烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系 本文关键词：烤烟，焦油，烟叶，化学成分，释放
烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系 本文简介：摘要：为明确江西烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系，对江西典型植烟区２０１４、２０１５年上、中、下不同部位烟叶化学成分与焦油释放量进行统计分析研究。结果表明，江西烤烟烟叶化学成分年度间差异不显著；烤烟烟叶Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ的总糖含量与总氮、烟碱含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量之间呈极显著正相关
烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系 本文内容：
摘要：为明确江西烤烟烟叶化学成分与焦油释放量的关系，对江西典型植烟区２０１４、２０１５年上、中、下不同部位烟叶化学成分与焦油释放量进行统计分析研究。结果表明，江西烤烟烟叶化学成分年度间差异不显著；烤烟烟叶Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ的总糖含量与总氮、烟碱含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量之间呈极显著正相关关系；偏相关和逐步回归分析结果表明，Ｂ２Ｆ烟叶焦油释放量与烟叶含钾量呈极显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著正相关关系；Ｃ３Ｆ和Ｘ２Ｆ烟叶焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈显著负相关关系；通径分析结果表明，烟碱含量通过含钾量对焦油释放量具有正效应作用，含钾量通过烟碱含量间接具有负效应作用，氯含量通过烟碱、钾、纤维素含量具有负效应作用。由此推论，提高江西烤烟烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。
关键词：烤烟；焦油；化学成分；主成分分析；通径分析；农业降焦；技术途径
随着吸烟与健康问题的不断深入，低焦油烟草已成为我国烟草发展的必然趋势［１］。相关研究表明，烟草本身只含有微量的多环芳烃，而焦油中的大量多环芳烃绝大部分是在吸烟过程中生成的，它的生成、富集、增值量与烟的局部点燃温度有密切关系［２－５］。如何在降焦的同时保证香烟有足够的香气浓度，是烟草业走向低焦时代面临的挑战。尽管工业措施降焦效果明显，但降焦的同时会导致烟叶中其他质量指标下降，在应用效果方面存在一定的缺陷［６］。研究表明，焦油释放量与烟叶燃烧速率呈极显著负相关关系，与化学成分中的Ｋ２Ｏ含量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈显著正相关关系［７］。因此，烤烟烟叶化学成分与焦油释放量密切相关，烟气中焦油释放量在很大程度上取决于烟叶原料［８］。本研究在２０１４、２０１５年对江西烤烟主产烟区烟叶的焦油释放量及化学成分进行检测，分析焦油释放量与内在化学成分指标的关系，以期为降低烟叶原料中的焦油含量提供理论依据。
１材料与方法
１．１供试材料
根据江西省各县（市）烤烟种植规模，分别于２０１４、２０１５年取Ｂ２Ｆ（上橘二）、Ｃ３Ｆ（中橘三）和Ｘ２Ｆ（下橘二）３个等级烟叶样品，经鉴定，烟叶外观质量满足等级要求且数量满足卷制样品需要，样品数分别为２０１４年Ｂ２Ｆ３８个、Ｃ３Ｆ３５个、Ｘ２Ｆ３７个，２０１５年Ｂ２Ｆ５６个、Ｃ３Ｆ５４个、Ｘ２Ｆ６０个。
１．２烟叶卷制
由山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂卷制，辅材为泰山华贵。
