產(chǎn)地和部位對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響

潘曦，魏敏，李冉，郭國(guó)寧，宋旭艷，江鵬，魏健，李婧欣，王志波

(1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；2.武漢大學(xué)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，湖北 武漢 430072)

由于煙草制品中焦油、煙堿和CO等有害成分的存在，國(guó)家和煙草制造企業(yè)都會(huì)對(duì)煙草制品中各種有害成分含量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，而卷煙制品中有害物質(zhì)的含量與卷煙原料中各種化學(xué)成分的含量有重要關(guān)聯(lián).有研究表明，產(chǎn)地和部位是影響卷煙主流煙氣成分及含量的重要因素[1-3]，煙葉原料中各種化學(xué)成分含量的變化直接影響煙草制品的質(zhì)量，而卷煙原料中的化學(xué)成分的含量受生態(tài)環(huán)境、栽培條件影響較大[4].因此，研究不同產(chǎn)地和部位的卷煙原料對(duì)各種化學(xué)成份含量的影響，對(duì)卷煙工業(yè)企業(yè)選擇合適的產(chǎn)區(qū)和部位的原料進(jìn)行生產(chǎn)和新產(chǎn)品的研發(fā)有重要意義.

近年來，已經(jīng)有學(xué)者研究了卷煙原料產(chǎn)地和部位對(duì)卷煙原料中各種化學(xué)成分含量的影響.其中，Du等[5]采用方差分析法研究了我國(guó)和國(guó)外烤煙樣品64項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)的差異；徐雪芹等[6]分析了邵陽(yáng)主煙區(qū)的不同產(chǎn)地?zé)熑~化學(xué)成分的部位特征，得出了不同化學(xué)成分在不同部位含量的大小關(guān)系和部位間的變化關(guān)系；何聲寶等[7]分析了不同產(chǎn)區(qū)的曬黃煙樣品化學(xué)成分含量的差異；賀帆等[8]分析了不同典型濃香型產(chǎn)區(qū)煙葉化學(xué)成分的差異，得到了不同香型煙區(qū)與化學(xué)成分間的關(guān)系；魯黎明[9]通過分析四川烤煙主產(chǎn)區(qū)煙葉感官質(zhì)量及主要化學(xué)成分，得出了適宜發(fā)展優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)區(qū)域；肖先儀等[10]分析了贛州地區(qū)煙葉化學(xué)成分含量的總體差異和不同部位煙葉化學(xué)成分的差異；江春等[11]評(píng)價(jià)了皖南各區(qū)域烤煙化學(xué)成分含量及感官質(zhì)量；崔倩等[12]分析了不同省卷煙原料的化學(xué)成分含量，得到了不同省份卷煙原料化學(xué)成分含量的特點(diǎn).以上關(guān)于產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的研究或是以1個(gè)小地區(qū)的樣本為研究對(duì)象，或是對(duì)某一種香型的煙草制品進(jìn)行研究，無法揭示不同產(chǎn)地卷煙原料的特點(diǎn)和不同地區(qū)間卷煙原料的相似性.部位對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的研究偏少，趙銘欽等[4]通過分析不同產(chǎn)區(qū)、部位卷煙原料中的各種化學(xué)成分，總結(jié)了各地區(qū)不同部位的原料化學(xué)成分含量的差異；Geng等[13]通過對(duì)煙葉主要化學(xué)成分與卷煙主流煙氣中有害成分進(jìn)行相關(guān)性分析，探究了不同部位煙葉的有害成分含量的差異.

現(xiàn)有研究雖然從卷煙原料產(chǎn)地和部位的角度分析各種化學(xué)成分的差異，但這些分析僅限定在1個(gè)區(qū)域內(nèi)的卷煙原料化學(xué)成分的差異，沒有從全國(guó)不同煙葉產(chǎn)區(qū)的角度分析不同卷煙原料化學(xué)成分的特點(diǎn)；另外，現(xiàn)有的研究只是得到了不同化學(xué)成分的變化大小或大小關(guān)系，無法幫助卷煙企業(yè)快速尋找可替代的產(chǎn)區(qū)和部位的煙葉原料.本文以全國(guó)18個(gè)省的1 449個(gè)煙葉樣品為研究對(duì)象，分別分析產(chǎn)地因素和部位因素對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響，以期得到不同產(chǎn)地和部位卷煙原料化學(xué)成分含量的相似性差異，為卷煙企業(yè)進(jìn)行老產(chǎn)品維護(hù)和新產(chǎn)品研發(fā)時(shí)選擇合適的原料提供技術(shù)支持和理論依據(jù).

