云南烤煙鉀含量特征及其與致香物質(zhì)的關(guān)系

李 強，周冀衡，程昌新，劉曉穎，楊應(yīng)明，張一揚

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院，長沙 410128；2.紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，昆明 650231）

云南烤煙鉀含量特征及其與致香物質(zhì)的關(guān)系

李 強1，周冀衡1，程昌新2，劉曉穎1，楊應(yīng)明2，張一揚1

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院，長沙 410128；2.紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，昆明 650231）

為研究云南烤煙鉀含量與致香物質(zhì)含量的關(guān)系，在云南省主要煙區(qū)采集煙葉樣品204個，對煙葉鉀含量和主要致香物質(zhì)進行了分析測定，采用簡單相關(guān)分析、灰色關(guān)聯(lián)分析和回歸分析等方法研究了云南烤煙鉀含量特征及其與主要致香物質(zhì)含量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，云南煙區(qū)烤煙鉀含量平均為1.96%，有52.45%的煙葉鉀含量偏低，且變幅較大（0.70%～3.24%），在市（州）間、海拔分組間和土壤pH分組間均存在顯著差異；云南烤煙致香物質(zhì)含量變幅較大，最高值為最低值的3.41～10.50倍，6類致香物質(zhì)含量均與烤煙鉀含量呈極顯著正相關(guān)，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)大小順序為：酮類＞醛類＞醇類＞氮雜環(huán)類＞酚類＞酯類，鉀含量與各致香物質(zhì)含量均符合線性方程，且回歸方程達極顯著水平，即隨鉀含量增加，烤煙各類致香物質(zhì)含量呈直線增加趨勢，鉀含量最低的分組（鉀含量為0.97%）比鉀含量最高的分組（鉀含量為2.96%）致香物質(zhì)總量低71.89 μg/g（30.77%）。鉀素營養(yǎng)是影響云南烤煙致香物質(zhì)含量的重要因素之一。

鉀含量；致香物質(zhì)；烤煙；關(guān)系

鉀是烤煙吸收量最多的礦質(zhì)元素，一般是氮素的1.4倍，磷素的3.5倍［1］，是煙株體內(nèi)多種酶的激活劑，能夠促進煙株的碳水化合物代謝、氮代謝、脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝，調(diào)節(jié)氣孔開放，維持細胞膨壓，促進物質(zhì)運輸和機械組織發(fā)育，提高煙株抗逆性［2］。鉀還是烤煙重要品質(zhì)指標之一，在《中國煙草種植區(qū)劃》中鉀含量和鉀氯比在烤煙化學成分評價指標體系中的累計權(quán)重達0.17［3］。有關(guān)煙葉鉀含量與煙葉品質(zhì)關(guān)系的研究報道較多，煙葉中較高的鉀含量可以顯著改善煙葉的燃燒性，增加陰燃時間，降低燃燒溫度，改善煙葉的香吃味［2］。煙葉中致香物質(zhì)含量是衡量煙葉品質(zhì)的重要因素之一，其含量及構(gòu)成比例直接影響著煙葉和煙氣的香味狀況和風格特色［4］。有關(guān)煙葉致香物質(zhì)含量的影響因素較多，包括烤煙品種、肥料種類及用量、干旱脅迫、成熟度、海拔高度、烘烤過程等［5］。近年來，鉀素營養(yǎng)與煙葉致香物質(zhì)的關(guān)系受到關(guān)注，如改變鉀肥種類及提高鉀肥施用量等均可明顯提高煙葉中的香氣物質(zhì)含量［6-7］；在鉀肥總量不變的條件下，增加追肥比例可顯著增加煙葉致香物質(zhì)含量［8-9］。一般認為這是因為鉀可以通過影響煙株體內(nèi)的多種物質(zhì)代謝從而影響烴類、醇類、脂類和酯類等煙葉致香物質(zhì)的形成［10］。云南烤煙鉀含量平均在1.9%左右，在全國主要煙區(qū)屬中等水平，但變幅極大0.73%～4.03%［11］。相對較低的鉀含量和較大的變幅對烤煙致香物質(zhì)含量影響如何，未見文獻報道。鑒于此，本文通過取樣測試烤煙鉀含量和致香物質(zhì)含量，分析云南烤煙鉀含量特征及其與致香物質(zhì)含量的關(guān)系，期望為云南優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)，特別是為云南煙葉增鉀提香提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域自然概況

