王碩立 丁松爽 王榮浩 李林林 吳創(chuàng) 王劍 時向東

（1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，450002，河南鄭州；2 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，443100，湖北宜昌）

近年來，國產(chǎn)雪茄市場發(fā)展迅速[1]，其影響力不斷提升，成為中國煙草行業(yè)新的增長點(diǎn)[2]。國產(chǎn)雪茄煙葉的生產(chǎn)起步較晚，原料基礎(chǔ)研究較為薄弱[3]，煙葉品質(zhì)與國外優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉相比存在較大差距，多表現(xiàn)為香氣量不足，雜氣較多[4]，且存在燃燒性較差和灰色偏黑的問題[5]。礦質(zhì)元素作為煙草生長的必需元素，是維持煙草正常新陳代謝和生命活動的生理調(diào)節(jié)物質(zhì)，對煙草的品質(zhì)影響顯著[6-7]。有研究[8-9]表明，在烤煙生長、調(diào)制過程中，部分礦質(zhì)元素通過參與煙葉代謝產(chǎn)物或中間產(chǎn)物的合成，進(jìn)而對調(diào)制后煙葉的香吃味、燃燒性等感官質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生影響。云南近30 年氣象數(shù)據(jù)分析顯示，云南具備良好的雪茄煙葉種植的自然生態(tài)條件[10]。尼加拉瓜生產(chǎn)的雪茄煙葉質(zhì)量上乘[11]，探究我國云南雪茄煙葉與其在礦質(zhì)元素、感官質(zhì)量上的差異性，分析雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量的關(guān)系，對云南雪茄煙葉開發(fā)及促進(jìn)國產(chǎn)雪茄原料發(fā)展具有重要意義。礦質(zhì)元素含量過高或過低均會導(dǎo)致煙葉主要化學(xué)成分不協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響煙葉中香味成分含量，造成煙葉產(chǎn)量和感官質(zhì)量降低[12]。大理煙區(qū)烤煙礦質(zhì)元素與感官質(zhì)量間的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果[13]表明，Zn 含量與勁頭灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)最大值，B 含量對多項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)均有較大程度的影響?？緹熤蠧a、Ni 和Cu 含量與評吸質(zhì)量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[14]。

前人關(guān)于礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量間關(guān)系的研究多集中在烤煙方面，而對雪茄煙的研究較少，掌握雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量與感官質(zhì)量間的關(guān)系有助于通過調(diào)控礦質(zhì)營養(yǎng)平衡來提升雪茄煙葉品質(zhì)。本研究基于正交偏最小二乘判別分析（OPLSDA）篩選我國云南德宏、臨滄、普洱產(chǎn)區(qū)雪茄和尼加拉瓜雪茄煙葉間的差異性礦質(zhì)元素和感官質(zhì)量指標(biāo)，并通過因子分析和典型相關(guān)分析探究雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量間的關(guān)系，從礦質(zhì)營養(yǎng)角度為促進(jìn)煙株平衡施肥、提高國產(chǎn)雪茄煙葉質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試雪茄煙葉樣品132 份，包括2021 年我國云南雪茄煙葉中部葉84 份（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠提供，其中德宏18 份、臨滄39份、普洱27 份）和2020 年尼加拉瓜雪茄煙葉中部葉48 份（CAC 國際煙草貿(mào)易有限公司提供）。采用半葉法處理試驗(yàn)材料，即從煙葉主脈處分開，一半煙葉用于測定礦質(zhì)元素含量，樣品在45℃下烘2h，粉碎并過孔徑0.25mm 篩網(wǎng)（60 目），密封后低溫保存；另一半煙葉用于人工卷制評吸。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 礦質(zhì)元素含量 稱取0.4000g 樣品置于瓷坩堝內(nèi)，在馬福爐內(nèi)干灰化，升溫至100℃，穩(wěn)定0.5h；升溫至250℃，穩(wěn)定1h；繼續(xù)升溫至500℃，穩(wěn)定3h，冷卻后用φ=5%硝酸溶解，用膠頭滴管小心洗滌，過濾至50mL 容量瓶，使用VISTA-MPX 電感耦合等離子體發(fā)射儀測定濾液礦質(zhì)元素含量。

