金紅崗，張 濤，王海娟，何雪峰，楊 蕾*

(1.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司 原料部，云南 昆明 650202； 2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231)

煙葉作為工業(yè)卷煙企業(yè)的主要原料，其質(zhì)量對(duì)后續(xù)產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)、成品銷售等有重要影響．然而，目前國內(nèi)烤煙收購方式仍采用傳統(tǒng)以人為收購為主的煙站式散葉收購模式，該模式難免會(huì)出現(xiàn)對(duì)煙葉品質(zhì)因素的理解、部位和相鄰等級(jí)把握不準(zhǔn)，以及分級(jí)效果不理想等問題，勢(shì)必會(huì)對(duì)今后煙葉使用造成一定的影響．而主成分分析(PCA)通過降維處理，可揭示煙葉的化學(xué)成分、品種、產(chǎn)地，乃至年份之間的復(fù)雜關(guān)系[1]，且該方法可用于評(píng)價(jià)不同維度樣品間的質(zhì)量差異[2-3]．

云南烤煙主栽品種有K326、紅花大金元、云煙97和云煙87等[4]，這些品種的種植面積占烤煙總種植面積的65%．而紅河植煙區(qū)不僅是云南省優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)之一，還是紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司“四大核心原料區(qū)”中規(guī)模最大的煙區(qū)，在云產(chǎn)卷煙生產(chǎn)中起著極其重要的作用[5-6]，因此分析該地區(qū)煙葉質(zhì)量特征有利于后續(xù)工業(yè)應(yīng)用．本文結(jié)合煙葉分級(jí)結(jié)果，通過對(duì)云南省紅河哈尼族彝族自治州(以下簡(jiǎn)稱紅河州)3個(gè)縣(市)收購煙葉的不同年份、品種、等級(jí)、部位常規(guī)化學(xué)成分的PCA分析，得出不同地區(qū)、不同年份、不同品種間同部位煙葉品質(zhì)的差異，以期為后續(xù)煙葉工業(yè)配方應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材料

2018—2020年，在云南省紅河州的彌勒、建水、瀘西3個(gè)縣(市)的26個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集當(dāng)?shù)刂髟云贩NK326和云87的上部葉(B1F、B2F、B3F、B4F)、中部葉(C1F、C2F、C3F、C4F)、下部葉(X2F、X3F)3個(gè)部位的10個(gè)等級(jí)，樣品數(shù)量共 3 124 個(gè)．樣品分布情況詳見表1.

表1 紅河煙區(qū)煙葉樣品基本信息

1.2 方法

1.2.1 測(cè)量指標(biāo)

一般認(rèn)為優(yōu)質(zhì)煙葉總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求達(dá)到18%～22%、還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%～18%、還原糖/總糖≥0.9、總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～3.5%、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～10%、煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～3.5%、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以上、氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以下是比較適宜的范圍[7]．

根據(jù)歷年來云南煙葉使用情況，云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院[8]提出，工業(yè)企業(yè)適用煙葉的適宜化學(xué)成分范圍為煙堿以2.0%～2.5%較適宜，蛋白質(zhì)以8%～10%為宜，總糖以20%～25%較適宜，還原糖以18%～24%為最佳，總氮以2.5%為宜，鉀為1.0%～3.0%、氯為0.3%～0.6%比較理想，氯堿比以0.8～1比較合適，糖堿比以6～8、兩糖比以0.85為最佳．此外，不同部位煙葉化學(xué)成分適宜范圍有所不同，詳見表2．