１．３烟叶化学成分测定
烟叶化学成分的测定由农业部烟草制品检验检测中心完成，焦油释放量的检测由山东中烟工业有限责任公司技术中心完成。根据ＹＣ／Ｔ１５６—２００１《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》、ＹＣ／Ｔ１５７—２００１《卷烟总粒相物中水分的测定气相色谱法》测定烟气中的烟碱、水分含量，计算焦油释放量；根据ＹＣ／Ｔ３４７—２０１０《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》测定烟叶化学成分指标中的纤维素含量，采用连续流动分析法测定烟叶化学成分指标中的总糖、还原糖、总氮、Ｋ２Ｏ、氯含量［９］。１．４数据处理与分析采用ＤＰＳ进行数据整理以及主成分、偏相关分析和回归分析。
２结果与分析
２．１不同年份江西主要烟叶化学成分差异分析
从表１可以看出，Ｃ３Ｆ烟叶中的总糖、还原糖、烟碱、总氮含量以及含钾量、含氯量在２０１４年（３５个样品）和２０１５年（５４个样品）年度间方差分析未达到显著差异水平，在平均值差异检验（ｔ检验）中除总氮含量达到显著差异水平外，其他指标皆未达到显著差异水平，说明２０１４、２０１５年烟叶主要化学成分年度间变化不大。通过对烟叶中总糖含量（Ｘ１）、烟碱含量（Ｘ２）、总氮含量（Ｘ３）、含钾量（Ｘ４）、含氯量（Ｘ５）、纤维素含量（Ｘ６）和还原糖含量等７个指标与烟叶焦油释放量关系的共线性检验得出，３个烟叶等级还原糖、总糖的膨胀系数基本大于１０，说明还原糖含量与总糖含量具有高度相关性，不是独立因素。通过删除还原糖因子再进行共线性检验，膨胀系数皆小于６，说明这６个因子具有独立性。
２．２６种烟叶化学成分与焦油释放量的相关分析
由表１可知，２０１４、２０１５年年度间烟叶主要化学成分差异不显著，因此只分析２０１５年烟叶化学成分因子与烟叶焦油释放量的相关性，结果见表２。Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ等级烟叶的总糖含量与烟碱含量、总氮含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量呈极显著正相关关系；Ｂ２Ｆ烟叶的总糖含量与纤维素含量呈极显著负相关关系；Ｃ３Ｆ烟叶的烟碱含量与含钾量呈极显著负相关关系；Ｘ２Ｆ烟叶总糖含量与含钾量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈负相关关系，与总氮含量呈极显著负相关关系。Ｘ２Ｆ烟叶纤维素含量与总糖含量呈极显著负相关关系，与总氮含量、含钾量呈极显著正相关关系。Ｂ２Ｆ烟叶焦油释放量与烟碱含量达极显著正相关水平，与总氮含量达显著正相关水平，与烟叶含钾量呈显著负相关关系；Ｃ３Ｆ烟叶焦油释放量与总糖含量、含钾量呈显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著正相关关系；Ｘ２Ｆ烟叶焦油释放量与烟碱含量呈极显著正相关关系，与含钾量、纤维素含量呈极显著负相关关系。从简单相关系数来看，烟碱含量、总氮含量、纤维素含量、含钾量、总糖含量对焦油释放量均有影响，但不同部位表现不一致。
２．３不同部位６种烟叶化学成分对焦油释放量影响的主成分分析
为探讨烟叶化学成分因子对烟叶焦油释放量的影响差异，进行主成分分析，结果（表３）显示，Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶表现基本一致，前３个主成分的累积贡献率已经包含了６个变量约７８％的信息，第１主成分因子特征值分别为２．４７和２．４０，其贡献率分别为４０．１０％和４０．００％，在对应特征向量中，总氮、总糖、烟碱含量较大且绝对值相近。由于Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶的总糖含量与总氮含量、烟碱含量呈极显著负相关关系，总氮含量与烟碱含量呈极显著正相关关系，且受栽培因素影响最大的是烟碱含量，因此Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶第１主成分为烟碱因子。Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶第２主成分因子的特征值分别为１２０和１．３２，其贡献率分别为２０．１０％和２１．９０％。Ｂ２Ｆ烟叶对应特征量以纤维素含量（０．６６）最大，含钾量次之；Ｃ３Ｆ烟叶以含钾量最大，纤维素含量次之，钾是易受栽培技术影响的因子，因此Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶的第２主成分为钾因子，是有益烟叶燃烧的因子。Ｂ２Ｆ和Ｃ３Ｆ烟叶第３主成分的特征值皆为１．００，贡献率分别为１６．７０％和１６．６０％，对应特征向量中以含氯量为最高，是不利于烟叶燃烧因子，因此第３主成分为氯因子。Ｘ２Ｆ烟叶前２个主成分中包括了６个变量７３．２０％的信息，第１主成分因子特征值为２．６１，其贡献率为４３５０％，对应特征向量中，总糖含量（－０．５５９０）最大，纤维素含量（０．５５７０）次之，因此第１主成分为碳素因子；第２主成分的特征向量以烟碱（－０．６６００）最大，因此第２主成分为烟碱因子。Ｘ２Ｆ、Ｂ２Ｆ、Ｃ３Ｆ烟叶烟碱含量特征向量的正负表现不一致，可能与下部烟碱含量较低有很大关系。Ｘ２Ｆ烟叶等级烟碱含量平均仅为１．６０％，远低于Ｂ２Ｆ（３．６０％）和Ｃ３Ｆ（２．６０％），这可能是由于江西烟株生长前期阴雨天气较多、温度偏低，从而导致下部烟叶烟碱含量较低、糖分含量偏高。另外下部烟叶含钾量较高，平均达到４．２０％，钾含量几乎达到烟叶含钾量的极致，统计数据中钾含量对焦油释放量的影响较弱，从而钾含量未能进入主成分。
２．４不同部位６种烟叶化学成分与焦油释放量的相关分析
为了准确确定烟叶化学成分与焦油释放量的关系，进行偏相关和逐步回归分析。从表４可以看出，Ｂ２Ｆ样品在偏相关分析中，其他因素一定时，烟叶焦油释放量与烟叶含钾量呈极显著负相关关系，与烟碱含量呈极显著显著正相关关系；Ｃ３Ｆ样品焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈负相关；Ｘ２Ｆ烟叶焦油释放量与烟碱含量呈显著正相关关系，与含钾量呈极显著负相关关系。说明Ｂ２Ｆ、Ｃ３Ｆ、Ｘ２Ｆ烟叶化学成分与焦油释放量有着密切关系。为明确各烟叶化学成分对烟叶焦油释放量线性效应的显著性，准确描述焦油释放量对于烟叶化学成分的依赖关系，经过几次因子的剔除，建立焦油释放量的最优线性回归方程。Ｂ２Ｆ：Ｙ＝１１．４１１＋１．１３９Ｘ２－１．４８７Ｘ４＋０．３７４Ｘ６，多元相表４烟叶化学成分与焦油释放量的偏相关统计烟叶等级相关关系偏相关系数ｔ检验值Ｐ值Ｂ２Ｆｒ（ｙ，Ｘ２）０．４６７９３．８１８２０．０００４ｒ（ｙ，Ｘ４）－０．３５０６２．６９９９０．００９３ｒ（ｙ，Ｘ６）０．２３０２１．７０６００．０９３９Ｃ３Ｆｒ（ｙ，Ｘ２）０．３０５５２．２９１５０．０２６ｒ（ｙ，Ｘ４）－０．２４４９１．８０３６０．０７７１Ｘ２Ｆｒ（ｙ，Ｘ２）０．３２５９２．５５６６０．０１３３ｒ（ｙ，Ｘ４）－０．３８８０３．１２２００．００２８ｒ（ｙ，Ｘ５）０．２４７７１．８９６２０．０６３１ｒ（ｙ，Ｘ６）－０．２０２４１．５３２９０．１３０９关系数为０．５８８９，Ｆ值＝９．２０３［ＤＦ（自由度）（３，５２）］；Ｃ３Ｆ：Ｙ＝１３．７９７＋１．２７２Ｘ２－１．４７７Ｘ４，多元相关系数为０．４５５９，Ｆ值＝６．６９［ＤＦ（２，５１）］；Ｘ２Ｆ：Ｙ＝１４．３１６＋０．８３８Ｘ２－０．８９３Ｘ４＋０．５８８Ｘ５－０．２２９Ｘ６，多元相关系数为０．６４０５，Ｆ值＝９．５６４［ＤＦ（４，５５）］。从回归方程来看，Ｂ２Ｆ烟叶烟碱含量、含钾量和纤维素含量与烟叶焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为０．３４７０，说明３４．７０％烟叶焦油释放量由烟碱、Ｋ２Ｏ和纤维素等３个化学成分的含量决定。