1.2.2 感官質(zhì)量 將煙葉樣品卷制成長90mm、直徑15mm 的雪茄煙，然后按照GB 15269-2011 要求平衡樣品水分至13.5%～14.5%。平衡好水分的樣品由國家煙草栽培生理生化基地組織專家進(jìn)行評吸，采用湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠雪茄煙葉9 分制評吸標(biāo)準(zhǔn)（表1）對煙葉感官質(zhì)量進(jìn)行評價，用下式計算總分，式中，T為感官質(zhì)量評價總分；Pi為某單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重（香氣質(zhì)18%、香氣量16%、余味16%、雜氣10%、甜感10%、刺激性12%、燃燒性10%、灰色8%）；為某單項(xiàng)指標(biāo)平均得分，結(jié)果保留1 位小數(shù)?？偡衷礁叽頍熑~的感官質(zhì)量越好。

表1 雪茄煙葉感官質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria for the sensory qualities of cigar tobacco leaves

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019 和DPS 9.01 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯著性分析；采用SPSS 25.0 進(jìn)行因子分析和典型相關(guān)分析；采用SIMCA 14.1 進(jìn)行OPLS-DA 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國云南和尼加拉瓜雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量分析

變異系數(shù)是反映離散趨勢的參數(shù)，變異系數(shù)越大，表示以均數(shù)為準(zhǔn)的變異程度越大。由表2 可知，除我國德宏產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉總氮、K、P 和尼加拉瓜煙葉的P 屬于弱變異外，其余各產(chǎn)區(qū)煙葉礦質(zhì)元素含量均屬于中等變異（變異系數(shù)10%～100%[15]）。尼加拉瓜煙葉Cl、B、Fe、Mn，我國德宏煙葉Mg、普洱煙葉Cu 及臨滄煙葉Fe 的偏度稍大，其余各產(chǎn)區(qū)礦質(zhì)元素偏度的絕對值均小于1.00，基本符合正態(tài)分布。

表2 我國云南和尼加拉瓜雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量的基本統(tǒng)計特征Table 2 Basic statistical characteristics of mineral element contents of cigar tobacco leaves in Yunnan,China and Nicaragua

2.2 我國云南和尼加拉瓜雪茄煙葉感官質(zhì)量得分分析

由表3 可知，我國云南和尼加拉瓜雪茄煙葉各項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)得分的變異系數(shù)均在20%以下，其中德宏產(chǎn)區(qū)煙葉的雜氣、刺激性、余味、甜潤感和燃燒性的變異系數(shù)均在10%以下。除德宏產(chǎn)區(qū)煙葉甜潤感得分偏度絕對值稍大于1.00 外，其余各產(chǎn)區(qū)煙葉感官質(zhì)量得分偏度均小于1.00，基本符合正態(tài)分布。

表3 尼加拉瓜和云南雪茄煙葉感官質(zhì)量得分的基本統(tǒng)計特征Table 3 Basic statistical characteristics of sensory quality scores of cigar tobacco leaves in Yunnan,China and Nicaragua

2.3 礦質(zhì)元素和感官質(zhì)量的OPLS-DA 分析

OPLS-DA 屬于有監(jiān)督的統(tǒng)計分析方法，通過設(shè)置預(yù)設(shè)分類變量來剔除未控制變量對數(shù)據(jù)造成的影響，能進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)信息和量化各處理組間的差異程度[16]。將雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量得分作為Y變量進(jìn)行OPLS-DA 分析，模型擬合參數(shù)為R2Y=0.831，Q2=0.792。如圖1 和圖2 所示，OPLS-DA 模型可成功區(qū)分我國云南3 個產(chǎn)區(qū)和尼加拉瓜的雪茄煙葉，并從12 種礦質(zhì)元素和8 項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)分析出二者間的10 個差異性指標(biāo)（VIP＞1.0），分別是B、Na、Cu、雜氣、Fe、Cl、香氣量、Ca、香氣質(zhì)和燃燒性。

圖1 礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量得分的OPLS-DA 模型得分分布Fig.1 Distribution of OPLS-DA model scores of mineral element contents and sensory quality scores

圖2 礦質(zhì)元素和感官質(zhì)量指標(biāo)的OPLS-DA 模型VIP 圖Fig.2 OPLS-DA model VIP diagram of mineral elements and sensory quality indexes

通過置換檢驗(yàn)（n=200）評估此模型是否存在過度擬合。如圖3 所示，Q2回歸直線與Y軸的截距小于0，表明該OPLS-DA 判別模型不存在過擬合現(xiàn)象[17]，模型較為可靠（R2=0.076，Q2=-0.232）。

