不同部位烤煙非揮發性有機酸含量與品質指標的關系分析

穆童 李東亮 姚倩 劉志宏 張森 王亞虹 許自成

摘要：【目的】分析不同部位烤煙非揮發性有機酸含量變化及其與相關品質指標的關系，為卷煙工業原料的選購提供理論依據?！痉椒ā恳晕覈?1個烤煙產區的261份陳化煙葉樣品為試驗材料，采用簡單相關分析、回歸分析和典型相關分析方法，分析煙株上、中、下3個部位煙葉樣品中的非揮發性有機酸含量變化及其與化學品質和感官品質指標的關系?！窘Y果】非揮發性有機酸總量表現為下部葉>中部葉>上部葉，且在不同部位間存在極顯著差異（P<0.01，下同）。各部位非揮發性有機酸組分與化學指標呈不同程度的相關性，非揮發性有機酸總量與總植物堿、還原糖和鉀含量呈負相關，與氯含量呈正相關。各部位非揮發性有機酸組分與評吸指標也呈不同程度的相關性，非揮發性有機酸總量與香氣特性呈負相關。典型相關分析結果表明，丙二酸和油酸含量對煙氣濃度的影響較明顯，棕櫚酸和亞油酸含量對余味的影響較明顯?！窘Y論】烤煙非揮發性有機酸含量對烤后煙葉的化學品質和感官質量均有一定程度的影響，因此在烤煙種植過程中應通過施肥等措施調控煙葉中的非揮發性有機酸含量，卷煙加工企業可根據烤后煙葉非揮發性有機酸含量選取原料。

關鍵詞： 烤煙；不同部位；非揮發性有機酸；化學品質；感官品質

中圖分類號： S572 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2018）05-0963-08

Abstract：【Objective】The relationship between the content change of non-volatile organic acid and relevant quality indexes in different parts of flue-cured tobacco was studied in order to provide theoretical basis for the purchase of raw materials in cigarette industry. 【Method】The 261 samples of aged tobacco leaves from 11 flue-cured tobacco producing areas in China were used as test materials. Simple correlation analysis，regression analysis and canonical correlation analysis were used to analyze the content change of non-volatile organic acid in upper， middle and lower leaves and its relationship with chemical quality index and sensory quality index. 【Result】The total content of non-volatile organic acid showed extremely significant difference（P<0.01，the same below） in various parts，whose rank was lower leaves>middle leaves>upper leaves. The non-volatile organic acid components and chemical index in each part showed correlation of different degrees. The total content of non-volatile organic acid showed negative correlation with total alkaloid， reducing sugar and potassium content，and showed positive correlation with the chlorine content. The non-volatile organic acid components in each part also had different degrees of correlation with the sensory evaluation index. There was negative correlation between the total content of non-volatile organic acid and the aroma characteristics. The result of canonical correlation analysis showed that the contents of malonic acid and oleic acid had great influence on smoke concentration，and that the contents of palmitic acid and linoleic acid had great influence on the aftertaste. 【Conclusion】The content of non-volatile organic acid in flue-cured tobacco has certain degree of influence on both chemical quality and sensory quality of cured tobacco leaves. So the content of non-volatile organic acid in tobacco leaves should be regulated during the process of toba-cco planting by some measures such as fertilization. The cigarette processing enterprises can select the raw materials accor-ding to the content of non-volatile organic acids in cured tobacco leaves.

Key words： flue-cured tobacco； various parts； non-volatile organic acid； chemical quality； sensory quality

