江西烤煙煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系

宋文靜　彭耀東　石紅雁　徐慶凱　胡毅翀　王曉婷　梁洪波

摘要：為明確江西烤煙煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系，對江西典型植煙區(qū)2014、2015年上、中、下不同部位煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究。結(jié)果表明，江西烤煙煙葉化學(xué)成分年度間差異不顯著;烤煙煙葉B2F和C3F的總糖含量與總氮、煙堿含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，總氮含量與煙堿含量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;偏相關(guān)和逐步回歸分析結(jié)果表明，B2F煙葉焦油釋放量與煙葉含鉀量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;C3F和X2F煙葉焦油釋放量與煙堿含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與含鉀量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;通徑分析結(jié)果表明，煙堿含量通過含鉀量對焦油釋放量具有正效應(yīng)作用，含鉀量通過煙堿含量間接具有負(fù)效應(yīng)作用，氯含量通過煙堿、鉀、纖維素含量具有負(fù)效應(yīng)作用。由此推論，提高江西烤煙煙葉鉀含量、降低煙葉煙堿含量和含氯量是農(nóng)業(yè)降焦的重要技術(shù)途徑。

關(guān)鍵詞：烤煙;焦油;化學(xué)成分;主成分分析;通徑分析;農(nóng)業(yè)降焦;技術(shù)途徑

中圖分類號： S572.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）08-0205-04

隨著吸煙與健康問題的不斷深入，低焦油煙草已成為我國煙草發(fā)展的必然趨勢[1]。相關(guān)研究表明，煙草本身只含有微量的多環(huán)芳烴，而焦油中的大量多環(huán)芳烴絕大部分是在吸煙過程中生成的，它的生成、富集、增值量與煙的局部點(diǎn)燃溫度有密切關(guān)系[2-5]。如何在降焦的同時保證香煙有足夠的香氣濃度，是煙草業(yè)走向低焦時代面臨的挑戰(zhàn)。盡管工業(yè)措施降焦效果明顯，但降焦的同時會導(dǎo)致煙葉中其他質(zhì)量指標(biāo)下降，在應(yīng)用效果方面存在一定的缺陷[6]。研究表明，焦油釋放量與煙葉燃燒速率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與化學(xué)成分中的K2O含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[7]。因此，烤煙煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量密切相關(guān)，煙氣中焦油釋放量在很大程度上取決于煙葉原料[8]。本研究在2014、2015年對江西烤煙主產(chǎn)煙區(qū)煙葉的焦油釋放量及化學(xué)成分進(jìn)行檢測，分析焦油釋放量與內(nèi)在化學(xué)成分指標(biāo)的關(guān)系，以期為降低煙葉原料中的焦油含量提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

根據(jù)江西省各縣（市）烤煙種植規(guī)模，分別于2014、2015年取B2F（上橘二）、C3F（中橘三）和X2F（下橘二）3個等級煙葉樣品，經(jīng)鑒定，煙葉外觀質(zhì)量滿足等級要求且數(shù)量滿足卷制樣品需要，樣品數(shù)分別為2014年B2F 38個、C3F 35個、X2F 37個，2015年B2F 56個、C3F 54個、X2F 60個。

1.2煙葉卷制

由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠卷制，輔材為泰山華貴。

1.3煙葉化學(xué)成分測定

煙葉化學(xué)成分的測定由農(nóng)業(yè)部煙草制品檢驗(yàn)檢測中心完成，焦油釋放量的檢測由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心完成。根據(jù)YC/T 156—2001《卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法》、YC/T 157—2001《卷煙總粒相物中水分的測定氣相色譜法》測定煙氣中的煙堿、水分含量，計(jì)算焦油釋放量;根據(jù)YC/T 347—2010《煙草及煙草制品中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、酸洗木質(zhì)素的測定洗滌劑法》測定煙葉化學(xué)成分指標(biāo)中的纖維素含量，采用連續(xù)流動分析法測定煙葉化學(xué)成分指標(biāo)中的總糖、還原糖、總氮、K2O、氯含量[9]。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)整理以及主成分、偏相關(guān)分析和回歸分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同年份江西主要煙葉化學(xué)成分差異分析

