祿豐縣不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)初烤煙葉主要化學(xué)成分比較與聚類分析

蔣海峰，鐘慶華，楊 旸，董玉西，許建明

(云南省煙草公司楚雄州公司，云南 楚雄 675000)

前 言

煙葉化學(xué)成分的含量和比例會(huì)接影響煙葉的品質(zhì)，進(jìn)而影響卷煙的香味風(fēng)格、質(zhì)量及安全性。而煙葉的化學(xué)成分形成與生態(tài)環(huán)境、煙草品種、栽培管理措施等有著十分密切的關(guān)系［1］。云南省楚雄州祿豐縣位于楚雄州西北部，自然條件優(yōu)厚，在中國(guó)煙草區(qū)劃中屬于西南煙草種植區(qū)滇中高原烤煙區(qū)的最適宜區(qū)［2］。所產(chǎn)煙葉為典型的清香型煙葉，煙葉成熟度好，葉片結(jié)構(gòu)疏松，香氣質(zhì)較好，雜氣和刺激性相對(duì)較?。?－4］。祿豐縣具有典型的生態(tài)多樣性和獨(dú)特的立體氣候，生產(chǎn)出來(lái)的優(yōu)質(zhì)煙葉具有不同的質(zhì)量風(fēng)格特色。對(duì)不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉化學(xué)成分進(jìn)行相關(guān)研究是了解祿豐縣煙葉質(zhì)量特色和區(qū)域性特點(diǎn)的重要手段，也為卷煙工業(yè)企業(yè)合理利用烤煙原料提供參考。本文以祿豐縣2011年13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的煙葉為原料，對(duì)180個(gè)烤煙樣品的化學(xué)成分進(jìn)行分析研究，并對(duì)13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行主成分分析和聚類分析，旨在為提高祿豐縣烤煙化學(xué)成分的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2011年在云南省楚雄州祿豐縣的金山、和平、中村、恐龍山、妥安、黑井、高峰、仁興、碧城、勤豐、土官、一平浪和廣通等13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)，選擇氣候、海拔、土壤等能夠代表本區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征和生產(chǎn)特點(diǎn)的地塊設(shè)置60個(gè)取樣點(diǎn)。每個(gè)取樣點(diǎn)采樣3個(gè)，等級(jí)為 B2F、C3F和 X2F，共計(jì)180個(gè)煙樣，每個(gè)樣品5 Kg。包含品種2個(gè)，云煙87和 K326，均為祿豐縣種植面積較大的品種。取樣點(diǎn)基本情況見(jiàn)表1。

1.2 測(cè)定方法

煙葉化學(xué)成分由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)院檢測(cè)中心分析測(cè)試，煙葉化學(xué)成分包括總糖(%)、還原糖(%)、總氮(%)、煙堿(%)、氯(%)、淀粉(%)和鉀(%)等7個(gè)化學(xué)指標(biāo)，并計(jì)算糖堿比(總糖/煙堿)、氮堿比(總氮/煙堿)和兩糖差(總糖－還原糖)，指標(biāo)檢測(cè)參考王瑞新［5］、肖協(xié)忠［6］等的方法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007，方差分析、多重比較采用SPSS Statistics 19.0，多重比較采用新復(fù)極差法(Duncan’s)，聚類分析采用系統(tǒng)聚類法，聚類方法為最近鄰元素，度量標(biāo)準(zhǔn)為平方Euclidean距離，采用Z score標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況Tab.1 Themain situation of testing regions

2 結(jié)果與分析

2.1 祿豐縣烤煙的主要化學(xué)成分總體特性

煙葉內(nèi)在化學(xué)成分是體現(xiàn)煙葉煙氣特征和品吸質(zhì)量的內(nèi)在因素。研究表明，優(yōu)質(zhì)烤煙一般要求總糖含量18% －24%、還原糖含量16% －22%、煙堿含量1.5% －3.5%、總氮含量1.5% －3.5%、鉀含量≥2.0%、淀粉含量≤5%，糖堿比為8－12、氮堿比為0.8－1.1、揮發(fā)堿含量0.3% －0.6% 、氯含量 0.3% －0.8%［7－8］。

