秦嶺烤煙鉀氯含量特征及其與致香物質(zhì)的關系

高娟娟，張建新

(西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

【研究意義】鉀和氯元素屬于烤煙中的常規(guī)化學成分，是烤煙品質(zhì)的重要指標，它們在煙草中均以離子的形態(tài)存在[1]。鉀幾乎關系著煙株的所有代謝過程，其含量的高低嚴重影響著煙葉的生長發(fā)育、品質(zhì)的形成和可用性[2]。氯是煙草生長必需的元素，參與烤煙的光合作用，促進細胞分裂，與烤煙中其它營養(yǎng)元素有交互作用[3]。但烤煙中氯含量過高會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，故被認為是“忌氯作物”，國際優(yōu)質(zhì)烤煙的氯含量一般為0.3 %～0.8 %?？緹煹闹孪阄镔|(zhì)是煙葉中能產(chǎn)生香味或能散發(fā)香氣的物質(zhì)的統(tǒng)稱[4]，是烤煙香氣品質(zhì)的核心?！厩叭搜芯窟M展】目前，在烤煙致香物質(zhì)的研究方面，主要集中在關于致香物質(zhì)影響因素的研究，包括烤煙的常規(guī)化學成分[5-7]和微量元素[8-9]、烤煙香型和品種[10-11]、增施肥料[12]、種植海拔[13]、烘烤工藝[14]等。近年來，鉀、氯含量對烤煙致香物質(zhì)的影響備受關注，比如施用緩釋鉀肥[15]、生物鉀肥[16]、有機鉀肥[17]等對烤煙品質(zhì)的影響，氯含量的分布[18]、累積[19]及氯肥的施用[20]對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響?！颈狙芯壳腥朦c】目前關于秦嶺煙區(qū)烤煙品質(zhì)和致香物質(zhì)的研究報道相對較少[21]，因此本文對秦嶺煙區(qū)3個烤煙品種的鉀、氯含量進行差異分析，并分析與國內(nèi)外烤煙的相似性，然后對鉀、氯含量與致香物質(zhì)之間的相互關系進行了分析研究。【擬解決的關鍵問題】以期為秦嶺烤煙香氣品質(zhì)的提高，尤其是通過改善烤煙鉀、氯含量狀況來提高香氣品質(zhì)，提供科學的理論依據(jù)。

表1 不同品種間鉀、氯含量的差異性分析

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。

Note：Different letters mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

1 材料與方法

1.1 材料及數(shù)據(jù)來源

煙葉樣品：秦嶺區(qū)域商洛洛南、漢中洋縣和安康旬陽3個主產(chǎn)煙縣的C3F等級煙葉樣品，品種為當?shù)刂髟钥緹熎贩NK326、YN99和秦煙96。

與國內(nèi)外煙葉進行比較的數(shù)據(jù)來源于中國煙草科學技術數(shù)據(jù)庫-煙葉主要化學成分分析數(shù)據(jù)庫(http://sjk.ztri.com.cn/tobacco/yccx/)[22]。為了便于比較分析，選取巴西、津巴布韋、云南、河南、貴州、四川煙區(qū)C3F等級的烤煙。

1.2 實驗方法

1.2.1 鉀、氯含量的測定 烤煙煙葉中鉀、氯含量的測定方法分別參照YC/T 173-2003[23]、YC/T 162-2002[24]。

1.2.2 致香物質(zhì)含量的測定 采用固相微萃取技術進行致香物質(zhì)的提取[25]，然后通過氣質(zhì)聯(lián)用儀測定致香物質(zhì)的含量[26]，利用隨機Xcalibur工作站NIST2002標準譜庫自動檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)，參考有關文獻資料及標準譜圖對機檢結(jié)果進行核對和確認來進行定性；按內(nèi)標法計算各組分含量從而實現(xiàn)定量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

全文數(shù)據(jù)采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件進行描述性統(tǒng)計分析、方差分析、聚類分析和權(quán)重系數(shù)的計算，用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進行模糊相似性優(yōu)先比分析，用Excel進行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 秦嶺烤煙鉀、氯含量的特征

對秦嶺煙區(qū)3個品種烤煙的鉀、氯含量及比值進行描述性統(tǒng)計分析和方差分析，結(jié)果見表1和圖1。

由表1可知，秦嶺烤煙鉀含量的變幅為0.83 %～2.56 %，平均值為1.93 %，變異系數(shù)為23.90 %；氯含量的變幅為0.02 %～1.01 %，平均值為0.29 %，變異系數(shù)為83.18 %；鉀氯比的變幅為1.19～97.47，平均值為12.12，變異系數(shù)高達 121.16 %，存在廣泛的變異。

