懷化煙區(qū)不同品種雪茄煙葉品質(zhì)評價及用途分析

劉旭東，邢云飛，危 躍，羅小紅，覃 飚

（1. 湖南省煙草公司懷化市公司麻陽苗族自治縣分公司，湖南 懷化 419400；2. 河南農(nóng)業(yè)大學煙草行業(yè)煙草栽培重點實驗室，河南 鄭州 450002；3. 湖南省煙草公司懷化市公司，湖南 懷化 418000）

在適宜的環(huán)境和栽培技術(shù)條件下，品種能夠彰顯煙葉質(zhì)量特色，而在不同的生態(tài)條件下，相同品種煙葉會表現(xiàn)出不同的質(zhì)量特點和香型風格[1-3]。因此，在特定煙區(qū)引進新品種時，對比評價其煙葉質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。煙葉品質(zhì)主要從其物理特性、化學成分、感官質(zhì)量等方面來評價，傳統(tǒng)的品比試驗往往采用直觀分析的方法對這些指標進行一一比較，不可避免會受到主觀因素的影響。然而，這些指標之間有著密切的聯(lián)系[4-7]。因此，將影響煙葉質(zhì)量的主要指標用統(tǒng)一綜合指標衡量，從整體出發(fā)更能客觀準確地反映品種的優(yōu)劣。綜合評價方法包括模糊數(shù)學綜合評價法、綜合指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、DTOPSIS（多目標決策法）等。盧秀萍[8]分別用灰色關(guān)聯(lián)度分析法和多目標決策法對參試品種的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性進行了綜合評價，得到的評判結(jié)果基本相同，且與品種實際表現(xiàn)相符。盛業(yè)龍等[9]利用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法對24個烤煙品種的田間抗旱性進行了綜合評價，較為全面地評價了各品種的抗旱性。徐秀紅等[10]利用綜合指數(shù)法對5個烤煙新品種的農(nóng)藝性狀、田間自然發(fā)病率、經(jīng)濟性狀和感官質(zhì)量進行了綜合評價，認為云煙116較適宜在畢節(jié)煙區(qū)種植。由此可見，綜合評價方法在烤煙品種比較中的應用較多，并取得了一定的成效。

目前，國內(nèi)雪茄煙產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展的重要時期，許多煙葉產(chǎn)區(qū)開始進行雪茄煙的試種。湖南作為我國重要的優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)省份之一，其氣候資源為煙草提供了良好的生長環(huán)境[11]。在湖南煙區(qū)引種試種雪茄煙具有一定可行性和生態(tài)優(yōu)勢，但目前在該地區(qū)引種雪茄煙并對其煙葉質(zhì)量進行綜合評價及用途分析的研究未見報道。基于此，筆者擬利用主成分分析法和聚類分析法對湖南懷化煙區(qū)引進的11個雪茄煙煙葉的物理特性、化學成分、感官質(zhì)量進行綜合評價和用途分析，從煙葉質(zhì)量的角度初步明確各品種煙葉的生產(chǎn)用途，以期為湖南煙區(qū)引種試種雪茄煙提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料 供試的11個雪茄煙品種為ND-1、ND-2、ND-3、ND-4、ND-5、古巴二號、古巴七號、哈伯納斯、印尼一號、CX080和CX081。每個品種取調(diào)制后的中部煙葉1 kg，初次發(fā)酵30 d后分別測定其物理特性、常規(guī)化學成分和感官質(zhì)量。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備 電子天平（上海瑤新電子科技有限公司）、BHZ-1型薄片厚度計（石家莊誠信中輕機械設(shè)備有限公司）、ZKW-3型薄片抗戰(zhàn)強度試驗機（濟南三泉中石實驗儀器有限公司）、SEAL AA3型連續(xù)流動化學分析儀（英國希爾公司）、Binder恒溫恒濕箱（德國賓得公司）。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 物理特性的測定 用薄片厚度計測定葉片厚度，打孔鋁盒稱重法測定葉質(zhì)重，用薄片抗張強度試驗機測定拉力，稱重法測定含梗率、平衡含水率和單葉重。