祿豐縣化學(xué)成分描述統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可以看出，祿豐縣烤煙化學(xué)成分大部分指標(biāo)的均值及變幅均在優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍內(nèi)，鉀偏低，總糖和還原糖略高，這可能與云南的氣候條件有關(guān)，晝夜溫差較大，紫外線強(qiáng)等均有利于糖分的累積。祿豐煙葉總糖還原糖偏高，煙堿適宜，導(dǎo)致糖堿比偏高。除還原糖為左偏態(tài)，其余均為右偏態(tài)，氯偏態(tài)程度最重，偏離中心較遠(yuǎn)。氯的峰度值大于3，屬于高狹峰，說(shuō)明數(shù)據(jù)分布集中;糖堿比、氮堿比、淀粉和鉀的峰度值在1－3之間，說(shuō)明數(shù)據(jù)分布適中;其他指標(biāo)的峰度值小于1，屬于低闊峰，說(shuō)明數(shù)據(jù)比較分散。變異系數(shù)是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對(duì)值，值越大表明離散程度越大。祿豐縣烤煙化學(xué)成分指標(biāo)變異系數(shù)均在20%以上，其中兩糖差、氯、糖堿比和淀粉在60%以上，穩(wěn)定性低，說(shuō)明祿豐縣2011年烤煙化學(xué)成分變異程度較大，從而反映了祿豐縣各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)烤煙栽培環(huán)境的差異。

2.2 不同品種主要化學(xué)成分差異比較

祿豐不同品種煙葉主要化學(xué)成分見(jiàn)表3。就云87和K326兩個(gè)品種在祿豐煙區(qū)的表現(xiàn)來(lái)看，云87品種的總糖、還原糖和淀粉含量均比K326低，更接近優(yōu)質(zhì)烤煙的評(píng)價(jià)指標(biāo);但是在總氮、煙堿和糖堿比這三個(gè)指標(biāo)上，K326優(yōu)于云87。兩糖差、氯、氮堿比和鉀均在優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍內(nèi)，且兩個(gè)品種間無(wú)明顯差別。其中，兩糖差、氯、糖堿比和淀粉品種間變異系數(shù)較大，均在60%左右，穩(wěn)定性較低。

表2 祿豐縣烤煙主要化學(xué)成分Tab.2 Main chem ical properties of flue－cured tobacco in Lufeng County

表3 祿豐不同種植品種烤煙的主要化學(xué)成分化學(xué)(%)Tab.3 M ain chem ical properties of different flue－cured tobacco cultivars in Lufeng County(%)

2.3 不同等級(jí)主要化學(xué)成分差異比較

不同品種煙葉主要化學(xué)成分見(jiàn)表4。三個(gè)等級(jí)煙葉的主要化學(xué)成分指標(biāo)差異均為顯著，B2F和X2F的總糖、還原糖明顯低于C3F，B2F和C3F的氯明顯低于X2F，在氮堿比、淀粉和鉀等三個(gè)指標(biāo)上，X2F優(yōu)于其他兩個(gè)等級(jí)，C3F的煙堿含量最為適宜。就B2F和C3F而言，B2F的主要化學(xué)成分基本都在適宜范圍內(nèi)，說(shuō)明就祿豐縣2011年煙葉主要化學(xué)成分來(lái)看，B2F較C3F而言更符合優(yōu)質(zhì)煙化學(xué)成分的要求。其中，兩糖差、氯、糖堿比和淀粉品種間變異系數(shù)較大，均在60%左右，穩(wěn)定性較低。

表4 祿豐不同等級(jí)烤煙的主要化學(xué)成分化學(xué)(%)Tab.4 M ain chem ical properties in different grades of flue－cured tobacco from Lufeng County(%)