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

為了考察產(chǎn)地因素對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響，選取全國(guó)18個(gè)省的1 449個(gè)煙葉樣品.其中，安徽34個(gè)，福建103個(gè)，甘肅18個(gè)，廣東51個(gè)，廣西20個(gè)，黑龍江19個(gè)，湖北67個(gè)，湖南151個(gè)，吉林18個(gè)，江西28個(gè)，遼寧28個(gè)，山東47個(gè)，陜西42個(gè)，重慶38個(gè)，四川114個(gè)，云南390個(gè)，貴州177個(gè)，河南104個(gè).為了考察煙葉部位對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響，選取煙葉部位為B2F、C3F和X2F.試驗(yàn)材料匯總見表1.

1.2 試驗(yàn)方法

按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[14-21]要求檢測(cè)卷煙的總植物堿、總氮、還原糖、總糖、淀粉、石油醚提取物總量、pH值、鉀和氯含量，并計(jì)算糖堿比、氮堿比、鉀氯比和兩糖比.其中，所測(cè)化學(xué)成分含量均換算為百分率.糖堿比是指還原糖含量與總植物堿含量的比值，氮堿比是指總氮含量與總植物堿含量的比值，鉀氯比是指鉀含量與氯含量的比值，兩糖比是指還原糖含量與總糖含量的比值.

表1 煙葉樣品信息

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用箱形圖和變異系數(shù)相結(jié)合的方式分析產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響.箱形圖和變異系數(shù)都可以反映指標(biāo)的離散程度，不同的是，從箱形圖中可以直觀地看出數(shù)據(jù)在不同區(qū)間的分布情況.采用變異系數(shù)和配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析煙葉部位對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響，采用這兩種不同的方式分析，可以對(duì)結(jié)果起到一定的檢驗(yàn)作用.

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響分析

為了考察產(chǎn)地因素對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響，本文選用全國(guó)不同產(chǎn)地的528個(gè)C3F等級(jí)煙葉，分別采用箱圖和變異系數(shù)的方式分析產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響.

首先采用箱形圖的方式進(jìn)行分析.對(duì)所有原料化學(xué)成分含量進(jìn)行歸一化處理(含量/化學(xué)成分均值)，全國(guó)不同產(chǎn)地的528個(gè)C3F等級(jí)的煙葉樣本中各化學(xué)成分的箱形圖如圖1所示.箱形圖中每個(gè)指標(biāo)的上1/4分位至3/4分位的距離可反映該指標(biāo)的離散度，離散度越高，影響程度越大.圖1表明，在全國(guó)不同產(chǎn)地的C3F等級(jí)卷煙原料的化學(xué)成分中，產(chǎn)地對(duì)C3F等級(jí)卷煙原料化學(xué)成分中的氯和鉀等2項(xiàng)指標(biāo)影響顯著，對(duì)淀粉的影響程度一般，對(duì)總植物堿、總氮、還原糖、總糖、石油醚和pH指標(biāo)的影響較小，其中對(duì)pH的影響最小.

圖1 C3F等級(jí)卷煙原料各化學(xué)成分箱形圖Figure 1 Box plot of chemical composition of C3F grade tobacco raw materials

變異系數(shù)是反映數(shù)據(jù)分布離散程度的量度，變異系數(shù)的值越大，表示數(shù)據(jù)分布離散程度越大，反之越小.因此，變異系數(shù)可以作為另1個(gè)反映產(chǎn)地對(duì)各化學(xué)成分含量影響程度的評(píng)估指標(biāo).對(duì)528個(gè)C3F等級(jí)原料的各種化學(xué)成分的含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2所示.產(chǎn)地因素對(duì)鉀和氯的含量影響最大，對(duì)淀粉影響程度一般，對(duì)其他化學(xué)成分含量影響較小，其中對(duì)pH的影響最小.

結(jié)合圖1和表2可知，通過變異系數(shù)和箱形圖2種分析方式得到的結(jié)果相似.綜上所述，產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分中的鉀、氯等2項(xiàng)化學(xué)成分含量的影響較大，對(duì)淀粉的含量有一定影響，對(duì)總植物堿、總糖、還原糖、石油醚、總氮和pH等其他化學(xué)成分含量的影響程度較小，其中對(duì)pH的影響最小.

根據(jù)圖1中各指標(biāo)的最小值、1/4位值、3/4位值和最大值，將原料各種化學(xué)成分含量劃為高、中、低含量3檔，結(jié)果如表3所示.根據(jù)表3對(duì)全國(guó)18個(gè)省份卷煙原料各種化學(xué)成分含量進(jìn)行分檔，結(jié)果如表4所示.