1.2.2 常規(guī)化學成分的測定 采用YC-T 161—2002中的方法測定煙葉總氮含量，采用YC-T 468—2013中的方法測定煙堿含量，采用YC/T 249—2008中的方法測定煙葉蛋白質(zhì)含量，采用YC-T 159—2019中的方法測定煙葉總糖和還原糖含量，采用YC-T 217—2017和YC-T 162—2011中的方法測定煙葉鉀和氯的含量。

1.2.3 感官質(zhì)量評價 將發(fā)酵后的煙葉卷制成長度125 mm、直徑10.5 mm的單料煙，在溫度18℃、相對濕度70%的Binder恒溫恒濕箱中醇化4個月后供評吸使用。感官質(zhì)量由國家煙草栽培生理生化研究基地聘請雪茄煙廠專業(yè)人員對煙支的香氣量、香氣質(zhì)、刺激性、雜氣、余味、甜潤感、燃燒性、灰色進行評價，評價標準如表1所示。

表1 雪茄煙葉感官質(zhì)量評價標準

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 25.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和分析，主成分得分圖用Origin 2021b進行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種煙葉品質(zhì)的描述性分析

2.1.1 煙葉的物理特性 由表2可知，不同品種雪茄煙的煙葉物理特性指標存在差異，葉質(zhì)重的變異系數(shù)較大，為48.52%；其余指標差異較小，變異系數(shù)在16.71%～25.83%。其中，單葉重以ND-4、CX080較重，哈伯納斯最輕；厚度以古巴七號最厚，為0.12 mm，其他品種差異較小，均在0.05～0.08 mm；葉質(zhì)重以古巴二號和古巴七號較重，達100 g/m2以上，ND-2和ND-3較輕，僅21 g/m2左右；拉力以ND-1表現(xiàn)最好，古巴二號表現(xiàn)最差；含梗率以古巴二號最高，古巴七號、CX080和CX081的較低；平衡含水率以ND-4最高，為21.42%，其余品種差異較小，均在11.01%～15.72%范圍內(nèi)。

表2 不同品種雪茄煙的煙葉物理特性

2.1.2 煙葉的化學成分 由表3可知，各品種雪茄煙的煙葉化學成分差異較大，其中，總糖和還原糖的變異系數(shù)較大，分別為110.69%和119.07%，差異較大；總氮和蛋白質(zhì)的變異系數(shù)較小，分別為11.34%和11.89%，差異較小?？偺呛瓦€原糖均以ND-4最高，其他品種差異不明顯；煙堿以CX081最高，ND-4最低；ND-4的鉀氯比最高，印尼一號的鉀氯比最低；氮堿比以ND-5和古巴二號較高，CX081最低。

表3 不同品種雪茄煙的煙葉化學成分

2.1.3 煙葉的感官質(zhì)量 不同品種雪茄煙的煙葉感官評吸結(jié)果如表4所示，各雪茄煙品種的煙葉感官質(zhì)量差異較小，各指標的變異系數(shù)均在10%左右?？偡峙琶?的品種依次是ND-1、ND-3、ND-5、ND-2、古巴二號和ND-4。其中，香氣質(zhì)以ND-1表現(xiàn)最好，其次是ND-5，CX080和CX081表現(xiàn)較差；香氣量仍以ND-1表現(xiàn)最佳，CX080、CX081表現(xiàn)較差；ND-5的雜氣最小，其次是ND-2，古巴七號和CX080的雜氣較大；刺激性以ND-3最小，古巴七號、哈伯納斯較大；ND-3的余味最為舒適干凈，其次是ND-1、ND-2，CX080余味最差；甜潤感以古巴二號最強，CX081表現(xiàn)最差；燃燒性以ND-1表現(xiàn)最好，其次是ND-3，CX080和CX081表現(xiàn)較差；灰色以古巴二號和古巴七號較白，其余品種的灰色表現(xiàn)均較差，均在6分以下。

