閆鐵軍 馬曉寒 龐哲 張?jiān)サ?許自成 周紅審 周平 劉文鋒 邵惠芳

摘 要：為明確各煙區(qū)煙葉化學(xué)成分與感官舒適性的關(guān)系和規(guī)律性，利用相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析對(duì)東北、東南、黃淮、西南和長江中上游5個(gè)產(chǎn)區(qū)170個(gè)煙樣的化學(xué)成分與感官舒適性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，還原糖、總糖等與舒適性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，總植物堿和總氮與感官指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，鉀氯比與流暢、干凈指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，篩選出4個(gè)主成分因子，分別為感官因子、濃度因子、香氣因子和刺激因子。通過各煙區(qū)煙葉的得分進(jìn)行聚類分析，依據(jù)煙葉化學(xué)和感官舒適性將全國煙區(qū)劃分為3部分：西南煙區(qū)和長江中下游煙區(qū)，東北煙區(qū)和黃淮煙區(qū)，東南煙區(qū)。各煙區(qū)在化學(xué)和感官指標(biāo)上呈現(xiàn)差異性和相似性，并在全國存在一定分布規(guī)律，對(duì)我國煙區(qū)特征劃分、提高各區(qū)煙葉內(nèi)在品質(zhì)具有較大意義。

關(guān)鍵詞：烤煙;化學(xué)成分;感官舒適性;主成分分析;聚類分析

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

隨著市場(chǎng)和消費(fèi)者對(duì)卷煙制品需求的提高，感官舒適性成為重要的指標(biāo)，同時(shí)也是判定工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的核心指標(biāo)。煙葉的化學(xué)成分是其質(zhì)量和風(fēng)格的物質(zhì)基礎(chǔ)，而感官舒適性與化學(xué)成分之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，兩者作為不同類別的關(guān)鍵指標(biāo)構(gòu)成評(píng)價(jià)煙葉內(nèi)在質(zhì)量和可用性的標(biāo)準(zhǔn)[1]。目前關(guān)于煙葉化學(xué)成分與感官舒適性的關(guān)系有較多研究，常愛霞等[2]研究了烤煙主要化學(xué)成分與感官質(zhì)量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)兩糖比和兩糖差與感官質(zhì)量關(guān)系較密切。杜堅(jiān)等[3]研究了西南煙區(qū)煙葉化學(xué)品質(zhì)與感官風(fēng)格的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)總糖、還原糖和總氮與煙葉特征香韻密切相關(guān)。徐澤桐等[4]對(duì)陜西省煙葉的研究表明，鉀氯比、糖堿比、總植物堿對(duì)感官質(zhì)量影響最大。類似的研究還有劉扣珠等[5]，許自成等[6]、林順順等[7]。

上述研究多是分析單一煙區(qū)化學(xué)成分與感官品質(zhì)的關(guān)系，而從全國范圍研究各煙區(qū)之間化學(xué)成分與感官舒適性關(guān)系的較少。

為了解全國煙區(qū)化學(xué)指標(biāo)與感官舒適性的關(guān)系，本試驗(yàn)以東北、東南、黃淮、西南和長江中下游5個(gè)煙區(qū)煙葉為試驗(yàn)材料，采取方差分析、相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析對(duì)煙葉主要化學(xué)指標(biāo)與香氣（透發(fā)、甜潤、清晰），煙氣（流暢、圓潤、醇和），口感（干凈、清爽、濕潤）等感官舒適性進(jìn)行分析，明確各煙區(qū)烤煙感官舒適性的主要化學(xué)指標(biāo)的差異，旨在為探索全國煙葉化學(xué)成分和感官品質(zhì)的關(guān)系以及劃分全國各煙區(qū)特征提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采集2019年東北、東南、黃淮、西南、長江中上游5個(gè)煙區(qū)16個(gè)省份的代表性煙葉樣品共計(jì)170份作為感官評(píng)吸樣品，等級(jí)為C3F，由湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供。其中東北煙葉樣品16個(gè)（黑龍江8個(gè)，吉林4個(gè)，遼寧4個(gè)）;東南42個(gè)（福建16個(gè)，廣東4個(gè)，湖南10個(gè)，江西12個(gè)）;黃淮40個(gè)（安徽4個(gè)，河南16個(gè)，山東12個(gè)，陜西8個(gè)）;西南36個(gè)（貴州15個(gè)，四川9個(gè)，云南12個(gè)）;長江中上游36個(gè)（湖北24個(gè)，陜西4個(gè)，四川4個(gè)，重慶4個(gè)）。

