廣東烤煙不同區(qū)位葉面的pH 值差異化分析

潘高偉，郭偉雄，韓佳彤，何 峰，梁 淼，白國強

（1. 江蘇中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，江蘇 南京 210012；2. 廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，廣東 廣州510610；3. 紅塔遼寧煙草有限責任公司技術中心，遼寧 沈陽 110000；4. 河北中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，河北 石家莊 050051；5. 鄭州輕工業(yè)大學 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001；6. 江蘇中煙工業(yè)有限責任公司南京卷煙廠，江蘇 南京 210012）

煙葉pH 值是原料內(nèi)酸堿平衡狀態(tài)的直觀表達，是評價煙葉質(zhì)量的重要指標之一[1]。pH 值影響煙草內(nèi)煙堿的存在狀態(tài)，通常隨煙葉pH 值在一定程度上的降低，非質(zhì)子化的游離態(tài)煙堿含量減少，卷煙煙氣刺激性降低，煙氣較為柔和。因此，煙葉pH 值是影響煙氣游離煙堿量和感官質(zhì)量的重要因素[2-3]。

已有研究主要從產(chǎn)區(qū)、部位、年份等因素對烤煙pH 值的影響[4]、烤煙pH 值與化學成分的相關性[5]、煙葉pH 值與其游離態(tài)煙堿含量關系[6]等方面進行探討，為煙葉質(zhì)量研究提供了重要參考。近年來，隨著煙草精細化加工的發(fā)展，以煙葉原料質(zhì)量特性為基礎的個性化加工方式成為提升原料工業(yè)可用性的重要途徑。如打葉復烤中的分切加工，即是以煙葉葉面不同區(qū)位的質(zhì)量特性差異為基礎的精細化加工模式[7-8]，已成為提升煙葉綜合利用價值的有效手段。烤煙葉面從葉尖到葉基的不同區(qū)位受遺傳因素及生態(tài)條件差異的影響，其物理特性及內(nèi)在質(zhì)量必然存在差異。毛志偉等[9]考察了不同品種初烤煙的不同區(qū)位物理耐加工性差異。另外，葉面不同分切區(qū)位的常規(guī)化學成分、重金屬鉛含量、致香成分、感官質(zhì)量等變化也有報道[10-13]。而烤煙葉面不同區(qū)位的pH值變化還未見報道，因此，在pH值與煙葉品質(zhì)內(nèi)在相關的基礎上，以廣東烤煙煙葉為原料，研究不同產(chǎn)區(qū)、品種、部位煙葉的不同區(qū)位葉面水浸液pH 值的差異，旨在為進一步提升煙葉的精細化加工水平及利用效率提供指導。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

選取廣東韶關（中煙100、粵煙97）、梅州（中煙100、K326）和清遠（K326、云煙87）3個產(chǎn)區(qū)共計4個烤煙品種的2017 年初烤煙葉，每份樣品選擇3 個等級（B2F、C3F、X2F），共18份煙葉為待測樣品。

所用儀器包括DHG-9145A 型電熱鼓風干燥箱（上海一恒科技有限公司）、ST-07B型多功能植物粉碎機（上海樹立儀器儀表有限公司）、EL204 型電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]、HZQF160 型全溫振蕩培養(yǎng)箱（太倉市實驗設備廠）、MODEL868型精密酸度計（美國奧立龍公司）。

1.2 測試方法

1.2.1 煙葉分切 將煙葉樣品平鋪，利用切刀將葉基部分（約7 cm）切除棄用，其余部分采用九刀十段的方式平均分切（每段約4～5 cm，因煙葉整體長度略有差異），分切如圖1 所示，從葉尖至葉基依次編號TL1—TL10。采用人工去梗方式將分切后的共計180 份樣品進行梗葉分離，收集各區(qū)位烤煙葉面并粉碎過篩、密封備用。

圖1 煙葉分切各區(qū)位編號Fig.1 Tobacco leaf cutting location number

1.2.2 煙葉水浸液pH 值測定 利用經(jīng)典的水浸提法獲得煙草水萃取液，測定其pH 值[1]，定義為葉面不同區(qū)位的pH 值。準確稱取（5.00±0.01）g 不同區(qū)位煙葉樣品，置于盛有50 mL蒸餾水的錐形瓶中，混合均勻；將錐形瓶置于全溫振蕩培養(yǎng)箱，在溫度為35 ℃、轉(zhuǎn)速為120 r/min的條件下，振蕩提取0.5 h；將振蕩萃取后的樣品放在暗處，靜置1 h，利用快速濾紙將待測液過濾，收集濾液于錐形瓶中；使用精密酸度計測定煙葉水浸液pH值。

