雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的相關(guān)分析

關(guān)鍵詞：雪茄煙葉；化學(xué)成分；物理性狀；典型相關(guān)

煙葉綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)主要包括外觀品質(zhì)、物理性狀、感官品質(zhì)、化學(xué)成分與安全性5個(gè)方面[1-2]，其中，煙葉外觀品質(zhì)和物理性狀主要反映煙葉的外在特征，感官品質(zhì)和化學(xué)成分主要反映煙葉的內(nèi)在品質(zhì)，它們之間的相互關(guān)系一直備受關(guān)注[2-6]。

鄧小華等[2]研究發(fā)現(xiàn)烤煙煙葉外觀質(zhì)量、物理性狀、感官質(zhì)量和化學(xué)成分間均存在顯著典型相關(guān)關(guān)系。楊慶民等[3]采用簡單相關(guān)和典型相關(guān)探究了烤后原煙物理性狀與化學(xué)成分之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)煙葉厚度、填充值、單葉質(zhì)量、含梗率與煙葉總氮、煙堿、總糖、鉀含量顯著相關(guān)。付秋娟等[4]對(duì)125份烤煙煙葉的物理特性和常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單葉質(zhì)量、填充值和質(zhì)量燃燒速率與化學(xué)成分的相關(guān)性最顯著。王建民等[5]研究表明，對(duì)烤煙物理特性影響較大的化學(xué)成分主要有總植物堿、總糖、還原糖、總氮和氯。王冬等[6]對(duì)90份烤煙煙葉的物理性狀和化學(xué)成分進(jìn)行了相關(guān)和逐步回歸分析，并建立了兩者之間的定量關(guān)系。

目前對(duì)于煙葉綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系的研究多集中在烤煙領(lǐng)域，關(guān)于雪茄煙葉物理性狀與化學(xué)成分相關(guān)關(guān)系的研究甚少。簡單相關(guān)分析主要用來研究兩兩變量間的相關(guān)關(guān)系，而典型相關(guān)分析是探究兩組變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。本研究分別采用簡單相關(guān)和典型相關(guān)兩種方法分析了國內(nèi)141份雪茄煙葉樣品的主要化學(xué)成分與物理性狀的相關(guān)關(guān)系，旨在為深入了解雪茄煙葉外在特征與內(nèi)在品質(zhì)的關(guān)系及進(jìn)一步完善雪茄煙葉品質(zhì)評(píng)價(jià)方法提供參考。

1材料與方法

1.1材料

2021年分別于四川（達(dá)州、德陽）、湖北（恩施、宜昌、丹江口）、海南（屯昌）、云南（德宏、普洱、臨滄）4個(gè)雪茄煙葉主產(chǎn)區(qū)9個(gè)產(chǎn)地收集農(nóng)業(yè)發(fā)酵后雪茄煙葉中部葉141份，其中達(dá)州、德陽、恩施、宜昌、丹江口、屯昌分別為18個(gè)樣品，德宏9個(gè)樣品，普洱8個(gè)樣品，臨滄16個(gè)樣品，每份樣品5kg，用于主要化學(xué)成分和物理性狀測定。

1.2分析方法

雪茄煙物理性狀參照YQ-YS/T1—2018測定[7]，總糖、還原糖含量參照YC/T159—2019[8]測定，總植物堿含量參照YC/T468—2021[9]測定，氯離子含量參照YC/T162—2011[10]測定，鉀含量參照YC/T217—2007[11]測定，總氮含量參照YC/T161—2002[12]測定，蛋白質(zhì)含量參照YC/T249—2008[13]測定，淀粉含量參照YC/T216—2013[14]測定。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Z-score標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用IBMSPSSStatistics25對(duì)雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀進(jìn)行方差分析、描述統(tǒng)計(jì)分析、簡單和典型相關(guān)分析。

2結(jié)果

2.1不同產(chǎn)地雪茄煙葉主要化學(xué)成分和物理性狀的差異分析

一般認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)烤煙煙葉的總糖含量為18%～22%，還原糖含量為16%～18%[15]，相較于烤煙，各產(chǎn)地雪茄煙葉總糖和還原糖含量均較低（表1），符合雪茄煙低糖的顯著特點(diǎn)。達(dá)州雪茄煙葉還原糖含量、糖堿比、兩糖比和淀粉含量顯著高于其他產(chǎn)地；德陽雪茄煙葉總植物堿含量顯著高于其他產(chǎn)地；恩施雪茄煙葉鉀氯比顯著高于其他產(chǎn)地，達(dá)到了32.34，氯含量顯著低于其他產(chǎn)地，平均氯含量僅為0.20%；宜昌雪茄煙葉兩糖比顯著低于其他產(chǎn)地；丹江口煙葉平衡含水率顯著低于其他產(chǎn)地；臨滄雪茄煙葉總氮含量和平衡含水率顯著高于其他產(chǎn)地。以上結(jié)果表明，不同產(chǎn)地間雪茄煙葉主要化學(xué)成分和物理性狀存在較大差異。

