陜西秦巴煙區(qū)6年間烤煙主要化學(xué)成分含量的分布特征研究

陳鳳娥，王平平, 黃金輝，鄧金華，劉 祥，穆耀輝

(1.商洛學(xué)院 健康管理學(xué)院，陜西 商洛 726000;2陜西省煙草研究所, 陜西 西安 710061;3.陜西省煙草公司 洛南縣公司，陜西 洛南 726109；4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；5.陜西省煙草公司 商洛市分公司，陜西 商洛 726000)

煙草是世界上種植最廣泛的非食物性葉用經(jīng)濟(jì)作物，每年全世界生產(chǎn)約670萬(wàn)t，其中我國(guó)是世界上最大的煙草生產(chǎn)國(guó)，其種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一位，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2017年的產(chǎn)量就達(dá)2391萬(wàn)t[1]。秦巴山區(qū)以丘陵、山地和高原為主，境內(nèi)地形復(fù)雜，地貌多樣，區(qū)域內(nèi)土壤氣候差異顯著，農(nóng)業(yè)立體差異性強(qiáng)，在該地區(qū)發(fā)展生態(tài)優(yōu)質(zhì)煙葉，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。位于秦巴山區(qū)的安康、商洛、寶雞、漢中四產(chǎn)區(qū)具備了優(yōu)質(zhì)煙葉生長(zhǎng)的環(huán)境條件，秦巴煙區(qū)已發(fā)展成為陜西第一大煙葉產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量穩(wěn)定在5萬(wàn)t左右，占全省煙葉總量的90%以上，煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)步提升，為全國(guó)特色優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)基地[2]。當(dāng)今煙草貿(mào)易市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是煙葉品質(zhì)，而煙葉中各化學(xué)成分的含量反映了煙葉品質(zhì)高低[1]。煙葉的質(zhì)量受氣候條件、種植地域、種植管理和調(diào)制加工等因素的影響，因此不同地區(qū)和不同品種煙葉質(zhì)量存在一定差異。傳統(tǒng)對(duì)煙葉質(zhì)量的評(píng)價(jià)包括人工分級(jí)和評(píng)吸，存在一定主觀因素影響。煙葉化學(xué)成分是影響煙葉內(nèi)在質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，煙葉中總糖、還原糖、總氮、總堿、氯、鉀等化學(xué)成分因?yàn)閷?duì)煙葉質(zhì)量有重要影響[3]。本研究擬選取陜南主栽烤煙品種云煙87、云煙97、云煙99、遼煙17和K326等，分別在商洛煙區(qū)洛南縣、安康煙區(qū)旬陽(yáng)縣、漢中煙區(qū)南鄭區(qū)和寶雞煙區(qū)隴縣取樣，并進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，探討陜西秦巴地區(qū)煙葉化學(xué)品質(zhì)特征分布狀況，為在秦巴區(qū)域選擇優(yōu)良烤煙品種和配套栽培技術(shù)措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

秦巴煙區(qū)主要以安康、商洛、寶雞、漢中為主產(chǎn)區(qū)，每個(gè)產(chǎn)區(qū)于不同煙站分別采樣，共計(jì)197個(gè)樣品。樣品為烤后煙樣。所采樣品由煙站技術(shù)人員統(tǒng)一采收，采樣部位包含上、中、下三個(gè)部位，品種主要有K326、遼煙17、云煙87、云煙97、云煙99。烘烤設(shè)備為煙站統(tǒng)一烤爐，采用三段十步式烤柔烤香密集烘烤技術(shù)工藝。隨機(jī)取樣5kg。所測(cè)項(xiàng)目為：總植物堿、總氮、鉀、氯、還原糖、總糖、淀粉等7個(gè)指標(biāo)以及采樣時(shí)間、地點(diǎn)、品種等附加屬性。

測(cè)定方法：煙堿：YC/T246-2008，煙草及煙草制品煙堿的測(cè)定采用氣相色譜法；

總氮：YC/T161-2002，煙草及煙草制品總氮的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法；

還原糖：YC/T159-2002，煙草及煙草制品性還原糖的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法或采用3，5-二硝基水楊酸法；

