烤煙兩糖比值和差值與感官品質(zhì)指標的相關(guān)性

張光煦，楊 威，宋鵬飛，過偉民，周漢平，藏照陽，徐 嬙*

1.云南中煙工業(yè)有限責任公司原料中心，昆明市龍泉路548 號 6502022.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

煙葉品質(zhì)包括感官品質(zhì)（外觀品質(zhì)、評吸品質(zhì)）、化學(xué)成分、物理特征和安全性等方面。其中化學(xué)成分具有客觀、檢測效率高等優(yōu)點，一直是煙葉品質(zhì)評價的核心指標之一。但與感官品質(zhì)可直接反映煙葉品質(zhì)的優(yōu)劣不同，化學(xué)成分評價首先需要明確其與煙葉外觀品質(zhì)和評吸品質(zhì)的關(guān)系，篩選相關(guān)性強的指標并確定其相對適宜范圍。因此，煙葉化學(xué)成分與感官品質(zhì)的相關(guān)性研究一直是煙葉品質(zhì)評價中的熱點問題［1-2］。2010 年完成的中國煙草種植區(qū)劃建立了煙堿、總氮、還原糖和淀粉等11項指標的煙葉化學(xué)成分評價指標體系［3］?？緹熜缕贩N工業(yè)評價方法［4］針對我國不同生態(tài)區(qū)煙葉化學(xué)成分的區(qū)域性差異，形成了分區(qū)域的煙葉化學(xué)成分指標適宜范圍。隨著化學(xué)分析手段的不斷完善，游離氨基酸［5］、色素［6］和多酚［7］等香氣前體物與煙葉感官品質(zhì)的關(guān)系研究也在不斷深入，但限于檢測過程繁瑣、成本高等問題，在煙葉品質(zhì)評價中難以大規(guī)模應(yīng)用。糖類物質(zhì)是影響煙葉品質(zhì)的一類重要化學(xué)成分，在煙葉化學(xué)成分檢測與評價中應(yīng)用廣泛。目前關(guān)于還原糖、總糖含量與煙葉品質(zhì)的相關(guān)性已有較多報道［8-10］，研究結(jié)果基本一致。然而，反映兩糖協(xié)調(diào)性的兩糖比值和差值指標的研究結(jié)果則不完全一致。例如常愛霞等［11］、章新軍等［12］認為煙葉兩糖差值、兩糖比值分別與評吸品質(zhì)呈顯著正相關(guān)和負相關(guān)，即煙葉總糖和還原糖含量的差值越大，評吸品質(zhì)越好。王允白等［13］、王建偉等［14］研究發(fā)現(xiàn)兩糖比值對大部分評吸品質(zhì)指標有較大的正向影響，而唐珂等［15］則認為兩糖差值與評吸品質(zhì)的相關(guān)性較弱。為進一步明確煙葉兩糖比值和差值與感官品質(zhì)間的關(guān)系，通過我國8個生態(tài)區(qū)品質(zhì)梯度典型煙葉樣品制備試驗，分析煙葉兩糖比值和差值在不同生態(tài)區(qū)的差異及其與外觀品質(zhì)和評吸品質(zhì)的相關(guān)性，并分區(qū)域研究了兩糖比值和差值對煙葉品質(zhì)的貢獻率，旨在明確煙葉兩糖協(xié)調(diào)性與煙葉品質(zhì)的關(guān)系，為兩糖比值和差值指標在煙葉品質(zhì)評價中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 煙葉采集與樣品制備

2019─2020年在8個煙草種植生態(tài)區(qū)的典型產(chǎn)區(qū)（見表1）開展品質(zhì)梯度煙葉樣品制備試驗。在煙葉分級國標［1］規(guī)定的顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份和油分5項外觀品質(zhì)指標基礎(chǔ)上，增加柔韌性和光澤度指標，制備各指標不同檔次的典型煙葉樣品（如顏色制備深桔黃、桔黃、檸檬黃、雜色、微帶青；柔韌性制備柔軟、較柔軟、較硬脆；成熟度制備高度成熟、成熟、尚熟；油分制備多、有、稍有等），每樣品煙葉不少于100 片。所制備樣品基本涵蓋各產(chǎn)區(qū)煙葉可能出現(xiàn)的各種品質(zhì)檔次。每份煙葉樣品外觀品質(zhì)指標評價完成后去梗切絲，測定化學(xué)成分指標并完成單料煙卷制及評吸鑒定。

