煙葉葉片結(jié)構(gòu)與品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析

摘要：為研究不同組織結(jié)構(gòu)煙葉的柔軟性及其關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)差異，闡明煙葉組織結(jié)構(gòu)與品質(zhì)的關(guān)聯(lián)性，本文以‘云煙87’為材料，采用相關(guān)性分析、曲線擬合和隨機(jī)森林模型等方法，綜合分析了不同組織結(jié)構(gòu)與煙葉關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明：隨著組織結(jié)構(gòu)趨于緊密，煙葉柔軟度值顯著增加，總糖和還原糖含量降低，淀粉、煙堿和總氮含量呈不同程度的增加，煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性降低；煙葉多酚總量隨組織結(jié)構(gòu)的致密程度增大而呈上升規(guī)律。煙葉組織結(jié)構(gòu)越疏松，感官評吸質(zhì)量越好，主要體現(xiàn)在香氣質(zhì)、香氣量、吃味和雜氣等方面。

關(guān)鍵詞：烤煙；柔軟度；品質(zhì)；隨機(jī)森林模型；曲線擬合

中圖分類號：TS411文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008－0457（2025）02－0063－06國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2025.02.009

烤煙作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，根據(jù)品質(zhì)優(yōu)劣對煙葉進(jìn)行科學(xué)合理的等級劃分，對煙葉收購和卷煙配方設(shè)計(jì)具有重要意義［1］。葉片結(jié)構(gòu)是影響烤煙分級與品質(zhì)的重要因素，反映了煙葉細(xì)胞之間結(jié)合和構(gòu)造的疏密程度。然而，在傳統(tǒng)的分級過程中，依賴人工通過觸感差異來評定葉片結(jié)構(gòu)的疏密程度不免帶有主觀性。因此，王亞平等［2］、范建立等［3］和張曉兵等［4］對葉片結(jié)構(gòu)的外觀屬性進(jìn)行了探索，將葉片結(jié)構(gòu)細(xì)分為柔軟度、粗糙度、顆粒感和彈性等，試圖通過定量化的方法精準(zhǔn)評估煙葉品質(zhì)。柔軟度作為衡量煙葉組織結(jié)構(gòu)的一個主要度量指標(biāo)，與煙葉的單葉重、葉面密度等其他物理特性存在顯著相關(guān)性，柔軟度不同的煙葉在化學(xué)組分和感官品質(zhì)上存在不同程度的差異［58］。多酚類物質(zhì)對煙葉的外觀質(zhì)量、生理強(qiáng)度和煙氣質(zhì)量有直接影響［9］。季舜華等［10］研究表明，葉片結(jié)構(gòu)與多酚含量及相應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)之間具有明顯的相關(guān)性。盡管已有大量研究證實(shí)了煙葉組織結(jié)構(gòu)差異會帶來煙葉品質(zhì)變化［1013］，但涉及煙葉組織結(jié)構(gòu)的量化研究，尤其是與煙葉主要化學(xué)成分、感官品質(zhì)等的關(guān)聯(lián)性研究較少。因此，本研究選取主栽品種‘云煙87’為研究材料，并從中挑選不同葉片結(jié)構(gòu)檔次的樣品作為研究對象，利用相關(guān)性分析、曲線擬合及隨機(jī)森林模型等方法，分析了組織結(jié)構(gòu)變化對煙葉化學(xué)成分和品質(zhì)的影響，旨在揭示組織結(jié)構(gòu)與煙葉品質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性，為煙葉品質(zhì)的精確評估及其改善提供新的視角。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于貴州省煙草科學(xué)研究院福泉基地（北緯26°44′53″，東經(jīng)107°30′14″），供試品種為‘云煙87’。按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行栽培管理，保留上部4～6片有效煙葉，于成熟后一次性采收。選取倒3和倒4葉位長勢一致的煙葉進(jìn)行編桿，采用三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤。

12樣品制作

根據(jù)GB 2635—1992［14］對烤后煙葉進(jìn)行分級，按葉片結(jié)構(gòu)差異，將煙葉分為疏松、尚疏松、稍密和緊密4個檔次，各檔次煙葉外觀特征評價(jià)如表1所示，每個檔次挑選50片煙葉樣品。