0 引言

【研究意義】我國烤煙種植范圍廣，各種植區域的氣候條件、土壤質地和肥力及栽培措施差異等因素導致烤煙具有多種香氣類型，不同類型烤煙各部位的化學成分、香氣成分存在不同程度的差異，煙葉香吃味也有所不同（李東亮等，2008；邸慧慧等，2010；陳偉等，2012；崔宇翔，2013；李穎之等，2013；楊正敏等，2015）。非揮發性有機酸是影響煙草感官質量的主要化學成分之一（劉春奎等，2014），其中草酸、蘋果酸和檸檬酸是烤煙主要的非揮發性有機酸（王瑞新，2003），可與烤煙中的生物堿結合形成鹽類物質，調節質子化和游離態煙堿比例，改變煙草酸堿度，平衡煙氣，使吸味醇和，改善卷煙香吃味（施豐成等，2010）。因此，研究烤煙非揮發性有機酸與烤煙品質指標的關系對指導卷煙企業原料選購具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】楊虹琦等（2005）研究表明，低緯度產區烤煙中的蘋果酸、檸檬酸和總有機酸與中、高緯度產區存在顯著差異。盧秀萍等（2007）對不同基因型烤煙非揮發性有機酸進行研究，結果表明，同種有機酸在不同基因型類群間的含量存在明顯差異。羅瓊等（2009）研究證實，不同等級煙葉中的草酸、蘋果酸和檸檬酸含量差異不明顯，以低等級煙葉中的檸檬酸含量相對較高。孫曙光等（2012）研究表明，烤煙鉀含量與乙二酸、丙二酸和蘋果酸的回歸方程達顯著水平，與非揮發性有機酸含量間的關系最密切。張錦韜等（2012）通過灰色關聯分析發現煙葉非揮發性有機酸主要影響感官評吸質量評價指標中的刺激性、勁頭和濃度。賴燕華和汪軍霞（2015）發現異戊酸、丙二酸、苯乙酸和檸檬酸等有機酸對煙葉的感官品質存在正面或負面影響?！颈狙芯壳腥朦c】前人對烤煙非揮發性有機酸的研究多集中在不同條件下（不同種植區域、品種、海拔高度等）含量差異的比較（王樹會等，2006；黎妍妍等，2009；焦亮等，2014），或僅針對某一化學成分與烤煙有機酸含量的關系進行分析（許嘉陽等，2016；許自成等，2010a，2010b），而針對不同部位烤煙非揮發性有機酸含量與化學及感官評吸指標關系的研究較少?！緮M解決的關鍵問題】以我國11個產區的陳化煙葉為研究對象，分析不同部位烤煙非揮發性有機酸含量與相關化學品質指標和感官評吸指標的關系，以期為卷煙工業原料的選購提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗材料為我國11個煙葉產區（河南、貴州、云南、四川、江西、重慶、湖南、福建、廣東、黑龍江和內蒙古）的陳化煙葉，由四川中煙工業有限責任公司選取。

1. 2 試驗方法

采集上、中、下3個部位共261份煙葉樣品，樣品烘干后取一部分煙樣磨成粉末過60目篩，進行化學成分和香氣成分測定，另一部分煙葉樣品卷制成單料煙進行評吸，用于感官質量鑒定。

1. 3 測定項目及方法

非揮發性有機酸含量測定：稱取1 g煙末，加入0.5 mL內標（己二酸）和25.0 mL硫酸—甲醇溶液，振蕩后靜置過夜，然后過濾到分液漏斗中（內含50.0 mL蒸餾水），用15.0 mL二氯甲烷萃取3次，采用硫酸甲酯化—氣相色譜測定非揮發性有機酸含量（劉春奎等，2014）。

化學品質指標測定：還原糖含量參考YC/T 159—2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》進行測定，總植物堿含量參考YC/T 160—2002《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法》進行測定，氯含量參考YC/T 162—2002《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》進行測定，鉀含量參考YC/T 217—2007《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續流動法》進行測定。

感官質量鑒定：將供試煙葉樣品進行回潮（水含率達18.0%～21.0%），室溫下密閉存放2 h，切絲，在規定條件下將煙絲水含率調節至12.5%左右，卷制成卷煙后按單料煙評吸基本要求，以YC/T 138—1998 《煙草及煙草制品 感官評價方法》為基礎，由專職評吸人員進行評吸。按單料煙9分制評吸方法評分，求出各指標的平均值。

1. 4 統計分析

數據處理及簡單相關分析、回歸分析、典型相關分析采用Excel 2016和SPSS 21.0完成。

2 結果與分析

2. 1 烤煙非揮發性有機酸含量分析結果

2. 1. 1 不同部位烤煙非揮發性有機酸含量的描述統計分析 對烤煙樣品上、中、下各部位煙葉非揮發性有機酸含量進行統計分析，結果（表1）表明，除月桂酸外，其他非揮發性有機酸含量在不同部位間均表現出顯著（P<0.05，下同）或極顯著（P<0.01，下同）差異。不同部位間的非揮發性有機酸均以蘋果酸含量最高，月桂酸含量最低；上部葉中以丙二酸含量的變幅最大，變異系數達46.04%，中部葉和下部葉中以月桂酸含量的變幅最大，變異系數分別為60.00%和40.00%；上部葉和下部葉中以棕櫚酸含量的變幅最小，變異系數為9.65%和9.54%，中部葉中以肉豆蔻酸含量的變幅最小，變異系數為9.09%。3個部位間非揮發性有機酸總量表現為下部葉>中部葉>上部葉，各部位間差異達極顯著水平。

