烤煙物理特性與常規(guī)化學成分及外觀質(zhì)量的關(guān)系

付秋娟，張忠鋒，竇家宇，杜詠梅，竇玉青，葛 炯，楊 斌*

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烤煙物理特性與常規(guī)化學成分及外觀質(zhì)量的關(guān)系

付秋娟1，張忠鋒1，竇家宇2，杜詠梅1，竇玉青1，葛 炯3，楊 斌3*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.華環(huán)國際煙草有限公司，安徽 滁州 233100；3.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082）

通過簡單相關(guān)分析、通徑分析及方差分析，研究了125份烤煙煙葉物理特性（9項）與常規(guī)化學成分及外觀質(zhì)量間的關(guān)系。結(jié)果表明，各項物理指標之間以葉片厚度與葉質(zhì)重關(guān)系最為密切，其相關(guān)系數(shù)＝0.808；葉質(zhì)重、填充值和質(zhì)量燃燒速率與常規(guī)化學成分及其派生值間的相關(guān)性最顯著。葉片厚度、葉質(zhì)重與總鉀、糖堿比、氮堿比和鉀氯比均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，且都與鉀的相關(guān)性最高，而質(zhì)量燃燒速率則相反，與總鉀含量、糖堿比、氮堿比和鉀氯比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。平衡含水率與填充值呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，煙葉拉力與化學成分間的關(guān)系不顯著。烤煙物理特性方面，葉質(zhì)重對煙葉外觀質(zhì)量的影響最大，與煙葉顏色、身份和色度指標均有顯著差異，而與成熟度、葉片結(jié)構(gòu)和油分指標間的關(guān)系不顯著。

烤煙；物理特性；化學成分；外觀質(zhì)量

煙葉的物理特性主要包括葉片厚度、葉質(zhì)重、含梗率、填充性、拉力、平衡含水率、燃燒性等，是煙葉質(zhì)量的重要組成部分，直接影響著卷煙制造過程中的產(chǎn)品風格、生產(chǎn)成本及其他經(jīng)濟因素。2003年以前煙葉物理特性并沒有引起大家足夠的重視，直至尹啟生等[1]、劉國順[2]對全國煙草質(zhì)量及國內(nèi)外煙葉質(zhì)量進行差距分析以及中國煙葉公司發(fā)布的白皮書中發(fā)現(xiàn)中國煙葉質(zhì)量與津巴布韋和巴西煙葉尚存在一定差異之后[3]，逐漸成為近年來煙葉質(zhì)量評價的重要研究內(nèi)容。

煙葉化學成分是決定物理特性的內(nèi)在因素，物理特性則是煙葉化學成分的外在表現(xiàn)。近幾年，有關(guān)煙葉物理特性與化學成分的關(guān)系已有報道[4-17]，然而這些大都局限于個別產(chǎn)區(qū)或個別指標之間的研究，很少有人進行全面系統(tǒng)的分析，外觀質(zhì)量與物理特性間的定量研究更是少見。

本研究較全面系統(tǒng)地測定了烤煙各等級的主要物理指標和常規(guī)化學成分，并對其進行了外觀質(zhì)量鑒定，通過對這些指標進行簡單相關(guān)分析、通徑分析及方差分析，探索了它們之間的關(guān)系，以期為進一步研究烤煙物理指標與化學成分及外觀質(zhì)量間的關(guān)系，評價煙葉質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2011—2012年在安徽、福建、貴州、河南、黑龍江、湖南、吉林、江西、遼寧、山東、陜西、四川、云南采集煙葉樣品125份，等級為B2F、C2F、C2L、C3F、C3L、X2F。

1.2 儀器

M250-2.5CT拉力機（德國）；馬爾1240厚度儀（德國）；JDC雙刃裁刀（美國）；DD60AB密度計（德國）；KBF240恒溫恒濕箱（德國賓得）；SY-Ⅲ型實驗用切絲機（河南富邦）；卷煙自由燃燒速度測定儀JRV-3（河南鄭州），Aataris Ⅱ近紅外光譜儀（FT-NIR）（美國）。

1.3 測定指標

每一樣品經(jīng)外觀質(zhì)量鑒定專家鑒定后，對所有樣品檢測9項物理特性指標，分別為單葉質(zhì)量、含梗率、平衡含水率、拉力、葉片厚度、填充值、葉質(zhì)重、質(zhì)量燃燒速率和線性燃燒速率。常規(guī)化學成分包括總糖、還原糖、煙堿、總氮、總鉀、總氯。

