范 興，李博宇，楊 蕾，喬俊峰，農(nóng)永紅，王 永，楊國(guó)耀，楊 梅，資文華*

1. 云南師范大學(xué)能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，昆明市呈貢區(qū)雨花片區(qū)1 號(hào) 650500

2. 云南佩林科技有限公司，昆明市五華區(qū)黃土坡片區(qū) 650201

煙梗是煙草農(nóng)產(chǎn)品加工的廢棄物，約占煙葉質(zhì)量的25%～30%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年煙梗產(chǎn)量高達(dá)60 多萬(wàn)噸［1-3］，主要被開發(fā)制備成膨脹梗絲、再造煙葉，作為卷煙配方輔助材料以降低原料消耗和煙氣有害成分［4-6］，少部分用于多孔顆粒狀材料制備、特殊化學(xué)成分提取和有機(jī)肥料生產(chǎn)等方面；但每年還有部分煙梗成為固體廢棄物，造成較大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染［3，7-9］。為緩解因固體廢棄物激增帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的雙重壓力，我國(guó)明確將農(nóng)林廢棄物和新品種廢棄物的回收利用作為推動(dòng)資源循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的目標(biāo)之一。因此，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)廢棄煙梗資源開發(fā)利用，提升煙梗原料有效利用價(jià)值已成為煙草行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

有關(guān)煙?；瘜W(xué)成分的研究，楊威等［10］通過對(duì)云南26個(gè)縣（市、區(qū)）的主栽烤煙品種中部煙梗主要化學(xué)成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煙?；瘜W(xué)成分受環(huán)境和栽培條件影響較大，通過聚類分析將云南典型煙區(qū)分為高糖低鉀區(qū)、高糖低氯區(qū)、低糖低氯區(qū)、低糖高氯區(qū)；李炎強(qiáng)等［11］探究了烤煙煙梗和葉片中性香味成分的差異，結(jié)果表明，葉片中大多數(shù)中性香味成分明顯高于煙梗，而煙梗中醛類物質(zhì)總量高于葉片；彭艷等［12］對(duì)云南大理云煙85 品種不同部位煙梗中主要揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)酸進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)上部煙梗有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，而下部最低；李紅武等［13］分析了昭通3 個(gè)主栽品種（C3F）煙梗中77 種揮發(fā)性香味物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果表明，不同品種間揮發(fā)性香味物質(zhì)總量無顯著差異，但酮類、酚類、醛類、酸類、雜環(huán)類和烯烴類的總量存在顯著差異；祁林等［14］研究梗絲揮發(fā)性香味物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，不同長(zhǎng)度梗絲各揮發(fā)性香味物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均存在顯著差異，揮發(fā)性有機(jī)酸和香味物質(zhì)總量隨梗絲長(zhǎng)度增加而減小。近年來，為探究煙葉主脈不同位置煙?；瘜W(xué)成分和揮發(fā)性香味物質(zhì)的變化情況，劉繼輝等［15-16］以云南石林紅花大金元（以下簡(jiǎn)稱紅大）品種C3F 等級(jí)初烤煙葉為對(duì)象，將主脈煙梗分切為6段進(jìn)行分析，結(jié)果表明，從?；焦＜猓瑹煿Ｖ锌偺堑馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，還原糖、鉀離子和纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先升高后降低，而總氮、總植物堿、木質(zhì)素、揮發(fā)性有機(jī)酸和揮發(fā)性致香成分總量則先降低后升高。然而，隨著煙草工業(yè)精細(xì)化加工技術(shù)的發(fā)展，打葉復(fù)烤過程通常將煙梗篩分為梗頭、長(zhǎng)梗、短梗和碎梗，但有關(guān)不同形態(tài)煙梗原料化學(xué)成分的差異則鮮見報(bào)道。因此，本研究中以曲靖煙區(qū)主栽的K326、云煙87 和紅大烤煙品種為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析打葉復(fù)烤后不同品種煙梗原料及其梗頭、長(zhǎng)梗、短梗和碎梗間化學(xué)成分的差異性，旨在為烤煙煙梗原料的分類加工和有效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