圖3 OPLS-DA 驗(yàn)證模型Fig.3 OPLS-DA verification model

為進(jìn)一步分析10 個差異指標(biāo)在我國云南3 個產(chǎn)區(qū)和尼加拉瓜間的分布規(guī)律，對其進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表4 所示，與我國云南3 個產(chǎn)區(qū)相比，尼加拉瓜產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉Cl、Ca、Na、B、Fe 和Cu含量整體處于相對較低水平，而香氣量、香氣質(zhì)、雜氣和燃燒性得分均顯著高于其他產(chǎn)區(qū)。我國云南德宏產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉Cl、Ca、Fe 和Cu 含量顯著高于其他產(chǎn)區(qū)，普洱產(chǎn)區(qū)Na 和B 含量較高。

表4 差異指標(biāo)統(tǒng)計分析Table 4 Statistical analysis of difference indexes

2.4 雪茄煙葉礦質(zhì)元素與感官質(zhì)量因子分析

2.4.1 礦質(zhì)元素含量的因子分析 對所有煙葉樣品中12 種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行因子分析，利用主成分分析法提取特征值大于1.000 的特征因子。提取的前5個因子包含了感官質(zhì)量總方差的80.043%（表5）。

表5 雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量提取因子特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalue,variance contribution rate and cumulative contribution rate of extraction factors of mineral element contents in cigar tobacco leaves

由表6 可知，第1 因子中Cu、B、Na 和Mn特征因子載荷較大，表達(dá)式為F1=0.072Ca+0.085K-0.132P+0.110Cl+0.069Mg+0.175Mn-0.204Na-0.227B-0.067Fe+0.228Cu+0.157Zn+0.163 總氮；第2 因子中Fe 和Ca 特征因子載荷較大，表達(dá)式為F2=0.356Ca+0.216K+0.117P+0.174Cl-0.099Mg-0.049Mn+0.191Na-0.014B+0.327Fe+0.123Cu+0.146Zn-0.157 總氮；第3 因子中K 和Cl 特征因子載荷較大，表達(dá)式為F3=-0.215Ca-0.498K-0.191P+0.397Cl+0.004Mg+0.176Mn+0.190Na+0.113B+0.216Fe+0.126Cu+0.113Zn-0.059 總氮；第4 因子中Mn 特征因子載荷較大，表達(dá)式為F4=0.007Ca-0.074K+0.179P-0.381Cl-0.383Mg+0.538Mn+0.015Na+0.200B-0.133Fe+0.013Cu+0.431Zn-0.169總氮；第5 因子中Mg 特征因子載荷較大，表達(dá)式為F5=-0.084Ca-0.095K+0.436P-0.072Cl+0.737Mg-0.005Mn+0.095Na-0.107B-0.099Fe+0.069Cu+0.307Zn-0.280 總氮。

表6 雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量公因子載荷矩陣和得分系數(shù)矩陣Table 6 Common factor load matrix and score coefficient matrix of mineral element contents in cigar tobacco leaves

2.4.2 雪茄煙葉感官質(zhì)量得分的因子分析 對雪茄煙葉樣品中8 項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)得分進(jìn)行因子分析，利用主成分分析法提取特征值大于1.000 的特征因子。由表7 可知，提取的前3 個因子包含了感官質(zhì)量總方差的81.238%，對8 項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率分別為48.732%、18.601%和13.904%。

表7 雪茄煙葉感官質(zhì)量得分提取因子特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 7 Eigenvalue,variance contribution rate and cumulative contribution rate of extracting factors for sensory quality score of cigar tobacco leaves

由表8 可知，第1 因子中香氣質(zhì)、香氣量和雜氣特征因子載荷較大，可稱為香氣類因子，表達(dá)式為G1=0.244 香氣質(zhì)+0.222 香氣量+0.209 雜氣+0.183 余味+0.181 甜潤感+0.095 刺激性+0.144 燃燒性+0.131 灰色；第2 因子中燃燒性和灰色載荷較大，可稱為燃燒類因子，表達(dá)式為G2=-0.091 香氣質(zhì)-0.077 香氣量+0.141 雜氣-0.318 余味-0.335 甜潤感-0.002 刺激性+0.487 燃燒性+0.433 灰色；第3 因子中刺激性載荷較大，可稱為刺激性類因子，表達(dá)式為G3=-0.311 香氣質(zhì)-0.298 香氣量+0.061 雜氣+0.255 余味-0.023 甜潤感+0.802 刺激性+0.007 燃燒性+0.026 灰色。