試驗(yàn)所用儀器：SEAL AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國SEAL公司）、HWS-250恒溫恒濕箱（上海精宏公司）、高效液相色譜儀（美國安捷倫公司）。所用試劑：去離子水，甲醇（色譜純）、乙酸（分析純）由上海羅恩試劑公司生產(chǎn)，綠原酸（純度>98%）、莨菪亭（純度>98%）、蕓香苷（純度>98%）由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 煙葉化學(xué)成分檢測(cè) 使用連續(xù)流動(dòng)分析儀對(duì)煙葉樣品中的總植物堿、總氮、總糖、還原糖、鉀、氯進(jìn)行分析[8]。綠原酸、莨菪亭、蕓香苷等多酚化合物通過高效液相色譜儀進(jìn)行測(cè)定[9]。

1.2.2 感官舒適性評(píng)價(jià) 由湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心評(píng)吸員對(duì)卷制樣品按產(chǎn)地分批進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，按照香氣（透發(fā)、甜潤、清晰），煙氣（流暢、圓潤、醇和），口感（干凈、清爽、濕潤）9項(xiàng)以5分制進(jìn)行評(píng)價(jià)打分：按評(píng)吸質(zhì)量分為4個(gè)檔次：好（強(qiáng)）、較好（較強(qiáng)）、中等、差，分別評(píng)分為：5、4、3、≤2分。

單項(xiàng)平均得分按下式進(jìn)行計(jì)算：

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié) 果

2.1 各煙區(qū)感官舒適性與化學(xué)成分的差異性分析

如表1所示，在化學(xué)指標(biāo)上，東北煙區(qū)的還原糖、總糖和綠原酸在各煙區(qū)中含量最高，總植物堿、總氮、鉀和莨菪亭含量最低;東南煙區(qū)鉀和莨菪亭含量最高，綠原酸和蕓香苷含量最低;黃淮煙區(qū)氯含量最高，總糖含量最低;西南煙區(qū)總氮和蕓香苷含量最高;長江中下游煙區(qū)總氮、植物堿含量最高，還原糖和氯含量最低。就感官舒適性來說，西南煙區(qū)透發(fā)、甜潤、清晰、流暢、干凈、清爽和總分最高，長江中下游煙區(qū)圓潤、醇和以及濕潤得分最高;黃淮煙區(qū)甜潤、清晰、流暢、圓潤、醇和、干凈、清爽、濕潤和總分最低，東北煙區(qū)透發(fā)得分最低。整體看，總氮、透發(fā)指標(biāo)在全國自北向南和自東向西有增加趨勢(shì)，鉀有自北向南增加、自東向西降低的趨勢(shì)，而綠原酸與鉀含量變化相反，說明化學(xué)指標(biāo)和感官舒適性在不同煙區(qū)呈差異性和規(guī)律性分布，其差異表現(xiàn)可能與各地環(huán)境和栽培條件有關(guān)。

2.2 煙葉化學(xué)成分與感官各指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表2可知，還原糖、總糖、糖堿比和兩糖比與除透發(fā)之外其他感官指標(biāo)均顯著或極顯著正相關(guān)，其中還原糖與甜潤相關(guān)系數(shù)最大，總糖、糖堿比和兩糖比與干凈系數(shù)相關(guān)性最大;總植物堿和總氮與圓潤、醇和、干凈、清爽和濕潤存在顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且總植物堿與干凈系數(shù)的負(fù)相關(guān)最大，與總糖結(jié)果相反，說明總植物堿和總糖含量是影響感官干凈的重要化學(xué)指標(biāo);氯與流暢顯著負(fù)相關(guān)，鉀氯比與流暢極顯著正相關(guān)、與干凈顯著正相關(guān)，說明氯含量低的煙葉抽吸流暢性好，感官質(zhì)量高，鉀氯比高的抽吸余味更干凈;莨菪亭和蕓香苷分別與干凈和透發(fā)顯著負(fù)相關(guān)和顯著正相關(guān)。說明化學(xué)成分與感官指標(biāo)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，而主成分和聚類分析能夠細(xì)化此關(guān)系。