云南地處低緯高原，地理位置特殊，地形地貌復雜。由于大氣環(huán)流的影響，冬季盛行干燥大陸季風，夏季盛行濕潤海洋季風，屬低緯高原兼具山地氣候、低緯氣候、季風氣候的特點。全省氣候類型豐富多樣，有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、南溫帶、中溫帶和高原氣候7種氣候類型。全省年平均氣溫16.4 ℃，年均日照時數(shù)2093.5 h，年降水量1106.7 mm。云南土地資源豐富，全省國土面積38.3萬km2，耕地面積618.7萬hm2。植煙土壤多為微酸性或中性，土壤類型主要有紅壤、黃壤、紫色土、石灰性土和水稻土等。云南是我國適宜種植烤煙的地區(qū)之一，目前全省有12個市（州）有烤煙種植，是我國烤煙種植面積最大、收購量最高的省份。

1.2 煙葉采集和分析

在紅云紅河煙草集團云南原料基地的7個主要產(chǎn)煙市（州），采用GPS技術(shù)定好取樣點，采集烤煙中橘三（C3F）等級初烤煙葉樣品204個，每個煙葉樣品取樣5 kg。每個市（州）選擇1～4個能代表所在市（州）生態(tài)條件和煙葉生產(chǎn)水平的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，采用定葉位取樣法，由專職評級人員按照“GB2635—1992 烤煙”標準進行取樣。將采集的樣品粉碎，過60目篩，備用。煙葉樣品測定鉀含量，酮類、醛類、醇類、氮雜環(huán)類、酚類和酯類致香物質(zhì)含量。鉀含量采用火焰光度計法測定［12］；致香物質(zhì)測定參照王超的方法［13］。

1.3 土壤采集和分析

在定位好的取樣田塊采集土壤樣品，共取樣204個。用手持式GPS定位，記錄田塊中心的經(jīng)緯度和高程，取樣根據(jù)田塊形狀采用五點取樣法或“W”形取樣法進行取樣，每個田塊確保5點以上，取樣深度0～20 cm，用四分法取大約1 kg土樣帶回實驗室。土樣登記編碼后經(jīng)風干、研磨及過篩后，采用玻璃電極法測定土壤pH［14］。

2 結(jié) 果

2.1 云南烤煙鉀含量特征

2.1.1 云南烤煙鉀含量總體特征及區(qū)域間差異從圖1可見，烤煙鉀含量基本呈正態(tài)分布，主要集中分布在1.5%～2.0%和2.0%～2.5%，分別占總樣本數(shù)的34.80%和34.31%，＞2.5%和＜1.5%的樣本分別僅為13.24%和17.65%，有52.45%的煙葉鉀含量偏低（＜2.0%）。云南烤煙鉀含量偏低且變幅較大（表1），7個主要產(chǎn)區(qū)烤煙鉀含量平均在1.69%～2.26%，部分產(chǎn)區(qū)間差異達極顯著水平，由高到低依次為普洱＞大理＞保山＞文山＞昆明＞紅河＞曲靖，其中最高的普洱煙區(qū)比最低的曲靖煙區(qū)高0.57個百分點，說明云南烤煙鉀含量區(qū)域差異巨大，這與生態(tài)環(huán)境及栽培措施均有一定關(guān)系，具體差異成因有待深入分析。

圖1 烤煙鉀含量頻次分布Fig. 1 Frequency distribution potassium content of fluecured tobacco

表1 云南煙區(qū)烤煙鉀含量基本統(tǒng)計特征Table 1 Descriptive analysis of potassium content of fluecured tobacco in Yunnan