表4 不同品種雪茄煙的煙葉感官質(zhì)量 （分）

2.2 主成分分析

在解決實際問題的過程中，經(jīng)常會收集盡可能多的信息，以期對問題有一個全面的認識，但是大量的數(shù)據(jù)之間往往存在著相互影響的關(guān)系，不可避免地會出現(xiàn)信息重疊。主成分分析是解決信息重疊問題的方法之一。依據(jù)前文結(jié)果，剔除品種間差異較小的總氮、蛋白質(zhì)和感官質(zhì)量指標，對其他13項煙葉品質(zhì)指標進行主成分分析，提取特征值大于1的主成分，共得到4個主成分（表5）。由表5可知，4個主成分的累積方差貢獻率達到90.037%，代表了雪茄煙煙葉品質(zhì)的絕大部分信息。由此可見，主成分分析法將原有的13個品質(zhì)指標轉(zhuǎn)化為4個不相關(guān)的綜合指標，達到了避免重疊和簡化的目的。

表5 主成分的特征值和貢獻率

進一步將提取的主成分因子進行旋轉(zhuǎn)處理，其載荷值反映了各變量在主成分中的重要程度，分析結(jié)果如表6所示。結(jié)合表5和表6可知，第1主成分代表了雪茄煙品質(zhì)總信息的34.654%，主要綜合了總糖、還原糖、鉀/氯、氯和平衡含水率的信息，其中總糖、還原糖、鉀氯比和平衡含水率正向載荷權(quán)數(shù)最大，其值分別為0.947、0.941、0.801和0.663；氯負向載荷權(quán)數(shù)最大，為-0.793。第2主成分代表了總信息的29.155%，主要綜合了煙堿、含梗率、總氮/煙堿和厚度的信息，其中煙堿和厚度為負向指標，其值分別為-0.904、-0.784，含梗率和總氮/煙堿為正向指標，其值分別為0.869和0.861。第3主成分主要綜合了葉質(zhì)重和拉力的信息，葉質(zhì)重為負向指標，拉力為正向指標。第4主成分主要代表了鉀/氯、氯和平衡含水率的信息，這3個指標已在第1主成分中得到解釋，且載荷權(quán)數(shù)較小，故不再進行分析。

表6 主成分在各品質(zhì)指標上旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

通過PCA得分圖可以直觀地表達品種與綜合指標間的關(guān)系[12-13]。該研究中主成分PC1和PC2（分別包含了總信息量的34.7%和29.2%，累計貢獻率達到63.9%）的PCA得分圖如圖1所示，從中能夠看出各雪茄煙品種煙葉與PC1和PC2的關(guān)系如下：（1）ND-4落在PC1和PC2正向區(qū)間，表明該品種煙葉總糖、還原糖、含梗率、氮堿比、平衡含水率和鉀氯比最高，而煙葉厚度和煙堿含量較低；（2）哈伯納斯、古巴七號、CX080和CX081依次落在第四區(qū)間，煙葉總糖、還原糖、煙堿、含梗率、平衡含水率、氮堿比、鉀氯比、厚度較高；（3）ND-2和印尼一號分布在第三區(qū)間，這2個品種煙葉品質(zhì)呈現(xiàn)與ND-4相反的特點；（4）第二區(qū)間品種煙葉總糖、還原糖、煙堿、鉀氯比和平衡含水率較低，身份較薄，但含梗率和氮堿比較高；其中，ND-1和ND-5的總糖、還原糖含量、鉀氯比相對較高，印尼一號的總糖、還原糖含量、鉀氯比最低。

