山東煙葉雜氣類型及其與化學成分的相關(guān)性研究

劉海偉 劉江 張金林 王永 楊少杰 劉春菊 孫延國 吳元華 石屹 歐全 朱瑩瑩 楊明峰

摘要：為了分析山東煙葉雜氣及其類型與化學成分的相關(guān)性，解析雜氣形成的化學基礎(chǔ)，采集6個主要植煙區(qū)的中部煙葉（C3F等級），進行感官質(zhì)量評價和化學檢測。結(jié)果表明，山東煙葉化學成分總體協(xié)調(diào)，雜氣總體稍有，雜氣類型以稍明顯的木質(zhì)氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。經(jīng)簡單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，雜氣總體或各類型與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、硫、氯、纖維素和半纖維素其中一個或多個指標顯著相關(guān);而典型相關(guān)分析表明，雜氣、刺激性與還原糖、硫、半纖維素、鈉、氯等指標關(guān)系密切，雜氣類型與氯、總糖、煙堿、半纖維素、纖維素等指標關(guān)系密切。所以，影響山東煙葉雜氣的主要化學成分為氯、還原糖、總糖、硫、煙堿、半纖維素和鉀，今后可采取相關(guān)措施進行調(diào)控，以提升產(chǎn)區(qū)煙葉質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：烤煙;雜氣;感官質(zhì)量;氯;硫;刺激性;山東省

中圖分類號：S572 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2022）01-0049-06

煙葉作為卷煙等吸嗜品的原料，其品質(zhì)的最終判定指標是感官評價質(zhì)量。感官質(zhì)量是外觀質(zhì)量、物理質(zhì)量和化學質(zhì)量等各個指標協(xié)調(diào)的表現(xiàn)，因此感官質(zhì)量與外觀、物理、化學指標均具有一定相關(guān)性，還受到品種、土壤、氣候、生產(chǎn)技術(shù)等因素的影響[1]。有研究表明，煙葉顏色參數(shù)與煙葉化學成分、感官質(zhì)量具有顯著相關(guān)性[2]，煙葉外觀特征與感官質(zhì)量也具有相關(guān)性[3，4]。煙葉的化學成分與品質(zhì)密切相關(guān)，對煙葉品質(zhì)的研究即是探尋化學成分與煙葉感官評吸質(zhì)量關(guān)系的過程。有研究已建立化學成分與感官指標的相關(guān)性[5]，也有研究通過回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡等建立了煙葉化學成分與感官質(zhì)量的相關(guān)預測模型[6]。

感官質(zhì)量指標中，雜氣和刺激性是兩個對煙葉質(zhì)量影響較大的缺陷型指標，也是制約卷煙產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素。煙葉或煙氣中發(fā)出的種種令人厭惡的不良氣息統(tǒng)稱為雜氣，一般分為青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質(zhì)氣、土腥氣、金屬氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、地方性雜氣等。青雜氣、生青氣等，可通過加工處理消除或減弱，也稱消釋型雜氣;而松脂氣和地方性雜氣等難以通過工藝處理消除，為持久型雜氣。同其它感官質(zhì)量指標一樣，雜氣與煙葉外觀質(zhì)量、物理質(zhì)量和化學質(zhì)量具有一定的相關(guān)性，同煙葉回潮等后續(xù)加工措施也有相關(guān)性[3，7]。在化學指標相關(guān)性方面，曹景林等[8]總結(jié)前人研究發(fā)現(xiàn)，雜氣一般與總氮、煙堿、氯、硫、兩糖比等指標呈正相關(guān)，與總糖、還原糖、鉀、糖堿比、氮堿比、兩糖差、鉀氯比、鉀硫比等指標呈負相關(guān)。但國內(nèi)外對煙葉雜氣類型及其與化學指標相關(guān)性的研究分析較少[3]。

山東是我國傳統(tǒng)植煙區(qū)，也是我國重要的優(yōu)質(zhì)烤煙產(chǎn)地之一。但近年來煙葉雜氣成為該煙區(qū)提升煙葉質(zhì)量和工業(yè)可用性的主要限制因素之一。為此，本研究以采集的山東主要煙區(qū)C3F等級烤后煙葉為材料，分析山東煙葉主要雜氣類型及其與煙葉化學成分的關(guān)系，解析雜氣形成的化學基礎(chǔ)，以期為降低煙葉雜氣、提升煙葉總體質(zhì)量提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