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品的制備 選取有代表性等級煙葉3~5 kg，每個樣品選取含水率為（16.5±0.5）%的10片完整煙葉，在每個半葉靠近主脈1.5 cm處，用JDC雙刃裁刀裁1.5 cm×15 cm的小長條，共10條；另外一個半葉沿主脈在葉尖、葉中及葉基部等距離取5個點，用圓形打孔器打5片直徑為1.5 cm的圓形小片，共50片。將物理指標全部檢測完成后的煙葉樣品切成煙絲，混勻；另取少量煙絲磨成粉末，用近紅外光譜儀檢測其常規(guī)化學成分。

1.4.2 物理指標標準值的測定 根據(jù)相關(guān)行業(yè)標準或行業(yè)內(nèi)普遍采用的方法檢測各項物理指標。單葉質(zhì)量、厚度、含梗率、葉質(zhì)重、拉力參照文獻[18]測定；平衡含水率采用行業(yè)標準YC/T31—1996測定；填充值按行業(yè)標準YC/T152—2001檢測。

煙葉自由燃燒速率的測定：采用填充值剩余煙絲，用手動卷煙器卷制，每個樣品卷制10支，確保煙支重量、密度均勻一致，在標準空氣條件（溫度22 ℃±1 ℃，相對濕度60%±3%）下平衡3~4 d，用卷煙自由燃燒速度測定儀JRV-3測定每支單料煙樣品自由燃燒40 mm所用的時間，然后，計算其線性燃燒速率（mm/min）和質(zhì)量燃燒速率（g/min）。

1.5 統(tǒng)計分析

利用DPS 9.50版軟件進行簡單相關(guān)分析、通徑分析及方差分析。

2 結(jié) 果

2.1 烤煙各物理指標的統(tǒng)計描述

從表1可以看出，各項物理指標的檢測數(shù)據(jù)存在較大變異，均接近正態(tài)分布。

2.2 烤煙主要物理指標之間的相關(guān)關(guān)系

簡單相關(guān)分析表明（表2），烤煙主要物理指標之間存在較為密切的相關(guān)關(guān)系。單葉質(zhì)量、葉片厚度和葉質(zhì)重之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，尤其是葉片厚度與葉質(zhì)重之間的關(guān)系極為顯著，相關(guān)系數(shù)＝0.808。含梗率與葉質(zhì)重、單葉質(zhì)量、厚度均呈極顯著負相關(guān)；平衡含水率與填充值間呈極顯著負相關(guān)；燃燒速率與單葉質(zhì)量、葉片厚度及葉質(zhì)重呈極顯著負相關(guān)關(guān)系；拉力與其他物理指標間的關(guān)系不顯著。

2.3 烤煙主要物理指標與常規(guī)化學成分之間的相關(guān)關(guān)系

由表3看出，烤煙主要物理指標與化學成分間存在密切的相關(guān)關(guān)系，葉片厚度、葉質(zhì)重、填充值和質(zhì)量燃燒速率與常規(guī)化學成分及派生值間的相關(guān)性最顯著，葉片厚度和葉質(zhì)重與總鉀、糖堿比、氮堿比和鉀氯比均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，尤其與總鉀的相關(guān)系數(shù)最高，而與總氮、煙堿和氯離子含量呈極顯著正相關(guān)。質(zhì)量燃燒速率則正好相反，與總鉀含量、糖堿比、氮堿比、鉀氯比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與煙堿、總氮和氯離子含量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。本實驗中有4個樣品在燃燒過程中熄火，其氯離子含量均超過1%，甚至有兩個超過2%，說明氯離子含量是影響煙葉燃燒性的重要因素。填充值和平衡含水率與總糖、還原糖呈極顯著相關(guān)關(guān)系。拉力與常規(guī)化學成分及派生值間的關(guān)系不顯著。

