李青常，林北森，劉利平，羅安娜，楊國濤，蔡 斌，高華軍，葉長文，呂洪坤*

1. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

2. 中國煙草總公司海南省公司，?？谑屑t城湖路256 號(hào) 571199

3. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，湖北省宜昌市夷陵區(qū)黃金路46 號(hào) 443100

4. 國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)翠竹街6 號(hào) 450001

雪茄煙是煙草制品中重要的產(chǎn)品品類之一，與傳統(tǒng)卷煙相比雪茄煙產(chǎn)品品質(zhì)更依賴于雪茄煙葉的品質(zhì)。在煙葉分級過程中對外觀品質(zhì)的依賴性更大，而外觀品質(zhì)指標(biāo)在評價(jià)過程中受主觀因素影響較大，且數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，不便于統(tǒng)計(jì)分析，因此采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析煙葉化學(xué)成分和煙葉品質(zhì)間的相互關(guān)系已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一［1］。李東亮等［2］通過灰色優(yōu)勢分析發(fā)現(xiàn)了煙草化學(xué)成分與感官品質(zhì)間關(guān)系最密切的化學(xué)成分指標(biāo)。張光輝等［3］利用主成分分析方法對煙葉品質(zhì)的一致性進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果與感官評價(jià)結(jié)果一致。馬京民等［4］采用主成分分析和聚類分析方法對烤煙煙葉樣品進(jìn)行分析，提出用于品質(zhì)評價(jià)的主要化學(xué)成分指標(biāo)。禇旭等［5］利用3 種賦權(quán)法研究了云南烤煙化學(xué)成分與香氣成分的關(guān)系，結(jié)果表明權(quán)重系數(shù)最大的是糖堿比，最小的是氯含量。杜文等［6］研究認(rèn)為，烤煙化學(xué)成分如煙堿、糖、鉀含量及糖堿比、氯堿比等的變化可反映煙葉品質(zhì)的差異。王俊等［7］通過典型相關(guān)分析研究了烤煙化學(xué)成分與外觀品質(zhì)、感官品質(zhì)的關(guān)系，認(rèn)為與煙葉化學(xué)成分關(guān)系密切的外觀品質(zhì)指標(biāo)是部位和葉片結(jié)構(gòu)，對感官品質(zhì)影響大的外觀品質(zhì)指標(biāo)是成熟度和顏色；化學(xué)成分中總植物堿和總氮與煙葉部位呈顯著正相關(guān)，與葉片結(jié)構(gòu)呈顯著負(fù)相關(guān)，煙葉感官品質(zhì)與外觀品質(zhì)指標(biāo)中的成熟度和顏色呈顯著正相關(guān)。Beljo 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，烤煙中煙堿含量與葉位和顏色相關(guān)性達(dá)到顯著水平。楊超等［9］研究了卷煙葉組化學(xué)成分與感官品質(zhì)的關(guān)系，并將化學(xué)成分指標(biāo)的變化應(yīng)用于卷煙配方調(diào)整。趙瑞等［10］分析了雪茄煙葉化學(xué)成分與感官品質(zhì)的關(guān)系，認(rèn)為雪茄煙葉中還原糖含量、糖堿比、堿氮比、兩糖比對感官品質(zhì)影響較大。陳偉等［11］分析了不同部位煙葉化學(xué)成分含量，認(rèn)為南方煙區(qū)生產(chǎn)的煙葉化學(xué)成分含量的部位特征較明顯，北方煙區(qū)則不太明顯。Court等［12］研究發(fā)現(xiàn)，烤煙煙葉等級和部位對煙葉化學(xué)成分含量的影響最大，?avlek 等［13］對白肋煙的研究也發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)果。Ogilvie 等［14］對雪茄煙葉品種進(jìn)行評價(jià)時(shí)，將雪茄煙葉部位和身份特征指標(biāo)作為煙葉分級的主要依據(jù)。