表8 雪茄煙葉感官質(zhì)量得分公因子載荷矩陣和得分系數(shù)矩陣Table 8 Common factor load matrix and score coefficient matrix of sensory quality scores of cigar tobacco leaves

2.5 雪茄煙葉礦質(zhì)元素含量和感官質(zhì)量得分公因子的典型相關(guān)分析

以雪茄煙葉礦質(zhì)元素提取的公因子F1、F2、F3、F4和F5為自變量，感官質(zhì)量提取的公因子G1、G2和G3為因變量進(jìn)行典型相關(guān)分析。由表9 可知，典型相關(guān)分析共提取到3 組典型變量，其中Ⅰ組典型變量相關(guān)系數(shù)為0.623，達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。Ⅱ組典型變量相關(guān)系數(shù)為0.324，達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

表9 典型相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)Table 9 Test of canonical correlation model coefficients

由表10 可得，Ⅰ典型變量為U1=0.789F1+0.408F2+0.612F3+0.247F4-0.187F5，V1=-0.383G1-0.807G2+0.144G3。Ⅱ典型變量為U2=0.022F1-0.961F2+0.554F3-0.055F4-0.327F5，V2=0.963G1-0.707G2+0.347G3。

表10 礦質(zhì)元素和感官質(zhì)量公因子典型變量構(gòu)成Table 10 Typical variable composition of common factors of mineral elements and sensory qualities

在Ⅰ組典型變量中，U1代表雪茄煙葉礦質(zhì)元素提取的公因子，其中F1和F3的載荷相對較大，分別為0.527 和0.504；V1代表雪茄煙葉感官質(zhì)量提取的公因子，其中G1和G2的載荷相對較大，分別為-0.672 和-0.923。因此認(rèn)為，F(xiàn)1和F3因子對G1和G2因子貢獻(xiàn)較大，且隨著F1因子中Cu、Mn 和F3中Cl 含量的增加，G1（香氣質(zhì)、香氣量和雜氣）和G2因子（燃燒性和灰色）呈下降趨勢，隨著F1中B、Na 和F3中K 含量的增加，G1（香氣質(zhì)、香氣量和雜氣）和G2因子（燃燒性和灰色）得分呈上升趨勢。

在Ⅱ組典型變量中，礦質(zhì)元素中F2因子的載荷相對較大，為-0.805，感官質(zhì)量中G1因子載荷相對較大，為0.722。因此認(rèn)為，F(xiàn)2因子對G1因子貢獻(xiàn)較大，且隨著F2因子Ca 和Fe 含量的增加，G1因子（香氣質(zhì)、香氣量和雜氣）得分呈下降趨勢。

3 討論

礦質(zhì)元素是煙草的生理調(diào)節(jié)物質(zhì)，對煙葉的生理代謝活動及調(diào)制后煙葉的香吃味等感官質(zhì)量影響較大[7]。本研究結(jié)果表明，Cl、Ca、Na、B、Fe和Cu 為區(qū)別我國云南德宏、臨滄、普洱產(chǎn)區(qū)和尼加拉瓜雪茄煙葉的差異礦質(zhì)元素，其中Cl、Ca、Fe 和Cu 含量均在德宏產(chǎn)區(qū)煙葉中最高，而B 和Na 含量在普洱產(chǎn)區(qū)最高。除自身遺傳因素外，這些差異還可能與煙葉生長期間的土壤狀況、氣候條件和栽培措施等有關(guān)[18]。本研究中各產(chǎn)區(qū)間的感官質(zhì)量差異指標(biāo)中以雜氣的VIP值最大，說明與尼加拉瓜產(chǎn)區(qū)煙葉相比，我國云南突出問題就是雜氣稍多，這可能是影響云南雪茄煙葉品質(zhì)的重要因素。