2020年11月在山東煙區(qū)采集C3F等級烤后煙葉樣品70個。樣品數(shù)量大體按各地市植煙面積分配，其中臨沂27個、濰坊24個、日照8個、淄博6個、萊蕪2個、青島3個。所取樣品一分為二，其中用于化學檢測的樣品進行烘干、粉碎，過20目篩備用;用于感官質(zhì)量評吸的樣品去除煙筋后平衡水分達到16% ～18%，切絲、卷制，評吸前置于溫度22℃ ±1℃、相對濕度60% ±2%的衡溫衡濕箱平衡48h。

從2019、2020年山東化學評價和感官評價的C3F等級烤后煙葉樣品中再選擇雜氣較為豐富的51個樣品，就雜氣類型進行專項感官評價，其中臨沂15個、濰坊22個、日照8個、萊蕪4個、青島2個。

1.2 煙葉化學成分檢測

分別參照煙草行業(yè)標準YC/T159—2002、YC/T216—2007、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T162—2002，采用連續(xù)流動法測定煙葉還原糖、總糖、淀粉、煙堿、總氮、氯含量;參照煙草行業(yè)標準YC/T173—2003采用火焰光度法測定煙葉鉀、鈉含量;參考標準LY/T1270—1999采用光度比濁法測定煙葉硫含量;參照標準NY/T3494—2019測定纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量。

1.3 煙葉感官質(zhì)量評價

煙葉感官質(zhì)量評價由中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所、山東中煙工業(yè)有限公司、山東省煙草公司評吸專家共同實施，評價方法在煙草行業(yè)標準YC/T138—1998《煙草及煙草制品感官評價方法》的基礎(chǔ)上改進優(yōu)化。評價指標主要包括香型、勁頭、濃度、香氣質(zhì)、氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性和灰色，其中香型不計分，其它指標滿分分別計為5、5、15、20、25、18、12、5、5分。計算感官評價總體得分時，勁頭、濃度不計入，為其它7項指標的加和。雜氣和刺激性是感官評價中的兩個負向因素，因此兩者評分與其強烈程度呈負相關(guān)，得分越高，雜氣或刺激性越不明顯。

雜氣類型感官質(zhì)量評價由山東中煙工業(yè)有限公司和中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所評吸專家共同實施。雜氣分青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質(zhì)氣、土腥氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、金屬氣和其它雜氣共10個類型。采用5分制計分，分3個等級：<1分，微顯;1～3分，稍顯;>3分，明顯。分數(shù)越高，雜氣越明顯，超過半數(shù)專家檢出才可認定計入樣品平均分數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究將烤后煙葉的雜氣、刺激性與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、硫、氯、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等化學成分指標進行典型相關(guān)分析，雜氣類型與化學成分指標也進行典型相關(guān)分析。典型相關(guān)和泊松相關(guān)分析應用IBM SPSS19.0軟件進行（代表P<0.05，代表P<0.01）。圖表用MicrosoftExcel2010繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東煙葉化學成分含量分析

由表1可見，山東煙葉還原糖含量平均值為19.66%，有71.4%的樣品在適宜范圍（17% ～24%）內(nèi);總糖含量平均值為26.01%，有54.3%的樣品在適宜范圍（22% ～29%）內(nèi);淀粉含量平均值為4.63%，有60%的樣品在1% ～5%范圍內(nèi);總氮含量平均值為1.78%，有74.3%的樣品在適宜范圍（1.4% ～2.4%）內(nèi);煙堿含量平均值為2.10%，有84.3%的樣品在1.5% ～3.0%范圍內(nèi);鉀含量平均值為1.56%，含量高于1.4%的樣品占75.7%;鈉含量平均值為0.026%，含量低于0.04% 的樣品占94.3%;硫含量平均值為0.37%，含量低于0.6%的樣品占91.4%;氯含量平均值為0.32%，含量低于0.8%的樣品占92.9%;纖維素含量平均值為5.79%，含量低于8%的樣品占95.7%;半纖維素含量平均值為7.86%，含量低于10%的樣品占74.3%;木質(zhì)素含量平均值為0.97%，含量低于1.5%的樣品占97.1%;糖堿比平均值為10.20，80%的樣品在6～15范圍內(nèi);兩糖比平均值為0.76，比值高于0.75的樣品占55.7%;氮堿比平均值為0.89，55.7%的樣品在0.7～1.0范圍內(nèi);鉀氯比平均值為7.01，比值高于2.5的樣品占81.4%。