聚類分析是依據(jù)某種或某些特性對目標(biāo)群體進(jìn)行分類的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，在社會(huì)調(diào)查和科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用。近年來在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的分等、分級及煙葉品質(zhì)評價(jià)中也被廣泛應(yīng)用，如朱麟等［15］在水蜜桃分級、房少梅等［16］在葡萄酒分級研究中應(yīng)用了聚類分析方法。王放等［17］利用煙葉中化學(xué)成分指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，提出了廣西壯族自治區(qū)的煙葉生產(chǎn)區(qū)劃，并進(jìn)行了煙葉品質(zhì)評價(jià)?？梢?，統(tǒng)計(jì)分析方法在農(nóng)產(chǎn)品和烤煙品質(zhì)評價(jià)中應(yīng)用廣泛且取得了較好效果，但在雪茄煙葉分級、不同等級雪茄煙葉中化學(xué)成分含量的差異研究方面則鮮見報(bào)道。為此，對不同采收時(shí)期雪茄煙葉中的化學(xué)成分含量進(jìn)行測定，并采用時(shí)間序列相似性度量及聚類分析方法［18-19］，分析不同采收時(shí)期雪茄煙葉的化學(xué)成分差異及對煙葉分級的影響，旨在為研究制定雪茄煙葉分級標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)設(shè)置在海南儋州煙草試驗(yàn)基地，土壤類型為壤土。供試品種為巴西3 號(hào)，種子由?？谘┣蜒芯克峁?。煙草移栽期為1月5日—8日。在煙葉進(jìn)入成熟期后根據(jù)葉片成熟狀況逐次采收、調(diào)制。調(diào)制完成后借鑒國家標(biāo)準(zhǔn)GB2635—1992［20］中對烤煙外觀品質(zhì)的定義，對雪茄煙葉外觀品質(zhì)進(jìn)行分級，包括身份（薄、稍薄、中等、稍厚、厚）、油分（富有、有、稍有、少）和組織結(jié)構(gòu)（疏松、尚疏松、稍密、松），為區(qū)別下部煙葉與中上部煙葉的組織結(jié)構(gòu)，用“松”定義雪茄煙下部煙葉干物質(zhì)積累較少的煙葉葉片結(jié)構(gòu)，共獲得29 個(gè)煙葉樣品。雪茄煙葉分級由國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心組織3名專業(yè)煙葉分級技術(shù)人員進(jìn)行。煙葉樣品外觀品質(zhì)見表1。

表1 不同采收時(shí)期煙葉外觀品質(zhì)Tab.1 Appearance quality of tobacco leaves harvested at different time

1.2 分析方法

對分級后的煙葉進(jìn)行化學(xué)成分分析，采用標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T 468—2013［21］測定總植物堿含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；采用YC/T 217—2007［22］測定鉀含量；采用YC/T 162—2011［23］測定氯含量；采用YC/T 159—2019［24］測定總糖和還原糖含量。樣品測試兩次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用MINITAB 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，用Euclidean距離平方和平均法進(jìn)行觀測值的聚類分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙葉化學(xué)成分與采收時(shí)期的相關(guān)性分析

對5 個(gè)化學(xué)成分指標(biāo)和采收時(shí)期進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表2）顯示，總植物堿和鉀含量與采收時(shí)期的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.872**和-0.915**，而糖含量與采收時(shí)期的相關(guān)性不顯著。總植物堿與鉀含量之間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.795**。依據(jù)采收時(shí)期與煙葉中主要化學(xué)成分含量的相關(guān)關(guān)系，選擇總植物堿和鉀含量作為聚類因子對不同采收時(shí)期的雪茄煙葉化學(xué)成分進(jìn)行聚類分析。

表2 采收時(shí)期與主要化學(xué)成分間的相關(guān)性Tab.2 Correlations between harvest time and major chemical components