總糖：YC/T159-2002，煙草及煙草制品總糖的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法或采用蒽酮法；

淀粉：YC/T216-2007，煙草及煙草制品淀粉的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法；

鉀：煙草及煙草制品鉀的測(cè)定采用，YC/T173-2003，火焰光度法；YC/T217-2007，連續(xù)流動(dòng)法；

氯：YC/T162-2002，煙草及煙草制品氯的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)法。

1.2 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)軟件Microsoft Excel將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，再通過(guò)SPSS25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、頻率分布分析、相關(guān)分析和均值比較。

1.3 概率密度分布函數(shù)

1.3.1 分布函數(shù)的選擇 在評(píng)價(jià)作物化學(xué)成分含量上，常見(jiàn)采用的分布函數(shù)包括: 正態(tài)分布(Normdistribution)、對(duì)數(shù)正態(tài)分布(Log-Normdistribution)、韋布分布(Weibulldistribution)、伽瑪分布(Gammadistribution)，筆者擬用分布函數(shù)類型見(jiàn)表1[5]。以上分布函數(shù)選擇首先選擇正態(tài)分布分析，如果不符合正態(tài)分布，再進(jìn)行對(duì)數(shù)正態(tài)分布分析，依次再進(jìn)行韋布分布分析和伽瑪分布分析，如果連伽瑪分布也不符合，那么就可以認(rèn)為煙葉中化學(xué)成分含量指標(biāo)分布較復(fù)雜[5]。

表1 擬用分布函數(shù)類型

1.3.2 分布函數(shù)參數(shù)的估計(jì) 正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布的參數(shù)采用極大似然法估計(jì)。韋布分布和伽瑪分布采用最小平方和法，即使計(jì)算得到的概率分布與觀測(cè)到的頻率分布之間的差的平方和最小[4, 5]。

1.3.3 分布函數(shù)的檢驗(yàn) 根據(jù)觀察值判斷某個(gè)指標(biāo)是否符合某種理論分布函數(shù)，必須進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，本文采用Pearson檢驗(yàn)法[4, 5]。

2 結(jié)果及討論

2.1 煙葉化學(xué)成分含量的基本統(tǒng)計(jì)特征

煙葉中的常規(guī)化學(xué)成分含量及其比例對(duì)煙葉內(nèi)在質(zhì)量有重要影響，其中總糖、還原糖、煙堿、總氮等指標(biāo)與吸味有關(guān)，氯和鉀的含量與煙葉的燃燒性直接相關(guān)，淀粉是衡量煙葉化學(xué)品質(zhì)最重要的有機(jī)物，煙葉中淀粉的含量和代謝水平?jīng)Q定著煙葉內(nèi)在和外觀品質(zhì)等級(jí)的優(yōu)劣。還有一些二級(jí)指標(biāo)如糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比。鉀氯比是用于判定煙葉燃燒性的重要指標(biāo)，可以反映煙葉燃燒質(zhì)量的好壞，烤煙鉀氯比的適宜值應(yīng)大于4，鉀氯比值越大，煙葉的燃燒性越好。糖堿比通常被用作評(píng)價(jià)煙葉的煙氣強(qiáng)度和柔和性，烤煙糖堿比適宜值為5～15，若比值超過(guò)15，雖然煙味溫和，但勁頭小，香氣平淡；若比值低于5，煙味強(qiáng)烈，刺激性大并有苦味。煙葉總氮含量與煙堿含量的比值稱為氮堿比，總氮含量高的煙葉，會(huì)產(chǎn)生一種強(qiáng)烈辛辣味，而總氮含量低，則煙氣平淡無(wú)味。因此，氮堿比一般適宜值在小于等于1時(shí)，比較適宜。

秦巴煙葉化學(xué)成分基本統(tǒng)計(jì)如表2 所示，其中，氯和淀粉的變異系數(shù)遠(yuǎn)高于其他成分。由偏度值可看出，秦巴煙葉烤煙中各化學(xué)成分頻率分布基本上屬于左偏型，且煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、淀粉等化學(xué)成分可能屬于正態(tài)分布，而氯、糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比一定不屬于正態(tài)分布。