總體上，此次分析的山東煙葉樣品化學成分相對協(xié)調(diào)，僅兩糖比、氮堿比稍有不足。數(shù)據(jù)分布上，氯、硫和鉀氯比等指標變異系數(shù)相對較大，其它指標數(shù)據(jù)均一性較好。

2.2 山東煙葉感官質(zhì)量評價與雜氣類型分析

由表2可以看出，山東煙葉樣品勁頭、濃度、香氣質(zhì)較好，香氣量較足，余味較舒適，有雜氣，微有刺激性，燃燒性中等，灰色灰白。各指標的變異系數(shù)均小于10%，數(shù)據(jù)均一性較好。感官質(zhì)量評價總分分為5個等級，其中等級為好（>75.0分）和較好（>73.5～75.0分）的占55%以上，中等（>72.0～73.5分）占25%，較差（70.5～72.0分）和差等級（<70.5分）的樣品不到20%。從樣品雜氣數(shù)據(jù)分布來看，雜氣稍有（12～15分）的樣品占54.3%，其余45.7%的樣品均分布在有雜氣（9～12分）區(qū)間。

雜氣類型的感官評價上，所取樣品10種雜氣均有檢出，其中青雜氣、枯焦氣和木質(zhì)氣檢出率為100%，但根據(jù)原則僅7種雜氣認定有效，只有木質(zhì)氣認定率為100%（表3）。青雜氣和金屬氣樣品檢出率與認定率相差較大，檢出率均高于70%，認定率均不到20%;生青氣和土腥氣樣品檢出率均高于95%，認定率也相對較高，均超過50%;枯焦氣樣品檢出率為100%，認定率也達到98.04%;松脂氣、花粉氣、藥草氣和其它雜氣樣品檢出率均不足30%，僅其它雜氣有3.92%的認定，以堿性雜氣為主。

所有類型雜氣的平均分數(shù)均小于3，其中枯焦氣和木質(zhì)氣平均分數(shù)均大于2，生青氣和土腥氣平均分數(shù)均大于1，雜氣稍顯;青雜氣、金屬氣和其它雜氣平均分數(shù)皆小于1，雜氣微顯（圖1）。結(jié)合認定率結(jié)果認為，山東煙葉雜氣類型以稍明顯的木質(zhì)氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。

2.3 山東煙葉雜氣、刺激性與化學成分的相關(guān)性分析

由簡單泊松相關(guān)分析可得，雜氣與還原糖、硫、氯、纖維素和半纖維素呈顯著或極顯著正相關(guān)，與鉀、鈉呈顯著負相關(guān)，而刺激性與淀粉呈顯著負相關(guān)，與煙堿、纖維素呈顯著正相關(guān)（表4）。

對雜氣、刺激性評分與化學成分各指標進行典型相關(guān)分析，提取出兩對典型相關(guān)系數(shù)，其中第1對典型變量X1和Y1的相關(guān)系數(shù)為0.670，達顯著水平，說明煙葉雜氣、刺激性與化學成分存在顯著典型相關(guān)。

對比標準化后的相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，雜氣（-0.930）對第1個典型變量X1的影響遠大于刺激性（-0.164），所以變量X1主要反映的是雜氣因素，且X1與雜氣和刺激性評分指標均呈負相關(guān)。對第2個典型變量Y1影響的大小排序為：還原糖（0.522）、硫（0.397）、半纖維素（0.347）、鈉（-0.335）、氯（0.306）、淀粉（-0.277）、纖維素（0.233）、煙堿（0.160）、鉀（-0.157）、總糖（-0.123）、總氮（-0.092）、木質(zhì)素（0.048），Y1與總糖、淀粉、總氮、鉀和鈉呈負相關(guān)，與其它化學指標呈正相關(guān)。