2.3 感官舒適性與煙葉主要化學(xué)成分的主成分分析

2.3.1 主成分提取 通過KMO和Bartlett檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，KMO值為0.875，大于0.6，則變量間存在相關(guān)性，能夠進(jìn)行主成分分析，同時(shí)Bartlett 球形度檢驗(yàn)中p為0.000，小于0.001，說明進(jìn)行主成分分析有意義。通過解釋的總方差找出特征值大于1的4個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別為38.401%、20.492%、9.743%和5.654%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)74.29%（表3）。其中第1主成分與干凈、清爽、清晰、甜潤、濕潤、圓潤、流暢、醇和、透發(fā)有較大正系數(shù)，與氯、總氮、莨菪亭和總植物堿有較大負(fù)系數(shù)，表明第1主成分反映的是感官舒適性的作用，歸納為感官因子。第2主成分與總植物堿、總氮和莨菪亭有較大正系數(shù)，與總糖和還原糖有較大負(fù)系數(shù);大量研究表明高堿和高氮含量與濃香型煙葉有正相關(guān)關(guān)系，因此可將第2主成分定義為濃度因子。第3主成分與蕓香苷和綠原酸有較大正系數(shù)，與鉀和氯含量有較大負(fù)系數(shù);由于多酚類物質(zhì)對(duì)煙草的香氣質(zhì)和香氣量有直接作用，因此將第3主成分定義為香氣因子。第4主成分與氯有較大正系數(shù)，與鉀有較大負(fù)系數(shù)，因此將第4主成分定義為刺激因子。

2.3.2 主成分得分差異性 根據(jù)因子載荷值和特征值計(jì)算主成分中不同指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，得主成分得分，又根據(jù)權(quán)重得到綜合評(píng)分F，分別如下：

式中χ1～χ18分別為總植物堿、還原糖、氯、總糖、總氮、鉀、綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、透發(fā)、甜潤、清晰、流暢、圓潤、醇和、干凈、清爽、濕潤指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。

5個(gè)煙區(qū)4個(gè)主成分得分及總分都存在不同程度的差異（表4），第1主成分得分和總分都表現(xiàn)為西南、長江中下游和東南煙區(qū)高于東北和黃淮煙區(qū)，而西南、長江中下游和東南煙區(qū)總分差異不顯著，說明在全國范圍內(nèi)各煙區(qū)品質(zhì)存在規(guī)律。

2.4 不同煙區(qū)的聚類分析

基于各煙區(qū)的主成分綜合得分進(jìn)行聚類分析（圖1），縱坐標(biāo)1-5分別表代表：東北、東南、黃淮、西南和長江中下游煙區(qū)。通過平方歐式距離將不同煙區(qū)得分分為3部分：西南、長江中下游煙區(qū);東北和黃淮煙區(qū);東南煙區(qū)。通過聚類分析能對(duì)5個(gè)煙區(qū)的感官舒適性和化學(xué)成分進(jìn)行一定程度的劃分，且此結(jié)果與各煙區(qū)煙葉質(zhì)量規(guī)律趨于一致。