由于優(yōu)質(zhì)煙葉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以8%～10%為宜，若蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高則會(huì)導(dǎo)致香氣和吃味差、刺激性大、品質(zhì)低劣．鉀能提高煙葉的燃燒性，使灰色潔白、葉片柔和，外觀品質(zhì)提高．氯影響煙葉的燃燒性，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以下為宜，氯超過1%則燃燒不良，會(huì)出現(xiàn)黑灰熄火現(xiàn)象，品質(zhì)變差[9-10]．糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的煙葉，其煙葉品質(zhì)高，但糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高會(huì)導(dǎo)致煙氣醇和度降低，吃味變淡[11]．總體來說，烤煙的主要化學(xué)成分不僅要在適宜范圍內(nèi)，而且其比值也要適宜，才能使之相互協(xié)調(diào)．

測(cè)量指標(biāo)包括總煙堿、總糖、還原糖、總氮、鉀、氯、蛋白質(zhì)，并計(jì)算糖堿比、糖氮比、鉀氯比、兩糖差、施木克值．測(cè)量方法為：總煙堿采用YC/T 468—2013；氯參照YC/T 245—2008；還原糖和水溶性糖參照YC/T 159—2002；總氮采用YC/T 161—2002；鉀參照YC/T 217—2007；蛋白質(zhì)參照YC/T 166—2003．測(cè)量結(jié)果如表3、表4所示.

表2 不同部位煙葉化學(xué)成分適宜范圍

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)3 124個(gè)煙葉樣品主要化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3所示.

對(duì)不同地區(qū)同一年份同一品種同一部位的煙葉化學(xué)成分進(jìn)行分析，計(jì)算其平均值，結(jié)果如表4所示．采用SPSS17.0 軟件對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并使用PCA方法對(duì)測(cè)試樣本降維，獲得不同數(shù)組矩陣PC1,PC2,…,PCn，歸一化處理后進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)[12].

表3 煙葉樣品主要化學(xué)成分基本特征

表4 紅河州煙區(qū)煙葉樣品主要化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

續(xù)表4

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)化學(xué)成分PCA分析

為進(jìn)一步探討紅河州3個(gè)縣(市)煙區(qū)的2個(gè)品種3個(gè)部位常規(guī)化學(xué)成分差異，對(duì)樣品的13種常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表5和表6． 其中：第1主成分特征值和貢獻(xiàn)率分別為5.87和65.2%；第2主成分特征值和貢獻(xiàn)率分別為2.18和24.2%；2個(gè)主成分因子累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.4%．表明PCA分析能包含所測(cè)的常規(guī)化學(xué)成分的大部分信息.

表5 2個(gè)主成分特征值及貢獻(xiàn)率

表6 2個(gè)主成分載荷矩陣及其特征值

2.2 不同地區(qū)、品種和部位的常規(guī)化學(xué)成分PCA分析

從圖1～圖3的PCA分類圖可以看出，常規(guī)化學(xué)成分在不同地區(qū)、不同品種間的差異不明顯，而差異主要體現(xiàn)在上、中、下不同部位葉上，因此后續(xù)研究應(yīng)針對(duì)不同常規(guī)化學(xué)成分在不同部位上的差異進(jìn)行分析.

圖1 不同地區(qū)煙葉常規(guī)化學(xué)成分PCA分析結(jié)果

圖2 不同品種煙葉常規(guī)化學(xué)成分PCA分析結(jié)果

圖3 不同部位煙葉常規(guī)化學(xué)成分PCA分析結(jié)果

2.3 不同常規(guī)化學(xué)成分在不同部位的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化特征PCA分析

在上述研究的基礎(chǔ)上，為探索不同部位煙葉的不同常規(guī)化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化特征，采用PCA進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖4～圖11所示．

圖4 不同部位煙葉總煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖5 不同部位煙葉還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖6 不同部位煙葉總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖7 不同部位煙葉鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖8 不同部位煙葉氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖9 不同部位煙葉蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)PCA分析結(jié)果

圖10 不同部位煙葉糖氮比PCA分析結(jié)果

圖11 不同部位煙葉兩糖差PCA分析結(jié)果

由圖4～圖11可以看出：

1)w(上部葉總煙堿)為3.718%～4.082%、w(中部葉總煙堿) 為2.992%～3.718%、w(下部葉總煙堿)為2.265%～2.992%．不同部位總煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序?yàn)椋簑(上部葉)>w(中部葉)>w(下部葉)；