表2 C3F等級(jí)卷煙原料化學(xué)成分含量統(tǒng)計(jì)

表3 全國(guó)不同產(chǎn)地C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分含量分檔區(qū)間

通過對(duì)各種化學(xué)成分含量按照高含量區(qū)間、中含量區(qū)間和低含量區(qū)間進(jìn)行分類匯總可得到表4，由該分類匯總可將煙葉樣品分為3類：第1類以黑龍江為代表產(chǎn)地，其卷煙原料中的還原糖、總糖、氯和淀粉含量高，總植物堿、總氮、鉀和石油醚含量低；第2類以河南、甘肅為代表產(chǎn)地，其卷煙原料中的總氮含量高，還原糖、總糖和鉀含量低；第3類以湖北、廣西和遼寧為代表產(chǎn)地，其煙葉的整體化學(xué)成分含量都處于中等水平.

由表4中各種化學(xué)成分含量的分檔區(qū)間可以繪制圖2.分布在高含量區(qū)間和低含量區(qū)間的化學(xué)成分?jǐn)?shù)量越多，說明該省份對(duì)卷煙原料的整體化學(xué)成分含量的影響越顯著.由圖2可知，黑龍江、河南和廣東這3個(gè)產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量影響最顯著；廣西、湖北和遼寧這3個(gè)省對(duì)卷煙化學(xué)成分含量的影響相對(duì)不顯著.

結(jié)合產(chǎn)地對(duì)各種化學(xué)成分含量的影響和各省份卷煙原料化學(xué)成分含量的特點(diǎn)，卷煙生產(chǎn)制造過程中，可以根據(jù)所需原料的特點(diǎn)選擇合適的卷煙原料.

2.2 煙葉部位對(duì)原料化學(xué)成分的影響分析

為了考察煙葉不同部位對(duì)各化學(xué)成分含量的影響，以湖北省的煙葉為例進(jìn)行分析，選取湖北省67個(gè)煙葉樣本的B2F、C3F和X2F等級(jí)煙葉的化學(xué)成分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表5所示.煙葉部位與化學(xué)成分含量之間存在如下關(guān)系，總植物堿、總氮、石油醚提取物總量均為B2F>C3F>X2F，還原糖、鉀、氯pH、糖堿比、鉀氯比均為X2F>C3F>B2F.總植物堿的變異系數(shù)大于20%，總氮、鉀、氯石油醚和淀粉等5種指標(biāo)變異系數(shù)在10%～20%之間，還原糖、總糖和pH等3種指標(biāo)的變異系數(shù)小于10%，表明部位因素對(duì)總植物堿、總氮、鉀、氯、石油醚和淀粉等6種化學(xué)成分含量的影響比還原糖、總糖和pH顯著.其中，部位因素對(duì)總植物堿影響最大，對(duì)pH影響最小.

表4 全國(guó)18個(gè)省份C3F等級(jí)煙葉化學(xué)成分含量分布

圖2 各省份高含量和低含量化學(xué)成分?jǐn)?shù)量分布圖Figure 2 Quantity distribution map of high and low content chemical components in each provinces

采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)檢測(cè)各指標(biāo)間的差異是否具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，結(jié)果如表6所示.總植物堿和鉀差異顯著(P<0.05)；B2F與C3F卷煙原料總氮、還原糖、石油醚提取物總量和pH的差異顯著(P<0.05)；B2F與X2F卷煙原料總氮、還原糖、總糖、石油醚提取物總量和pH值得差異顯著(P<0.05).C3F與B3F卷煙原料淀粉的差異顯著(P<0.05).

綜合表5的變異系數(shù)和表6的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果分析，部位對(duì)總植物堿、總氮、石油醚和鉀等4種指標(biāo)影響較大，對(duì)總糖和pH等2種指標(biāo)影響較小，對(duì)總植物堿的影響最大，對(duì)pH的影響最小.

結(jié)合同一地區(qū)不同部位的卷煙原料對(duì)各種化學(xué)成分含量的影響，可以簡(jiǎn)化卷煙生產(chǎn)制造過程中對(duì)同一地區(qū)不同部位的卷煙原料篩選工作.

表5 不同部位煙葉化學(xué)成分含量統(tǒng)計(jì)

同行字母表示差異顯著(P<0.05).

Letter in the same line indicate significant differences(P<0.05).