表1 煙葉樣品信息Tab.1 Information of tobacco leaf samples

1.2 分析方法

1.2.1 外觀品質(zhì)評價

由行業(yè)煙葉標準標樣分標委委員、高級技師、技師組成的外觀品質(zhì)鑒定專家組完成煙葉外觀品質(zhì)量化評價，具體方法參照文獻［3］并略做修改（表2）。

表2 外觀品質(zhì)定量評價方法Tab.2 Quantitative evaluation method for leaf appearance quality

1.2.2 化學(xué)成分含量測定

分別按照煙草行業(yè)標準方法測定煙葉煙堿、總氮、還原糖、總糖、淀粉和蛋白質(zhì)含量［16-19］。

1.2.3 評吸品質(zhì)評價

由具備煙草行業(yè)感官評吸鑒定資質(zhì)的專家組（7人）完成煙葉評吸鑒定。評價指標包括香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、余味和濃度，具體方法參照文獻［3］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件（V.26.0）進行相關(guān)分析和線性回歸分析，分析煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標和評吸品質(zhì)指標間的相關(guān)關(guān)系。采用Python編程語言基于隨機森林模型計算煙葉兩糖比值和差值以及常規(guī)化學(xué)指標對外觀品質(zhì)和評吸品質(zhì)指標的相對貢獻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)區(qū)烤煙煙葉兩糖比值和差值分析

由圖1 可知，在8 個生態(tài)區(qū)中，豫中生態(tài)區(qū)煙葉的兩糖比值最高、兩糖差值最小，其中間50%數(shù)據(jù)分別集中在0.92～0.95 和1.2～1.8，其次為川西南生態(tài)區(qū)，兩糖比值和差值的中間50%數(shù)據(jù)分別在0.91～0.95和1.5～2.6。湘南、豫西、渝東南和黔西北生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值范圍較為相近，中間50%數(shù)據(jù)分別處于0.88～0.93和1.5～3.3，滇東和閩西生態(tài)區(qū)煙葉的兩糖比值明顯較低、兩糖差值明顯較高，兩糖比值的中間50%數(shù)據(jù)在0.79～0.86 和0.82～0.92，兩糖差值在3.8～7.2和2.4～5.1。

圖1 不同生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值的箱型圖Fig.1 Ratio and difference of reducing sugar and total sugar in tobacco leaves from different ecological areas

2.2 烤煙煙葉兩糖比值和差值與品質(zhì)指標的相關(guān)性

2.2.1 烤煙煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的相關(guān)性

將8個生態(tài)區(qū)所有數(shù)據(jù)合并分析，煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標分值的相關(guān)分析和散點圖見表3 和圖2。由表3 和圖2 中看出，煙葉兩糖比值與顏色深淺、成熟度、油潤感和柔軟度分值呈極顯著正相關(guān)，兩糖差值與顏色深淺、成熟度和油潤感分值呈極顯著負相關(guān)。說明在本研究數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，隨煙葉兩糖比值的升高，兩糖差值降低，煙葉顏色呈加深趨勢，成熟度和油潤感呈提高趨勢。

圖2 煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的關(guān)系Fig.2 Relationships of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves

表3 煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的相關(guān)性①Tab.3 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves

從不同生態(tài)區(qū)來看（表4），豫西煙葉的兩糖比值和差值與絕大多數(shù)外觀品質(zhì)指標分別呈顯著正相關(guān)和負相關(guān)，豫中和閩西生態(tài)區(qū)煙葉的兩糖比值和差值與多數(shù)外觀品質(zhì)指標分別呈顯著正相關(guān)和負相關(guān)，滇東生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與多數(shù)外觀品質(zhì)指標呈顯著正相關(guān)，渝東南、黔西北和川西南煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的相關(guān)性不明顯。綜合來看，煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的相關(guān)性較強，所有生態(tài)區(qū)煙葉兩糖差值與顏色深淺均呈負相關(guān)（P＜0.05），即兩糖差值越小，煙葉顏色相對越深；多數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值（差值）與成熟度呈正（負）相關(guān)性（P＜0.05），即兩糖比值越大、差值越小，煙葉成熟度越高；半數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與柔軟度和油潤感呈正相關(guān)（P＜0.05），即兩糖比值越大，煙葉相對柔軟和油潤。