2.1.2 海拔差異 云南煙區(qū)海拔變化幅度大，烤煙鉀含量與海拔高度的相關(guān)分析結(jié)果表明，烤煙鉀含量與海拔高度呈顯著負相關(guān)關(guān)系（r=-0.226，p=0.043）。進一步將烤煙樣品按海拔高度200 m的組距分成5組（表2），多重比較的結(jié)果表明，烤煙鉀含量在組間的差異達到了顯著水平，烤煙鉀含量以海拔＜1400 m的分組最高，且隨海拔升高烤煙鉀含量呈下降趨勢。

表2 烤煙鉀含量在海拔分組間的差異Table 2 Potassium content of flue-cured tobacco in different altitudes

2.1.3 土壤pH差異 烤煙鉀含量與土壤pH的相關(guān)分析結(jié)果表明，烤煙鉀含量與pH呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（r=-0.273，p=0.000）。進一步將烤煙樣品按土壤pH分成4組（組距為0.5，表3），多重比較結(jié)果表明，烤煙鉀含量在組間的差異達到了極顯著水平（p=0.003），烤煙鉀含量以pH＜5.5的分組最高，且隨土壤pH升高鉀含量呈下降趨勢。等樣本數(shù)平滑回歸分析的方法［15］進一步驗證了以上的結(jié)果（圖2），烤煙鉀含量與土壤pH呈良好的線性關(guān)系（R2=0.632，p=0.000），隨土壤pH升高，烤煙鉀含量表現(xiàn)為直線下降。

表3 烤煙鉀含量在土壤酸堿度分組間的差異Table 3 Potassium content of flue-cured tobacco in different soil pH

圖2 烤煙鉀含量與土壤pH的回歸分析Fig. 2 Regression analysis of potassium content and pH of soil

2.2 烤煙致香物質(zhì)含量特征

由表4看出，各指標均為中等程度變異，變異系數(shù)最大是酚類致香物質(zhì)，變異系數(shù)最小的是醛類致香物質(zhì)；但各致香物質(zhì)變幅均較大，變幅最大的是酚類化合物，最高值是最低值的10.50倍，變幅最小的亦達3.41倍（醛類）。說明致香物質(zhì)變化較大，可能是云南煙區(qū)復雜的氣候條件、豐富的土壤類型以及栽培烘烤技術(shù)等多種原因造成的。

表4 云南煙區(qū)烤煙致香物質(zhì)含量基本統(tǒng)計特征 μg/gTable 4 Descriptive analysis of aroma components of fluecured tobacco in Yunnan

2.3 烤煙鉀含量與致香物質(zhì)含量簡單相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析

將烤煙7種致香物質(zhì)含量（包括致香物質(zhì)總量）與鉀含量進行了相關(guān)分析（表5），顯示7種致香物質(zhì)含量均與烤煙鉀含量呈極顯著正相關(guān)，與鉀含量相關(guān)性最大的是致香物質(zhì)總量，其次是醛類，最小的是氮雜環(huán)類。

表5 烤煙鉀含量與致香物質(zhì)含量的簡單相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of potassium content and aroma components of flue-cured tobacco leaves

然后，將原始數(shù)據(jù)進行標準化轉(zhuǎn)換，以烤煙鉀含量為母序列，以致香物質(zhì)含量為子序列，進行灰色關(guān)聯(lián)分析（取Δmin=0，分辨系數(shù)ρ=0.1），建立關(guān)聯(lián)矩陣并比較關(guān)聯(lián)序（表6），以酮類致香物質(zhì)最大（0.5964），酯類致香物質(zhì)最小（0.4872），關(guān)聯(lián)系數(shù)大小順序為：酮類＞醛類＞醇類＞氮雜環(huán)類＞酚類＞酯類。