曲靖煙區(qū)主栽的K326、云煙87和紅大烤煙品種煙梗原料。

氫氧化鈉、氯化鈣、冰乙酸、鹽酸、檸檬酸、硫酸、水楊酸鈉、亞硝基鐵氰化鈉、酒石酸鉀鈉、硫酸鉀、無水硫酸銅、苯、四硼酸鈉、無水硫酸鈉（AR，西隴化工股份有限公司）；檸檬酸（＞99.0%）、磷酸氫二鈉（＞99.0%）、對(duì)氨基苯磺酸（＞99.8%）、硫氰酸鉀（＞98.5%）、二氯異氰尿酸鈉（＞95.0%）、硫酸亞鐵（＞99.0%）、煙堿（＞98.0%）、濃硝酸（65%～68%）、硝酸鐵（九水合）（＞99.0%）、濃硫酸（＞98%）、石油醚（沸程30～60 ℃）（西隴化工股份有限公司）；苯甲酸、正辛醇、萘（≥98%）、α-高溫淀粉酶、乙腈、異丙醇、果膠酶（30 u/mg）（AR，上海麥克林生化科技有限公司）；半乳糖醛酸（≥97%）、綠原酸（≥97%）、莨菪亭（≥97%）、蕓香苷（≥97%）［阿拉丁試劑（上海）有限公司］。

AA3 連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)Seal 公司）；FT-121纖維素測(cè)定儀（丹麥Foss 公司）；6890N/5975 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS，美國(guó)Agilent 公司）；ACQITY H-class超高效液相色譜儀（美國(guó)Waters公司）；LDO-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海龍躍儀器設(shè)備有限公司）；FW80粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；ME204E 型電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集與制備

基于曲靖天福煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司打葉復(fù)烤過程煙梗篩分實(shí)際情況，按梗頭、長(zhǎng)梗（長(zhǎng)度≥20 mm，直徑≥3 mm）、短梗（10 mm≤長(zhǎng)度＜20 mm，直徑≥3 mm）和碎梗（長(zhǎng)度＜10 mm，直徑＜3 mm）進(jìn)行在線取樣。每種品種和形態(tài)的煙梗隨機(jī)取樣3個(gè)，共計(jì)36個(gè)樣品，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品混合均勻后于45 ℃烘箱干燥2 h，粉碎過孔徑0.25 mm篩（60目），分別進(jìn)行化學(xué)成分分析。不同形態(tài)的煙梗原料如圖1所示。

圖1 不同形態(tài)煙梗原料Fig.1 Tobacco stems of different forms

1.2.2 樣品檢測(cè)

常規(guī)化學(xué)成分：參照YC/T 159—2019［17］、YC/T 468—2013［18］、YC/T 162—2011［19］、YC/T 161—2002［20］、YC/T 217—2007［21］，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定樣品的總糖、還原糖、總植物堿、氯離子、總氮和鉀離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

細(xì)胞壁物質(zhì)：參照YC/T 347—2010［22］，采用洗滌劑法測(cè)定纖維素和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；參照YC/T 346—2010［23］，采用離子色譜法測(cè)定果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

香味前體物：參照YC/T 202—2006［24］和YC/T 382—2010［25］，采用HPLC 法測(cè)定樣品中多酚和色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；參照YC/T 176—2003［26］，采用索氏提取法測(cè)定石油醚提取物中化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

揮發(fā)性香味成分：參照文獻(xiàn)［27］，采用GC-MS法測(cè)定樣品中揮發(fā)性香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并基于NIST2014 和匹配度不低于700 的條件進(jìn)行主要揮發(fā)性香味成分鑒別。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019和Origin 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和繪圖，利用SPSS 26.0.0 進(jìn)行主成分和系統(tǒng)聚類分析，并采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)化學(xué)成分分析