表2 秦巴煙葉化學(xué)成分含量的基本統(tǒng)計(jì)量

2.2 煙葉化學(xué)成分含量的年際變化

煙葉化學(xué)成分含量在不同年份之間的方差分析，如表3所示，所有指標(biāo)的F值對(duì)應(yīng)的概率均小于0.05。從中可看出：不同年份之間，煙堿、氮、還原糖、總糖、鉀、氯、淀粉含量及糖堿比、鉀氯比、氮堿比、兩糖比差異顯著。再對(duì)不同年份下煙葉化學(xué)成分含量均值進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所示，比較后發(fā)現(xiàn)煙葉中化學(xué)成分含量有一定的年際波動(dòng)。其中，煙堿、還原糖、總糖和氯含量除在2012年明顯高于其他年份外，在2013至2017年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)?？偟?、兩糖比在所檢測(cè)年份中總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。鉀和淀粉含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

表3 秦巴煙葉化學(xué)成分含量在不同因素之間的方差分析

表4 不同年份下煙葉化學(xué)成分含量

2.3 煙葉化學(xué)成分含量的品種差異

煙葉化學(xué)成分含量在不同品種之間的方差分析如表3所示，總氮、還原糖、鉀、氮堿比的F值對(duì)應(yīng)的概率均小于0.05，說(shuō)明總氮、還原糖、鉀含量、氮堿比在不同品種之間差異顯著。通過(guò)多重比較對(duì)不同化學(xué)成分在品種上的差異進(jìn)行分析，多重比較選取樣本數(shù)大于10的品種，包括：云煙97、遼煙17、云煙99、云煙87、K326，以期增加比較可信度。結(jié)果如表5所示，煙葉總氮含量在遼煙17中最低，顯著低于K326、云煙97、云煙87以及云煙99，而后四者之間沒(méi)有顯著性差異。煙葉還原糖含量在云煙97中最高、為25.54%，其次是云煙97，含量為25.16%，云煙99與云煙97之間差異不顯著，兩者均顯著高于其他三個(gè)品種，其他三個(gè)品種之間沒(méi)有顯著差異。煙葉鉀含量以云煙97最高，為2.21%，與其他品種之間有顯著差異，遼煙17、云煙99、云煙87、K326之間無(wú)顯著差異。氮堿比值在云煙99中含量最高，顯著高于遼煙17、云煙87。5)煙堿、總糖、氯、淀粉、糖堿比、鉀氯比、兩糖比等指標(biāo)在不同品種之間無(wú)顯著差異。

表5 煙葉化學(xué)成分含量在品種之間的多重比較

2.4 煙葉化學(xué)成分含量的地區(qū)差異

由表3可知，總氮、還原糖、總糖、鉀、兩糖比在不同地區(qū)之間存在顯著差異。結(jié)果如表6所示。漢中、安康、商洛煙葉總氮含量最高，三者之間差異不明顯，但漢中、安康顯著高于寶雞，商洛與寶雞無(wú)明顯差異。商洛煙葉還原糖含量最高，為25.51%，其次為漢中，為24.43%，兩地之間無(wú)顯著差異，漢中、商洛煙葉還原糖含量顯著高于寶雞和安康，而寶雞安康煙葉還原糖含量差異不顯著。商洛煙葉總糖含量最高，為29.25%，其次為漢中，為28.85%，兩地之間沒(méi)有顯著差異，漢中、商洛煙葉總糖含量顯著高于寶雞和安康，而寶雞安康煙葉總糖含量差異不顯著。漢中地區(qū)煙葉鉀含量最高，為2.25%，顯著高于寶雞、商洛、安康地區(qū)，后三者之間無(wú)顯著差異。兩糖比值在商洛與漢中最高，商洛顯著高于寶雞和安康，寶雞和安康之間差異不明顯。綜合三個(gè)指標(biāo)含量來(lái)看，漢中各成分含量最高，寶雞最低，漢中>商洛>安康>寶雞。