2)w(中部葉還原糖)=19.033%～21.249%>w(上部葉、下部葉還原糖)=15.710%～19.033%；

3)w(上部葉總氮)=2.273%～2.660%>w(中部葉總氮)=2.080%～2.273%>w(下部葉總氮)=1.693%～2.080%；

4)w(下部葉鉀)=2.553%～2.776%>w(中部葉鉀)=2.107%～2.330%>w(上部葉鉀)=1.661%～2.107%；

5)w(中部葉、下部葉氯)=0.514%～0.670%>w(上部葉氯)=0.280%～0.514%；

6)w(上部葉蛋白質(zhì))=20.562%～22.638%>w(中部葉蛋白質(zhì))=16.411%～20.562%>w(下部葉蛋白質(zhì))=12.261%～16.411%；

7)中部葉、下部葉糖氮比=10.554～14.136>上部葉糖氮比=8.166～10.554；

8)中部葉、下部葉兩糖差=4.686～6.191>上部葉兩糖差=3.683～4.686.

參考不同部位煙葉化學(xué)成分適宜范圍值表2[8]，并對(duì)照本研究所得結(jié)果可知，不同部位煙葉的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)與表2基本一致，未發(fā)現(xiàn)大范圍變動(dòng)．但是下部煙葉煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體略高于適宜范圍上限，上部煙葉鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)過于偏低，中、下部煙葉的糖氮比過于偏低．

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

由研究結(jié)果可知，云南省紅河州3個(gè)縣(市)煙區(qū)的K326、云87煙葉化學(xué)成分總體上符合優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍，但常規(guī)化學(xué)成分尚存在以下問題：1)下部葉煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體略高于適宜值，在后續(xù)使用中可能會(huì)對(duì)卷煙感官指標(biāo)中的勁頭產(chǎn)生影響；2)上部葉的鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)過于偏低，可能會(huì)影響卷煙的燃燒性；3)中、下部葉的糖氮比過于偏低，可能會(huì)影響卷煙的香味和舒適性．因此如何調(diào)整種植措施，提升上部煙葉鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低下部煙葉煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，適當(dāng)提升中、下部煙葉的糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是紅河煙區(qū)煙葉生產(chǎn)應(yīng)解決的問題．同時(shí)對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說，如何結(jié)合目前紅河煙區(qū)煙葉質(zhì)量特征進(jìn)行配方優(yōu)化，提高紅河煙葉的使用效率，也是應(yīng)該考慮的問題．此外，由于本研究?jī)H對(duì)2018—2020年的煙葉樣品進(jìn)行分析，樣本數(shù)量有限，還需要對(duì)多年、多樣本的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，才能更加全面、客觀地反映紅河植煙區(qū)煙葉的主要化學(xué)成分特征．

3.2 結(jié)論

本研究分析了2018—2020年云南省紅河州3個(gè)縣(市)植煙區(qū)的K326、云87煙葉樣品化學(xué)成分特征，結(jié)果表明，紅河州植煙區(qū)的煙葉化學(xué)成分總體在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍內(nèi)，但不同部位常規(guī)化學(xué)成分存在以下特點(diǎn)：煙葉煙堿、總氮、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出w(上部葉)>w(中部葉)>w(下部葉)；氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為w(中、下部葉)>w(上部葉)；糖氮比、兩糖差表現(xiàn)出中、下部葉>上部葉；還原糖表現(xiàn)為w(中部葉)>w(上、下部葉);鉀表現(xiàn)為w(下部葉)>w(中部葉)>w(上部葉)．從煙葉化學(xué)成分適宜范圍來看，下部煙葉煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體高于適宜范圍上限，上部葉鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)及中、下部葉的糖氮比過于偏低．