表4 不同生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值與外觀品質(zhì)指標的相關(guān)性①Tab.4 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with appearance quality indexes of tobacco leaves in different ecological areas

2.2.2 烤煙煙葉兩糖比值和差值與評吸品質(zhì)的相關(guān)性分析

將8個生態(tài)區(qū)所有數(shù)據(jù)合并分析，煙葉兩糖比值和差值與評吸品質(zhì)指標分值的相關(guān)分析和散點圖見表5 和圖3。由表5 和圖3 中看出，煙葉兩糖比值與香氣量、濃度和評吸總分呈顯著正相關(guān)，兩糖差值與香氣量和濃度呈顯著負相關(guān)，與余味呈顯著正相關(guān)。說明在本研究數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，隨煙葉兩糖比值升高，兩糖差值減小，煙葉香氣量和濃度呈上升趨勢。

圖3 煙葉兩糖比值和差值與評吸品質(zhì)指標的相關(guān)性Fig.3 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves

表5 煙葉兩糖比值和差值與評吸品質(zhì)指標相關(guān)性Tab.5 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves

從不同生態(tài)區(qū)來看（表6），豫西、豫中生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值與絕大多數(shù)評吸品質(zhì)指標分值分別呈顯著正相關(guān)和負相關(guān)，滇東、川西南生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與香氣質(zhì)、香氣量等評吸品質(zhì)指標分值和評吸總分呈顯著正相關(guān)，閩西生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值與香氣量和濃度指標分值分別呈顯著正相關(guān)和負相關(guān)，湘南、渝東南、黔西北生態(tài)區(qū)煙葉兩糖差值與濃度指標分值呈顯著負相關(guān)?？傮w來看，所有生態(tài)區(qū)煙葉兩糖差值與濃度均表現(xiàn)出負的相關(guān)性（P＜0.05），即兩糖差值越小，煙葉濃度越大；多數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值（差值）與香氣量表現(xiàn)出正（負）的相關(guān)性（P＜0.05），即兩糖比值越大、差值越小，煙葉香氣量越足；半數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與香氣質(zhì)和評吸總分表現(xiàn)出正的相關(guān)性（P＜0.05），即兩糖比值越大，煙葉香氣質(zhì)感和綜合評吸質(zhì)量越好。

表6 不同生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值與評吸品質(zhì)指標的相關(guān)性Tab.6 Correlations of ratio and difference of reducing sugar and total sugar with smoking quality indexes of tobacco leaves in different ecological areas

2.3 烤煙煙葉兩糖比值和差值對外觀和評吸品質(zhì)指標的相對貢獻率分析

從相關(guān)分析看出，煙葉兩糖比值和差值與顏色深淺、成熟度、柔軟度和油潤感等外觀品質(zhì)指標和香氣量、濃度、香氣質(zhì)和評吸總分的相關(guān)性較強。因此，基于隨機森林模型計算了兩糖比值和差值、常規(guī)化學(xué)成分對感官品質(zhì)指標的相對貢獻率。以兩糖比值和差值、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、還原糖、總糖、淀粉為預(yù)測變量，外觀和評吸品質(zhì)指標為目標變量，分別分析化學(xué)成分指標對外觀和評吸品質(zhì)指標的相對貢獻率，結(jié)果見圖4。由圖4 中看出，化學(xué)成分指標對煙葉外觀品質(zhì)指標的貢獻率排序在不同生態(tài)區(qū)差異明顯?；谌繑?shù)據(jù)綜合分析，兩糖比值對煙葉成熟度的貢獻率（22%）高于其他化學(xué)成分指標，兩糖比值對煙葉柔軟度和油潤感的貢獻率較高（排名2～3，貢獻率13%～14%），煙堿對顏色深淺、還原糖對柔軟度和油潤感的貢獻率最高。就生態(tài)區(qū)而言，豫西、豫中生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對各外觀品質(zhì)指標的貢獻率均較高，其中兩糖比值對豫西生態(tài)區(qū)煙葉成熟度和油潤感的貢獻率43%～52%，對豫中生態(tài)區(qū)煙葉柔軟度和油潤感的貢獻率38%～48%；滇東和閩西生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值對煙葉外觀品質(zhì)的貢獻率較高，其中滇東生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值對柔軟度、成熟度和油潤感的貢獻率在20%左右（排名第2），閩西生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值對顏色深淺、成熟度和油潤感的貢獻率在19%～29%（排名第1）；湘南和川西南生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對部分外觀品質(zhì)指標的貢獻率排名前3；渝東南和黔西北生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對外觀品質(zhì)指標的貢獻率較低。