2.4 不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要化學(xué)成分的差異比較

生態(tài)因素是煙葉品質(zhì)特點(diǎn)和風(fēng)格區(qū)域特色形成的基礎(chǔ)條件，對(duì)煙葉質(zhì)量與風(fēng)格的形成具有重要的影響。將祿豐縣13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的化學(xué)成分進(jìn)行方差分析和多重比較，結(jié)果見(jiàn)表5。除煙堿和氯外，各個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉的其他主要化學(xué)成分指標(biāo)差異在0.05的水平上均為顯著，各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總氮、煙堿、氮堿比均在優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍內(nèi)。中村、黑井、高峰、土官、一平浪和廣通的總糖和還原糖含量較高，其中，黑井的總糖和還原糖分別達(dá)到了36.11和29.45。妥安、黑井和高峰的氯含量較高，最高達(dá)到0.56，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氯含量均低于0.3%的適宜范圍下限，特別是中村、勤豐和土官，需適當(dāng)提高氯含量。黑井和高峰的淀粉含量高于4，與其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到顯著差異，但是仍在優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍內(nèi)。

表5 祿豐不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)烤煙的主要化學(xué)成分化學(xué)(%)Tab.5 M ain chem ical properties in different growing regions of flue－cured tobacco from Lufeng Country(%)

2.5 主要化學(xué)成分的相關(guān)性分析

根據(jù)樣品各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，求得各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)如表6所示。總糖與還原糖、兩糖差、糖堿比和淀粉存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與總氮、煙堿存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;總氮與煙堿存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與糖堿比、氮堿比、鉀和淀粉存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表6 標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Tab.6 Correlation coefficients of standardized indicators

2.6 不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要化學(xué)成分的主成分分析

烤煙煙葉的10個(gè)變量間彼此之間存在著相關(guān)性，直接利用會(huì)產(chǎn)生信息的重疊，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差，因此對(duì)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉的化學(xué)成分進(jìn)行主成分分析。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)后，通過(guò) Kaiser－Meyer－Olkin檢驗(yàn)，其值為0.592＞0.5;Bartlett球形度檢驗(yàn)，Sig.為0.000，極顯著，表示可以進(jìn)行主成分分析。主成分個(gè)數(shù)提取原則為主成分對(duì)應(yīng)的特征值大于1的前m個(gè)主成分，特征值可以被看成表示主成分影響力度大小的指標(biāo)。從表7中可以看出，前3個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值大于1，選取前3個(gè)主成分進(jìn)行分析，其特征值分別為4.513、2.488、1.031，累計(jì)貢獻(xiàn)率為80.326%，基本反映了原來(lái)變量的信息。由表8可知，第1主成分變量單獨(dú)說(shuō)明原始變量的45.132%，代表變量為總糖、還原糖、兩糖差、總氮、煙堿和糖堿比;第2主成分說(shuō)明原始變量的24.883%，代表變量為氮堿比、淀粉和鉀;第3主成分說(shuō)明原始變量的10.311%，代表變量為氯。將表8的初始因子載荷代入spss 19.0軟件分析，得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘， 然后就可以得出選擇各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的前三個(gè)主成分因子得分，以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合得分。

表7 相關(guān)矩陣的特征值Tab.7 Eigenvalues of the correlation matrix

表8 規(guī)格化的特征向量Tab.8 Normalized characteristic vectors

2.7 不同植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要化學(xué)成分的聚類分析

選擇各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合得分，采用最近鄰元素和平方Euclidean距離的聚類方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，其譜系圖見(jiàn)圖1.根據(jù)對(duì)祿豐煙區(qū)煙葉化學(xué)成分的聚類分析結(jié)果，將各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)分為4種類型。中村、土官為第1類;仁興為第2類;金山、高峰、廣通、一平浪、恐龍山、和平、碧城、勤豐為第3類;妥安和黑井為第4類。