表6 不同部位卷煙原料化學(xué)成分樣本t檢驗(yàn)

3 討論

3.1 產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響

目前，關(guān)于產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響已經(jīng)有不少研究，現(xiàn)有的關(guān)于產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響的研究可以分為2類，1類是只考慮了同一區(qū)域(省份)內(nèi)的差異，或只得出了卷煙原料化學(xué)成分的變化大小(變化關(guān)系)，無法以全國(guó)為范圍系統(tǒng)地得到對(duì)卷煙化學(xué)成分影響顯著的因素；另1類是分析國(guó)內(nèi)和國(guó)外的卷煙原料化學(xué)成分含量的差異，這類研究無法揭示我國(guó)不同產(chǎn)地卷煙原料的特點(diǎn)和相似關(guān)系.本研究采用全國(guó)不同產(chǎn)地的煙葉樣本，分析不同產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響，研究結(jié)果表明，產(chǎn)地因素對(duì)卷煙原料化學(xué)成分中的鉀、氯等2項(xiàng)指標(biāo)的影響顯著，全國(guó)不同產(chǎn)地的煙葉原料中淀粉的含量差異不大，對(duì)總植物堿、總糖、還原糖、石油醚、總氮和pH等其他指標(biāo)的影響程度較小，其中對(duì)pH的影響最小.本研究結(jié)果與趙銘欽等[4]的研究結(jié)果氯離子的含量地區(qū)差異性較大基本一致；與賀帆等[8]的研究結(jié)果不同地區(qū)煙葉化學(xué)成分的差異主要表現(xiàn)在總糖、還原糖、鉀、糖堿比和鉀氯比幾個(gè)方面不完全一致，可能是因?yàn)檫x材的地區(qū)和范圍不同引起的.不同產(chǎn)地的卷煙原料化學(xué)成分含量存在差異的原因可能是不同產(chǎn)地生態(tài)條件、煙葉品種、栽培技術(shù)及調(diào)制加工等多種因素綜合影響的結(jié)果[21-22].此外，本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了全國(guó)不同產(chǎn)地卷煙原料各化學(xué)成分含量的相似性，研究發(fā)現(xiàn)，全國(guó)不同產(chǎn)地的煙葉樣品可分為3類，第1類以黑龍江為代表產(chǎn)地，其卷煙原料中的還原糖、總糖、氯和淀粉含量高，總植物堿、總氮、鉀和石油醚含量低；第2類以河南、甘肅為代表產(chǎn)地，其卷煙原料中的總氮含量高，還原糖、總糖和鉀含量低；第3類以湖北、廣西和遼寧為代表產(chǎn)地，其卷煙原料中的整體化學(xué)成分含量都處于中等水平.黑龍江、河南和廣東這3個(gè)省份對(duì)卷煙原料整體的化學(xué)成分含量影響最顯著；廣西、湖北和遼寧這三個(gè)省對(duì)卷煙原料整體的化學(xué)成分含量的影響最小.

3.2 產(chǎn)地對(duì)卷煙原料化學(xué)成分的影響

本研究中關(guān)于部位對(duì)卷煙原料化學(xué)成分含量的影響旨在得出不同部位的煙葉中各種化學(xué)成分含量的差異，這與已有的研究是不同的.趙銘欽等[4]分析了各地區(qū)不同部位的化學(xué)成分含量的差異，關(guān)于卷煙原料部位的研究是限定在同一地區(qū)的，并沒有對(duì)不同地區(qū)的卷煙原料對(duì)部位的影響進(jìn)行研究；Geng等[13]探究了不同部位煙葉的有害成分含量的差異，并沒有分析不同產(chǎn)地對(duì)部位的影響.本研究結(jié)果表明，部位因素對(duì)卷煙原料中總植物堿、總氮、石油醚和鉀等4種化學(xué)成分的含量影響較大，對(duì)總糖和pH等2種化學(xué)成分含量影響較小，其中對(duì)總植物堿的影響最大，對(duì)pH的影響最小.本研究結(jié)果與崔倩等[12]關(guān)于3個(gè)省份的不同部位對(duì)原料化學(xué)成分含量關(guān)系的研究結(jié)果基本一致；而不同部位化學(xué)成分間的差異不完全一致，這進(jìn)一步表明了選材的區(qū)域范圍不同，研究結(jié)果可能不同.不同部位化學(xué)成分含量的差異可能與植物體內(nèi)化學(xué)成分的運(yùn)輸機(jī)制和植物自身的特點(diǎn)有關(guān).

4 結(jié)論

產(chǎn)地因素對(duì)卷煙原料化學(xué)成分中的鉀、氯等2項(xiàng)指標(biāo)的影響顯著；同時(shí)，黑龍江、河南和廣東3個(gè)省對(duì)卷煙原料中的整體化學(xué)成分含量影響最大，廣西、湖北和遼寧3個(gè)省對(duì)卷煙中的整體化學(xué)成分含量的影響最小；部位因素對(duì)總植物堿、總氮、石油醚提取物和鉀等4種化學(xué)成分含量影響顯著，對(duì)其他化學(xué)成分含量影響較小.在卷煙工業(yè)化生產(chǎn)中，可以根據(jù)產(chǎn)地和部位對(duì)原料化學(xué)成分含量的影響選擇恰當(dāng)?shù)脑线M(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā).