王玉真，卞俊萍，華一崑，楊晶津，陳劍明，王發(fā)勇*，資文華*

1.紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，昆明市五華區(qū)紅錦路367號 650231

2.云南師范大學能源與環(huán)境科學學院，昆明市呈貢區(qū)雨花片區(qū)1號 650500

3.云南中煙工業(yè)有限責任公司，昆明市世博路6號 650011

硃砂煙最早報道于20世紀50年代，主要是在田間種植過程中由普通煙草自然突變形成，因成熟煙葉經初烤后呈硃砂斑紋且風味獨特，顏色呈櫻桃紅，國外學者也稱其為“櫻桃紅煙”［1］。硃砂煙因具有“煙勁中等、味厚實飽滿、醇香無辛辣感、喉部回甘明顯”等感官特征和特殊的“糯米香”風味而受到研究人員的關注［2］。劉哲等［3］、李勇等［4］研究表明，硃砂煙葉香氣成分較普通煙葉高，并具有香茅醇、異戊酸葉醇酯、馬索亞內酯、甲基環(huán)戊烯醇酮、R-檸檬烯等11種特有香氣成分，因而在增香去雜、提高香味品質等方面表現出良好的應用效果。

為提高煙葉的使用價值，優(yōu)質初烤煙葉分切打葉復烤已成為煙草行業(yè)發(fā)展趨勢，但針對不同煙葉原料如何進行合理分切備受關注。龍明海等［5］基于紅花大金元C3F煙葉分段葉面近紅外光譜，運用主成分分析和Fisher最優(yōu)分割法確定煙葉分切比例；高輝等［6］研究云煙87煙葉表面微觀結構特征差異，利用Fisher最優(yōu)分割法進行煙葉劃分；馬一瓊等［7］以河南濃香型中煙100 C3F煙葉化學成分和感官品質為分類指標，采用主成分和聚類分析劃分煙葉；劉超等［8］利用單因素方差和相關回歸分析法研究河南濃香型中煙100、豫煙10號等初烤煙葉不同區(qū)位揮發(fā)性有機酸質量分數差異，并基于揮發(fā)性有機酸質量分數聚類分析進行劃分。目前，有關紅花大金元、云煙87、中煙100等品種初烤煙葉面品質變化的研究為其分切提供了合理參考［5-9］。然而，硃砂煙分段葉面理化特性變化規(guī)律研究鮮見報道，因此，對初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位的常規(guī)化學成分、葉面密度、色澤、抗張力等理化特性指標進行分析，探索硃砂煙葉面各區(qū)位理化特性分布規(guī)律和適宜的分切方法，旨在為硃砂煙葉的分切處理和合理使用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：云產硃砂煙葉（產地：曲靖陸良，部位：中部，年份：2021年）。

儀器：LD0-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海龍躍儀器設備有限公司）；KW-TH225Z可程式恒溫恒濕試驗箱（東莞市科文試驗設備有限公司）；FW80粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；LE2002E電子天平（精確度：0.001 g，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；AA3連續(xù)流動分析儀（德國Seal公司）；YT-H4E厚度測定儀、YT-CM3000光譜分光測色儀、YT-WL30臥式拉力儀（杭州研特科技有限公司）；6890N/5975氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司）；SPD-M20A超高效液相色譜儀（日本Shimadzu公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

隨機選取3份試驗樣品，每份4 kg，葉長約65 cm，從中隨機選取30片完整無損煙葉，切除約15 cm葉柄后，將其余部分按2.0 cm寬縱向平均分成25個區(qū)位，分切后從葉基到葉尖依次標注1～25，按相同區(qū)位混合后置于溫度22℃、相對濕度70%的恒溫恒濕中平衡48 h，然后隨機從每個區(qū)位中選取20段，用于抗張力、厚度、色澤等物理特性測試，再將選取30片剩余的試驗樣品按相同方法分切為25段，去梗備用。

重新隨機選取3份煙葉樣品以評價分切效果（每份1.5 kg），按確定分段比例進行分切，去梗后取一部分切絲用于感官質量評價，剩余樣品備用。備用樣品分別置于45℃烘箱干燥2 h，然后粉碎過60目篩（孔徑：0.25 mm）用于化學成分檢測。