從表1可以看出，C3F煙葉中的總糖、還原糖、煙堿、總氮含量以及含鉀量、含氯量在2014年（35個樣品）和2015年（54個樣品）年度間方差分析未達(dá)到顯著差異水平，在平均值差異檢驗(yàn)（t檢驗(yàn)）中除總氮含量達(dá)到顯著差異水平外，其他指標(biāo)皆未達(dá)到顯著差異水平，說明2014、2015年煙葉主要化學(xué)成分年度間變化不大。

通過對煙葉中總糖含量（X1）、煙堿含量（X2）、總氮含量（X3）、含鉀量（X4）、含氯量（X5）、纖維素含量（X6）和還原糖含量等7個指標(biāo)與煙葉焦油釋放量關(guān)系的共線性檢驗(yàn)得出，3個煙葉等級還原糖、總糖的膨脹系數(shù)基本大于10，說明還原糖[CM（25]含量與總糖含量具有高度相關(guān)性，不是獨(dú)立因素。通過刪除還原糖因子再進(jìn)行共線性檢驗(yàn)，膨脹系數(shù)皆小于6，說明這6個因子具有獨(dú)立性。

2.26種煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量的相關(guān)分析

由表1可知，2014、2015年年度間煙葉主要化學(xué)成分差異不顯著，因此只分析2015年煙葉化學(xué)成分因子與煙葉焦油釋放量的相關(guān)性，結(jié)果見表2。B2F和C3F等級煙葉的總糖含量與煙堿含量、總氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，總氮含量與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;B2F煙葉的總糖含量與纖維素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;C3F煙葉的煙堿含量與含鉀量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;X2F煙葉總糖含量與含鉀量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。X2F煙葉纖維素含量與總糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總氮含量、含鉀量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

B2F煙葉焦油釋放量與煙堿含量達(dá)極顯著正相關(guān)水平，與總氮含量達(dá)顯著正相關(guān)水平，與煙葉含鉀量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;C3F煙葉焦油釋放量與總糖含量、含鉀量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;X2F煙葉焦油釋放量與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與含鉀量、纖維素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。從簡單相關(guān)系數(shù)來看，煙堿含量、總氮含量、纖維素含量、含鉀量、總糖含量對焦油釋放量均有影響，但不同部位表現(xiàn)不一致。

2.3不同部位6種煙葉化學(xué)成分對焦油釋放量影響的主成分分析

為探討煙葉化學(xué)成分因子對煙葉焦油釋放量的影響差異，進(jìn)行主成分分析，結(jié)果（表3）顯示，B2F和C3F煙葉表現(xiàn)基本一致， 前3個主成分的累積貢獻(xiàn)率已經(jīng)包含了6個變量約78%的信息，第1主成分因子特征值分別為2.47和2.40，其貢獻(xiàn)率分別為40.10%和40.00%，在對應(yīng)特征向量中，總氮、總糖、煙堿含量較大且絕對值相近。由于B2F和C3F煙葉的總糖含量與總氮含量、煙堿含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，總氮含量與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且受栽培因素影響最大的是煙堿含量，因此B2F和C3F煙葉第1主成分為煙堿因子。B2F和C3F煙葉第2主成分因子的特征值分別為1.20和1.32，其貢獻(xiàn)率分別為20.10%和21.90%。B2F煙葉對應(yīng)特征量以纖維素含量（0.66）最大，含鉀量次之;C3F煙葉以含鉀量最大，纖維素含量次之，鉀是易受栽培技術(shù)影響的因子，因此B2F和C3F煙葉的第2主成分為鉀因子，是有益煙葉燃燒的因子。B2F和C3F煙葉第3主成分的特征值皆為1.00，貢獻(xiàn)率分別為16.70%和16.60%，對應(yīng)特征向量中以含氯量為最高，是不利于煙葉燃燒因子，因此第3主成分為氯因子。X2F煙葉前2個主成分中包括了6個變量73.20%的信息，第1主成分因子特征值為2.61，其貢獻(xiàn)率為43.50%，對應(yīng)特征向量中，總糖含量（-0.559 0）最大，纖維素含量（0.557 0）次之，因此第1主成分為碳素因子;第2主成分的特征向量以煙堿（-0.660 0）最大，因此第2主成分為煙堿因子。X2F、B2F、C3F煙葉煙堿含量特征向量的正負(fù)表現(xiàn)不一致，可能與下部煙堿含量較低有很大關(guān)系。X2F煙葉等級煙堿含量平均僅為1.60%，遠(yuǎn)低于B2F（3.60%）和C3F（2.60%），這可能是由于江西煙株生長前期陰雨天氣較多、溫度偏低，從而導(dǎo)致下部煙葉煙堿含量較低、糖分含量偏高。另外下部煙葉含鉀量較高，平均達(dá)到4.20%，鉀含量幾乎達(dá)到煙葉含鉀量的極致，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中鉀含量對焦油釋放量的影響較弱，從而鉀含量未能進(jìn)入主成分。