13檢測分析

131柔軟度值測定

挑選各組織結(jié)構(gòu)代表性煙葉10片，部位基本一致，在葉尖（第3～4支脈）、葉中（第6～7支脈）和葉基（第11～12支脈）位置取5 cm×2 cm大小的矩形方塊使用電腦柔軟度儀RHR1000測定柔軟度值，取平均值作為該葉片柔軟度值（柔軟度）。柔軟度值以毫牛頓（mN）表示，值越大，煙葉柔軟性越差［15］。

132常規(guī)化學(xué)成分檢測

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測定煙葉總糖及還原糖含量［16］、總氮含量［17］、煙堿含量［18］、鉀含量［19］和淀粉含量［20］。

133多酚含量測定

參考貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)DB5/T1308—2018［21］測定綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、新綠原酸、4O咖啡酰奎尼酸、莰菲醇基蕓香苷含量。

134感官質(zhì)量評吸

依據(jù)YC/T138—1998［22］進(jìn)行感官評吸。評價(jià)指標(biāo)包括香氣質(zhì)（10分），香氣量（10分），吃味（10分），雜氣（10分）和刺激性（10分），總分為5項(xiàng)得分之和。

14數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 250對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和曲線擬合。使用R編程語言建立化學(xué)成分與感官評吸質(zhì)量之間的隨機(jī)森林模型并分析其相關(guān)性和貢獻(xiàn)率。

山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào)2025年第2期李冠輝，等：煙葉葉片結(jié)構(gòu)與品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析2結(jié)果與分析

21不同組織結(jié)構(gòu)煙葉柔軟度值分析

22不同組織結(jié)構(gòu)煙葉化學(xué)品質(zhì)分析

221常規(guī)化學(xué)成分含量

不同葉片結(jié)構(gòu)檔次的常規(guī)化學(xué)成分含量如圖2所示。隨著葉片結(jié)構(gòu)檔次由疏松到緊密，煙堿含量整體呈上升趨勢，稍密到緊密檔次間無顯著差異，這兩個檔次的煙堿含量均顯著高于疏松和尚疏松檔次。總糖、還原糖含量隨葉片結(jié)構(gòu)趨于緊密總體呈下降趨勢，疏松檔次煙葉兩糖含量明顯高于其他檔次，尚疏松到稍密檔次間無顯著差異；疏松檔次煙葉鉀含量最高，且顯著高于其他檔次煙葉。總氮和淀粉含量隨葉片結(jié)構(gòu)緊密程度的增加而升高，各檔次間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

222多酚類物質(zhì)含量

各葉片結(jié)構(gòu)檔次多酚類物質(zhì)含量如圖3所示，隨著組織結(jié)構(gòu)趨于緊密，綠原酸、蕓香苷、莰菲醇基蕓香苷和總多酚含量總體均呈增長趨勢；莨菪亭含量在稍密至緊密過程顯著降低；新綠原酸和4O咖啡?？鼘幩岷侩S著組織結(jié)構(gòu)趨于緊密而呈先降低后升高的趨勢。

23不同組織結(jié)構(gòu)煙葉感官評吸質(zhì)量

24不同組織結(jié)構(gòu)煙葉柔軟度與化學(xué)品質(zhì)關(guān)聯(lián)分析241柔軟度與常規(guī)化學(xué)成分的關(guān)系

25不同組織結(jié)構(gòu)煙葉化學(xué)指標(biāo)與感官質(zhì)量相關(guān)性及貢獻(xiàn)率分析為明確化學(xué)成分變化對感官評吸質(zhì)量的影響。以隨機(jī)森林模型獲得煙葉化學(xué)成分對感官評吸質(zhì)量的相關(guān)性和貢獻(xiàn)率（圖6）。化學(xué)成分能夠解釋各感官質(zhì)量評分70%以上的變異，總糖、還原糖和鉀含量與香氣質(zhì)、香氣量、吃味、雜氣、刺激性和總分均呈正相關(guān)，煙堿、總氮和淀粉含量則相反，常規(guī)化學(xué)成分對感官評吸質(zhì)量評分的貢獻(xiàn)率普遍超過75%；糖堿比值和香氣質(zhì)、香氣量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)較??；莨菪亭與感官質(zhì)量評分呈正相關(guān)關(guān)系，其余多酚類物質(zhì)則相反。