表6 烤煙鉀含量與致香物質(zhì)含量的灰色關(guān)聯(lián)分析Table 6 Grey correlation analysis of potassium content and aroma components of flue-cured tobacco leaves

2.4 烤煙鉀含量與致香物質(zhì)含量回歸分析

將烤煙鉀含量按數(shù)值大小排序，并按數(shù)值由大到小進行等樣本數(shù)分組（文中實際分為20組，每組11或10個樣本），然后再計算各組的烤煙鉀含量均值及其對應(yīng)的致香物質(zhì)含量，得到新變量；用等樣本數(shù)平滑回歸分析的方法，研究烤煙鉀含量與各類致香物質(zhì)含量的關(guān)系（圖3）。由圖3看出，烤煙6類致香物質(zhì)含量與鉀含量均呈良好的線性關(guān)系，回歸方程均達極顯著水平（p＜0.01），隨鉀含量增加，烤煙6類致香物質(zhì)含量均呈直線上升趨勢，鉀含量最高的分組（鉀含量為2.96%）其煙葉的各類致香物質(zhì)含量分別比鉀含量最低的分組分別高20.35%（酮類）、41.03%（醇類）、27.98%（醛類）、19.42%（酯類）、88.62%（酚類）和27.75%（氮雜環(huán)類），致香物質(zhì)總量的這一數(shù)值為30.77%。

3 討 論

烤煙致香物質(zhì)含量與其感官質(zhì)量是密切相關(guān)的［16-18］?？緹熤孪阄镔|(zhì)含量由品種、生態(tài)條件、栽培技術(shù)和烘烤技術(shù)共同決定，其中品種［5，19-20］和生態(tài)條件［21-23］對香氣物質(zhì)含量的影響十分顯著，但烤煙品種選擇往往由煙區(qū)社會經(jīng)濟條件、生態(tài)條件、工業(yè)需求等多種因素決定，一般不易更換，而煙區(qū)的生態(tài)條件也非人為因素可以改變的，因而有關(guān)品種和生態(tài)因素的研究結(jié)果可在生產(chǎn)上加以利用的很少。目前生產(chǎn)上提高致香物質(zhì)的手段主要集中在栽培技術(shù)［24-27］和烘烤工藝改進［28-31］方面。本研究結(jié)果表明，煙葉鉀含量與酮類、醇類、醛類、酯類、酚類和氮雜環(huán)類等7類致香物質(zhì)含量均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，且煙葉鉀含量與7類致香物質(zhì)含量呈線性關(guān)系；說明鉀素營養(yǎng)對烤煙致香物質(zhì)含量影響顯著，改善鉀素營養(yǎng)可提高煙葉致香物質(zhì)含量，很多研究結(jié)果也佐證了這一觀點，如許自成等［32］研究發(fā)現(xiàn)高鉀含量的煙葉其新植二烯、類胡蘿卜降解產(chǎn)物、芳香族氨基酸降解產(chǎn)物、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量和揮發(fā)性香氣物質(zhì)總量均明顯高于中低鉀含量的煙葉。近年來，通過改善烤煙鉀素營養(yǎng)在提高煙葉致香物質(zhì)含量方面的研究有較多報道，相關(guān)研究表明增施鉀肥在提高煙葉鉀含量的同時，不僅明顯提高煙葉中各類中性致香物質(zhì)總量［9，33］，而且顯著提高了酸性致香物質(zhì)的含量［6］，提高鉀肥追施比例和施用緩釋鉀肥（提高土壤后期供鉀能力）也可以提高煙葉鉀含量和致香物質(zhì)含量［7，9］，這些研究結(jié)果與本研究基本一致。煙葉的致香物質(zhì)都是由特定的前體物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化而來的，如異戊間二烯類、降-異戊二烯類、苯丙氨酸、木質(zhì)素、脂類的代謝產(chǎn)物，以及糖和氨基酸非酶棕色化反應(yīng)產(chǎn)物等［4］，這些物質(zhì)的合成與煙葉的光合作用、呼吸作用等生命活動關(guān)系密切。而鉀是煙株體內(nèi)多種酶的激活劑，參與并促進煙草體內(nèi)許多代謝過程，如光合作用、呼吸作用，碳水化合物、含氮化合物、脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝等等［2］。這也就解釋了為何改善煙株鉀素營養(yǎng)可以提高烤煙致香物質(zhì)含量，以及高鉀煙葉一般致香物質(zhì)含量也較高。因此，改善煙株鉀素營養(yǎng)仍是現(xiàn)階段提高煙葉致香物質(zhì)含量的有效手段之一。