不同品種和形態(tài)煙梗原料常規(guī)化學(xué)成分差異性分析見表1和表2。由表1可知，對(duì)于不同品種煙梗，K326 品種煙梗中總糖和還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于云煙87 和紅大（P＜0.05），總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于云煙87和紅大（P＜0.05），而云煙87和紅大間無顯著差異；鉀離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為K326＞紅大＞云煙87，并且K326中鉀離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于云煙87（P＜0.05），為23.48%；云煙87 中總植物堿和氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于K326和紅大（P＜0.05）。通常，鉀離子和氯離子與煙草原料的燃燒特性有關(guān)，高鉀低氯有利于提高其燃燒性能［28-29］，而總糖、還原糖、總氮和煙堿與其抽吸品質(zhì)緊密相關(guān)［30-31］，對(duì)比K326、云煙87和紅大品種煙梗常規(guī)化學(xué)成分的差異性可知其各有特點(diǎn)。由此說明，卷煙配方中添加不同品種的煙梗原料，在降低煙葉原料消耗以及卷煙降焦減害等方面均能發(fā)揮一定的作用。

表1 不同品種煙?；瘜W(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異①Tab.1 Mass fraction differences of routine chemical components in tobacco stems of different cultivars （%）

由表2 可知，不同形態(tài)煙梗中，總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為長(zhǎng)梗＞梗頭＞短梗＞碎梗，并且碎梗中總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05）；還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為長(zhǎng)梗＞短梗＞梗頭＞碎梗，且長(zhǎng)梗中還原糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于梗頭、短梗和碎梗（P＜0.05）；梗頭中鉀離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于長(zhǎng)梗、短梗和碎梗（P＜0.05），總植物堿和總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則顯著高于長(zhǎng)梗、短梗和碎梗（P＜0.05）；氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為梗頭＞長(zhǎng)梗＞短梗＞碎梗。研究表明，糖類在燃吸過程中有利于美拉德、焦糖化和熱裂解等多種反應(yīng)的進(jìn)行，促使大分子物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成小分子羰基化合物以及吡咯、吡啶、吡嗪、糠醛和呋喃酮等具有愉悅感的香氣成分，提高煙草制品的內(nèi)在質(zhì)量［32］；并且果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與烤煙評(píng)吸質(zhì)量正相關(guān)［33］。加熱狀態(tài)下鉀鹽有利于催化纖維素?zé)峤?，降低煙支燃燒溫度，促進(jìn)煙氣有害成分釋放量明顯降低［34］。長(zhǎng)梗呈現(xiàn)高糖高鉀低堿的特點(diǎn)，短梗呈現(xiàn)高鉀低含氮化合物的特點(diǎn)，這說明長(zhǎng)梗和短梗均可作為卷煙配方優(yōu)選的輔助原料，以利于改善卷煙燃燒性，達(dá)到降焦減害的效果；而梗頭和碎梗呈現(xiàn)高堿的特點(diǎn)，可作為電子煙煙油提取的優(yōu)先原料，增加煙油中煙堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以提升電子煙抽吸過程的滿足感。此外，梗頭、長(zhǎng)梗、短梗和碎梗的常規(guī)化學(xué)成分差異與劉繼輝等［15］的研究結(jié)果一致，梗頭中總糖和氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，長(zhǎng)梗和短梗中還原糖和鉀離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高、含氮化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低。這可能主要是梗頭、長(zhǎng)梗和短梗、碎梗依次由?；?、梗條中間部位和梗尖組成的緣故。

表2 不同形態(tài)煙?；瘜W(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異Tab.2 Mass fraction differences of routine chemical components in tobacco stems of different forms （%）