以煙堿、總糖、還原糖、總氮、淀粉、新綠原酸、綠原酸、4O咖啡?？鼘幩帷⑤馆型ず褪|香苷作為預(yù)測變量，評吸指標(biāo)評分作為目標(biāo)變量，分析化學(xué)成分對感官評吸質(zhì)量指標(biāo)的相對貢獻(xiàn)率（圖7）。通過化學(xué)成分對感官質(zhì)量的貢獻(xiàn)率可以看出，煙堿、總糖、還原糖、總氮和淀粉等常規(guī)化學(xué)成分對香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、吃味、刺激性和總分的貢獻(xiàn)率占比依次為8110%、6832%、7309%、7453%、6689%和7116%，明顯高于多酚類物質(zhì)。煙堿、總氮和淀粉含量對各評吸指標(biāo)的貢獻(xiàn)率較大，而莨菪亭較低。

3討論與結(jié)論

葉片結(jié)構(gòu)作為煙葉外觀質(zhì)量評價(jià)的重要指標(biāo)之一，在煙葉等級的判定和可用性高低方面具有重要的參考價(jià)值［35，7］。本研究發(fā)現(xiàn)隨著葉片組織結(jié)構(gòu)趨向緊密，煙葉柔軟度值明顯上升，由疏松煙葉的3422 mN到緊密煙葉的17356 mN。疏松煙葉的柔軟度值處于30～40 mN的最適宜范圍［6］，感官評價(jià)中各指標(biāo)得分最高，隨著組織結(jié)構(gòu)緊密程度的增加，各指標(biāo)得分均呈降低趨勢，與前人研究結(jié)果一致［10，1213］。在化學(xué)成分方面，占俊文等［6］與付秋娟等［7］研究均認(rèn)為柔軟度值越小的煙葉，其總糖、還原糖和鉀含量越高，而煙堿和總氮越低，這與圖5煙葉柔軟度值與多酚類物質(zhì)曲線擬合結(jié)果本研究結(jié)論一致。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)煙葉組織結(jié)構(gòu)越緊密，煙葉的淀粉含量越高，表明了葉片結(jié)構(gòu)與常規(guī)化學(xué)成分具有明顯的相關(guān)性［2224］。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)隨著葉片結(jié)構(gòu)的緊密程度提高，煙葉總多酚、綠原酸和蕓香苷含量顯著提升，與前人研究結(jié)果基本一致［2526］，且煙葉柔軟度值與總多酚、綠原酸、蕓香苷等物質(zhì)的曲線擬合度較高，關(guān)聯(lián)密切。上述研究驗(yàn)證了通過煙葉外觀結(jié)構(gòu)判定煙葉品質(zhì)和可用性的科學(xué)性［12，2426］。