2.4不同部位6種煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量的相關(guān)分析

為了準(zhǔn)確確定煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量的關(guān)系，進(jìn)行偏相關(guān)和逐步回歸分析。從表4可以看出，B2F樣品在偏相關(guān)分析中，其他因素一定時，煙葉焦油釋放量與煙葉含鉀量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與煙堿含量呈極顯著顯著正相關(guān)關(guān)系;C3F樣品焦油釋放量與煙堿含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與含鉀量呈負(fù)相關(guān);X2F煙葉焦油釋放量與煙堿含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與含鉀量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明B2F、C3F、X2F煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量有著密切關(guān)系。

為明確各煙葉化學(xué)成分對煙葉焦油釋放量線性效應(yīng)的顯著性，準(zhǔn)確描述焦油釋放量對于煙葉化學(xué)成分的依賴關(guān)系，經(jīng)過幾次因子的剔除，建立焦油釋放量的最優(yōu)線性回歸方程。

B2F：Y=11.411+1.139X2-1.487X4+0.374X6，多元相關(guān)系數(shù)為0.588 9，F(xiàn)值=9.203**[DF（自由度）（3，52）];

C3F：Y=13.797+1.272X2-1.477X4，多元相關(guān)系數(shù)為 0.455 9，F(xiàn)值=6.69**[DF（2，51）];

X2F：Y=14.316+0.838X2-0.893X4+0.588X5-0.229X6，多元相關(guān)系數(shù)為0.640 5，F(xiàn)值=9.564**[DF（4，55）]。

從回歸方程來看，B2F煙葉煙堿含量、含鉀量和纖維素含量與煙葉焦油釋放量存在極顯著線性關(guān)系，多元決定系數(shù)為0.347 0，說明34.70%煙葉焦油釋放量由煙堿、K2O和纖維素等3個化學(xué)成分的含量決定。C3F煙葉煙堿含量和含鉀量與煙葉焦油釋放量存在極顯著線性關(guān)系，多元決定系數(shù)為 0.208 0，說明20.80%煙葉焦油釋放量由煙堿、K2O等2個化學(xué)成分決定。X2F煙葉煙堿、鉀、氯、纖維素含量與焦油釋放量存在極顯著線性關(guān)系，多元決定系數(shù)為0.410 2，說明 41.02% 煙葉焦油釋放量由煙葉煙堿、鉀、氯、纖維素等4個化學(xué)成分決定。

從以上分析可知，3個等級煙葉焦油釋放量均與煙葉煙堿、鉀含量有關(guān)，上部葉、下部葉焦油釋放量均與纖維素含量有關(guān)，含氯量只與下部煙葉焦油釋放量有關(guān)。決定系數(shù)以下部煙葉最大，上部煙葉次之，中部煙葉最小。