2.2 細(xì)胞壁物質(zhì)分析

煙梗中細(xì)胞壁物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，包括纖維素、果膠、木質(zhì)素等，這些物質(zhì)對(duì)煙梗物理特性的影響程度不同，間接決定了煙梗的加工特性和利用率［35-36］。不同品種和形態(tài)煙梗之間細(xì)胞壁物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異如圖2所示。可知，不同品種煙梗之間，K326、云煙87 和紅大中細(xì)胞壁物質(zhì)總量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）分別為29.33%、30.52%和30.78%；其纖維素和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異，果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為云煙87＞紅大＞K326，并且存在顯著差異（P＜0.05）。不同形態(tài)煙梗中，梗頭、長(zhǎng)梗、短梗和碎梗的細(xì)胞壁物質(zhì)總量分別為28.59%、29.69%、31.22%和31.34%；纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為短梗＞碎梗＞長(zhǎng)梗＞梗頭，且梗頭中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于長(zhǎng)梗、短梗和碎梗（P＜0.05）；木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為碎梗＞梗頭＞短梗＞長(zhǎng)梗，且碎梗中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05），長(zhǎng)梗中纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于梗頭、短梗和碎梗（P＜0.05）；果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。理論上而言，煙草原料中果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不僅影響到煙葉的理化性質(zhì)，對(duì)卷煙香氣也有一定的貢獻(xiàn)，但比例太高會(huì)對(duì)煙草的吸味及吸食安全性產(chǎn)生負(fù)面影響［35］；木質(zhì)素在卷煙燃燒中會(huì)形成CO、苯酚和多環(huán)芳烴等小分子化合物，并且煙葉木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，煙葉品質(zhì)越差，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)烈刺激感和辛辣感［37］。不同品種煙梗的纖維素、木質(zhì)素和果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各有特點(diǎn)，也較好地說明同一產(chǎn)區(qū)不同品種煙梗原料均具有良好的使用價(jià)值，但碎梗中果膠和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于長(zhǎng)梗和短梗，進(jìn)一步驗(yàn)證了長(zhǎng)梗和短梗作為卷煙配方優(yōu)選的輔助原料，有利于改善卷煙的抽吸品質(zhì)。

圖2 不同品種和形態(tài)煙梗細(xì)胞壁物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Mass fractions of cell wall substances in tobacco stems of different cultivars and forms

2.3 香味前體物分析

煙草中香味前體物（色素、多酚和石油醚提取物等）在卷煙加工過程中會(huì)進(jìn)一步降解為揮發(fā)性香味成分，影響卷煙的品質(zhì)［27，38-39］。不同品種和形態(tài)煙梗之間香味前體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異如表3和表4所示。

由表3可知，不同品種煙梗間，K326中莨菪亭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于云煙87 和紅大（P＜0.05），而蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則顯著低于云煙87 和紅大（P＜0.05）；石油醚提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則表現(xiàn)為云煙87＞紅大＞K326，且存在顯著差異（P＜0.05）；3 個(gè)品種間葉黃素、β-胡蘿卜素和綠原酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均無顯著差異。究其原因，主要是烤煙中的化學(xué)成分不僅取決于栽培技術(shù)和氣候條件，還取決于品種的遺傳特性［40］。不同烤煙品種在同一產(chǎn)區(qū)種植，因品種遺傳特性的影響，其煙葉品質(zhì)會(huì)出現(xiàn)較大的區(qū)別。張廣普等［41］、趙會(huì)納等［42］和劉陽(yáng)等［43］研究了不同品種烤煙香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)現(xiàn)，不同品種間香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，說明烤煙基因的加性和非加性效應(yīng)共同決定其香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且廣泛遺傳率高。

表3 不同品種煙梗香味前體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異Tab.3 Mass fraction differences of aroma component precursors in tobacco stems of different cultivars

由表4 可知，不同形態(tài)煙梗間，碎梗中葉黃素、β-胡蘿卜素和蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05）；梗頭中綠原酸、莨菪亭和石油醚提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于長(zhǎng)梗、短梗和碎梗；短梗中葉黃素、β-胡蘿卜和蕓香苷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于長(zhǎng)梗（P＜0.05）。理論上而言，煙梗中香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，所制備的梗絲品質(zhì)越好，但還需兼顧煙梗其他化學(xué)成分。不同品種煙梗中香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各有特點(diǎn)，均可用作制備梗絲的原料，但不同形態(tài)煙梗中，梗頭中多酚和石油醚提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，碎梗中色素類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，表明將梗頭和碎梗作為制備電子煙煙油和再造煙葉的原料，也利于增加制品香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提升煙梗的利用價(jià)值。

