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湖南浓香型烟叶不同类型区化学成分比较

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2016-05-05 11:05:00

   摘 要:采集湖南浓香型主产烟区(长沙、郴州、衡阳、邵阳、永州)2011年、2012年、2013年C3F等级样本共计86份,通过主成分分析法,比较了其主要化学成分的差异。结果表明,不同烟区烤烟化学成分指标总氮、烟碱、钾、氯、氮碱比稳定性较强;可溶性总糖、总氮、烟碱、钾、糖碱比、钾氯比相似性较大,差异性不显著。总糖与还原糖、糖碱比、氮碱比、烟碱等的相关性均达到极显著水平,其中烟碱与氮碱比的相关性也达到极显著水平。湖南浓香型烟草第1主成分为糖类指数,第2、第3主成分为燃烧指数和含氮化合物指数。根据综合得分聚为3类:第1类糖类指数相对较高,变异系数小;第2类糖类指数相对中等,变异系数弱变异;第3类糖类指数相对较低,其变异系数中钾氯比达到强变异。 
  关键词:浓香型;化学成分;主成分分析;聚类分析 
  中图分类号:S572 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2016.05.014 
  Comprehensive Evaluation on Chemical Components of Flue-cured Tobacco of Strong Aroma Style Leaf from Different Type Areas in Hunan 
  SUN Min, LI Juan, ZHOU Qingming, LIU Hui, WANG Jianbo, CHEN Jialiang 
  (Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128,China) 
  Abstract: A total of 86 C3F grade flue-cured tobacco leaves samples were collected from major strong aroma style tobacco-growing areas (Changsha, Chenzhou, Hengyang, Shaoyang, Yongzhou) in 2011, 2012 and 2013, its chemical compositions were studied by principal component analysis and cluster analysis methods. The results showed that chemical components of tobacco leaves in tobacco-growing area, such as like total nitrogen, nicotine, potassium, chlorine, nitrogen-nicotine ratio possess a good stability; soluble sugar, total nitrogen, nicotine, potassium, sugar-nicotine ratio, potassium-chlorine ratio showed similar results, with no significant differentiation. The relevance between total sugar and reducing sugar, sugar-nicotine ratio, nitrogen-nicotine ratio, nicotine have reached a significant level, among which nicotine and nitrogen-nicotine ratio reached a significant level too. The first principal component analysis turned out to be carbohydrates index, the second and the third main components indicated the combustion and nitrogen compounds index. The smoke of 25 counties of five cities were divided into three categories, sugar index of Class 1 was relatively high, the coefficient of variation was small; sugar index of Class 2 was relatively moderate, with weak variation coefficient variation; sugar index of Class 3 was relatively low, the coefficient of variation of potassium-chloride ratio was more intense. 
  Key words: strong aroma style; chemical components; principal component analysis; cluster analysis 
  湖南浓香型烟叶是中式卷烟发展的重要组成部分,是卷烟减害降焦的重要原料[1],具有深度开发的重大意义。湖南浓香型烟叶重点产区主要包括长沙市、郴州市、衡阳市、邵阳市、永州市5个区域[2]。烟叶化学成分是决定烟叶质量的内在因素,与烟叶的外观及感官质量关系密切[3-5]。针对湖南各浓香型烟区烟叶化学成分的分析已有较多的报道[6-9],但是把近3年的数据作为一个整体,利用化学成分进行主成分分析得到综合评分来聚类的研究尚未见报道,本研究通过主成分分析及聚类综合评价的方法[10-11]对湖南各个浓香型产烟县进行分类,以期明确不同类型区浓香型烟叶的化学成分特征,为卷烟工业有限公司收购烟叶提供依据。