3 討 論

煙葉的感官舒適性和化學(xué)成分能夠直接反映煙葉質(zhì)量的優(yōu)劣[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，西南煙區(qū)蕓香苷含量最高，還原糖和總糖含量較高，感官舒適性總分也最高，可能與當(dāng)?shù)睾０屋^高、生育期前后溫差較大、降雨量適宜、日照較少有關(guān)，這與羅登山等[11]發(fā)現(xiàn)西南煙區(qū)總糖、還原糖含量高的結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，東南煙區(qū)鉀和莨菪亭含量在諸煙區(qū)中最高，透發(fā)性較好，與王彥亭等[12]描述的東南煙區(qū)主要特征是鉀含量以及鉀氯比值相對(duì)較高，煙葉香氣質(zhì)較好，香氣量較足的結(jié)論基本一致。同時(shí)本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黃淮煙區(qū)氯含量高、總糖含量少和感官舒適性指標(biāo)得分較低也與其研究得出的黃淮煙區(qū)鉀含量低、氯含量相對(duì)較高，煙葉普遍呈濃香型，香氣質(zhì)和香氣量一般好，普遍存在地方性雜氣的結(jié)論相一致。同樣長江中下游煙區(qū)煙堿高、還原糖少、氯含量低的結(jié)果與其研究的當(dāng)?shù)責(zé)熑~香氣呈中間香型特征，鉀氯比值較高的結(jié)論一致，其化學(xué)指標(biāo)中煙堿含量高可能與當(dāng)?shù)馗珊禋夂蛳嚓P(guān)。沈利臣等[13]研究也表明了這一點(diǎn)。總體上各區(qū)化學(xué)成分和感官指標(biāo)呈現(xiàn)一定的規(guī)律和差異性，風(fēng)格特征有所不同。

從相關(guān)性分析可以得出，總植物堿與干凈呈極顯著負(fù)相關(guān)，總糖含量、糖堿比和兩糖比與干凈指標(biāo)呈極顯著正相關(guān)且相關(guān)系數(shù)最大，還原糖、糖堿比在影響煙葉香吃味和感官上起重要作用，也是反映內(nèi)在品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，而煙堿與感官品質(zhì)中勁頭關(guān)系較密切，同時(shí)本研究表明總氮與除透發(fā)之外的其他感官指標(biāo)都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這與王明鋒[14]得出的結(jié)果基本一致。煙草作為喜鉀植物，其鉀含量的高低與卷煙的燃燒性和香吃味呈正比[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，鉀氯比與流暢、干凈指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系，同樣也印證了此類觀點(diǎn)。

此外，本試驗(yàn)通過主成分分析對(duì)化學(xué)和感官指標(biāo)進(jìn)行劃分，提取了4個(gè)主成分，分別定義為感官因子、濃度因子、香氣因子和刺激因子，并依據(jù)綜合得分進(jìn)行聚類分析，將5個(gè)煙區(qū)分為三部分：西南和長江中下游煙區(qū)，東北和黃淮煙區(qū)，東南煙區(qū)，三部分彼此間差異顯著。也說明西南和長江中下游煙區(qū)特征相似，感官質(zhì)量較高，香氣較舒適。東南煙區(qū)勁頭濃度特點(diǎn)較明顯，而東北和黃淮煙區(qū)煙葉特點(diǎn)較一致，在生態(tài)環(huán)境上都具有光照強(qiáng)，溫差大的特點(diǎn)，這既符合各煙區(qū)特征，也與相關(guān)性和方差分析結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

方差分析和相關(guān)分析結(jié)果表明，還原糖、總糖、糖堿比與干凈、甜潤、濕潤等感官指標(biāo)呈正相關(guān)，總植物堿、總氮與圓潤、干凈、濕潤呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過主成分分析劃分為4個(gè)主成分，第1主成分與干凈、清爽、清晰等有較大正系數(shù)，為感官因子;第2主成分與總植物堿、總氮等有較大正系數(shù)，為濃度因子;第3主成分與蕓香苷、綠原酸等有較大正系數(shù)，為香氣因子;第4主成分與氯元素等有較大正系數(shù)，為刺激因子。通過聚類分析將煙區(qū)分為3部分（西南和長江中下游，東北和黃淮，東南煙區(qū)），直觀表現(xiàn)了5個(gè)煙區(qū)的品質(zhì)特征，明確了各煙區(qū)內(nèi)在感官風(fēng)格和化學(xué)成分的分布和差異性，對(duì)各煙區(qū)發(fā)展特色煙葉、改善煙葉化學(xué)品質(zhì)和舒適性有重要意義。

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