為進一步明確烤煙主要物理指標與化學成分間的關(guān)系，在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上進行了通徑分析（表4），從相關(guān)系數(shù)看，對煙堿起直接作用的物理指標是葉質(zhì)重、填充值和質(zhì)量燃燒速率；對總糖、還原糖及總氮起直接作用的是葉質(zhì)重和填充值；對總鉀起直接作用的是葉質(zhì)重、拉力及厚度；對總氯起直接作用的是質(zhì)量燃燒速率；對糖堿比起直接作用的是填充值、葉質(zhì)重、質(zhì)量燃燒速率和厚度；對氮堿比起直接作用的是厚度、填充值、單葉質(zhì)量、質(zhì)量燃燒速率；對鉀氯比起直接作用的是質(zhì)量燃燒速率、線性燃燒速率及拉力?？傊?，通過通徑分析可知，葉質(zhì)重、填充值及質(zhì)量燃燒速率三項物理指標對煙葉常規(guī)化學成分的影響最大。

表1 烤煙物理特性統(tǒng)計量描述 n=125

表2 烤煙主要物理指標之間的簡單相關(guān)系數(shù)

注：*，**分別代表5%和1%的顯著水平，下同。

表3 烤煙主要物理指標與常規(guī)化學成分之間的簡單相關(guān)系數(shù)

表4 烤煙主要物理指標與常規(guī)化學成分的通徑系數(shù)

2.4 烤煙主要物理指標與外觀質(zhì)量間的關(guān)系

根據(jù)外觀質(zhì)量鑒定結(jié)果，統(tǒng)一選取中部煙葉，對物理指標與外觀質(zhì)量鑒定指標進行方差分析（表5~7，僅列出有顯著差異的指標），單葉質(zhì)量和葉質(zhì)重與煙葉顏色指標存在顯著差異，隨著煙葉顏色的加深，其單葉質(zhì)量和葉質(zhì)重呈顯著升高的趨勢。葉片厚度、葉質(zhì)重、填充值和平衡含水率與葉片身份指標關(guān)系密切，其中葉片厚度和填充值與煙葉身份指標呈極顯著差異，葉質(zhì)重和平衡含水率與煙葉身份指標呈顯著差異。隨葉片身份的增大，葉片厚度、葉質(zhì)重和填充值呈顯著升高的趨勢，而平衡含水率則呈顯著降低趨勢。葉質(zhì)重與煙葉色度指標呈極顯著差異，隨煙葉色度的逐漸增強，其葉質(zhì)重也顯著增加。外觀質(zhì)量鑒定指標中成熟度、葉片結(jié)構(gòu)和油分指標對烤煙物理指標的差異不顯著。

3 討 論

上部煙葉和下部煙葉樣品在本研究中相對較少，因此主要對中部煙葉的外觀質(zhì)量鑒定結(jié)果進行了方差分析。中部煙葉顏色主要集中在橘色和檸檬黃色檔次，葉片身份主要集中在稍厚-中－檔次，色度主要集在強-中－檔次。

表5 烤煙主要物理指標與煙葉顏色的關(guān)系

表6 烤煙主要物理指標與煙葉身份的關(guān)系

表7 烤煙主要物理指標與煙葉色度的關(guān)系

物理指標中葉質(zhì)重和葉片厚度與煙葉化學成分及外觀質(zhì)量間的關(guān)系極為顯著，這與前人的研究結(jié)果一致[8-10]。葉質(zhì)重在很大程度上體現(xiàn)了葉片厚度[11]，有利于客觀地評價煙葉質(zhì)量。因此，在評價煙葉質(zhì)量時，可以考慮用葉質(zhì)重代替葉片厚度，從樣品檢測角度看更簡單方便。

含梗率與葉質(zhì)重、單葉質(zhì)量、厚度均呈極顯著負相關(guān)，可見含梗率對打葉質(zhì)量有重要的影響，含梗率高的煙葉，其有效利用率較低，反之，則較高。而單葉質(zhì)量、葉質(zhì)重和厚度又與煙堿呈極顯著正相關(guān)，因此含梗率并不是越低越好。所以在生產(chǎn)上既要提高煙葉利用率，又要控制煙堿含量，需要綜合考慮，維持煙葉質(zhì)量和經(jīng)濟效益的相對平衡。

填充值與平衡含水率呈極顯著負相關(guān)，隨含水率的升高，煙絲填充值呈極顯著降低趨勢。填充值和平衡含水率與總糖、還原糖關(guān)系密切，說明水溶性糖含量對填充值的影響較大，隨總糖含量的提高，填充值顯著降低，而平衡含水率則正好相反。這與楊慶民等[12]的結(jié)論相反，而與劉新民等[13]、王冬等[14]、李永正[15]的結(jié)論均一致，

