)。表明第1主成分反映的是感官質(zhì)量的作用，歸納為感官因子。第2主成分貢獻(xiàn)率為24.76%，與煙堿、總氮有較大的正系數(shù)，與總糖、糖堿比有較大的負(fù)系數(shù)。研究[18-19]表明，濃香型煙葉具有高煙堿、高氮、低糖的特性，濃香型彰顯度與總植物堿和糖堿比呈正相關(guān)。因此第2主成分反映的是濃香型煙葉的風(fēng)格特性，歸納為濃香因子。第3主成分貢獻(xiàn)率為8.34%，與刺激性有較大的正系數(shù)，因此第3主成分反映了刺激性的作用，歸納為刺激性因子。

表3 主成分分析的特征向量和方差貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of the principal component analysis

2.3.2 主成分得分的差異性 根據(jù)因子載荷值和特征值[20-22]計(jì)算主成分中不同指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，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——分別為總糖、還原糖、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、糖堿比、氮堿比、香氣質(zhì)、香氣量、濃度、柔細(xì)度、余味、雜氣、刺激性指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。

由表4可知，第1主成分和綜合得分在葉面不同區(qū)位間呈極顯著差異，其得分表現(xiàn)為區(qū)位L1～L4>區(qū)位L6～L8>區(qū)位L9～L10，且彼此間差異顯著；綜合得分表現(xiàn)為L(zhǎng)1～L4區(qū)位間差異不顯著，但顯著高于其他區(qū)位，說(shuō)明品質(zhì)得分在葉面的分布也存在一定的連續(xù)性和規(guī)律性。

表4 不同葉面區(qū)位的主成分得分?

2.4 葉面不同區(qū)位的聚類(lèi)分析

基于葉面不同區(qū)位的主成分綜合得分，對(duì)葉面不同區(qū)位進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，煙葉可分切為上、中、下3段，上段為區(qū)位L1～L5，中段為區(qū)位L6～L8，下段為區(qū)位L9～L10。

圖2 基于主成分得分的分切區(qū)位聚類(lèi)分析

由表5可知，樣品綜合得分表現(xiàn)為上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，且3段間差異顯著，說(shuō)明聚類(lèi)分切可根據(jù)煙葉的品質(zhì)差異進(jìn)行精細(xì)化區(qū)分。

表5 基于聚類(lèi)分切結(jié)果的煙葉綜合得分?

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，化學(xué)成分含量和感官指標(biāo)得分在不同區(qū)位間呈差異性和規(guī)律性分布，其中煙堿、蛋白質(zhì)、氮堿比、香氣質(zhì)、香氣量、濃度、余味、雜氣等指標(biāo)呈顯著差異；通過(guò)主成分分析提取了3個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.72%，其中，第1主成分歸納為感官因子，第2主成分歸納為濃香因子，第3主成分歸納為刺激性因子；第1主成分得分在區(qū)位L1～L4、區(qū)位L6～L8、區(qū)位L9～L10呈逐漸下降趨勢(shì)，且彼此間差異顯著，綜合得分在L1～L4區(qū)位間差異不顯著，并顯著高于其他區(qū)位；煙葉可分切為上、中、下3段，上段為區(qū)位L1～L5，中段為區(qū)位L6～L8，下段為區(qū)位L9～L10，且樣品綜合得分表現(xiàn)為上段(1.10)>中段(0.55)>下段(0.16)，差異顯著。煙葉聚類(lèi)分切使煙葉不同區(qū)位的品質(zhì)特征得到彰顯，有效地提高了煙葉原料的整體利用效率，拓寬了其工業(yè)可用性，通過(guò)將分切后的原料應(yīng)用于不同的模塊配方，提高了配方設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度，且煙葉分切后質(zhì)量更優(yōu)的段位可以用于更高一類(lèi)的模塊配方中，對(duì)于豐富上等煙原料，增強(qiáng)卷煙原料的保障能力具有重要意義。后續(xù)將對(duì)不同分切段位煙葉與模塊配方的匹配使用進(jìn)行深入研究。