2.2 不同采收時(shí)期雪茄煙葉的聚類分析

用總植物堿與鉀含量作為聚類因子對不同采收時(shí)期雪茄煙葉進(jìn)行聚類分析，得到不同聚類分組的聚類距離和相似性。如圖1所示，隨著聚類點(diǎn)群數(shù)量的增加，點(diǎn)群內(nèi)的樣品相似性不斷增加，上升趨勢先快后慢，在聚類點(diǎn)群數(shù)為4個(gè)時(shí)，上升趨勢出現(xiàn)拐點(diǎn)并逐漸平穩(wěn)，在聚類點(diǎn)群數(shù)為5 個(gè)時(shí)相似性達(dá)95.1%。點(diǎn)群之間距離水平與聚類點(diǎn)群數(shù)的趨勢相反，隨著聚類點(diǎn)群數(shù)的增加點(diǎn)群之間距離不斷降低，在聚類點(diǎn)數(shù)為4個(gè)時(shí)，下降趨勢出現(xiàn)拐點(diǎn)，曲線變得平緩，結(jié)果見圖2。

圖1 聚類點(diǎn)群數(shù)與相似性水平散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram of number of cluster groups and similarity level

圖2 聚類點(diǎn)群數(shù)與距離水平散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of number of cluster groups and distance

由圖1和圖2可見，在趨勢的拐點(diǎn)處聚類點(diǎn)群數(shù)為4～6個(gè)，以聚類點(diǎn)群數(shù)4、5、6分別進(jìn)行聚類分析，得到不同聚類分組的聚類質(zhì)心。圖3表明，當(dāng)聚類點(diǎn)群數(shù)為4個(gè)時(shí)，聚類分組之間的質(zhì)心距離非常分散，但第1、2組及2、3組之間的距離過大；當(dāng)聚類點(diǎn)群數(shù)為5個(gè)時(shí)，各組之間質(zhì)心距離較為平均，質(zhì)心分布均勻；當(dāng)聚類點(diǎn)群數(shù)為6 個(gè)時(shí)，聚類分組3、4 之間距離過小，說明這兩組樣品中總植物堿和鉀含量差異較小。綜合聚類分組的距離水平和相似性水平，及聚類后質(zhì)心的分布情況，以總植物堿和鉀含量作為聚類因子對不同時(shí)期煙葉品質(zhì)進(jìn)行聚類，當(dāng)聚類點(diǎn)群數(shù)為5 個(gè)時(shí)，聚類距離、質(zhì)心分布及相似性均較高。考慮煙葉采收時(shí)期與部位的關(guān)系，雪茄煙葉以部位分組是合理的。

圖3 聚類點(diǎn)群數(shù)為4、5、6的質(zhì)心距離分布Fig.3 Centroid distance distribution at cluster group number of 4, 5 and 6

用總植物堿、總糖、還原糖、鉀和氯5項(xiàng)化學(xué)成分指標(biāo)對聚類分析結(jié)果進(jìn)行判別檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。從表3中可看出，只有第1組中1個(gè)樣品出現(xiàn)聚類不準(zhǔn)確，表明聚類分組的可靠性較高。

表3 判別分析檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of discriminant analysis inspection

2.3 聚類后煙葉品質(zhì)分布

以聚類點(diǎn)群數(shù)5進(jìn)行觀測值聚類，聚類分組結(jié)果顯示聚類分組與采收時(shí)期保持較高的一致性，相近日期進(jìn)入同一組中，只有部分樣品出現(xiàn)跨組現(xiàn)象，樣品分組情況見表1。其中4月8日的樣品，進(jìn)入了第2組，4月13日的5個(gè)樣品中有2個(gè)進(jìn)入了第1組，另外3個(gè)進(jìn)入了第2組；4月21日有2個(gè)樣品和5月1日的1 個(gè)樣品共同組成了第5 組，見圖4。根據(jù)雪茄煙葉采收時(shí)期與葉位的關(guān)系，4 月13 日和4 月21 日采收的煙葉樣品可能出現(xiàn)下二棚和上二棚部位的煙葉，說明在煙葉分級中這兩個(gè)部位的煙葉容易出現(xiàn)部位分組界限不清的問題。