2.2雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的描述統(tǒng)計(jì)分析

如表2所示，雪茄煙葉主要化學(xué)成分變異系數(shù)范圍為12.07%～113.56%，整體變異程度較大，其中，鉀氯比變異系數(shù)最大，淀粉次之；物理性狀變異系數(shù)范圍為9.84%～27.99%，整體變異程度較小。除鉀和平衡含水率的數(shù)據(jù)分布為負(fù)向偏態(tài)峰（偏度值小于0）外，其他均為正向偏態(tài)峰；總糖、還原糖、鉀氯比、氮堿比和淀粉的數(shù)據(jù)分布為尖峭峰（峰度值大于3），數(shù)據(jù)分布相對(duì)集中，其他均為平闊峰，數(shù)據(jù)分布較為分散。

2.3雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的簡單相關(guān)分析

雪茄煙葉總植物堿含量、氮堿比與葉寬、單葉質(zhì)量、葉面密度呈極顯著相關(guān)性（表3）；氯含量與單葉質(zhì)量、平衡含水率極顯著正相關(guān)；鉀含量與單葉質(zhì)量、葉面密度極顯著負(fù)相關(guān)，與平衡含水率極顯著正相關(guān)；總氮含量與煙葉拉力、葉面密度和平衡含水率極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明，雪茄煙葉總植物堿、氮堿比、氯、鉀、總氮的變異與煙葉葉寬、單葉質(zhì)量、葉面密度、平衡含水率的變異密切相關(guān)。

2.4雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的典型相關(guān)分析

進(jìn)一步對(duì)雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀進(jìn)行典型相關(guān)分析。分別以化學(xué)成分和物理性狀指標(biāo)為第一組變量和第二組變量，第一組變量為總糖（x1）、還原糖（x2）、總植物堿（x3）、氯（x4）、鉀（x5）、總氮（x6）、蛋白質(zhì)（x7）、淀粉（x8），第二組變量為葉長（y1）、葉寬（y2）、單葉質(zhì)量（y3）、厚度（y4）、拉力（y5）、葉面密度（y6）、平衡含水率（y7），對(duì)兩組變量進(jìn)行典型相關(guān)分析。結(jié)果如表4所示，共得到8組典型變量，其中前3組達(dá)到了極顯著水平，前2組典型變量的典型相關(guān)系數(shù)分別大于所有通過簡單相關(guān)分析得出的主要化學(xué)成分與物理性狀各個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，說明雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀不僅是各內(nèi)部單個(gè)指標(biāo)的相互影響，更是兩組指標(biāo)間的復(fù)合影響。

冗余分析表明（表5），前3組典型變量可解釋物理性狀變異的71.7%、化學(xué)成分指標(biāo)變異的68.5%。其中，第1組典型變量可解釋物理性狀變異的31.2%、主要化學(xué)成分變異的37.3%；第2組典型變量可解釋物理性狀變異的25.7%、主要化學(xué)成分變異的20.8%；第3組典型變量可解釋物理性狀變異的14.8%、化學(xué)成分變異的10.4%。表明雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀間存在典型相關(guān)關(guān)系。

第1組典型變量可解釋物理性狀變異的31.2%，可解釋主要化學(xué)成分變異的37.3%（表5）。對(duì)前3組典型變量進(jìn)一步分析，結(jié)果如表6所示。在第1組典型變量中，主要化學(xué)成分u1中x6、x5和x4的典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大，物理性狀v1中y7的典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大。因此，第1組典型變量主要反映了總氮（?0.812）、鉀（?0.418）、氯（?0.398）與平衡含水率（?0.977）的正向相關(guān)性。典型載荷系數(shù)表明，各化學(xué)成分指標(biāo)對(duì)u1的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為總氮gt;鉀gt;氯gt;淀粉gt;蛋白質(zhì)gt;總糖gt;總植物堿gt;還原糖；各物理性狀指標(biāo)對(duì)v1的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為平衡含水率gt;葉寬gt;拉力gt;葉長gt;單葉質(zhì)量gt;葉面密度gt;厚度。