1.3 統(tǒng)計分析

利用Excel 2010 和SPSS 19.0 統(tǒng)計分析軟件對不同區(qū)位煙葉的pH 值進行描述統(tǒng)計和系統(tǒng)聚類分析，利用DPS 7.05 數(shù)據(jù)處理軟件的有序樣本最優(yōu)分割法進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同區(qū)位烤煙葉面pH值整體分布

對180 個不同區(qū)位烤煙葉面pH 值的頻數(shù)分布進行統(tǒng)計，如圖2 所示，pH 值分布的偏度系數(shù)為-0.292，為負態(tài)偏向峰，峰度系數(shù)為0.141，為尖峭峰，服從正態(tài)分布。

圖2 不同區(qū)位烤煙葉面pH值的頻數(shù)分布Fig.2 Frequency distribution of pH values for different flue-cured tobacco locations

對不同區(qū)位烤煙葉面的pH 值進行基本統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。由表1可知，各區(qū)位葉面的pH值介于5.31～5.96，多數(shù)樣品集中于5.49～5.67，占樣品總量的73.3%；180 個區(qū)位葉面的平均pH 值為5.59，變異系數(shù)為1.67%。

表1 不同區(qū)位烤煙葉面pH值的基本統(tǒng)計結(jié)果Tab.1 Basic statistical results of pH values of flue-cured tobacco leaf samples at different locations

由各區(qū)位葉面的pH值與區(qū)位的Pearson簡單相關分析及雙側(cè)檢驗結(jié)果可知，煙葉樣品pH 值與區(qū)位呈正相關，且相關關系達到顯著水平（P＜0.05）。圖3為烤煙pH 值均值隨區(qū)位的變化情況，可見從葉尖到葉基，pH值呈現(xiàn)先增加后降低的拋物線變化趨勢，TL4—TL8葉面（葉中部分）的pH值較高，二次方程y=5.515+0.028x-0.002x2基本能用來描述pH 值隨區(qū)位變化情況。

圖3 烤煙葉面平均pH值隨區(qū)位的變化規(guī)律Fig.3 Variation of pH values of flue-cured tobacco leaves with locations

不同區(qū)位葉面pH 值的單因素方差分析結(jié)果如表2 所示，P值為0.282，大于0.05，表明廣東烤煙葉面不同區(qū)位的pH值整體上差異不顯著。

表2 不同區(qū)位烤煙葉面pH值的方差分析結(jié)果Tab.2 Variance analysis of pH values for flue-cured tobacco leaves at different locations

2.2 不同產(chǎn)區(qū)、部位、品種煙葉不同區(qū)位葉面pH值的變化

2.2.1 煙葉產(chǎn)區(qū)的影響 不同產(chǎn)區(qū)葉面pH 值隨區(qū)位變化趨勢如圖4所示，同一區(qū)位的煙葉pH 值在不同產(chǎn)區(qū)的煙葉間高低不一。韶關烤煙pH 值從葉尖到TL8區(qū)位波動上升，而后略有降低，各區(qū)位葉面平均pH 值為5.60，變異系數(shù)為0.44%；梅州烤煙TL4區(qū)位pH 值最高，從TL5 到TL8 區(qū) 位，pH 值緩慢上升，各區(qū)位葉面的pH 值介于5.54～5.61，變異系數(shù)為0.46%；而清遠煙葉pH 值從葉尖TL1 到TL7 區(qū)位逐步升高，而后到葉基部表現(xiàn)為線性下降趨勢，變異系數(shù)最高，為0.52%。

圖4 不同產(chǎn)區(qū)烤煙葉面平均pH值隨區(qū)位的變化趨勢Fig.4 Variation trend of pH values of flue-cured tobacco leaves in different regions with locations

2.2.2 煙葉部位的影響 不同部位煙葉pH 值隨區(qū)位的變化規(guī)律如圖5所示，同一區(qū)位的煙葉pH 值均表現(xiàn)為X2F＞C3F＞B2F，可見煙葉著生部位對pH 值影響較為明顯。不同部位煙葉的pH 值整體上也呈X2F＞C3F＞B2F，可能與不同部位烤煙中的揮發(fā)性有機酸含量差異有關。另外，由Pearson相關分析及雙側(cè)檢驗結(jié)果可知，pH值與煙葉部位間存在極顯著的相關關系（P＜0.01）。

圖5 不同部位烤煙葉面平均pH值隨區(qū)位的變化趨勢Fig.5 Variation trend of pH values of flue-cured tobacco leaves in different parts with locations

不同區(qū)位的X2F 煙葉pH 值介于5.58～5.67，從葉尖TL1到TL8的pH 值逐漸升高，臨近葉基部位時顯著降低；C3F 烤煙TL1—TL4 的pH 值在5.56 上下波動，從TL5 區(qū)位逐漸升高，至TL7 區(qū)位葉面pH 值最高，為5.64，隨后呈快速降低趨勢；B2F 烤煙各區(qū)位的pH值介于5.50～5.58，變異系數(shù)最低，為0.40%。

2.2.3 煙葉品種的影響 不同品種煙葉pH 值隨區(qū)位變化趨勢如圖6所示，可見pH 值隨區(qū)位變化規(guī)律在品種間表現(xiàn)各異，整體而言，煙葉pH 值表現(xiàn)為粵煙97＞云煙87＞K326＞中煙100。其中粵煙97 烤煙從葉尖到TL8區(qū)位pH值波動上升，葉基部位降低明顯；云煙87以TL5區(qū)位pH值最高，為5.66，從TL5區(qū)位向葉尖及葉基部位pH 值逐漸降低；K326 葉面pH值隨區(qū)位波動最為明顯，TL4、TL7和TL8區(qū)位pH 值較高，整體變異系數(shù)最高，為0.65%；中煙100 整體上從葉尖至葉基部位pH 值呈緩慢升高趨勢，整體波動最小，變異系數(shù)為0.33%。

圖6 不同品種烤煙葉面平均pH值隨區(qū)位的變化趨勢Fig.6 Variation trend of pH values of different varieties of flue-cured tobacco with locations

2.2.4 煙葉pH 值的多因素方差分析結(jié)果 對產(chǎn)地、部位、品種主效應對煙葉pH 值的影響進行方差分析，結(jié)果如表3所示，可見煙葉產(chǎn)地、品種、部位方差分析概率值P值均低于0.05，且煙葉品種與部位的概率值P值均低于0.01，表明廣東烤煙pH 值在產(chǎn)地、品種、部位間存在顯著或極顯著差異。

表3 煙葉pH值的多因素方差分析結(jié)果Tab.3 Results of multivariate analysis of variance on pH of tobacco leaves

2.3 不同區(qū)位烤煙葉面pH值的聚類分析結(jié)果

由2.2 可知，廣東烤煙葉面pH 值與著生部位的相關性極顯著，不同部位煙葉的pH 值差異明顯，因此，以不同區(qū)位葉面pH 值為評價指標，分別確定不同部位煙葉的葉面聚類分切方案，利用歐氏距離的平方衡量兩樣本間的距離，采用類平均法（UPGMA）合并小類，采用SPSS 19.0 軟件進行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果如圖7 所示?？梢?，不同部位煙葉的系統(tǒng)聚類形式不同，且軟件所給出的分切方案不便于生產(chǎn)加工，從煙葉分切加工的可操作性角度出發(fā)，利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行有序樣本最優(yōu)分割聚類分析，結(jié)果如表4所示。

圖7 基于pH值的不同部位煙葉系統(tǒng)聚類分析結(jié)果Fig.7 Systematic cluster analysis results of tobacco leaves in different parts based on pH value

由表4 可知，按兩段式分切時，B2F 和C3F 烤煙分切位置較為接近，而X2F 分切位置（介于TL3—TL4）與中上部煙葉差異明顯。按三段式分切時，各部位烤煙分切位置較為一致，從加工的可操作性及精細化水平考慮，對各部位烤煙優(yōu)選有序樣本最優(yōu)分割的三段式分切，TL1—TL3 葉面區(qū)位為第1 段，TL4—TL7/8為第2段，其余葉基部位為第3段。

表4 不同部位煙葉的有序樣本最優(yōu)分割聚類分析結(jié)果Tab.4 Cluster analysis results of optimal segmentation of ordered samples of different parts of tobacco leaves