圖1 秦嶺烤煙鉀、氯含量及其比值的特征Fig.1 Characteristics of potassium,chlorine content and potassium/chlorine in Qinling mountains

以國際優(yōu)質(zhì)烤煙煙葉的鉀含量(不低于2.50 %)、氯含量(0.30 %～0.80 %)、鉀氯比(不低于4)為標準[1]，對秦嶺煙區(qū)不同品種烤煙的適宜率進行統(tǒng)計分析，可知YN99和秦煙96的鉀含量適宜率均為0.00 %，其中YN99鉀含量的最大值為2.07 %，秦煙96鉀含量的最大值為1.56 %，均低于國際優(yōu)質(zhì)煙葉的鉀含量；K326的鉀含量適宜率為5.56 %，其鉀含量變幅為0.99 %～2.56 %，變異系數(shù)為19.92 %。對于氯含量而言，YN99的適宜率最高，為95.83 %，其氯含量的變幅為0.32 %～0.86 %；K326的氯含量適宜率為11.11 %，其氯含量的變幅為0.03 %～0.74 %，平均值為0.16 %；秦煙96氯含量的適宜率為8.33 %，變幅為0.02 %～0.98 %。K326和秦煙96的鉀氯比的適宜率均較大，分別為88.89 %、86.11 %，其中，K326鉀氯比的變幅為2.56～42.36，平均值為21.06，秦煙96鉀氯比的變幅為1.19～97.47，平均值為14.08；而YN99的鉀氯比適宜率為0，變幅為1.47～3.90，平均值為2.47。

從變異系數(shù)來看，秦煙96氯含量的變異系數(shù)最大，為94.74 %，K326氯含量的變異系數(shù)較大，為84.21 %，秦煙96的鉀氯比變異系數(shù)也較大，為82.48 %，其次K326鉀氯比的變異系數(shù)為58.80 %，除此之外其它變異系數(shù)均相對較小。

從品種之間的差異性來看，結(jié)合表1和圖1可知，K326的鉀含量顯著高于秦煙96和YN99的鉀含量，YN99的氯含量顯著高于其它2個品種，但其鉀氯比顯著低于其它2個品種。

2.2 與國內(nèi)外烤煙煙葉鉀、氯含量的相似性分析

模糊相似性優(yōu)先比分析，是以成對樣本與一個固定樣本做比較，確定哪一個與固定樣本更相似的一種分析方法[27]。本研究以巴西、津巴布韋、云南、河南、貴州、四川煙區(qū)烤煙的鉀、氯含量及其比值的平均值與秦嶺煙區(qū)烤煙進行模糊相似性優(yōu)先比分析。

由于鉀含量、氯含量、鉀氯比對烤煙樣本的影響程度不一樣，因此本文采用因子分析法[27]求出鉀、氯、鉀氯比的權(quán)重值，并進行歸一化處理，使得各個指標能共同影響待分析樣本間的相似程度，故分別賦予鉀、氯、鉀氯比0.3、0.1、0.6的權(quán)重。采用海明距離做為相似優(yōu)先比的測度，使每個煙區(qū)都產(chǎn)生一個能綜合反映該煙區(qū)與秦嶺煙區(qū)相似程度的值——優(yōu)先比值，優(yōu)先比值越小，代表該煙區(qū)與秦嶺煙區(qū)越相似，按照與秦嶺烤煙鉀、氯含量及其比值的優(yōu)先比值由大到小進行排序。由表2可知，秦嶺對四川的優(yōu)先比值最小，為2.14，因此秦嶺烤煙的鉀、氯含量及鉀氯比與四川最相似。與國外鉀、氯含量及鉀氯比比較，以巴西的優(yōu)先比值較低，為3.05，秦嶺烤煙的鉀、氯含量及鉀氯比與巴西較為相似。從整體來看，秦嶺烤煙鉀、氯含量及鉀氯比對國內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)的相似度由大到小的順序為：四川>貴州>巴西>津巴布韋>云南>河南。

表2 秦嶺烤煙鉀、氯含量及其比值與國內(nèi)外主產(chǎn)煙區(qū)相似度比較

表3 不同類群中烤煙鉀含量的基本統(tǒng)計特征

圖2 不同鉀含量烤煙致香物質(zhì)的含量特征Fig.2 Characteristics of aroma components in flue-cured tobacco with different potassium contents