第2組典型變量可解釋物理性狀變異的25.7%，可解釋主要化學(xué)成分變異的20.8%（表5）。在第2組典型變量中，可以從主要化學(xué)成分中分離出鉀（0.793）、總植物堿（?0.639）和總氮（?0.498）三個(gè)指標(biāo)，從物理性狀中分離出葉面密度（?0.801）。因此，第2組典型變量主要反映了鉀與葉面密度的負(fù)相關(guān)，以及總植物堿、總氮與葉面密度的正相關(guān)。各化學(xué)成分指標(biāo)對(duì)u2的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為鉀gt;總植物堿gt;總氮gt;總糖gt;蛋白質(zhì)gt;淀粉gt;還原糖gt;氯；各物理性狀指標(biāo)對(duì)v2的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為葉面密度gt;單葉質(zhì)量gt;拉力gt;葉長gt;厚度gt;葉寬gt;平衡含水率。

第3組典型變量表達(dá)式為：

第3組典型變量可解釋物理性狀變異的14.8%，可解釋化學(xué)成分變異的10.4%（表5），其中，可從主要化學(xué)成分中分離出蛋白質(zhì)（0.640）和總植物堿（?0.581）兩個(gè)指標(biāo)，從物理性狀中分離出葉寬（?0.833）和單葉質(zhì)量（?0.708）兩個(gè)指標(biāo)。第3組典型變量主要反映了蛋白質(zhì)與葉寬、單葉質(zhì)量的負(fù)相關(guān)以及總植物堿與葉寬、單葉質(zhì)量的正相關(guān)。各化學(xué)成分指標(biāo)對(duì)u3的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為蛋白質(zhì)gt;總植物堿gt;還原糖gt;氯gt;總糖gt;總氮gt;淀粉gt;鉀；各物理性狀指標(biāo)對(duì)v3的相對(duì)作用大小表現(xiàn)為葉寬gt;單葉質(zhì)量gt;葉長gt;拉力gt;厚度gt;葉面密度gt;平衡含水率。

以上結(jié)果表明，雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀間存在典型相關(guān)關(guān)系，且采用典型相關(guān)分析研究兩者之間的相關(guān)關(guān)系比簡單分析各內(nèi)部指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)更有意義?？傊参飰A、氯、鉀、總氮、蛋白質(zhì)與葉寬、單葉質(zhì)量、葉面密度、平衡含水率可分別作為雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀關(guān)系分析中的顯著性指標(biāo)。

2.5雪茄煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性與物理性狀的典型相關(guān)分析

分別以化學(xué)成分協(xié)調(diào)性指標(biāo)和物理性狀指標(biāo)為第1組變量和第2組變量，第1組變量為鉀氯比（t1）、氮堿比（t2）、糖堿比（t3）、兩糖比（t4），第2組變量為葉長（y1）、葉寬（y2）、單葉質(zhì)量（y3）、厚度（y4）、拉力（y5）、葉面密度（y6）、平衡含水率（y7），對(duì)兩組變量進(jìn)行典型相關(guān)分析。結(jié)果如表7所示，共得到4組典型變量，其中第1組達(dá)到了極顯著水平，第2組達(dá)到了顯著水平。

由表8可知，兩組典型變量可解釋化學(xué)成分協(xié)調(diào)性指標(biāo)變異的64.3%，可解釋物理性狀變異的35.3%。對(duì)前兩組典型變量進(jìn)一步分析，結(jié)果如表9所示。第1組典型變量表達(dá)式為：

在第1組典型變量中，典型變量u1中的t2典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大，典型變量v1中y6和y3典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大，因此第1組典型變量主要反映了氮堿比與葉面密度、單葉質(zhì)量的負(fù)相關(guān)。在第2組典型變量中，典型變量u2中t4和t3典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大，典型變量v2中y2和y6典型載荷系數(shù)絕對(duì)值最大，第2組典型變量主要反映了兩糖比、糖堿比與葉寬的正相關(guān)，以及與葉面密度的負(fù)相關(guān)。以上結(jié)果表明，雪茄煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性與煙葉葉寬、單葉質(zhì)量、葉面密度密切相關(guān)。