表9 綜合主成分值Tab.9 Score of principal components of samp les

對(duì)4類煙區(qū)的化學(xué)成分指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表10。除氮堿比無(wú)顯著差異外，其余指標(biāo)均存在顯著差異。第1類總糖、還原糖、糖堿比、淀粉偏高，氯偏低，總氮、煙堿、兩糖差和氮堿比適宜，總體表現(xiàn)為高糖低氯;第2類與第3類差別不明顯，主要體現(xiàn)在鉀偏低;第3類總體表現(xiàn)最為適宜，各項(xiàng)指標(biāo)基本都在優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍內(nèi);第4類總糖、還原糖、糖堿比、淀粉高于其他三類且變異較小，總氮、煙堿低于其他三類，總體表現(xiàn)為高糖低堿。

圖1 祿豐各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要化學(xué)成分系統(tǒng)聚類Fig.1 Cluster analysis ofmain chemical properties of flue－cured tobacco from different tobacco－growing regions in Lufeng County

表10 祿豐縣各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)分4類的烤煙主要化學(xué)成分Tab.10 Main chem ical properties in four different categories of flue－cured tobacco from Lufeng County

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

祿豐烤煙煙葉主要化學(xué)成分比較適宜和協(xié)調(diào)，高糖、低氯和低鉀特征比較明顯;云煙87的總糖、還原糖和淀粉含量均比K326好，而K326在總氮、煙堿和糖堿比這3個(gè)指標(biāo)優(yōu)于云煙87;3個(gè)等級(jí)煙葉的主要化學(xué)成分指標(biāo)差異均為顯著，綜合比較B2F比C3F更為適宜;除煙堿和氯外，13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉的主要化學(xué)成分指標(biāo)差異在0.05的水平上均為顯著，各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總氮、煙堿、氮堿比均在優(yōu)質(zhì)烤煙的適宜范圍內(nèi)。根據(jù)13個(gè)植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)煙葉的化學(xué)成分主成分分析的結(jié)果，聚類可分為4種類型，中村、土官為第1類;仁興為第2類;金山、高峰、廣通、一平浪、恐龍山、和平、碧城、勤豐為第3類;妥安和黑井為第4類。

3.2 討論

雖然聚類分析中第3類在4類煙區(qū)中表現(xiàn)最為適宜，但是同優(yōu)質(zhì)煙葉的最適范圍［1］相比，仍然存在總糖、還原糖、糖堿比和淀粉偏高，氯、氮堿比和鉀偏低，特別是高糖低鉀低氯的現(xiàn)象比較明顯。這與邵惠芳［7］、史訓(xùn)瑤等［8］的研究比較接近。水溶性總糖和還原糖被認(rèn)為是體現(xiàn)煙草優(yōu)良品質(zhì)的指標(biāo)，但糖含量并不是越高越好，糖含量過(guò)高，使得煙氣平淡無(wú)味，失去了應(yīng)有的吃味強(qiáng)度;糖含量高，煙氣焦油釋放量大［5，6］。氯含量與吸濕性、燃燒性等有關(guān)，氯含量低于0.3%時(shí)，煙葉干燥粗糙，易破碎。鉀含量對(duì)煙葉品質(zhì)有很大影響，主要表現(xiàn)在提高煙葉的燃燒性和吸濕性，改善煙葉的顏色和身份，降低焦油和CO含量［7］。祿豐煙葉總糖和還原糖偏高，祿豐煙葉氯偏低且分布不均勻，祿豐煙區(qū)煙葉含鉀量普遍偏低。因此，進(jìn)一步提高祿豐煙葉的化學(xué)品質(zhì)，需改善生態(tài)及栽培條件，運(yùn)用復(fù)烤調(diào)制技術(shù)，降低總糖、還原糖含量，調(diào)整氯含量，提高含鉀水平。

［1］胡榮海，邵 巖.云南煙草栽培學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007，55－117.

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［5］王瑞新.煙草化學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003，149－158.

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