表4 不同形態(tài)煙梗香味前體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異Tab.4 Mass fraction differences of aroma component precursors in tobacco stems of different forms

2.4 揮發(fā)性香味成分分析

通過GC-MS 分析，主要鑒定出了60 種揮發(fā)性香味成分，根據(jù)官能團(tuán)不同可將其分為酮類、醇類、醛類、酯類、烯烴類和雜環(huán)類化合物6 大類（表5）?？芍?，不同品種烤煙煙梗香味成分總量表現(xiàn)為K326＞云煙87＞紅大，僅有少數(shù)香味成分存在顯著差異，但無明顯變化規(guī)律，酮類、酸類、酚類和烯烴類香味成分以及香味成分總量均無顯著差異。不同形態(tài)煙梗香味成分總量表現(xiàn)為碎梗＞短梗＞梗頭＞長(zhǎng)梗，但梗頭、長(zhǎng)梗和短梗中大多數(shù)香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較小，并且酮類、醇類、酯類和酸類香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及香味成分總量均無顯著性差異；碎梗中大多數(shù)香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗，并且酮類、醛類、雜環(huán)類和烯烴類香味成分以及香味成分總量顯著高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05）。

表5 不同品種和形態(tài)煙梗香味成分的組成和差異Tab.5 Composition and differences of aroma components in tobacco stems of different cultivars and forms （μg·g-1）

參照文獻(xiàn)［27］，按香味前體物類別進(jìn)一步對(duì)揮發(fā)性香味成分進(jìn)行歸類分析，結(jié)果如圖3所示。不同品種煙梗中（圖3a），苯丙氨酸類降解產(chǎn)物和西柏烷類降解產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為K326 ＞云煙87 ＞紅大，并且云煙87和K326品種中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于紅大（P＜0.05）；3個(gè)品種間棕色化反應(yīng)產(chǎn)物和胡蘿卜素類降解產(chǎn)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。在不同形態(tài)煙梗間（圖3b），碎梗中胡蘿卜素類降解產(chǎn)物、苯丙氨酸類降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05），而梗頭、長(zhǎng)梗和短梗中胡蘿卜素類降解產(chǎn)物、苯丙氨酸類降解產(chǎn)物、西柏烷類降解產(chǎn)物和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異。綜上，碎梗中香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，而梗頭、長(zhǎng)梗和短梗各有特點(diǎn)，進(jìn)一步說明梗頭和碎梗適宜作為制備再造煙葉和電子煙煙油的優(yōu)選原料，長(zhǎng)梗和短梗則適宜制備膨脹梗絲［44-45］。

圖3 不同品種和形態(tài)煙梗香味前體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異Fig.3 Mass fraction differences of aroma component precursors in tobacco stems of different cultivars and forms

表5（續(xù)） （μg·g-1）

表5（續(xù)） （μg·g-1）

2.5 主成分分析和聚類分析

以煙梗常規(guī)化學(xué)成分、細(xì)胞壁物質(zhì)和香味前體物為基礎(chǔ)，進(jìn)行主成分分析。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（Z-score 法）處理，得到新的數(shù)據(jù)，然后通過KOM檢驗(yàn)法和Bartlett球體檢驗(yàn)法進(jìn)行因子分析的適用性檢驗(yàn)，KMO=0.696（＞0.5），Bartlett 球體檢驗(yàn)Sig.=0.000（＜0.05），適合進(jìn)行主成分分析，其分析結(jié)果如表6和表7所示?？芍?，所提取的3個(gè)主成分特征值（λ）均大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為85.13%，基本能夠反映全部數(shù)據(jù)的絕大部分信息；第一主成分主要表征總氮、葉黃素、β-胡蘿卜素、莨菪亭和纖維素，第二主成分主要表征總糖、還原糖、石油醚提取物和木質(zhì)素，第三主成分主要表征鉀離子和氯離子。