3討論

本文系統(tǒng)分析了國內(nèi)9個(gè)產(chǎn)地雪茄煙葉主要化學(xué)成分和物理性狀的差異。雪茄煙葉糖含量整體偏低，可能是因?yàn)檠┣褵熍c烤煙的調(diào)制方式不同，雪茄煙葉要經(jīng)過較長的晾制、發(fā)酵和醇化過程，煙葉中的糖類物質(zhì)因呼吸作用被消耗較多[16]。鉀氯比是煙葉燃燒性的重要表征指標(biāo)，也是工業(yè)可用性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，而本研究中鉀氯比在各樣品中的變異系數(shù)最大，說明雪茄煙葉鉀氯比受產(chǎn)地影響較大；其中德陽、屯昌和德宏3個(gè)產(chǎn)地的雪茄煙葉鉀氯比均未達(dá)到4，未達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉的鉀氯比要求[17]。此外本研究發(fā)現(xiàn)，葉面密度與煙葉鉀含量顯著負(fù)相關(guān)，表明高鉀含量煙葉的葉面密度更低，組織結(jié)構(gòu)更為疏松。有研究表明[18]，在一定范圍內(nèi)，煙葉氮含量與煙葉密度、平衡含水率呈正比，與本文中臨滄雪茄煙葉葉面密度較大、煙葉平衡含水率和總氮含量較高的結(jié)果一致。不同產(chǎn)區(qū)雪茄煙葉主要化學(xué)成分和物理性狀間有顯著差異，這與各產(chǎn)區(qū)生態(tài)條件和生產(chǎn)技術(shù)的差異有關(guān)[19]。

在分析方法的應(yīng)用中，簡單相關(guān)分析得到的相關(guān)系數(shù)較多，信息較為分散，難以總結(jié)出規(guī)律性的結(jié)論；而典型相關(guān)分析可以通過降維使信息更加簡明、規(guī)律，指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系更為明確，更適用于煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的相關(guān)性分析。煙葉的化學(xué)成分是決定物理性狀的內(nèi)在因素，物理性狀是化學(xué)成分的外在表現(xiàn)[20]。本研究通過典型相關(guān)分析表明，雪茄煙葉主要化學(xué)成分中總氮、鉀、氯、總植物堿、蛋白質(zhì)含量與煙葉物理性狀關(guān)系最為密切，這與烤煙相關(guān)研究結(jié)果不同[21-22]。本研究中雪茄煙葉總糖、還原糖與物理性狀相關(guān)性較小，這可能與雪茄煙葉中總糖、還原糖含量較低有關(guān)。劉利平等[23]研究表明，總植物堿和鉀含量在雪茄煙葉化學(xué)成分的變異中起主導(dǎo)作用，還原糖含量對(duì)雪茄煙葉內(nèi)在質(zhì)量的差異影響較小，這與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，與煙葉化學(xué)成分密切相關(guān)的物理性狀指標(biāo)為煙葉平衡含水率、葉面密度、葉寬、單葉質(zhì)量。雪茄煙葉平衡含水率與煙葉總氮含量極顯著正相關(guān)；葉面密度與鉀含量極顯著負(fù)相關(guān)，與總氮和總植物堿含量極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)論相吻合[24]，在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過增施鉀肥并適度減施氮肥來減小葉面密度，增加葉面結(jié)構(gòu)疏松度。雪茄煙葉寬、單葉質(zhì)量與總植物堿含量正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量負(fù)相關(guān)，這與烤煙[3，25-26]的研究結(jié)果相似。雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀不僅是單個(gè)指標(biāo)的相互影響，更是兩組甚至多組指標(biāo)間的復(fù)合影響。由于化學(xué)成分測定需要耗費(fèi)更多的時(shí)間，而物理性狀更加便捷、直觀，生產(chǎn)中通過物理性狀表征煙葉質(zhì)量更具有可操作性?；诒狙芯拷Y(jié)果，今后可將平衡含水率、葉面密度、葉寬和單葉質(zhì)量作為煙葉內(nèi)在品質(zhì)的重要外在表征指標(biāo)，探索通過物理性狀變化來預(yù)測煙葉內(nèi)在品質(zhì)變化趨勢(shì)。此外，本研究只對(duì)雪茄煙葉的主要化學(xué)成分進(jìn)行了測定分析，后續(xù)應(yīng)增加其他化學(xué)成分指標(biāo)的分析，使研究結(jié)果更加準(zhǔn)確完善。

4結(jié)論

不同產(chǎn)地雪茄煙葉化學(xué)成分和物理性狀存在顯著差異。簡單相關(guān)分析表明，雪茄煙葉總植物堿、氯、鉀、總氮、氮堿比與多個(gè)物理性狀指標(biāo)間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。典型相關(guān)分析表明，雪茄煙葉平衡含水率、葉面密度、葉寬和單葉質(zhì)量的變異可以較好地反應(yīng)煙葉總氮、鉀、氯、總植物堿和蛋白質(zhì)的變異。相較于簡單相關(guān)分析，典型相關(guān)分析更適用于雪茄煙葉主要化學(xué)成分與物理性狀的內(nèi)在相關(guān)性分析。