  1 材料和方法 
  1.1 材 料 
  从2011年至2013年在湖南省典型浓香型烟叶产区(郴州市、永州市、衡阳市、长沙市、邵阳市)25个产烟县共采集C3F等级烤烟样品86个(样品信息见表1)。在每个产区选定5户,由产烟县烟草公司按照《烤烟》GB/T 2635—92分级标准选取能代表当地特色的C3F 5 kg样品。品种为各产烟县的主栽品种,主要为K326和云烟87。 
  1.2 化学成分测定方法 
  测定的化学成分指标主要包括可溶性总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯、淀粉、钾、糖碱比、氮碱比、钾氯比9项,其中前5项的测定采用SKALAR间隔流动分析仪,钾元素的含量采用火焰分光光度计法测定。糖碱比指总糖含量与烟碱含量的比值,氮碱比指总氮含量与烟碱含量的比值,钾氯比指钾含量与氯含量的比值。 
  1.3 数据处理 
  采用SPSS22.0软件对数据进行描述性统计分析、简单相关分析、主成分分析和聚类分析。 
  2 结果与分析 
  2.1 烟叶主要化学成分含量 
  不同类型区化学成分的统计分析表明(表2),不同产烟区烤烟化学成分指标可溶性总糖、总氮、烟碱、钾、糖碱比、钾氯比的均值未达到显著性差异。邵阳和永州烟区仅在还原糖上存在极显著差异,其它指标差异不显著。氯含量以长沙烟区最高,淀粉含量以郴州烟区最低。除了衡阳烟区钾氯比的变异系数(50.74%)达到中等变异以外,其他化学成分的变异系数处于低等变异或弱变异,其中总氮、烟碱、钾、氯、氮碱比的变异系数均小于1%,说明湖南浓香型烟区化学成分的质量均衡性和稳定性较好。 
  2.2 不同类型区烟叶化学成分的主成分分析及聚类分析 
  2.2.1 主成分分析 主成分分析采取了一种降维的方法,找出几个综合因子来代表原来众多的变量,使这些综合因子尽可能地反映原来变量的信息量,其中就包括各变量间的相关系数(表3)、主成分评分及贡献分(表4)、主成分特征向量(表5)等。 
  从化学成分各指标间的简单相关系数分析来看,总糖、还原糖、糖碱比及烟碱、糖碱比、氮碱比两两间相关分析均达到极显著水平,其中:总糖与氮碱比、还原糖与烟碱也达到极显著水平;钾与钾氯比、氮碱比、总氮达极显著水平;氯与总氮,淀粉与总氮和钾有低度显著相关,相关系数绝对值低于0.3。 
  不同类型区烤烟烟叶样品化学成分的主成分分析结果见表6。以特征根大于1,各化学成分评分大于0.2为标准,每种类型区选出3个主成分。5个类型区均是湖南浓香型的典型产区,提取的化学成分的主成分有很大的相似性。长沙市、郴州市、衡阳市、邵阳市、永州市提取主成分的累积贡献率分别为92.95%,75.69%,84.99%,88.20%,77.48%,85.21%。 
  主成分分析,长沙、郴州、衡阳、永州与全省浓香型总化学成分的第1主成分相同,以糖类物质为主,命名为糖类指数,贡献率分别为43.35%,49.10%,39.48%,44.26%,而邵阳市的钾氯比代替了糖碱比进入第1主成分,究其原因可能是邵阳市的糖碱比和其他4市相比较低。 
  全省浓香型总化学成分主成分分析的第二主成分包括钾、总氮、氮碱比,命名为矿质元素与含氮化合物,单独贡献率为20.17%;第三主成分为氯、钾氯比,因其与烟草燃烧性有关,故命名为燃烧指数。对比各类型区可以发现,第二、第三主成分间存在较多的分叉,除了永州市淀粉进入第二主成分外,第二、三主成分主要包括氯、钾、总氮、氮碱比、钾氯比,是燃烧指数与含氮化合物指数间的不同组合。 
  总的来说,湖南浓香型第一主成分为糖类指数,第二、第三主成分为燃烧指数和含氮化合物指数。3个主成分中单独贡献率最大的是糖类指数,达40%左右,燃烧指数和含氮化合物指数贡献率相加达40%左右。 
  2.2.2 聚类分析 表5列出湖南省总类型区3个主成分的特征向量,建立质量评价模型,通过回归计算得出主成分得分,主成分得分函数表示为: 
  fac1=0.202X1+0.237X2-0.189X3-0.237X4-0.028X5+0.016X6+0.011X7+0.256X8+0.160X9-0.026X10; 
  fac2=-0.011X1-0.18X2+0.33X3-0.046X4+0.369X5+0.113X6-0.311X7+0.025X8+0.240X9+0.172X10; 
  fac3=-0.132X1+0.131X2+0.181X3-0.035X4-0.074X5+0.506X6-0.021X7-0.018X8+0.175X9-0.435X10。 
  根据3个主成分的贡献率生成函数:F(综合得分)=0.551fac1+0.243fac2+ 0.207fac3。以主成分的综合得分作为评价新指标,将长沙市、郴州市、衡阳市、邵阳市、永州市各个产烟县样品的化学成分原始数据标准化处理后,代入F综合评分函数,求出综合评分。 
  将湖南省5个典型浓香型产区25个产烟县化学成分的综合得分进行系统聚类分析(图1),聚类方法为质心聚类法,聚类距离选择欧式距离,划为3类(表6)。第Ⅰ类主要特征:综合得分6.71~6.98,各产烟县糖类指数相对较高,变异系数小,氮和淀粉低于最适标准,主要分布在湘南烟区蓝山、宁远、安仁、嘉禾、桂阳、新田。第Ⅱ类主要特征:综合得分5.36~6.38,糖类指数相对中等,变异系数弱变异,钾含量相对较低,主要分布在临武、新宁、北湖、衡南、永兴、隆回、宜章、江永、邵阳、道县、祁东、耒阳、浏阳、常宁、宁乡、江华;第Ⅲ 类主要特征:综合得分4.04~4.82,糖类指数相对较低,钾、淀粉含量较高,变异系数钾氯比达到强变异,主要分布在衡阳、苏仙、东安。 
  3 结 论 
  (1)根据中国烟草种植区划中烤烟化学指标赋值方法,发现湖南浓香型重点产烟区烟叶化学成分各指标除总氮偏低,糖类含量偏高外,均达到最适范围。郴州市桂阳县烟叶的浓香型较显著,香韵以焦甜香与焦香为主,由此推断,浓香型风格的形成与糖类指数偏高有很大的相关性,且湖南近3年平均气温呈上升趋势,而气候是影响湖南烤烟感官甜润度的主要因子。