圖1 主成分分析PC1、PC2得分圖

第三主成分PC3反映了總信息的15.791%。由圖2可知，各雪茄煙品種煙葉與PC1和PC3的關(guān)系如下：（1）CX080、CX081、ND-4、哈伯納斯和古巴七號分布在PC1正向區(qū)間，表明這些品種煙葉的總糖、還原糖、平衡含水率和鉀氯比較高，而氯離子含量較低；（2）ND-4在最右側(cè)，即該品種煙葉總糖、還原糖含量、平衡含水率和鉀氯比最高，氯離子含量最低；（3）ND-1、ND-2、ND-3、ND-5、印尼一號、CX080、CX081分布在PC3正向區(qū)間，由前文可知第三主成分主要綜合了葉質(zhì)重、拉力的信息，表明這些品種煙葉拉力較大，而葉質(zhì)重較??；（4）古巴二號落在第三區(qū)間，即該品種煙葉總糖、還原糖含量較低，氯離子含量較高；葉質(zhì)重較大，而拉力較?。唬?）ND-4、哈伯納斯和古巴七號落在PC3負向區(qū)間，表明這些品種煙葉拉力較小，葉質(zhì)重較大。

圖2 主成分分析PC1、PC3得分圖

2.3 聚類分析

為了驗證主成分分析的結(jié)果，根據(jù)雪茄煙煙葉的23個品質(zhì)指標，對11個雪茄煙品種進行系統(tǒng)聚類分析，得到聚類樹狀圖（圖3）。當距離為10時，11個雪茄煙品種聚為3類：第一類聚集了6個品種，分別是ND-1、ND-2、ND-3、ND-5、印尼一號和古巴二號，該類雪茄煙葉總糖、還原糖含量、鉀氯比和平衡含水率較低，氯離子含量較高，這一結(jié)果與PC1正向區(qū)間的結(jié)果一致；第二類包含CX080、CX081、哈伯納斯和古巴七號4個品種，該類雪茄煙葉氯離子、煙堿含量較高，氮堿比和含梗率較低，身份較厚，這一結(jié)果與PC1和PC2第四區(qū)間的結(jié)果一致；第三類為1個品種（ND-4），其煙葉總糖、還原糖含量、鉀氯比和平衡含水率最高，氯離子含量最低，身份較薄，這一結(jié)果與PC1和PC2第一區(qū)間的結(jié)果一致。聚類分析中11個雪茄煙品種聚為3類，這與主成分分析的結(jié)果基本一致， 表明聚類分析和主成分分析均可用來分析雪茄煙煙葉品質(zhì)指標，綜合評價不同雪茄煙品種的煙葉質(zhì)量。

圖3 雪茄煙品種聚類樹狀圖

3 結(jié)論與討論

物理特性主要影響煙葉的可加工性[14]，而雪茄煙由于全葉卷制的特殊性，其物理特性的表現(xiàn)對于雪茄煙葉尤其是茄衣煙葉更為重要。優(yōu)質(zhì)的茄衣要求葉片大小適中、葉片薄且完整度好、彈性好、拉力強、燃燒性好等[4]。研究結(jié)果顯示，ND-1、ND-3、ND-5和古巴二號的煙葉身份較薄，其中ND-1和ND-5的煙葉拉力較強。

煙葉內(nèi)在化學成分的含量及其比例在很大程度上影響煙葉的煙氣特性，進而決定煙葉的品質(zhì)[15]。茄衣煙葉要求其香吃味不影響茄芯的香味和吃味、燃燒性好、灰白緊卷，而茄芯煙葉要求具有典型的雪茄煙香氣和吃味、填充性好、燃燒性好[16]。首先，煙葉化學成分的含量都有一個適宜范圍，過高過低都會影響煙葉的質(zhì)量。參考國外優(yōu)質(zhì)雪茄煙葉產(chǎn)區(qū)優(yōu)質(zhì)雪茄煙煙葉化學成分的適宜范圍為總糖2%左右、總氮4%～6%、煙堿2.8%～3.8%、鉀＞2%、氯0.3%～0.6%[17]。該研究中11個雪茄煙品種的煙葉總氮、煙堿、鉀含量適宜；總糖含量大多偏低，氯含量普遍偏高。其次，煙葉化學成分的協(xié)調(diào)性也是評價煙葉質(zhì)量的重要指標。前人研究發(fā)現(xiàn)，氮堿比接近1時，煙葉的質(zhì)量較好；鉀氯比影響煙葉的燃燒性，即鉀氯比大于4時，煙葉燃燒性較好[18]。該研究中，ND-4的鉀氯比最高，ND-1、ND-3、ND-5、古巴七號和哈伯納斯的鉀氯比接近或大于4；ND-1、ND-2、ND-3和ND-4的氮堿比較接近1。