表6 各主成分的特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率Tab.6 Characteristic value and cumulative contribution rate of each principal component

將選取的化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)記為ZX1，ZX2，ZX3，…，ZX15，表7中的特征向量數(shù)據(jù)即為3個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，按下面的主成分表達(dá)式可計(jì)算出前3個(gè)主成分得分：

表7 各主成分的載荷矩陣和特征向量Tab.7 Load matrix and feature vector of each principal component

根據(jù)主成分表達(dá)式計(jì)算的各主成分得分結(jié)果見表8。

表8 不同品種和形態(tài)煙梗的主成分得分計(jì)算結(jié)果Tab.8 Calculation results of score for each principal component in tobacco stems of different cultivars and forms

根據(jù)表8中主成分得分，采用組內(nèi)均連法和平方歐式距離對(duì)烤煙煙梗的化學(xué)成分進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖4所示。可知，不同品種和形態(tài)的煙梗原料在平方歐式距離15.0 處分為3 類，第1 類主要由紅大、云煙87 和K326 的碎梗組成，第2 類主要由紅大、云煙87 和K326 的長(zhǎng)梗和短梗以及云煙87 的梗頭組成，第3類為紅大和K326的梗頭組成，進(jìn)一步驗(yàn)證了不同烤煙品種煙?；瘜W(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異較小，而不同形態(tài)煙梗間化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異較大。長(zhǎng)梗和短梗中鉀離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、含氮化合物和木質(zhì)素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，將由其制備的膨脹梗絲添加到卷煙中有利于改善燃燒性和降低卷煙煙堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加煙梗的可利用率。這與高占勇等［44］的研究結(jié)果一致，煙葉葉中部分的煙梗更適宜作為制梗絲的原料。此外，煙堿和香味成分作為電子煙煙油的重要化學(xué)成分，大多數(shù)由煙草廢棄物提取純化而來［45-46］，而梗頭中含氮化合物、多酚和石油醚提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，碎梗中色素和揮發(fā)性香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、含氮化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中，因此，梗頭和碎?？勺鳛樘崛‰娮訜煙熡椭袩焿A和香味成分的重要原料，也可作為制備再造煙葉的原料，增加其香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［44-45］。

圖4 不同品種和形態(tài)煙梗原料的化學(xué)成分的聚類圖Fig.4 Cluster diagram of chemical components in tobacco stems of different cultivars and forms

3 結(jié)論

①K326、云煙87和紅大烤煙品種的煙梗原料常規(guī)化學(xué)成分、細(xì)胞壁物質(zhì)和香味成分存在一定差異性，但變化規(guī)律不明顯；②按照梗頭、長(zhǎng)梗、短梗和碎梗進(jìn)行分類，碎梗中葉黃素、β-胡蘿卜素、蕓香苷和香味前體物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及香味成分總量均顯著高于梗頭、長(zhǎng)梗和短梗（P＜0.05），而梗頭中總植物堿、綠原酸、莨菪亭和石油醚提取物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于長(zhǎng)梗、短梗和碎梗（P＜0.05）；③采用主成分及聚類分析法可將不同形態(tài)的煙梗原料分為梗頭、長(zhǎng)梗和短梗、碎梗3類，長(zhǎng)梗和短梗中糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，并呈現(xiàn)高鉀低堿低木質(zhì)素的特點(diǎn)，化學(xué)成分較協(xié)調(diào)，作為卷煙配方原料有利于提高煙梗與卷煙配方原料的配伍性和使用價(jià)值；梗頭和碎梗具有高堿高香味成分的特點(diǎn)，可作為電子煙煙堿提取和再造煙葉制備的優(yōu)選原料，以提高煙草制品煙堿和香味成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。