1.2.2 測定方法

厚度：參照GB 451.3—2002［10］，采用厚度測定儀，調零后隨機從平衡好的樣品中選取各區(qū)位試樣平鋪于儀器測量處測試。

色差：參照文獻［10-12］采用光譜分光測色儀，經標準白板校準后將平衡好的各區(qū)位樣品正面朝上鋪平于儀器測量處測試，直至穩(wěn)定記錄每段煙葉樣品的L*、a*、b*值，并按照式（1）計算總色差值ΔE。

式中：L0*、a0*、b0*為標準白板的顏色參數，L0*=97.58、a0*=-0.36、b0*=1.87。

抗張力：參照GB/T 12914—2008［13］，設置臥式拉力儀試樣長度100 mm，從各區(qū)位平衡好的樣品中隨機挑選完整無破損葉片，用拉力儀測試夾夾住每段葉片兩端（避開葉脈），測量每段樣品的抗張力。

平衡含水率：參照YC/T 31—1996［14］，從各區(qū)位的樣品中隨機抽取60片煙葉，用打孔器在每片煙葉（避開主脈）均勻打取60個圓片，平均分裝于3個干燥皿中放于溫度20℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h后，采用烘箱法測煙葉平衡含水率。

葉面密度：參照YC/T 142—2010［15］，采用打孔稱重法測定葉面密度，在每段樣品中隨機抽取60片煙葉，用打孔器在每片煙葉（避開主脈）均勻打取60個圓片，平均分裝于3個干燥皿中放于電熱恒溫鼓風干燥箱烘至恒重，稱取質量并計算葉面密度。

常規(guī)化學成分：參照YC/T 159—2019［16］、YC/T 468—2013［17］、YC/T 162—2011［18］、YC/T 161—2002［19］、YC/T 217—2007［20］、YC/T 249—2008［21］、YC/T 216—2013［22］，采用連續(xù)流動分析儀測定樣品的總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀離子、氯離子、蛋白質和淀粉的質量分數。

香味前體物及揮發(fā)性香味成分：參照GB/T 8313—2018［23］、YC/T 382—2010［24］，采用高效液相色譜儀測定總多酚、葉黃素、β-胡蘿卜素含量，采用氣相色譜-質譜聯用儀測定揮發(fā)性香味成分［25］。

1.2.3 感官質量評價

參照文獻［26］，由具有省級煙草機構評吸資質的專業(yè)評委從風格特征、品質特征兩方面進行樣品感官質量評價。品質特征包括香氣特性（香氣質、香氣量、透發(fā)性、雜氣）、煙氣特性（濃度、細膩程度、柔和程度、圓潤感、勁頭）和口感特性（刺激性、干燥感、余味），每個單項指標5分，將各指標相加取均值作為每個樣品感官品質特征總分。

1.2.4 數據分析

以總糖、還原糖、總植物堿、總氮、氯離子和鉀離子質量分數及其派生因子糖堿比、氮堿比和鉀氯比作為基礎，計算硃砂煙各分段葉面的化學成分可用性指數（Chemical Components Usability Index，CCUI）［27］，并利用Excel 2010和Origin 2021對初烤硃砂煙分段葉面理化特性進行數據統計、回歸性分析和繪圖，利用SPSS 26.0進行主成分和系統聚類分析，并采用鄧肯法進行分切驗證多重比較。

2 結果與分析

2.1 初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位物理特性變化

通過對云產硃砂中部初烤煙葉25個區(qū)位的厚度、葉面密度、平衡含水率、抗張力、色差等物理特性指標進行回歸方程擬合，結果如圖1所示。由圖1可知，初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位各項物理特性指標幾乎均呈規(guī)律性變化趨勢，并具有良好的線性關系（R2>0.822 2）。從葉基到葉尖，分切煙葉的抗張力、厚度、色差值a*、葉面密度整體上呈先增大后平緩下降的拋物線形變化趨勢，色差值L*呈先逐漸下降后緩慢上升的變化趨勢，色差值b*和總色差值ΔE呈逐漸上升后緩慢下降的變化趨勢，而平衡含水率總體呈下降趨勢。這表明受不同部位煙葉自身生理特性、生長狀況、物質代謝及光照條件差異的影響，煙葉不同區(qū)位間的物理特性存在差異，與柳均等［28］、高輝等［29］的研究結果比較吻合。究其原因，主要是煙葉葉基部分接受陽光照射時間較短，生長緩慢，因而厚度較薄、葉面密度較?。蝗~中和葉尖部分所處空間位置較高，其陽光照射、通風等生長條件較好，因而厚度相對較厚、葉面密度較大。研究表明，在一定范圍內煙葉抗張力與含水率呈正比，但含水率過大抗張力反而降低［30-31］，硃砂煙的抗張力變化趨勢與葉片厚度和葉面密度相同，與李瑞麗等［32］研究結果相反，且變化規(guī)律與平衡含水率相反，這說明煙葉抗張力可能還與煙葉的品種和煙葉化學成分有關。硃砂煙色差值變化趨勢與王崢嶸等［33］研究的K326品種基本一致，說明初烤煙葉葉面色差變化規(guī)律受烤煙品種的影響較小。