圖4 基于隨機森林模型的煙葉化學(xué)成分指標對外觀和評吸品質(zhì)指標的相對貢獻率Fig.4 Relative contribution rates of chemical components to appearance and smoking quality indexes of tobacco leaves based on random forest model

不同生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對評吸品質(zhì)指標的貢獻率差異明顯?；谌可鷳B(tài)區(qū)數(shù)據(jù)綜合分析，兩糖比值和差值對各指標的貢獻率均未進入前3，還原糖、淀粉對香氣質(zhì)和評吸總分的貢獻率較高，煙堿對香氣量和濃度的貢獻率較高。從不同生態(tài)區(qū)來看，豫西、川西南生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對香氣質(zhì)、香氣量和評吸總分的貢獻率均最高，兩糖比值對評吸總分的貢獻率在兩生態(tài)區(qū)分別達到58%和40%。閩西生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對香氣量和濃度的貢獻率排名第1（28%～35%）。湘南生態(tài)區(qū)煙葉兩糖差值對香氣質(zhì)和總分的貢獻率排名第1（19%～20%）。渝東南、豫中、黔西北和滇東生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值對評吸品質(zhì)部分指標的貢獻率排名前3。

3 討論

烤煙的兩糖比值和差值受到品種、環(huán)境、田間管理措施以及烘烤工藝等因素的影響可能存在差異。本研究中發(fā)現(xiàn)，不同生態(tài)區(qū)之間煙葉的兩糖比值和差值差異明顯，豫中、川西南生態(tài)區(qū)煙葉的兩糖比值較高、差值較小，閩西、滇東生態(tài)區(qū)煙葉的兩糖比值較低、差值較大且數(shù)據(jù)波動較大，與白茂軍等［20］、江厚龍等［21］的研究結(jié)果基本一致。這說明煙葉兩糖比值和差值存在區(qū)域性差異，有必要區(qū)分生態(tài)區(qū)研究煙葉兩糖協(xié)調(diào)性與品質(zhì)的關(guān)系。

本研究中還發(fā)現(xiàn)，煙葉兩糖比值和差值與外觀和評吸品質(zhì)指標的線性相關(guān)性較強。無論是否考慮區(qū)域差異，煙葉兩糖差值與顏色深淺均表現(xiàn)出顯著負相關(guān)，多數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值（差值）表現(xiàn)出與成熟度的顯著正（負）相關(guān)，部分生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與柔軟度和油潤感表現(xiàn)出顯著正相關(guān)，即在本研究的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，隨煙葉兩糖比值升高，兩糖差值減小，煙葉顏色呈加深趨勢，成熟度、油潤感和柔軟度呈升高趨勢。這與陳慶園等［22］對于兩糖比值與煙葉成熟度關(guān)系的研究結(jié)果一致。從評吸品質(zhì)來看，多數(shù)生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值（差值）與濃度和香氣量表現(xiàn)出顯著正（負）相關(guān)，部分生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值與香氣質(zhì)和評吸總分呈顯著正相關(guān)，即隨煙葉兩糖比值升高，兩糖差值減小，煙葉濃度和香氣量增強，香氣質(zhì)和綜合感官品質(zhì)呈改善趨勢。這與李洪勛［23］、王允白［13］和王建偉［14］的研究結(jié)果相似。從生物學(xué)角度來看，在煙葉生長過程中，糖類物質(zhì)參與形成糖蛋白，糖脂，核酸等，為煙草生長發(fā)育過程提供能量，形成細胞膜結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì)，充當骨架物質(zhì)［24］。在抽吸過程中，還原糖通過熱裂解反應(yīng)，形成醛酮等酸性物質(zhì)，能夠中和煙氣中的堿性物質(zhì)，使得酸堿平衡，有效降低了刺激性，具有增加香氣、改善吸味的作用［25］。盡管煙葉中兩糖物質(zhì)的含量能夠使煙氣更加醇和，感官質(zhì)量更好，但是兩糖含量應(yīng)該在一定范圍內(nèi)，如果過高，煙氣平淡無味，如果過低，會導(dǎo)致煙氣刺激性增加［24］。另一部分學(xué)者認為，煙葉評吸品質(zhì)在一定范圍內(nèi)隨兩糖差增加或兩糖比下降而提高［11，21，26］。出現(xiàn)這兩種不同現(xiàn)象的原因可能是：（1）煙葉樣品存在較為明顯的時空差異和等級差異，采集樣品的時間、地點、部位以及等級等因素的不一致，均會導(dǎo)致其化學(xué)成分的差異性；（2）感官品質(zhì)評價的主觀性強，由于感官品質(zhì)的評價目前主要依賴于人工，主觀性強，更容易導(dǎo)致評吸結(jié)果較強的變異性［27］。因此，探索更加標準化的樣品采集方式以及感官品質(zhì)的客觀評價指標，將成為進一步的研究方向。