隨機(jī)森林作為一種高效的集成學(xué)習(xí)算法，通過整合眾多決策樹的輸出來提升模型整體的預(yù)測性能，并有效避免過擬合問題［27］。本研究以不同組織結(jié)構(gòu)煙葉的化學(xué)指標(biāo)為自變量，以感官品質(zhì)評分為因變量構(gòu)建模型，分析了對感官品質(zhì)影響顯著的化學(xué)變量，剖析這些變量對感官品質(zhì)的貢獻(xiàn)率。發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分對各感官質(zhì)量評分的解釋量達(dá)70%以上，總糖、還原糖和鉀含量與香氣質(zhì)、香氣量、吃味、雜氣、刺激性和評吸總分呈正相關(guān)關(guān)系，煙堿、總氮和淀粉含量則相反，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，糖堿比值和香氣質(zhì)、香氣量呈正相關(guān)關(guān)系。這與周立新等［7］研究結(jié)果相一致。針對多酚及其組分與煙葉感官評吸質(zhì)量的貢獻(xiàn)方面，本研究表明總多酚、新綠原酸和綠原酸對煙葉感官評吸總分、香氣質(zhì)、香氣量等參數(shù)指標(biāo)均呈正向貢獻(xiàn)關(guān)系。與過偉民［28］等研究認(rèn)為多酚類物質(zhì)中綠原酸和蕓香苷含量與香氣質(zhì)呈正相關(guān)，新綠原酸和咖啡奎寧酸含量對香氣量呈負(fù)向相關(guān)的結(jié)論基本一致。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)莨菪亭與感官質(zhì)量指標(biāo)呈負(fù)向貢獻(xiàn)關(guān)系，與郝賢偉［29］等研究結(jié)果一致。本研究通過化學(xué)成分對感官質(zhì)量的貢獻(xiàn)率可以看出，不同組織結(jié)構(gòu)煙葉常規(guī)化學(xué)成分對香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、吃味、刺激性和總分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到8110%、6832%、7309%、7453%、6689%和7116%。

綜上，本研究采用隨機(jī)森林學(xué)習(xí)算法構(gòu)建不同組織結(jié)構(gòu)煙葉化學(xué)成分與感官評吸質(zhì)量指標(biāo)關(guān)聯(lián)性，開展貢獻(xiàn)率分析，明確各個化學(xué)成分指標(biāo)對感官評吸質(zhì)量指標(biāo)貢獻(xiàn)度是切實(shí)可行的，也為通過煙葉外觀指標(biāo)差異，預(yù)測化學(xué)成分及感官質(zhì)量變化趨勢，提供一種快速可靠的研究手段。

隨著煙葉組織結(jié)構(gòu)趨于緊密，其柔軟度值顯著增加，同時(shí)感官品質(zhì)趨于下降?；瘜W(xué)指標(biāo)方面，總糖和還原糖含量隨煙葉的緊密程度和柔軟度值的增加而減少，而淀粉和多酚含量則表現(xiàn)出相反的趨勢。

（責(zé)任編輯：嚴(yán)秀芳）參考文獻(xiàn)：

[1]張勇剛，宋朝鵬，李常軍，等.煙葉感官質(zhì)量評價(jià)研究進(jìn)展［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（9）：22712274.

［2］王亞平，李銳.烤煙外觀屬性因子挖掘及建立研究［J］.作物研究，2015，29（8）：871874.

［3］范建立，顏靜，李銳.烤煙葉片結(jié)構(gòu)感官屬性因子分解及檢測方法［J］.作物研究，2018，32（4）：318322.

［4］張曉兵，李丹丹，劉建國，等.基于感官排序和量值估計(jì)法的烤煙僵硬度參比系建立［J］.中國煙草學(xué)報(bào)，2020，26（1）：3035.

［5］常安然，占俊文，何寬信，等.烤煙煙葉柔軟度與物理指標(biāo)的關(guān)系［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，42（4）：365369.

［6］占俊文.烤煙煙葉柔軟度與煙葉質(zhì)量的關(guān)系［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

［7］占俊文，沈雪婷，何寬信，等.江西烤煙柔軟度與物理特性的關(guān)系分析及適宜區(qū)間研究[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2017，19（1）：131137.

［8］周立新，陳麗平，徐向麗，等.中間香型煙葉柔軟性與煙葉質(zhì)量的相關(guān)性研究［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（11）：6770.

［9］席元肖，宋紀(jì)真，楊軍，等.不同烤煙品種的類胡蘿卜素、多酚含量及感官品質(zhì)的比較［J］.煙草科技，2011（2）：7074.

［10］季舜華，蘇明亮，張燁，等.不同葉片結(jié)構(gòu)烤煙化學(xué)成分的差異［J］.煙草科技，2022，55（9）：5764.

［11］劉大雙，肖振杰，解彩軍，等.烤煙分級因素與常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)分析［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28（8）：5155.

［12］付秋娟，杜詠梅，常愛霞，等.烤煙葉片身份和結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的關(guān)系及其近紅外模型研究［J］.中國煙草學(xué)報(bào)，2009，15（6）：4143，48.