2.4 山東煙葉不同類型雜氣與化學成分的相關(guān)性分析

從簡單泊松相關(guān)分析結(jié)果（表4）來看，青雜氣與淀粉呈極顯著正相關(guān);生青氣與還原糖、總糖呈顯著或極顯著正相關(guān);枯焦氣與總氮、煙堿呈極顯著正相關(guān)，與鈉呈極顯著負相關(guān);土腥氣與氯、半纖維素呈極顯著、顯著正相關(guān)，與鉀呈顯著負相關(guān);金屬氣與鉀呈顯著負相關(guān);其它雜氣與氯呈極顯著正相關(guān)，與鉀呈顯著負相關(guān)。

將各雜氣類型與化學成分各指標進行典型相關(guān)分析，提取的7對典型系數(shù)中僅第1對（U1和V1）相關(guān)達顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.794，說明煙葉雜氣類型與化學成分存在顯著典型相關(guān)，所以選擇第1對典型變量進行詳細分析。

標準化后分析發(fā)現(xiàn)，第1個典型變量雜氣組U1中影響大小排序為其它雜氣（0.692）、枯焦氣（-0.535）、土腥氣（0.430）、生青氣（0.227）、青雜氣（0.158）、木質(zhì)氣（0.099）、金屬氣（0.010），其中U1與枯焦氣呈負相關(guān)，與其它雜氣類型呈正相關(guān)。第2個典型變量化學成分組V1中影響大小排序為氯（1.146）、總糖（0.375）、煙堿（-0.352）、半纖維素（0.333）、纖維素（0.291）、淀粉（-0.228）、還原糖（-0.217）、木質(zhì)素（0.216）、總氮（-0.142）、硫（0.100）、鈉（0.061）、鉀（-0.042），V1與還原糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀呈負相關(guān)，與其它化學指標呈正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

山東煙葉風格特征鮮明，得到多家企業(yè)的認可，在我國煙草產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)和中式卷煙發(fā)展中起到重要作用。徐波等[9]對山東濰坊、臨沂、日照煙葉香型風格特征評價發(fā)現(xiàn)，三地煙葉雜氣稍有，均以枯焦氣、木質(zhì)氣和青雜氣為主，本研究也發(fā)現(xiàn)山東煙葉主要稍有木質(zhì)氣和枯焦氣，常伴有生青氣和土腥氣。

雜氣是影響煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素，探究雜氣形成的化學基礎(chǔ)是降低雜氣的關(guān)鍵。盧曉華等[1]發(fā)現(xiàn)桂陽煙葉雜氣與還原糖、總糖、氯呈顯著正相關(guān)，與煙堿、總氮呈顯著負相關(guān)。對河南70余個煙葉樣品分析表明，雜氣僅與還原糖和鉀顯著相關(guān)[10]。貴州黔南烤煙雜氣與氯正相關(guān)，與還原糖負相關(guān)[11]。福建三明中部煙葉雜氣與煙堿、總氮正相關(guān)，與總糖、還原糖、糖堿比負相關(guān)[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，山東煙葉與雜氣正相關(guān)的主要化學成分為氯、還原糖、總糖、硫、煙堿、半纖維素，負相關(guān)的主要是鉀。不同區(qū)域研究結(jié)果存在差異，可能與各產(chǎn)區(qū)生態(tài)條件和生產(chǎn)措施的差異有關(guān)。

煙草是眾所周知的喜鉀忌氯作物，煙葉氯含量過高，燃燒性顯著下降，甚至熄火。此前研究也證實，氯與煙葉雜氣正相關(guān)，鉀和鉀氯比與雜氣負相關(guān)。有研究表明增施鉀肥可降低煙葉中的雜氣，提高煙葉總體質(zhì)量[13]。北方煙葉鉀含量相對較低，氯含量變異程度較大，部分產(chǎn)區(qū)煙葉氯含量過高，掩蓋了可溶性糖和含氮化合物對煙葉評吸質(zhì)量的作用，成為制約北方煙葉吸食品質(zhì)的主要因素[14]。本次研究也發(fā)現(xiàn)，煙葉氯含量較高，感官評吸專家一致認為土腥氣較重，且燃燒不充分還會產(chǎn)生濃重的枯焦氣和木質(zhì)氣。