2. 1. 2 烤煙非揮發性有機酸含量的聚類分析 對上、中、下3個部位烤煙中的非揮發性有機酸總量按不同產區進行聚類分析，結果（圖1）表明，各部位非揮發性有機酸總量均可分為三大類。上部葉中第Ⅰ類（57.15±7.45 mg/g）為廣東、江西和福建，第Ⅱ類（94.03±10.06 mg/g）為貴州和重慶，第Ⅲ類（75.18±10.80 mg/g）為湖南、四川和云南。中部葉中第Ⅰ類（90.00±12.62 mg/g）為湖南、云南、四川、貴州、黑龍江和重慶，第Ⅱ類（113.43±14.97 mg/g）為河南和內蒙古，第Ⅲ類（67.93±11.66 mg/g）為廣東和江西。下部葉中第Ⅰ類（116.01±16.89 mg/g）為貴州和云南，第Ⅱ類（112.75±29.61 mg/g）為黑龍江、四川和重慶，第Ⅲ類（92.24±7.06 mg/g）為廣東。

2. 2 烤煙非揮發性有機酸含量與化學品質指標的相關性分析結果

蘋果酸、檸檬酸等有機酸參與煙株體內的三羧酸循環，間接調節碳水化合物和含氮化合物的代謝（全琳等，2010）。對不同部位烤煙非揮發性有機酸含量與部分化學指標進行相關性分析，結果（表2）表明，非揮發性有機酸含量與烤煙上、中部葉的關系較密切，其中多數非揮發性有機酸與上、中部葉的化學指標間存在顯著或極顯著相關性。不同部位烤煙非揮發性有機酸總量與總植物堿含量均呈顯著或極顯著負相關；上、中部葉中非揮發性有機酸總量與還原糖和鉀含量呈顯著或極顯著負相關，與氯含量呈顯著和極顯著正相關；下部葉中非揮發性有機酸總量與還原糖、氯和鉀含量的相關性均未達顯著水平（P>0.05，下同）。

2. 3 烤煙非揮發性有機酸含量與感官評吸指標的關系

2. 3. 1 不同部位烤煙非揮發性有機酸與感官評吸指標的簡單相關分析 根據非揮發性有機酸對烤煙煙氣的影響，分析3個部位烤煙中各非揮發性有機酸與香氣質、香氣量、雜氣、勁頭、濃度、余味及刺激性的相關性，并將這些感官指標劃分為香氣特性、煙氣特性及口感特性（表3～表5）。3個部位烤煙中非揮發性有機酸含量與香氣特性關系密切。上部葉中草酸、蘋果酸含量與香氣質和香氣量呈極顯著負相關，檸檬酸和丙二酸含量與香氣量呈顯著負相關，非揮發性有機酸總量與香氣質、香氣量及雜氣均呈極顯著負相關（表3）。中部葉中草酸、蘋果酸、檸檬酸、丙二酸含量及非揮發性有機酸總量均與香氣質、香氣量和雜氣（草酸除外）呈極顯著負相關，油酸和硬脂酸含量與各香氣特性呈極顯著正相關（表4）。下部葉中草酸含量與香氣質和香氣量呈顯著負相關，蘋果酸、檸檬酸含量及非揮發性有機酸總量僅與香氣量呈顯著或極顯著負相關（表5）。從表3～表5還可看出，部分非揮發性有機酸含量與中部葉的煙氣特性和口感特性具有顯著或極顯著相關性，但與上、下部葉的煙氣特性和口感特性相關性不明顯。

2. 3. 2 不同部位烤煙非揮發性有機酸總量與香氣特性的回歸分析 根據次序分布原則按照2.00的組距將不同部位烤煙非揮發性有機酸總量進行分組，分別統計每組非揮發性有機酸總量的平均值及其對應的香氣特性得分平均值，然后對3個部位煙葉中非揮發性有機酸總量與香氣特性進行回歸分析，結果（表6）表明，上部葉和中部葉中非揮發性有機酸總量與香氣特性呈極顯著負相關，下部葉中非揮發性有機酸總量與香氣特性呈顯著負相關。

由表6和圖3可知，烤煙香氣特性得分總體上隨非揮發性有機酸總量的增加而下降。上部葉與下部葉的香氣特性得分在一定的非揮發性有機酸總量范圍內呈上升趨勢，之后開始逐漸下降，而中部葉的香氣特性得分隨非揮發性有機酸總量的增加持續下降。

2. 3. 3 烤煙中部葉非揮發性有機酸含量與感官評吸指標的典型相關分析 將中部葉中非揮發性有機酸[草酸（X1）、蘋果酸（X2）、檸檬酸（X3）、丙二酸（X4）、琥珀酸（X5）、月桂酸（X6）、肉豆蔻酸（X7）、棕櫚酸（X8）、亞油酸（X9）、油酸（X10）、硬脂酸（X11）]與勁頭（Y1）、余味（Y2）、濃度（Y3）、刺激性（Y4）進行典型相關分析，結果見表7。