［13］馬彩娟，吳彥輝，常建偉，等.上部煙葉片結(jié)構(gòu)對煙葉品質(zhì)和可用性的影響［J］.中國煙草科學(xué)，2019，40（4）：4855.

［14］國家技術(shù)監(jiān)督局.烤煙：GB/T26351992［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

［15］武圣江.烤煙烘烤變黃期優(yōu)質(zhì)煙葉形成的蛋白質(zhì)組學(xué)研究［D］.貴陽：貴州大學(xué)，2020.

［16］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續(xù)流動法：YC/T 159—2019［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2019.

［17］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 總氮的測定 連續(xù)流動法：YC/T 161—2002［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［18］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 煙堿的測定 氣相色譜法：YC/T 246—2008［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［19］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 鉀的測定 連續(xù)流動法：YC/T 217—2007［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［20］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 淀粉的測定 連續(xù)流動法：YC/T 216—2013［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［21］貴州省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.煙草及煙草制品綠原酸、莨菪亭、蕓香苷、新綠原酸、4O咖啡?？崴?、莰菲醇基蕓香苷的測定超高效液相色譜法：DB5/T1308—2018［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

［22］國家煙草專賣局.煙草及煙草制品 感官評價(jià)方法：YC/T 138—1998［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［23］宮長榮，袁紅濤，周義和，等.煙葉在烘烤過程中淀粉降解與淀粉酶活性的研究［J］.中國煙草科學(xué)，2001（2）：1113.

［24］王佩.煙葉淀粉在發(fā)育和烘烤過程中的變化規(guī)律研究［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023.

［25］姜慧娟，趙銘欽，任偉，等.濃香型烤煙多酚類物質(zhì)含量與外觀質(zhì)量的關(guān)系分析［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，27（2）：842845.

［26］曹建敏，邱軍，楊德廉，等.不同等級烤煙多酚含量及其規(guī)律性分析［J］.中國煙草科學(xué)，2009，30（6）：2124.

［27］Cutler A，Cutler D R，Stevens J R.Random forests［M］.Boston：Ensemble Machine Learning，2012.

［28］過偉民，蔡憲杰，魏春陽，等.豫中濃香型烤煙感官質(zhì)量與部分質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系［J］.煙草科技，2010（6）：2227.

［29］郝賢偉，李奇，張立立，等.上部煙葉多酚類物質(zhì)含量及其與煙葉品質(zhì)的關(guān)系［J］.中國煙草科學(xué)，2022，43（6）：7681.

Associative Analysis Between Organizational Structure and Quality Indicators of Tobacco Leaves

Li Guanhui1，2， Wei Bin3， Chen Liping3， Zheng Hua3， Wu Shengjiang2， Li Delun2， Jiao Jian2， Zhang Xuekun1，

Xu Benbo1， Wei Kesu2*

（1.College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou 451199， Hubei， China; 2.Guizhou Academy of Tobacco Science， Guiyang 550081， Guizhou， China; 3.Guizhou Provincial Company of China National Tobacco Corporation， Guiyang 550000， Guizhou， China）

Abstract：To explore the differences in softness and key quality indicators of tobacco leaves with different organizational structures， and to clarify the association between tobacco leaf organizational structure and its quality， ‘Yunyan 87’ in this paper was as the material， to comprehensively analyze the association between key indicators among tobacco leaves and different organizational structures based on correlation analysis， curve fitting， and random forest models. The results indicated that as the organizational structure became denser， the softness value of tobacco leaves significantly increased， while the content of total sugar and reducing sugar correspondingly decreased. The starch， nicotine， and total nitrogen levels increased to varying extents， and the coordination among chemical components in the tobacco leaves decreased. The total amount of polyphenols in the tobacco leaves showed an increasing trend with the density of tissue structure. The looser the organizational structure of tobacco leaves， the better the sensory smoking quality， which is mainly reflected in the aroma quality， aroma intensity， taste， and miscellaneous gas aspects.

Keywords：fluecured tobacco; softness; quality; random forest model; curve fitting