圖1 初烤硃砂煙分段葉面物理特性變化趨勢Fig.1 Physical characteristic variations of different segments of cinnabar flue-cured tobacco leaf

2.2 初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位常規(guī)化學成分變化

圖2為云產硃砂中部初烤煙葉25個區(qū)位各項化學指標回歸分析結果。由圖2可知，初烤硃砂煙不同區(qū)位各常規(guī)化學成分及其派生因子也均具有良好的線性變化關系（R2>0.818 2）。從葉基到葉尖，總糖、還原糖質量分數和氮堿比、糖堿比、CCUI值呈先升高后降低的拋物線形變化趨勢，總氮和總植物堿質量分數呈先降低后升高的反拋物線形變化趨勢，氯離子質量分數總體呈緩慢降低趨勢，鉀離子質量分數呈先降低后平穩(wěn)上升的變化趨勢，而鉀氯比則先緩慢下降后持續(xù)升高。究其原因，這主要是煙草屬于喜光植物，煙葉內在化學成分和風格特色的形成受光照強度和日照時長影響較大，隨光照強度的增強，煙葉總糖、還原糖含量增加，總氮、煙堿、鉀和氯含量減少［33-34］。由于煙株葉片與莖稈夾角的存在，煙株和煙葉之間相互遮擋使葉基、葉尖位置受到太陽照射時間短于葉中位置，因此硃砂煙葉葉中位置總糖、還原糖質量分數以及糖堿比、氮堿比、CCUI值較高，葉基和葉尖部位總植物堿和總氮質量分數較高，而葉尖位置鉀氯比較高，硃砂煙各部位化學成分含量分布情況與符再德等［35］研究的濃香型烤煙基本一致。此外，除了光照條件，烤煙葉面不同區(qū)位的生理特征、生長周期、通風等條件也會促使不同部位內含物質代謝、轉化和積累產生差異，進而表現出烤煙葉面常規(guī)化學成分呈差異性分布和規(guī)律變化趨勢［36］。

圖2 初烤硃砂煙分段葉面化學成分變化趨勢Fig.2 Variations in chemical components from different segments of cinnabar flue-cured tobacco leaf

研究表明，總糖、還原糖、總氮、煙堿含量與煙草清甜香韻味、刺激性等有關，糖含量過高會使卷煙燃燒不完全，而且會增加煙氣中產生的焦油量，一般認為優(yōu)質中部煙葉化學成分還原糖質量分數18%~24%的烤煙品質好［37］?？偟蜔焿A含量增加可以提高煙草特有香氣，適當的氮堿比會豐富煙草香氣和口感特性，糖堿比例協調能使煙氣具有香氣、良好口感以及適宜的濃度和勁頭，但是總氮和煙堿含量過高會產生刺激性和辛辣味，總氮含量1.6%~2.5%、煙堿含量2.2%~2.8%較合適［38］，且高質量烤煙要求糖堿比為8~12、氮堿比小于1。鉀離子和氯離子與煙草原料的燃燒特性有關，鉀氯比越高燃燒性能越好，優(yōu)質烤煙鉀氯比>4［39］。此外，煙葉原料化學成分可用性指數CCUI值范圍為0~1，該值越高，煙葉化學成分協調性越好［40］。由圖2也可以看出，硃砂煙的葉中總糖、還原糖質量分數和糖堿比、氮堿比、CCUI值高于葉基、葉尖，而葉尖的鉀氯比高于葉中和葉基，表明葉中的品質協同性明顯優(yōu)于葉基和葉尖，而葉尖的燃燒性明顯優(yōu)于葉中和葉基，這也較好地反映了卷煙品質與煙葉化學成分的協調性密切相關，各化學成分比例協調才能體現出良好的抽吸品質［41］。由此說明，傳統的整片煙葉打葉復烤便于工業(yè)上規(guī)?；a，但對優(yōu)質特色煙葉進行分切和差異化加工，對提升煙葉原料的利用價值及其在卷煙產品中的貢獻度具有重要意義。

2.3 初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位理化特性主成分分析和聚類分析

2.3.1 主成分分析

以硃砂煙各理化特性指標為基礎，通過KMO檢驗法和Bartlett球體檢驗法進行因子分析的適用性檢驗，KMO=0.693（>0.5），Bartlett球體檢驗的相伴概率Sig.=0.000（<0.05），表明主成分分析法適用于硃砂煙的各理化指標特征分析，且效果較好。通過提取特征值為1.0以上的前2個主成分，其累計貢獻率達85.673%，各主成分的載荷矩陣和特征值分析結果如表1所示，其因子載荷反映各指標對主成分的貢獻大?。?2］，硃砂煙的鉀離子、氯離子、抗張力、厚度、色差、平衡含水率、葉面密度在第1主成分中起主要作用，總糖、還原糖、總植物堿、總氮、糖堿比、氮堿比、CCUI值在第2主成分起主要作用，2個主成分構成的信息基本能夠反映全部數據的絕大部分信息，可以作為硃砂煙理化特性評價的主要指標。

表1 各主成分的載荷矩陣和特征值Tab.1 Loading matrix and characteristic value of each principal component

根據因子載荷矩陣和特征值計算主成分中不同指標的相關系數，得主成分表達式（2）和（3）：

式中：x1~x15分別為總糖、還原糖、總植物堿、總氮，鉀離子、氯離子、糖堿比、氯堿比、鉀氯比、CCUI值、抗張力、厚度、總色差ΔE、平衡含水率、葉面密度等指標的標準化數值。根據主成分表達式計算的各主成分得分（F1、F2），以及以2個主成分所對應的特征值（λ1、λ2）占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重，得出主成分綜合模型（式4），根據主成分綜合模型即可算出綜合主成分值F。

進一步通過主成分分析圖（Principal Component Analysis，PCA）評價各指標在煙葉葉面不同區(qū)位之間的相似性，結果如圖3所示。由圖3可知，硃砂煙總氮質量分數和鉀離子質量分數在區(qū)位1~4相似；氯離子質量分數、總糖質量分數以及氮堿比、糖堿比、平衡含水率在區(qū)位5~10相似；總還原糖質量分數、總色差ΔE、厚度、葉面密度以及CCUI值在區(qū)位11~19相似；總植物堿質量分數、抗張力、鉀氯比在區(qū)位20~25相似，這表明初烤硃砂煙不同分段葉面理化特性存在一定的差異性和相似性。

圖3 硃砂煙葉面不同區(qū)位理化特性PCA圖Fig.3 PCA diagram of physicochemical characteristics of different segments of cinnabar tobacco leaf

2.3.2 聚類分析

根據主成分綜合模型計算的綜合得分F值，采用組間均連法和歐式距離對初烤硃砂煙葉的理化特性進行聚類分析，結果如圖4所示。由圖4可知，在歐氏距離為5處，可以把硃砂煙葉面所有區(qū)位分成3段，第一段區(qū)位1至區(qū)位3，第二段區(qū)位4至區(qū)位21，第三段區(qū)位22至區(qū)位25，這表明初烤硃砂煙葉面適宜分切為3段，與龍明海等［5］研究紅大C3F初烤煙葉和祁林等［9］研究濃香型煙葉分切的段位數相同，由此說明，依據初烤煙葉面理化特性差異和變化趨勢分析，可為不同區(qū)位的煙葉分切加工和分類使用提供理論支撐，對提升優(yōu)質特色煙葉的精細化加工和原料利用價值具有指導意義。

圖4 基于主成分得分和綜合得分的不同區(qū)位系統聚類分析圖Fig.4 Clustering diagram from different segments based on principal component score and comprehensive score

2.4 分切與驗證

為了驗證分切結果的合理性，將15 cm葉柄與區(qū)位1至區(qū)位3合為一段，依據每個區(qū)位寬度2.0 cm，則分切后葉基段、葉中段和葉尖段長度依次為21.0、36.0、8.0 cm，進而計算得出初烤硃砂煙葉適宜分切比例為32.31%∶55.38%∶12.31%，依此將初烤硃砂煙葉分切為三段，并對各段的常規(guī)化學成分、香味前提物、揮發(fā)性香味成分進行分析和感官質量評價，結果如表2和圖5所示。

表2 硃砂煙三段分切樣品化學成分及派生因子差異性①Tab.2 Differences in chemical compositions and derivative factors of three segments of cinnabar tobacco leaf

圖5 三段分切樣品感官質量評價Fig.5 Sensory quality evaluation of three segments of cinnabar tobacco leaf

由表2可知，初烤硃砂煙分三段后葉尖、葉中、葉基的總糖、總氮、鉀離子、蛋白質、淀粉、總多酚、葉黃素、β-胡蘿卜素、新植二烯、揮發(fā)性香味成分總量等質量分數及派生因子糖堿比、CCUI值均達到顯著性差異水平（P<0.05），其中葉中的總糖、還原糖、煙堿的質量分數分別為21.16%、17.46%、2.73%，糖堿比7.79，比較符合和接近優(yōu)質煙葉的適宜范圍［38-39］，進一步說明硃砂煙采用分切打葉復烤更有利于提升葉中煙葉的使用價值。葉基、葉中、葉尖的總糖、還原糖質量分數以及CCUI值表現為葉中>葉基>葉尖，總植物堿、氯離子、鉀離子、總氮、蛋白質、淀粉、葉黃素、β-胡蘿卜素、香味成分總和表現為葉基>葉中>葉尖，糖堿比、氮堿比和總多酚質量分數均表現為葉尖>葉中>葉基，與顏克亮等［43］研究紅花大金元煙葉三段式分切煙葉化學成分的差異性有所不同，說明從葉基到葉尖不同品種煙葉的主要化學成分變化存在一定差異，針對不同品種的優(yōu)質特色煙葉進行適宜的分切研究對指導煙葉原料的分類加工具有參考價值。

由圖5a可知，云產硃砂煙的香韻特征主要以糯米香、清甜香、焦香、焦甜香、干草香為主，分切后葉中糯米香、干草香和焦甜香明顯優(yōu)于葉基和葉尖，并輔以良好的清甜香風格特征，葉基的糯米香和清甜香明顯優(yōu)于葉尖，而焦甜香、焦香和干草香葉基和葉尖相當。感官質量評價（圖5b）顯示，葉中香氣質和香氣量突出，煙氣柔和細膩，雜氣、刺激性和干燥感較??；葉基香氣質和香氣量適中、刺激性較大，枯焦氣和雜氣略明顯、勁頭略?。蝗~尖香氣質和香氣量較差，雜氣較大，熱辣感明顯。整體上，葉基、葉中和葉尖的感官質量特征分值依次為30.875分、38.625分、29.125分，進一步說明云產硃砂煙分切后葉中的香韻特征凸顯、感官質量表現較好，采用分切打葉復烤更有利于提升云產硃砂煙葉的使用價值。

3 結論

（1）初烤硃砂煙葉面不同區(qū)位理化特性指標呈現差異性分布和規(guī)律性變化趨勢，并幾乎具有良好的線性關系（R2＞0.818 2），其抗張力、厚度、葉面密度、色差值a*、總色差ΔE表現為葉中>葉尖>葉基，而色差值L*、平衡含水率表現為葉基>葉中>葉尖；總糖、還原糖、糖堿比、氮堿比、CCUI值表現為葉中>葉尖>葉基，總植物堿、總氮表現為葉尖>葉基>葉中，鉀離子、氯離子表現為葉基>葉中>葉尖。

（2）基于硃砂煙葉面不同區(qū)位理化特性，通過主成分分析提取了2個主成分（累積貢獻率85.673%），確定總糖、還原糖、總植物堿、總氮、鉀離子、氯離子、抗張力、厚度、色差、平衡含水率、葉面密度、CCUI值等指標可作為評價其分段葉面理化特性的主要指標，PCA圖分析發(fā)現硃砂煙不同區(qū)位葉面理化特性存在一定的差異性和相似性，為硃砂煙不同區(qū)位的煙葉分切加工和分類使用提供了理論支撐。

（3）聚類分析顯示，云產初烤硃砂煙葉適宜分3段，其葉基、葉中和葉尖的分切比例為32.31%∶55.38%∶12.31%；分切后各段的總糖、還原糖、質體色素、總多酚、新植二烯、揮發(fā)性香味成分等化學成分差異顯著（P<0.05），且葉中糯米香、干草香、焦甜香的香韻特征凸顯，香氣量和煙氣量足，煙氣柔和細膩，雜氣、刺激性和干燥感較小，整體感官質量表現較好，進一步說明硃砂煙采用分切打葉復烤更有利于提升煙葉原料的利用價值及其在卷煙產品中的貢獻度。