硫是煙草生長必需的中量營養(yǎng)元素，但含量過高會對煙葉質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。煙草是忌氯作物，所以鉀肥多施用硫酸鉀，長年積累造成土壤有效硫含量過高，從而可能導致煙葉硫含量過高[15]，可通過施肥、灌溉、輪作、土壤改良等措施控制煙葉硫含量[16]。初曉鵬[17]研究發(fā)現(xiàn)，福建、云南中部煙葉硫含量較高且數(shù)據(jù)變異較大，與雜氣呈顯著正相關(guān);而四川煙葉硫含量變異較小，且均低于0.3%，與雜氣相關(guān)性不顯著。本研究中也有8.6%的煙葉樣品硫含量超過0.6%，所以在感官質(zhì)量評價中硫與雜氣顯著相關(guān)。煙葉硫含量較高時，感官評價澀口感強，腥味滯舌，雜氣類型豐富;過高時，甚至有淡淡硫磺氣息。

纖維素和半纖維素是植物多糖的一種，是煙葉細胞壁物質(zhì)的主要組分。纖維素類物質(zhì)可以提高煙葉燃燒性，增強煙葉持火力，但含量過高則煙葉組織粗糙且易破碎，燃燒后煙氣灼熱粗糙，易產(chǎn)生令人不愉快的氣味[18]。郭松[19]研究發(fā)現(xiàn)，清香型烤煙纖維素含量與雜氣呈顯著正相關(guān)。本研究也發(fā)現(xiàn)，纖維素和半纖維素與雜氣呈正相關(guān)，纖維素高的樣品，感官評吸澀口滯舌，雜氣比較豐富，木質(zhì)氣重。

需要指出的是，本研究中還發(fā)現(xiàn)，鈉與雜氣呈負相關(guān)，說明適當提高煙葉鈉含量有宜于降低雜氣。這個結(jié)論的基礎(chǔ)可能是此次分析的樣品鈉含量總體較低，含量超過0.04%的樣品僅占5.7%。對于鈉含量較高的樣品，感官評吸也表示有灰塵感，說明鈉含量也應該控制在一定范圍內(nèi)。

綜之，水溶性碳水化合物和含氮化合物的協(xié)調(diào)性總體上是煙葉感官質(zhì)量的基礎(chǔ)，特別當其它化學成分含量在適宜和較適宜范圍內(nèi)，雜氣與還原糖、總糖、煙堿等關(guān)系更為顯著[20];而氯、硫、半纖維素等含量較高，對化學成分協(xié)調(diào)性產(chǎn)生個性化的影響，此時這些指標則與雜氣產(chǎn)生顯著的相關(guān)關(guān)系。

山東煙葉化學成分總體相對協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量總體較好。煙葉樣品雜氣總體稍有，54.3%和45.7%樣品的雜氣分別分布在稍有和有兩個等級。煙葉樣品中10個雜氣類型（青雜氣、生青氣、枯焦氣、木質(zhì)氣、土腥氣、松脂氣、花粉氣、藥草氣、金屬氣和其它雜氣）均有檢出，但松脂氣、花粉氣、藥草氣未被統(tǒng)一認定。煙葉被認定的雜氣類型以稍明顯的木質(zhì)氣和枯焦氣為主，常稍有生青氣和土腥氣，偶有些微青雜氣、金屬氣和其它雜氣。簡單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，雜氣與硫、半纖維素、纖維素、還原糖、鈉、鉀、氯顯著相關(guān)，刺激性與淀粉、煙堿和纖維素顯著相關(guān)，雜氣各類型與還原糖、總糖、淀粉、總氮、煙堿、鉀、鈉、氯、半纖維素其中一個或多個指標相關(guān)。典型相關(guān)分析也發(fā)現(xiàn)，雜氣和刺激性與還原糖、硫、半纖維素、鈉、氯等指標相關(guān)，雜氣類型與氯、總糖、煙堿、半纖維素、纖維素等指標相關(guān)。所以，要降低山東煙葉雜氣和刺激性，首先保持總糖、還原糖、煙堿、總氮的總體協(xié)調(diào)，再注意氯、硫、纖維素、半纖維素、鉀、鈉等化學成分保持在相對合理的范圍。