關(guān)于兩糖比值和差值與顏色深淺和成熟度的關(guān)系，煙葉兩糖協(xié)調(diào)性可反映烘烤過程非還原糖向還原糖的轉(zhuǎn)化程度。烘烤過程煙葉轉(zhuǎn)化適當，烘烤后熟充分、顏色桔黃，淀粉、蔗糖等主要的非還原糖向果糖、葡萄糖等還原糖的轉(zhuǎn)化亦相對充分，從而兩糖比值相對升高，兩糖差值降低。孫敬權(quán)等［28］也認為煙葉烘烤前中期過度失水會減少甚至阻止淀粉、蔗糖等充分轉(zhuǎn)化為果糖、葡萄糖等還原糖，從而導(dǎo)致初烤煙葉淀粉、蔗糖含量偏高，此時煙葉兩糖比值相對降低，不利于煙葉增香，且吸濕保濕能力差、僵硬光滑以及油潤性差等也都與此有關(guān)。此外，崔昌范等［29］在對比不同烘烤工藝時發(fā)現(xiàn)，在變黃階段適當延長烘烤時間，能夠有效降低初烤煙葉蔗糖和淀粉含量，此時兩糖比值相對升高，兩糖差值降低，有利于提高煙葉的外觀品質(zhì)和評吸品質(zhì)。

在相關(guān)分析基礎(chǔ)上，本研究中進一步分析了煙葉兩糖比值和差值對外觀和評吸品質(zhì)指標的貢獻率，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、還原糖、總糖和淀粉等常規(guī)化學(xué)成分指標相比，部分生態(tài)區(qū)煙葉兩糖比值和差值的貢獻率更高。例如，豫西、豫中和閩西生態(tài)區(qū)兩糖比值對煙葉成熟度和油潤感的貢獻率為29%～52%，豫西、川西南生態(tài)區(qū)兩糖比值對評吸總分的貢獻率分別達到58%和40%。這一方面說明了不同生態(tài)區(qū)煙葉的風格特色存在差異，煙葉化學(xué)成分指標與感官品質(zhì)的關(guān)系及相對重要性可能產(chǎn)生差異；另一方面，在豫西、豫中、閩西、川西南、滇東以及其他風格特色相似生態(tài)區(qū)，可將本研究成果應(yīng)用于煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價方法優(yōu)化，基于化學(xué)成分對煙葉品質(zhì)進行分類等。

4 結(jié)論

不同生態(tài)區(qū)之間煙葉兩糖比值和差值差異明顯，煙葉兩糖比值和差值與顏色深淺、柔軟度、成熟度和油潤感等外觀品質(zhì)指標和香氣量、濃度、香氣質(zhì)和評吸總分等感官品質(zhì)指標顯著相關(guān)，基于隨機森林模型的各化學(xué)成分對外觀和感官品質(zhì)指標的貢獻率在不同生態(tài)區(qū)差異明顯，多數(shù)生態(tài)區(qū)兩糖比值和差值對煙葉外觀和評吸品質(zhì)指標的貢獻率較高。因此，可將其作為煙葉原料品質(zhì)評價的重要參考指標。