2.3 秦嶺烤煙鉀含量與致香物質(zhì)的關系

為了研究秦嶺烤煙鉀含量與致香物質(zhì)之間的關系，對烤煙鉀含量采用歐氏距離進行聚類分析，將待測烤煙樣品劃分為低、中、高3個類群，計算每個類群烤煙樣品的致香物質(zhì)平均含量，結(jié)果見表3和圖2。

由表3可知，低鉀類群中，烤煙鉀含量的變幅為0.91 %～1.16 %，變異系數(shù)為9.41 %，占樣品總數(shù)的35.71 %，在這個類群中占比最大的品種是YN99，為70.00 %。由圖2可知，低鉀類群與其它2

個類群相比，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、棕色化反應物的含量和致香物質(zhì)總量較低，其它種類致香物質(zhì)的含量都居中。

中鉀類群中，烤煙鉀含量的變幅為1.20 %～1.43 %，變異系數(shù)為6.11 %，占樣品總數(shù)的39.29 %，在這個類群中占比最大的品種是YN99，為54.55 %。由圖2可知，中鉀類群與其它兩個類群相比，葉綠素降解產(chǎn)物、類胡蘿卜降解產(chǎn)物的含量及致香物質(zhì)總量均較高，苯丙氨酸降解產(chǎn)物和西柏烷類降解產(chǎn)物的含量較低，棕色化反應物的含量居中。

高鉀類群中，烤煙鉀含量的變幅為1.75 %～2.26 %，變異系數(shù)為9.26 %，占樣品總數(shù)的25.00 %，在這個類群中全部都是K326品種的烤煙。由圖2可知，高鉀類群與其它兩個類群相比，葉綠素降解產(chǎn)物的含量較低，苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物和棕色化反應物的含量較高，類胡蘿卜降解產(chǎn)物的含量和致香物質(zhì)總量居中。

對不同鉀類群間烤煙的致香物質(zhì)含量進行方差分析(表4)，鉀含量在類群間的差異性達到極顯著水平(P<0.001)，棕色化反應物和致香物質(zhì)總量至少在2個類群間存在顯著性差異，而其它致香物質(zhì)含量在類群間的差異性都不顯著。

2.4 秦嶺烤煙氯含量與致香物質(zhì)的關系

為了研究秦嶺烤煙氯含量與致香物質(zhì)之間的關系，對烤煙氯含量采用歐氏距離進行聚類分析，將待測烤煙樣品劃分為低、中、高3個類群，計算每個類群烤煙樣品的致香物質(zhì)平均含量，結(jié)果見表5和圖3。

表4 不同鉀類群間烤煙致香物質(zhì)含量的方差分析

注：同一行不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。

Note：Different letters within the same column mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

表5 不同類群中烤煙氯含量的基本統(tǒng)計特征

圖3 不同氯含量烤煙致香物質(zhì)的含量特征Fig.3 Characteristics of aroma components in flue-cured tobacco with different chlorine contents

由表5可知，低氯類群中，烤煙煙葉氯含量的變幅為0.06 %～0.14 %，變異系數(shù)為30.57 %，占樣品總數(shù)的28.58 %，在這個類群中占比最大的品種是K326，為50.00 %，其它2個品種各占25.00 %。由圖3可知，低氯類群與其它兩個類群相比，葉綠素降解產(chǎn)物的含量較低，棕色化反應物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物的含量較高，西柏烷類降解產(chǎn)物和類胡蘿卜降解產(chǎn)物居中，致香物質(zhì)總量較高。

中氯類群中，烤煙煙葉氯含量的變幅為0.21 %～0.32 %，變異系數(shù)為14.71 %，占樣品總數(shù)的25 %，在這個類群中占比最大的品種是秦煙96，為71.43 %，K326和YN99所占比例相等，均為14.29 %。由圖3可知，中氯類群與其它兩個類群相比，烤煙的葉綠素降解產(chǎn)物和類胡蘿卜降解產(chǎn)物的含量較高，苯丙氨酸降解產(chǎn)物、棕色化反應物和西柏烷類降解產(chǎn)物的含量較低，致香物質(zhì)總量也較低。