  (2)对湖南浓香型各产烟市和全省浓香型进行主成分分析,第1主成分大部分为糖类指数,第2、第3主成分为燃烧指数和含氮化合物指数。这三大指数为湖南浓香型烟叶产区的贡献率累计达到80%以上。其中糖类物质在浓香型产区化学成分指标中起重要作用,而第2、第3主成分是浓香型产区化学指标间产生差异的主要因素。 
  (3)以3个主成分因子建立数学模型,把湖南25个产烟县聚为3类进行比较,3类综合得分差异较小,这也表明湖南浓香型产区生态环境条件大致相似,这更有利于目前卷烟企业在中式卷烟大品牌开发中选择使用原料的规模保证。第3类产烟县为2013年新增浓香型项目检测样品,与第1类桂阳、蓝山、宁远、安仁、嘉禾、新田等浓香型传统区还有些许差距,今后要深入推进浓香型的特色优质烟叶开发,提高浓香型烟叶化学成分的协调性和工业可用性。 
  参考文献: 
  [1] 肖春生,肖汉乾,陈江华.浓香型烟叶开发及其在低焦油卷烟中的应用[J].中国烟草学报,2013,19(5):28-32. 
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  [3] 范杰.安徽省主产烟区烤烟外观质量与主要化学成分分析[D].北京:中国农业科学院,2012. 
  [4] 李东亮,许自成,陈景云.烤烟主要物理性状与化学成分的典型相关分析[J].河南农业大学学报,2007,41(5):492-497. 
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  [7]邓小华,周冀衡,李晓忠,等.湘南烟区烤烟常规化学指标的对比分析[J].烟草科技,2006(9):22-26. 
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  [11]叶协锋,魏跃伟,杨字熙,等.基于主成分分析和聚类分析的烤烟质量评价模型构建[J].农业系统科学与综合研究,2009,25(3):268-271, 276.


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