3 結(jié)論與討論

煙葉pH 值是原料內(nèi)游離煙堿、揮發(fā)及半揮發(fā)性有機酸等酸堿平衡的綜合反映，其對于卷煙煙氣刺激性等感官質(zhì)量有重要影響，pH值適宜的煙葉吸味醇和，口感舒適，可將煙葉pH 值作為原料質(zhì)量評價的重要指標[14]。本研究對廣東地區(qū)烤煙不同區(qū)位葉面的pH 值變化規(guī)律進行了系統(tǒng)分析，結(jié)果顯示，各區(qū)位葉面的pH 值介于5.31～5.96，與周恒等[5]調(diào)研的我國烤煙樣品的pH 值范圍基本一致；73.3%的煙葉樣品集中于5.49～5.67，平均值為5.59。與劉春奎等[4]報道的廣東清遠烤煙煙葉pH 值（5.56）較為接近，而與邵惠芳等[3]采集的西南煙區(qū)烤煙煙葉pH 值（4.90）相比偏高，表明廣東烤煙煙葉內(nèi)酸堿平衡狀態(tài)與西南煙區(qū)煙葉略有不同。廣東烤煙不同區(qū)位葉面的pH 值整體上差異不顯著，這與不同區(qū)位煙葉的石油醚提取物含量的差異顯著性不同[13]，可能與影響pH 值變化的因素較多有關。另外，有研究表明，烤煙煙葉pH 值隨陳化時間的增加而減小[14]。本研究中的煙葉陳化時間為3 a，邵惠芳等[3]研究的西南煙區(qū)烤煙煙葉陳化時間已達5～8 a，這可能也是本研究中的煙葉pH 值比西南地區(qū)烤煙pH 值高的原因之一。

煙葉分切是實現(xiàn)原料精細化加工，提升優(yōu)質(zhì)煙葉保障能力的重要方式，目前，打葉復烤企業(yè)采用較為普遍的切斷方式有一刀兩段和兩刀三段2種形式，分切加工的內(nèi)在邏輯是煙葉原料從葉尖到葉基的物質(zhì)基礎和品質(zhì)存在差異。本研究發(fā)現(xiàn)，煙葉pH值從葉尖到葉基呈現(xiàn)先增后降的拋物線變化趨勢，這也證實了烤煙區(qū)位葉面間的質(zhì)量差異。烤煙煙葉pH 值與揮發(fā)性有機酸含量密切相關，劉春奎等[4]研究發(fā)現(xiàn)，廣東烤煙樣品中總揮發(fā)酸含量與pH 值呈極顯著負相關關系，這提示不同區(qū)位葉面的揮發(fā)性有機酸含量有差異。劉超等[15]對河南濃香型初烤煙葉10個區(qū)位葉面的揮發(fā)性有機酸進行檢測發(fā)現(xiàn)，乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸、戊酸的質(zhì)量分數(shù)以及揮發(fā)性有機酸總量，從葉尖到葉基均呈現(xiàn)先降低后增加的反拋物線形變化。這與本研究中的pH 值變化規(guī)律高度吻合，表明無論烤煙的香型產(chǎn)地，pH 值與有機酸含量隨區(qū)位變化規(guī)律一致性較高。

另外，本研究中，同一區(qū)位的煙葉在產(chǎn)地、部位、品種間的表現(xiàn)各異，相對而言，同一區(qū)位煙葉的pH值在部位和品種間區(qū)分較為明顯，廣東烤煙整體pH值在產(chǎn)地、品種、部位間存在顯著或極顯著差異，這與周恒等[5]對我國主產(chǎn)區(qū)煙葉pH 值在品種、產(chǎn)地、等級間的分布狀況研究結(jié)果吻合。本研究中，烤煙煙葉部位與pH 值存在極顯著相關性，pH 值整體上表現(xiàn)為X2F＞C3F＞B2F，這與陳思昂等[16]、劉春奎等[4]報道的揮發(fā)性有機酸含量在部位間的表現(xiàn)相一致。

本研究中，不同區(qū)位煙葉pH 值差異分析的目的在于為原料的精細化分切加工提供指導和依據(jù)，因此，利用基于pH 值差異性的聚類分析方法給出了不同部位煙葉的最優(yōu)分切方案，其中三段式的分切方式較優(yōu)，TL1—TL3 葉面區(qū)位為第1 段，TL4—TL7/8 為第2 段，其余葉基部位為第3 段，與基于揮發(fā)性有機酸含量的分切方案基本一致[15]，表明基于pH值差異性的分切方案合理，該方法的優(yōu)勢在于pH值測定方法簡單快速，無須大型精密儀器即可實現(xiàn)。

綜上，本研究系統(tǒng)分析了廣東烤煙不同分切區(qū)位葉面的pH 值變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)烤煙pH 值在產(chǎn)地、品種、部位間存在顯著或極顯著差異，且pH 值隨分切區(qū)位從葉尖到葉基呈現(xiàn)先增后降的拋物線變化趨勢，利用有序樣本最優(yōu)分割聚類分析法給出了不同部位煙葉的最優(yōu)分切方案，其中三段式的分切方式較優(yōu)，研究結(jié)果可為廣東烤煙煙葉原料的精細化加工及合理利用提供理論依據(jù)與方法支撐。