高氯類群中，烤煙煙葉氯含量的變幅為0.38 %～0.74 %，變異系數(shù)為18.08 %，占樣品總數(shù)的46.43 %，這個類群中占比最大的品種是YN99，為76.92 %，秦煙96在該類群中所占比例最低，為7.69 %。由圖3可知，高氯類群與其它兩個類群相比，烤煙的葉綠素降解產(chǎn)物、苯丙氨酸降解產(chǎn)物和棕色化反應物的含量居中，西柏烷類降解產(chǎn)物的含量較高，類胡蘿卜降解產(chǎn)物的含量較低，致香物質(zhì)總量居中。

對不同類群間烤煙的致香物質(zhì)含量進行方差分析(表6)，氯含量在類群間的差異性達到極顯著水平(P<0.001)，苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物、棕色化反應物均至少在2個類群間存在顯著性差異，而葉綠素降解產(chǎn)物、類胡蘿卜降解產(chǎn)物及致香物質(zhì)總量在類群間的差異性都不顯著。

3 討 論

(1)以國際優(yōu)質(zhì)烤煙的氯含量(0.3 %～0.8 %)[1]為標準，YN99的氯含量較適宜，適宜率為95.83 %，但其鉀氯比值較低，變幅為1.47 %～3.90 %，這很可能是由YN99的鉀含量較低造成的；秦煙96的鉀含量、氯含量均較低，但是鉀氯比較適宜，適宜率為86.11 %，可能的原因是秦煙96的氯含量極低。從變異系數(shù)來看，秦嶺烤煙鉀氯比變異系數(shù)較大，主要是由于氯含量的變異系數(shù)較大造成的，K326、秦煙96、YN99的氯含量變異系數(shù)分別為84.21 %、94.74 %、21.36 %，分析原因可能是不同種植煙縣土壤的氯素含量不同造成的，也可能是由于3個品種對氯的吸收積累作用有差異。孫公等[28]的研究表明土壤水溶性氯和煙葉中氯含量的增加趨勢是一致的，許永峰等[20]的研究結(jié)果也表明隨著對土壤中施氯量的上升，煙株中氯含量及其積累量也呈現(xiàn)上升趨勢，故可以適當?shù)氖┯寐人胤柿蟻砥胶馇貛X植煙縣土壤的氯含量，從而改善烤煙低氯含量的現(xiàn)狀。

(2)通過對秦嶺烤煙鉀、氯含量及鉀氯比的平均值對國內(nèi)外烤煙的模糊相似性優(yōu)先比分析，可知秦嶺烤煙的鉀氯含量狀況與四川烤煙最為相似，李丹丹等[29]的研究結(jié)果表明，四川煙葉鉀、氯含量較低且變異性較大，鉀氯比值較大但表現(xiàn)欠穩(wěn)定，與本文的相似性分析結(jié)果是一致的。與國外煙區(qū)的相似性分析結(jié)果表明，秦嶺烤煙的鉀氯含量狀況與巴西較相似。

注：同一行不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。

Note：Different letters in the same column mean significant difference at 5 %，and the same letters mean no significant difference at 5 %.

(3)本文用類似于許自成等[30-31]的方法研究秦嶺烤煙鉀、氯含量與致香物質(zhì)的關系，結(jié)果表明，高鉀類烤煙的苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物和棕色化反應物的含量均高于低鉀類和中鉀類烤煙，而葉綠素降解產(chǎn)物的含量低于低鉀類和中鉀類烤煙，類胡蘿卜降解產(chǎn)物含量居中；葉綠素降解產(chǎn)物和類胡蘿卜降解產(chǎn)物的含量在中氯烤煙中最高，苯丙氨酸降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物、棕色化反應物的含量在中氯烤煙中最低，使得致香物質(zhì)的總量也最低。許自成等[30-31]的研究結(jié)果表明幾大類致香物質(zhì)在高鉀類烤煙和低氯類烤煙中含量較高，這與本文的研究結(jié)果有一定的差別，這可能是由于秦嶺烤煙鉀、氯含量偏低且變異范圍廣。

4 結(jié) 論

秦嶺烤煙鉀、氯含量均低于國際優(yōu)質(zhì)烤煙的范圍，鉀氯比變異系數(shù)較大，變異范圍較廣，不同品種間鉀、氯含量及比值的差異性較顯著。秦嶺烤煙的鉀、氯含量與致香物質(zhì)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，整體上看，各大類致香物質(zhì)含量在高鉀烤煙中含量較高，在中氯烤煙中含量較高。

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