由表7可知，前兩對典型相關系數較大，且經卡方檢驗均達極顯著相關水平。

整理后第1組典型變量的線性表達式構成為：

U1=-0.145X1+0.387X2-0.171X3+0.502X4+0.080X5+0.070X6+0.121X7+0.262X8- 0.149X9-0.734X10+0.135X11

V1=-0.684Y1+0.496Y2-0.925Y3+0.136Y4

由第1組典型變量可看出，非揮發性有機酸中丙二酸（0.502）、油酸（-0.734）的載荷較大，評吸指標中濃度（-0.925）的載荷較大，在典型變量中起主要作用。由此可知，丙二酸和油酸對濃度的影響明顯，其中丙二酸的影響為正效應，油酸為負效應。

第2組典型變量的線性表達式構成為：

U2=-0.408X1+0.345X2-0.188X3-0.073X4-0.254X5+0.207X6+0.325X7-1.170X8+0.474X9+0.397X10+0.051X11

V2=0.197Y1+0.928Y2-0.215Y3-0.191Y4

由第2組典型變量可看出，非揮發性有機酸中棕櫚酸（-1.170）、亞油酸（0.474）的載荷較大，評吸指標中余味（0.928）的載荷較大，在典型變量中起主要作用。由此可知，棕櫚酸和亞油酸對余味的影響明顯，其中棕櫚酸的影響為負效應，亞油酸為正效應。

3 討論

劉百戰等（1999）研究指出，烤煙不同部位的非揮發性有機酸含量不同，下部葉中蘋果酸含量可達114.87 mg/g。本研究通過對不同部位烤煙非揮發性有機酸的測定，結果表明，3個部位非揮發性有機酸總量表現為下部葉>中部葉>上部葉，三者間的差異達極顯著水平，且非揮發性有機酸總量的變異幅度較大。有研究指出，煙草葉片在暗處形成蘋果酸的比例高于有光線的地方（López-Bucio et al.，2000）。本研究發現上、中、下各部位煙葉均以蘋果酸含量最高，且以下部葉最高，可能是由于下部葉在生長過程中所受光照少于中部葉和上部葉所致。

不同部位烤煙中非揮發性有機酸組分與化學指標表現出不同程度的相關性，非揮發性有機酸總量與總植物堿和鉀含量均呈負相關，與杜詠梅等（2011）的研究結果基本一致。許自成等（2010b）研究指出，還原糖和總糖含量與多元有機酸和有機酸總量存在顯著負相關。本研究中，不同部位烤煙非揮發性有機酸總量與還原糖總量呈負相關，是由于非揮發性有機酸中的草酸和丙二酸作為羧酸循環中琥珀酸脫氫酶的典型競爭性抑制劑，若葉片中這兩種有機酸的含量過高，可能影響煙葉中淀粉和蛋白質的降解，致使煙葉可溶性糖和還原糖含量偏低（楊虹琦等，2006）。此外，本研究結果表明，各部位煙葉中草酸和丙二酸含量均表現為上部葉>下部葉>中部葉，可能是上部葉和下部葉的內在及感官品質不如中部煙葉協調性好的原因之一?？緹熉群坑绊憻熑~的感官質量，不同部位烤煙非揮發性有機酸總量與煙葉氯含量呈正相關，其中以上部葉和中部葉的關系最密切。

不同部位烤煙非揮發性有機酸組分與香氣質、香氣量、雜氣、勁頭、濃度和余味均表現出不同程度的相關性。中部葉的棕櫚酸和硬脂酸含量與香氣質、香氣量和雜氣呈極顯著正相關，可能是由于高級脂肪酸大多是半揮發酸，高級飽和脂肪酸可賦予煙氣臘味、脂味及柔和的芳香氣味。煙葉中有機酸含量過高時，會使煙氣中殘留物增加，余味不凈，給煙葉的吃味帶來不利影響，且高級不飽和脂肪酸在卷煙燃燒時由于熱裂解反應，易形成己醛和己烯等具強烈刺激性和雜氣的物質，從而使煙氣刺激性和粗糙感增加。本研究結果表明，上部葉和中部葉的非揮發性有機酸總量與香氣質、香氣量和雜氣均呈極顯著負相關，下部葉的非揮發性有機酸總量與香氣量呈極顯著負相關。因此，在烤煙種植及卷煙原料配置過程中，可通過調節非揮發性有機酸含量，使高級飽和脂肪酸含量增加，高級不飽和脂肪酸含量降低，從而改善煙葉的吸食口感。

4 結論

烤煙非揮發性有機酸總量與烤后煙葉化學成分及感官指標間均存在不同的相關性。因此，在烤煙種植過程中，可通過施入不同配比的有機酸肥料，以改善煙葉內在成分；在原料選取過程中，可根據煙葉非揮發性有機酸與感官指標的關系，選出更適合卷煙配方的原料，從而改善煙葉的吸食口感。

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（責任編輯 王 暉）