圖3 烤煙致香物質(zhì)含量與鉀含量的回歸分析Fig. 3 Regression analysis of aroma components and potassium content in tobacco

4 結(jié) 論

云南煙區(qū)烤煙鉀含量平均為1.96%，并且區(qū)域間差異巨大，在海拔高度分組及土壤pH分組間均存在顯著差異。致香物質(zhì)含量的變幅較大，最高值是最低值的3.41～10.50倍。簡單相關(guān)分析結(jié)果表明，烤煙鉀含量與酮類、醇類、醛類、酯類、酚類和氮雜環(huán)類致香物質(zhì)含量均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)；灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，烤煙鉀含量對酮類致香物質(zhì)含量的影響最大，對酯類致香物質(zhì)含量的影響最小，表現(xiàn)為酮類＞醛類＞醇類＞氮雜環(huán)類＞酚類＞酯類；回歸分析表明，7項烤煙致香物質(zhì)含量與烤煙鉀含量均符合線性關(guān)系，隨鉀含量的增加而呈直線增加的趨勢?？紤]到云南煙區(qū)鉀含量偏低，且變幅較大，認為在云南煙區(qū)改善烤煙鉀素營養(yǎng)仍然是提高煙葉香氣物質(zhì)含量的重要途徑，且有較大空間。

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Relationship between Potassium Content and Aroma Components of Fluecured Tobacco in Yunnan

LI Qiang1， ZHOU Jiheng1， CHENG Changxin2， LIU Xiaoying1， YANG Yingming2， ZHANG Yiyang1
（1. Tobacco Research Institute， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China； 2. Hongyun Honghe Tobacco （Group）Co.， Ltd.， Kunming 650231， China）

204 flue-cured tobacco samples were collected in Yunnan Province. The relationship between potassium content and aroma components of flue-cured tobacco were analyzed using correlation analysis， gray correlation analysis and regression analysis. The results indicated that， the mean potassium content was 1.96% with a variation between 0.70%-3.24%， with 52.45% of the samples having low potassium content. Significant difference in potassium content of flue cured tobacco was observed between elevation groups and soil pH groups. The variation in flue-cured tobacco aroma components was huge in Yunnan （3.41-10.50 times）， and the aroma components were highly significantly correlated with potassium content， with the order of grey incidence coefficients being∶ketones＞aldehydes＞alcohols＞nitrogen heterocyclic＞phenols＞esters. Potassium content and all the aroma component conformed to linear equations with at the extremely significant level， that is， with the increase of flue cured tobacco potassium content， a linear increase of aroma components was observed. Aroma components of the lowest potassium content group （potassium content is 0.97%）was 71.89 μg/g （30.77%） less than that of the highest potassium content group （potassium content is 2.96%）. Potassium nutrition is an important factor that affects the aroma components in Yunnan flue-cured tobacco.

potassium content； aroma components； flue-cured tobacco； relationship

S572.06

1007-5119（2015）06-0049-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.06.009

云南省煙草公司項目“曲靖市精益煙葉生產(chǎn)研究與應(yīng)用”（2014YN24）；紅云紅河煙草（集團）有限責任公司項目“云南基地烤煙品種立體優(yōu)化布局研究”（HYHH2012YL03）

李 強（1982-），男，博士，主要從事煙草科學與工程技術(shù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail：zqiangli@126.com

2015-04-16

2015-08-17