雪茄煙葉礦質(zhì)元素種類和感官質(zhì)量指標(biāo)較多，本文通過因子分析提取變量群中共性因子，找出具有代表性的因子[19]，并通過典型相關(guān)分析探究二者間的關(guān)系，結(jié)果表明，礦質(zhì)元素F1（Mn、Na、B、Cu）、F2（Ca、Fe）和F3（K、Cl）對感官質(zhì)量指標(biāo)的G1（香氣質(zhì)、香氣量、雜氣）和G2（燃燒性和灰色）貢獻(xiàn)較大。煙株在吸收土壤養(yǎng)分過程中，土壤中各營養(yǎng)元素間存在著廣泛的拮抗、協(xié)同作用[20]。通過對不同產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉礦質(zhì)元素的綜合分析，實(shí)際生產(chǎn)中可以通過平衡施肥措施來協(xié)調(diào)土壤中礦質(zhì)元素間的含量和比例，盡可能地減小它們之間的拮抗作用[21]。本研究結(jié)果表明，雪茄煙葉中Mn 含量與感官質(zhì)量存在負(fù)效應(yīng)，在煙葉生長過程中，錳肥過多會提高煙葉的總糖含量[22]，但雪茄煙葉糖含量過高會影響其香吃味，因此雪茄煙葉對Mn 的需求可能相對較小。我國德宏和臨滄產(chǎn)區(qū)煙葉平均Mn 含量分別為239.52 和258.80mg/kg，遠(yuǎn)超過優(yōu)質(zhì)烤煙Mn 含量（40～150mg/kg）的適宜范圍[23]，而這2 個產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉感官質(zhì)量得分相對于我國普洱和尼加拉瓜較低，因此德宏和臨滄產(chǎn)區(qū)在雪茄煙葉種植過程中應(yīng)控制錳肥的施用。B 對雪茄煙葉感官質(zhì)量具有正效應(yīng)，可能是由于B 能影響碳水化合物的代謝，對葉綠體結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定作用，可間接提高葉綠素含量，進(jìn)而增強(qiáng)光合作用，對煙葉的品質(zhì)起到一定的改善作用[24]。隨著雪茄煙葉Cu 和Ca 的增加，香氣質(zhì)、香氣量和雜氣得分呈下降趨勢，這與戴華鑫等[14]在烤煙上的研究結(jié)果相似。因此，在雪茄煙葉生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意含Cu 和Ca肥料的合理施用，以防止過量施用后降低煙葉品質(zhì)。Na 是維持煙葉離子平衡的重要元素，對礦質(zhì)元素具有拮抗作用，本研究結(jié)果顯示，Na 對雪茄煙葉感官質(zhì)量具有一定的促進(jìn)作用，可能是由于高濃度的Na 會通過非選擇性陽離子通道大量內(nèi)流影響Ca 信號系統(tǒng)的正常發(fā)生和傳遞，直接降低Ca2+活度[25]。孫燕鑫等[26]研究表明，煙葉Fe 含量大于400mg/kg 時，煙葉香氣質(zhì)、香氣量、余味和燃燒性分值隨Fe 含量的升高而降低，這與本研究結(jié)果一致。許自成等[27]通過對烤煙K 含量與感官質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煙葉K 含量增加對感官質(zhì)量具有促進(jìn)作用，與本試驗(yàn)的研究結(jié)果基本一致，這可能與K 可以提高煙葉中的酸性和中性致香成分有關(guān)[28]。煙葉Cl 含量過高常導(dǎo)致燃燒性變差、煙灰發(fā)黑[7]，而德宏產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉Cl 含量顯著高于其他產(chǎn)區(qū)，這可能是德宏產(chǎn)區(qū)煙葉燃燒性較差、灰色較黑的直接原因，因此德宏產(chǎn)區(qū)應(yīng)當(dāng)注意控制含Cl肥料的施用。目前，優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉中礦質(zhì)元素含量的適宜值尚無明確結(jié)論。本試驗(yàn)對我國云南產(chǎn)區(qū)和尼加拉瓜雪茄煙葉的礦質(zhì)元素含量、對應(yīng)的感官質(zhì)量特征以及兩者之間的關(guān)系作了探討，今后仍需根據(jù)雪茄煙葉感官組學(xué)特征對其所含礦質(zhì)元素的適宜范圍進(jìn)行定量研究。

4 結(jié)論

通過OPLS-DA 篩選出我國云南德宏、臨滄、普洱產(chǎn)區(qū)和尼加拉瓜產(chǎn)區(qū)間的差異礦質(zhì)元素（Cl、Ca、Na、B、Fe 和Cu）和差異感官質(zhì)量指標(biāo)（香氣量、香氣質(zhì)、雜氣和燃燒性）?；谝蜃臃治龊偷湫拖嚓P(guān)分析探究雪茄煙葉礦質(zhì)元素和感官質(zhì)量的關(guān)系，結(jié)果表明，隨B、Na 和K 含量的增加，香氣質(zhì)、香氣量和雜氣得分呈上升趨勢，Cl、Cu、Mn、Ca 和Fe 含量與之相反；隨K 含量的增加，燃燒性和灰色得分呈上升趨勢，Cl 與之相反。