2.5不同部位6種煙葉化學(xué)成分對焦油釋放量的通徑分析

為估量各化學(xué)成分對焦油釋放量的相對貢獻(xiàn)，進(jìn)行通徑分析。從表5可以看出，B2F決定煙葉焦油釋放量變異的3個構(gòu)成因素的直接通徑系數(shù)絕對值的大小依次為煙堿含量>含鉀量>纖維素含量;C3F決定煙葉焦油釋放量變異的2個因素直接通徑系數(shù)絕對值以煙堿含量較大，含鉀量較小;X2F決定煙葉焦油釋放量變異的4個因素直接通徑系數(shù)絕對值以含鉀量為最大，煙堿含量次之，之后依次為含氯量和纖維素含量。在直接通徑系數(shù)中，綜合3個等級各化學(xué)成分含量對煙葉焦油釋放量的影響，煙堿含量和含氯量皆具有正效應(yīng)，含鉀量具有負(fù)效應(yīng)。在各間接通徑系數(shù)中，煙堿含量通過含鉀量對焦油釋放量起正效應(yīng)作用，含鉀量通過煙堿含量間接起負(fù)效應(yīng)作用，含氯量通過煙堿、鉀、纖維素含量起負(fù)效應(yīng)作用。纖維素含量對上部葉的焦油釋放量具有正效應(yīng)作用，對下部葉具有負(fù)效應(yīng)作用，纖維素含量在不同部位對焦油釋放量的作用不一致，通過其他因子的間接作用也復(fù)雜，其作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。通過通經(jīng)分析可知，提高煙葉鉀含量、降低煙葉煙堿含量和含氯量是農(nóng)業(yè)降焦的重要技術(shù)途徑。表明從煙葉化學(xué)成分的角度來看，要降低煙葉焦油釋放量必須著重于降低煙葉煙堿、纖維素含量，提高煙葉含鉀量。

3討論

江西煙葉含鉀量是我國較高的省份之一，但提高煙葉含鉀量仍能有效降低煙葉焦油釋放量，尤其是中部、上部煙葉[10]。提高江西煙葉含鉀量的措施包括：（1）增加鉀肥施用量;（2）適當(dāng)后移鉀肥施用時間，即增加鉀肥后期追肥的比例，可有效提高中、上部煙葉的含鉀量，進(jìn)而達(dá)到降焦的目的[11]?？刂瓶緹煯?dāng)季及前茬作物肥料中氯離子的施用量，將煙葉氯離子含量控制在0.20%～0.60%合理范圍內(nèi)[12-14]。

烤煙煙葉的煙堿含量偏高和鉀含量偏低，可對燃燒性產(chǎn)生明顯的負(fù)面效應(yīng)，導(dǎo)致焦油釋放量較高[15]。相關(guān)研究表明，焦油量與煙堿含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;抽吸口數(shù)與總鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[16-20];汪修奇等采用通徑分析等方法分析表明，煙葉煙堿含量與焦油釋放量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與含鉀量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系[21];通過本研究得到的直接通徑系數(shù)可知，煙堿含量和含氯量對煙葉焦油釋放量均具有正效應(yīng)，含鉀量具有負(fù)效應(yīng)。本研究結(jié)果表明，不同等級煙葉焦油釋放量與煙堿含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，B2F、C3F、X2F煙葉化學(xué)成分與焦油釋放量有著密切關(guān)系。從回歸方程來看，B2F、C3F煙葉煙堿含量、含鉀量與煙葉焦油釋放量存在極顯著的線性關(guān)系，說明煙葉焦油釋放量主要由煙堿和鉀等2個化學(xué)成分決定，而X2F煙葉焦油釋放量主要由煙堿、鉀、氯和纖維素決。表明提高煙葉鉀含量、降低煙葉煙堿含量和含氯量是農(nóng)業(yè)降焦的重要技術(shù)途徑。

4結(jié)論

江西煙葉化學(xué)成分年度間差異不顯著，說明煙葉主要化學(xué)成分年度間變化不大，基本穩(wěn)定;綜合主成分、偏相關(guān)和逐步回歸3種統(tǒng)計(jì)分析方法的結(jié)果可知，從煙葉化學(xué)成分角度來看，要降低煙葉焦油釋放量必須著重于提高煙葉含鉀量、降低煙葉煙堿含量和氯離子含量。

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