Ｃ３Ｆ烟叶烟碱含量和含钾量与烟叶焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为０．２０８０，说明２０．８０％烟叶焦油释放量由烟碱、Ｋ２Ｏ等２个化学成分决定。Ｘ２Ｆ烟叶烟碱、钾、氯、纤维素含量与焦油释放量存在极显著线性关系，多元决定系数为０．４１０２，说明４１．０２％烟叶焦油释放量由烟叶烟碱、钾、氯、纤维素等４个化学成分决定。从以上分析可知，３个等级烟叶焦油释放量均与烟叶烟碱、钾含量有关，上部叶、下部叶焦油释放量均与纤维素含量有关，含氯量只与下部烟叶焦油释放量有关。决定系数以下部烟叶最大，上部烟叶次之，中部烟叶最小。
２．５不同部位６种烟叶化学成分对焦油释放量的通径分析
为估量各化学成分对焦油释放量的相对贡献，进行通径分析。从表５可以看出，Ｂ２Ｆ决定烟叶焦油释放量变异的３个构成因素的直接通径系数绝对值的大小依次为烟碱含量＞含钾量＞纤维素含量；Ｃ３Ｆ决定烟叶焦油释放量变异的２个因素直接通径系数绝对值以烟碱含量较大，含钾量较小；Ｘ２Ｆ决定烟叶焦油释放量变异的４个因素直接通径系数绝对值以含钾量为最大，烟碱含量次之，之后依次为含氯量和纤维素含量。在直接通径系数中，综合３个等级各化学成分含量对烟叶焦油释放量的影响，烟碱含量和含氯量皆具有正效应，含钾量具有负效应。在各间接通径系数中，烟碱含量通过含钾量对焦油释放量起正效应作用，含钾量通过烟碱含量间接起负效应作用，含氯量通过烟碱、钾、纤维素含量起负效应作用。纤维素含量对上部叶的焦油释放量具有正效应作用，对下部叶具有负效应作用，纤维素含量在不同部位对焦油释放量的作用不一致，通过其他因子的间接作用也复杂，其作用机制还有待进一步研究。通过通经分析可知，提高烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。表明从烟叶化学成分的角度来看，要降低烟叶焦油释放量必须着重于降低烟叶烟碱、纤维素含量，提高烟叶含钾量。
３讨论
江西烟叶含钾量是我国较高的省份之一，但提高烟叶含钾量仍能有效降低烟叶焦油释放量，尤其是中部、上部烟叶［１０］。提高江西烟叶含钾量的措施包括：（１）增加钾肥施用量；（２）适当后移钾肥施用时间，即增加钾肥后期追肥的比例，可有效提高中、上部烟叶的含钾量，进而达到降焦的目的［１１］。控制烤烟当季及前茬作物肥料中氯离子的施用量，将烟叶氯离子含量控制在０．２０％～０．６０％合理范围内［１２－１４］。烤烟烟叶的烟碱含量偏高和钾含量偏低，可对燃烧性产生明显的负面效应，导致焦油释放量较高［１５］。相关研究表明，焦油量与烟碱含量呈显著正相关关系，与还原糖含量呈显著负相关关系；抽吸口数与总钾含量呈显著负相关关系［１６－２０］；汪修奇等采用通径分析等方法分析表明，烟叶烟碱含量与焦油释放量呈极显著正相关关系，与含钾量呈极显著的负相关关系［２１］；通过本研究得到的直接通径系数可知，烟碱含量和含氯量对烟叶焦油释放量均具有正效应，含钾量具有负效应。本研究结果表明，不同等级烟叶焦油释放量与烟碱含量呈极显著正相关关系，Ｂ２Ｆ、Ｃ３Ｆ、Ｘ２Ｆ烟叶化学成分与焦油释放量有着密切关系。从回归方程来看，Ｂ２Ｆ、Ｃ３Ｆ烟叶烟碱含量、含钾量与烟叶焦油释放量存在极显著的线性关系，说明烟叶焦油释放量主要由烟碱和钾等２个化学成分决定，而Ｘ２Ｆ烟叶焦油释放量主要由烟碱、钾、氯和纤维素决。表明提高烟叶钾含量、降低烟叶烟碱含量和含氯量是农业降焦的重要技术途径。
４结论
江西烟叶化学成分年度间差异不显著，说明烟叶主要化学成分年度间变化不大，基本稳定；综合主成分、偏相关和逐步回归３种统计分析方法的结果可知，从烟叶化学成分角度来看，要降低烟叶焦油释放量必须着重于提高烟叶含钾量、降低烟叶烟碱含量和氯离子含量。
作者：宋文静 彭耀东 石红雁 徐庆凯 胡毅罛 王晓婷 梁洪波 单位：中国农业科学院烟草研究所 中国烟草总公司江西省公司 山东中烟工业公司技术中心
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