圖4 聚類點(diǎn)群5的聚類樹狀圖Fig.4 Clustering tree of cluster group 5

圖5顯示了總植物堿、鉀與身份在5個(gè)點(diǎn)群中分布均勻，點(diǎn)群之間距離明顯?？傊参飰A含量呈逐漸上升的趨勢，而鉀含量則相反，這與相關(guān)分析的結(jié)果一致。圖5還顯示出不同采收時(shí)期的雪茄煙葉聚類分組與煙葉身份的關(guān)系較為密切，隨著采收時(shí)期的推延，雪茄煙葉部位上升，分組中煙葉身份也逐漸增厚。第1分組煙葉基本上以薄和稍薄為主；第2分組只有稍?。坏?分組樣品數(shù)量較多，樣品身份以中等為主，只有1 個(gè)是稍厚；第4 分組樣品數(shù)量也較多，以稍厚為主，只有 1 個(gè)中等；第 5 分組有 3 個(gè)樣品，2 個(gè)身份為厚，1個(gè)稍厚。表明雪茄煙葉的身份與煙葉中總植物堿含量和鉀含量關(guān)系密切，是雪茄煙葉分級中重要的外觀品質(zhì)指標(biāo)，這與Ogilvie等［14］的研究結(jié)果一致。

圖5 總植物堿、鉀與身份指標(biāo)在聚類點(diǎn)群中的分布Fig.5 Distributions of indexes of total alkaloids, potassium and body in cluster groups

總糖、還原糖、兩糖差和氯在聚類群組中的分布見圖6。從圖6中可以看出，糖含量在各個(gè)組中的分布離散性較強(qiáng)，且總糖、還原糖和兩糖差都表現(xiàn)出相同的特征；氯含量在各組中的分布則規(guī)律不明顯?？偺呛亢蛢商遣钤诮M內(nèi)分布有較明顯的差異，說明在部位分組后，糖含量可作為組內(nèi)分級的依據(jù)?？緹熤邢嚓P(guān)研究表明，煙葉糖含量或糖堿比與烤煙品質(zhì)尤其是感官品質(zhì)間存在明顯的相關(guān)性［6，9］，而趙瑞等［10］對雪茄煙葉的研究也表明，糖含量與雪茄煙葉香氣、雜氣、刺激性和余味等呈顯著正相關(guān)，但本研究中沒有發(fā)現(xiàn)雪茄煙葉中糖含量與煙葉的外觀品質(zhì)指標(biāo)如身份、葉片結(jié)構(gòu)和油分之間存在的相關(guān)關(guān)系，還有待進(jìn)一步的研究。

圖6 總糖、還原糖、兩糖差和氯在聚類點(diǎn)群中的分布Fig.6 Distribution of total sugar, reducing sugar, disaccharide and chlorine in cluster groups

4 結(jié)論

巴西3 號(hào)雪茄煙葉化學(xué)成分中總植物堿和鉀含量與采收時(shí)期存在極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.872**和-0.915**。以總植物堿和鉀含量作為聚類因子，對不同采收時(shí)期的雪茄煙葉進(jìn)行聚類分析，當(dāng)聚類點(diǎn)群數(shù)為5個(gè)時(shí)，聚類點(diǎn)群之間距離、質(zhì)心分布和聚類相似性水平均較高，用化學(xué)成分指標(biāo)進(jìn)行判別分析也證實(shí)了聚類分組的可靠性?？傊参飰A和鉀含量可作為表征不同采收時(shí)期或不同部位雪茄煙葉品質(zhì)差異的重要參考指標(biāo)。

根據(jù)采收時(shí)期與煙葉部位的關(guān)系，巴西3號(hào)雪茄煙葉聚類點(diǎn)群數(shù)為5個(gè)時(shí)對應(yīng)雪茄煙葉部位分組較為合理，聚類后在各組煙葉中總植物堿含量呈明顯逐漸上升的趨勢，而鉀含量則相反，糖含量在各個(gè)聚類點(diǎn)群中的分布離散性較強(qiáng)，氯含量在各組中的分布規(guī)律不明顯。巴西3號(hào)雪茄煙葉聚類分組后總植物堿和鉀含量與煙葉身份的關(guān)系密切，表明身份特征可作為雪茄煙葉分級的重要外觀品質(zhì)指標(biāo)。