表6 煙葉化學(xué)成分含量在地區(qū)之間的多重比較

2.5 煙葉化學(xué)成分不同煙葉部位之間的差異

由表3可知，不同部位煙堿、氮、總糖、鉀含量差異顯著，不同部位還原糖、氯、淀粉無(wú)顯著差異。通過(guò)多重比較，結(jié)果如表7所示。煙堿含量在煙葉中從下到上依次降低，且不同部位之間煙堿含量差異顯著?？偟吭谙虏繜熑~中含量最高，顯著高于中、上部煙葉，中、上部煙葉之間總氮含量差異不顯著。還原糖含量在煙葉中、上部含量較高，但僅中、下部煙葉還原糖含量存在顯著差異。總糖含量在上部葉和中部葉中較高，二者沒(méi)有顯著差異，但都與下部葉有顯著差異。鉀含量、糖堿比、鉀氯比、氮堿比在煙葉中從下到上依次升高，且不同部位之間差異顯著。兩糖比在下部葉中含量最高，顯著高于中部葉和上部葉，后兩者之間差異不顯著。

表7 煙葉化學(xué)成分含量在不同部位之間的多重比較

2.6 煙葉化學(xué)成分含量的理論分布特征

從表8可以看出，煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀在煙葉中的含量符合正態(tài)分布，氮堿比、糖堿比在煙葉中的數(shù)據(jù)符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

研究所述煙葉化學(xué)成分含量必然存在過(guò)高或過(guò)低，均影響最終烤煙品質(zhì)， 在一定生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)方式下，所種植煙葉中各化學(xué)成分含量必然處于一定的范圍之內(nèi)，這是確定某種措施是否能顯著改變某種煙葉化學(xué)成分的重要依據(jù)。因此，根據(jù)理論分布計(jì)算了本研究所探討的化學(xué)成分在煙葉中的下2.5%和上2.5 %的含量(表8)，上下2. 5 百分位點(diǎn)之間的變幅也就是通常意義上的95% 置信度區(qū)間，如果某個(gè)指標(biāo)的觀測(cè)值低于下2. 5 百分位點(diǎn)或者高于上2. 5 百分位點(diǎn)的含量， 說(shuō)明該煙葉與我國(guó)目前普遍的煙葉差異顯著，有必要去探究造成該差異的原因。本研究中197個(gè)來(lái)自秦巴煙區(qū)的烤煙樣品中，煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀、氮堿比、糖堿比分別有166、113、177、173、166、110、167個(gè)樣品不在95%的置信區(qū)間之內(nèi)。

表8 煙葉化學(xué)成分含量理論分布函數(shù)檢驗(yàn)

3 結(jié)論

煙葉中的化學(xué)成分含量以及其比例的協(xié)調(diào)性是衡量煙葉品質(zhì)的重要因素[2,6]。國(guó)際型優(yōu)質(zhì)煙葉通常指國(guó)際煙草商普遍認(rèn)同的煙葉。一般認(rèn)為，成熟度好，煙葉的油分足而柔軟，桔黃色，煙葉嗅香好，燃燒性強(qiáng)，煙氣香氣質(zhì)純量足，就是國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)公認(rèn)的國(guó)際型優(yōu)質(zhì)煙。化學(xué)成份要求還原糖16%～22%，煙堿1.5%～3.5%，總氮1.5%～3.0%，鉀2.0%～3.5%，糖堿比8%～10%[2,7～8]。根據(jù)本研究中的分布函數(shù)，得出煙堿、總氮、還原糖、鉀在烤煙中符合以上標(biāo)準(zhǔn)的概率為80.96%、91.27%、16.01%、75.84%?？傮w而言，陜西省秦巴煙區(qū)整體質(zhì)量較好，尤其是煙堿和總氮的含量較為符合國(guó)際型優(yōu)質(zhì)煙的標(biāo)準(zhǔn)，云煙97的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性優(yōu)于其他品種，提出不同煙區(qū)和不同部位煙葉的化學(xué)成分特征采取技術(shù)措施進(jìn)一步提高其協(xié)調(diào)性[2,8]。