拉力在一定程度上反映了葉片的彈性，當煙葉承受的外部拉力越強，其彈性越好，抗破碎能力越高。有研究表明，拉力與煙堿含量呈極顯著負相關(guān)，與氮堿比呈極顯著正相關(guān)[16]。而本研究中拉力與其他化學成分間沒有顯著相關(guān)性，可能與檢測方法不一致有關(guān)，因為至目前煙葉拉力的檢測方法仍沒有標準方法可依，而我們在研究中發(fā)現(xiàn)，每一片煙葉由于所切部位的不同，其拉力的檢測值也不同。因此，拉力的檢測方法及其與化學成分間的關(guān)系還有待深入研究和探討。

燃燒性與其他物理指標間的關(guān)系顯著，與單葉質(zhì)量、葉片厚度及葉質(zhì)重呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，說明葉片厚重、密度大的煙葉其燃燒速率較慢，而葉片輕薄、密度小的煙葉其燃燒速率較快。而質(zhì)量燃燒速率較之線性燃燒速率與化學成分間的關(guān)系更為密切，因此在檢測燃燒性時可優(yōu)先考慮測定質(zhì)量燃燒速率。

4 結(jié) 論

烤煙物理指標之間及與化學成分間存在密切的相關(guān)關(guān)系。物理指標之間以葉片厚度和葉質(zhì)重關(guān)系最為密切，葉質(zhì)重、填充值和質(zhì)量燃燒速率與常規(guī)化學成分及其派生值間的相關(guān)性最顯著。葉片厚度、葉質(zhì)重與總鉀、糖堿比、氮堿比和鉀氯比均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，且都與鉀的相關(guān)性最高，再一次證明了鉀可能是影響煙葉厚度和葉質(zhì)重的重要因素，而質(zhì)量燃燒速率則相反。平衡含水率與填充值間呈極顯著負相關(guān)。煙葉拉力與常規(guī)化學成分間的關(guān)系不顯著。

烤煙物理指標與外觀質(zhì)量關(guān)系密切，其中葉質(zhì)重對煙葉外觀質(zhì)量的影響最大。物理指標與煙葉顏色、身份和色度指標均有顯著差異，而與成熟度、葉片結(jié)構(gòu)和油分指標間的關(guān)系不顯著。

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Relationship between the Physical Properties and Regular Chemical Compositions and Appearance Quality of Flue-cured Tobacco

FU Qiujuan1, ZHANG Zhongfeng1, DOU Jiayu2, DU Yongmei1, DOU Yuqing1, GE Jiong3, YANG Bin3*

(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao 266101, China; 2. Huahuan International Tobacco Co., Ltd., Chuzhou, Anhui 233100, China; 3. Shanghai Tobacco Group Co., Ltd., Shanghai 200082, China)

The relationship between the physical properties and regular chemical compositions and appearance quality were explored by simple correlation analysis, path analysis, and variance analysis of 125 samples of flue-cured tobacco. The results showed that the leaf thickness and leaf weight had the closest relationship (r = 0.808 ). There were very significantly negative correlation between leaf thickness, leaf weight, total potassium, sugar/alkali, nitrogen/alkali, and K/Cl, which all had significant correlation with potassium. On the other hand, there are significantly positive correlation between mass burning rate and total potassium, sugar/alkali, nitrogen/alkali, and K/Cl. Also there were very significantly negative correlation between equilibrium moisture content and filling power, but the relationship between tensile strength and chemical composition of tobacco was not significant. For the physical indices, leaf weight had the most important influence on the appearance quality of tobacco leaves, and had significant influence on leaf color, figure, and chrome, but little effect on maturity, leaf structure, and oil content

flue-cured tobacco; physical property; chemical composition; appearance quality

S572.01

1007-5119（2014）01-0117-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.01.022

上海煙草集團有限責任公司科技項目（SZBCW201200823）

付秋娟，女，實驗師，主要從事煙葉原料分析及研究工作。E-mail：fuqiujuan@sina.com。

通信作者，E-mail：yangb@sh.tobacco.com.cn

2013-08-30

2013-11-27