感官評吸是評價煙葉質(zhì)量最直接的方式，但也最容易受到主觀因素的影響。因此，結(jié)合物理特性和化學成分等指標對煙葉品質(zhì)進行綜合評價，能夠減少主觀因素的影響，更加客觀準確地反映煙葉的品質(zhì)。

主成分分析是將原有多個指標轉(zhuǎn)化為少量綜合指標的一種降維分析方法，能夠剔除重疊信息，保留重要指標，進而進行綜合評判[19]。聚類分析綜合考慮多方面因素，不會對信息進行刪減，進而對研究對象分類，類別間重要性是等同的[20]。該研究的聚類分析結(jié)果顯示，11個雪茄煙品種聚為3類，這與主成分分析的結(jié)果基本一致，表明聚類分析和主成分分析均可用來分析雪茄煙煙葉品質(zhì)指標，綜合評價不同雪茄煙品種的煙葉質(zhì)量。結(jié)合主成分分析發(fā)現(xiàn)，第一類雪茄煙品種煙葉綜合質(zhì)量較好，應針對該類品種繼續(xù)開展配套技術(shù)的研究；第二類雪茄煙品種煙葉化學成分協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量均較差，通過栽培、調(diào)制等措施改善其品質(zhì)的難度較大，不建議在懷化煙區(qū)推廣種植；而ND-4單獨聚為一類，該品種總糖、還原糖含量明顯高于其他品種，感官評吸結(jié)果中等，但鉀氯比最高，氮堿比較接近1，化學成分較為協(xié)調(diào)，且在主成分分析中得分第一，有通過栽培、發(fā)酵等措施改善其品質(zhì)的潛力。另外，綜合評價結(jié)果說明，在一定范圍內(nèi)，糖含量的增加有助于提高煙葉的品質(zhì)，但糖含量過高可能會對煙葉的感官質(zhì)量造成負面影響。而雪茄煙煙葉的總糖和還原糖含量會隨著采收時間的推遲[21]以及發(fā)酵時間的延長[22]而增加。因此，可以通過提前采收和縮短發(fā)酵時間等措施來降低煙葉的糖含量，以改善ND-4品種的煙葉質(zhì)量；而對于第一類中的品種則可通過提高采收成熟度和延長發(fā)酵時間來進一步提高其煙葉品質(zhì)。

對湖南懷化煙區(qū)引種的11個雪茄煙品種煙葉的23個品質(zhì)指標進行描述統(tǒng)計，結(jié)果顯示，各品種煙葉的總氮、蛋白質(zhì)和感官質(zhì)量指標變異系數(shù)較小，均在10%左右，未表現(xiàn)出品種間差異；對其他13項品質(zhì)指標進行主成分分析，共提取了4個主成分，代表原信息量的90.037%，主成分得分圖較為直觀地展示了各品種煙葉與主成分之間的關(guān)系，初步明確了各品種煙葉的生產(chǎn)用途：ND-1和ND-5適宜作為茄衣品種，ND-3、ND-4和古巴二號適宜作為茄芯品種，ND-2、印尼一號、古巴七號、哈伯納斯、CX080和CX081不宜作為優(yōu)質(zhì)雪茄煙原料。最后，對11個雪茄煙品種進行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果顯示，這些品種煙葉可分為3類，其與主成分分析得分圖的分類結(jié)果基本一致，表明聚類分析和主成分分析均可用于評價雪茄煙質(zhì)量。