基于原烟组配对云产区C3F等级烤烟化学质量差异性分析

基于原烟组配对云产区C3F等级烤烟化学质量差异性分析

董俊敏,葛霓志*,孔燕,尹卫丽,周海云,陈云,罗智峰,杨丽仙

云南烟叶复烤有限责任公司楚雄复烤厂，云南南华，675200

摘要：为研究不同云产区C3F等级烤烟化学质量差异，采用单因素方差分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析对楚雄复烤厂近四年加工云产区C3F等级烟叶化学指标进行差异性比较，结果表明：九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标间存在显著性差异，采用主成分分析对数据进行降维处理，再进行聚类分析，九个产区可分为三类，第一类产区是楚雄，为高糖低碱高氯低钾区；第二类产区有昆明、丽江和大理，为中糖中碱中氯中钾区；第三类产区有临沧、红河、玉溪、曲靖和普洱，为低糖高碱低氯高钾区。研究结果可为复烤企业和卷烟工业组配均匀一致性好、可用性强的原烟配方提供理论依据。

关键词:云产区; C3F; 化学质量指标; 差异性；配方组配

配方打叶是国际上通行的原料供给模式，原烟配方模块就是打破原有国标等级界限，按照卷烟品牌配方的需求，将不同等级、相同或相近风格特征的原烟按一定比例掺配在一起，在打叶复烤过程中经均质化加工后形成一个质量稳定的片烟等级，供卷烟产品配方使用[1]。化学成分是烟叶质量评价的重要部分，烟叶和卷烟中烟气特征都与烟叶的主要化学成分有关，烟草加工企业追求化学成分含量合理且协调的烟叶原料，化学成分的协调性是评价烟叶内在质量重要指标及卷烟配方中主要参考依据[2][3]。不同产区具有不同的生态条件，不同生态条件下烤烟风格也不同[4]，烤烟C3F等级在收购的中部上等烟中占比较高，且卷烟企业对该等级的需求量也较大。因此，本文基于楚雄复烤厂近年来加工的云产区C3F等级烤烟化学指标数据，应用统计方法进行分析，明确各产区原烟C3F化学指标间的差异性并进行分类，为复烤企业和卷烟工业原烟组配提供依据。

1材料与方法

1.1  材料

采用2019-2022年楚雄复烤厂加工的云南九个产区C3F等级原烟的化学指标数据，九个产区分别为：楚雄、大理、红河、昆明、丽江、临沧、普洱、曲靖和玉溪，这九个产区包含了云南烤烟种植的主要地区。化学指标为：总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯和钾含量。

1.2  方法

1.2.1 原烟化学质量指标检测

参照YC/T 159-2019《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》[5]测定总糖和还原糖含量；参照YC/T 160-2021《烟草及烟草制品 总植物碱的测定连续流动（硫氰酸钾）法》[6]测定总植物碱含量；参照YC/T 161-2002《烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》[7]测定总氮含量；参照YC/T 162-2011《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》[8]测定氯含量；参照YC/T 217-2007《烟草及烟草制品 钾的测定 连续流动法》[9]测定钾含量。

1.2.2 数据处理方法 

主要运用Excel、IBM SPSS Statistics 27、R等软件进行数据处理和统计分析。采用R和IBM SPSS Statistics 27进行数据描述性统计分析、方差分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果

2.1 云产区C3F等级烟叶化学质量指标描述

    总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯和钾含量反映烟叶的生理强度、酸碱平衡、燃烧性和成熟度等[10]。优质烤烟化学成分的适宜值范围为：总糖含量20%-26%，还原糖含量18%-22%，氯含量0.3%-0.8%，总氮含量1.5%-2.5%，烟碱含量1.5%-3.5%，钾含量＞2.5%[11]。对九个云产区C3F等级烟叶的化学质量指标进行比较分析，如表1所示。从表中可以看出，红河、临沧、普洱三个产区的总糖含量在优质烤烟化学成分适宜范围，楚雄产区烟叶总糖含量显著高于其他产区；楚雄产区还原糖含量显著高于其他产区，除楚雄和临沧外，其他七个产区还原糖含量在优质烤烟化学成分适宜范围，总糖和还原糖含量主要决定烟气的醇和度[12]；九个产区的烟碱、总氮、氯含量均在优质烤烟化学成分适宜范围，适宜的烟碱含量赋予烟叶舒适的劲头，氯不利于烟叶的燃烧[12]；丽江、临沧、普洱、曲靖四个产区烟叶钾含量＞2.5%，钾会促进烟叶的燃烧[12]。这表明：九个产区C3F等级原烟化学质量整体较优，符合云南烟叶含糖量较高、烟碱和氮适中、钾含量不高的特点[13]，但不同产地间存在差异。

表1 九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标描述

注：小写字母不同表示同一列之间差异显著，P<0.05。

2.2 云产区C3F等级烟叶化学质量指标相关性分析

对九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标进行相关性分析，如图1所示。从图中可以看出，各指标间均存在相关性，其中，存在9组极显著负相关，5组极显著正相关，1组显著负相关，这表明九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标数据在一定程度上有信息的重叠，若直接运用原始数据进行聚类分析将对聚类结果产生一定的影响[14]。

注：蓝色代表正相关，红色代表负相关，颜色越深，相关性越强。

图1 九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标相关性分析

2.3 云产区C3F等级烟叶化学质量指标主成分变换

基于相关性分析结果，采用主成分变换对数据进行降维处理。用KMO检验和Bartlett球形检验对九个云产区C3F等级烟叶的化学质量指标主成分适用性进行统计检验，KMO=0.675＞0.6，满足主成分分析的前提要求，数据通过Bartlett球形检验，说明研究数据适合进行主成分分析。不同云产区C3F等级烟叶化学质量指标因子提取和贡献率如表2所示，可以看出，3个主成分累计贡献率达85.9%，其中，PCA1贡献率为48.8%，主要提取的是总糖、还原糖和总氮三项指标的信息；PCA2贡献率为21.6%，主要提取的是烟碱和钾两项指标的信息；PCA3贡献率为15.5%，主要提取的是氯一项指标的信息。

表2 九个云产区C3F等级烟叶质量指标主成分提取

2.4 云产区C3F等级烟叶化学质量指标聚类分析

对主成分变换后的数据进行聚类分析，聚类结果如图2所示。从图中可以看出，九个云产区的C3F被分成了三类，第一类为楚雄；第二类为昆明、丽江和大理；第三类为临沧、红河、玉溪、曲靖和普洱。

图2 九个云产区烟叶聚类分析结果

    对三类云产区C3F等级烟叶的化学质量指标进行描述性分析，如表3所示。从表中可以看出，第Ⅰ类是高糖低碱高氯低钾区，烟叶特征为总糖含量、还原糖含量、氯含量显著高于其他类产区烟叶，这与范幸龙等[15]得出滇西生态区烟叶总糖、还原糖含量极显著高于滇中且总氮含量极显著低于其他生态区的特点一致；第Ⅱ类是中糖中碱中氯中钾区，烟叶特征为六项化学指标含量均介于第Ⅰ类产区和第Ⅱ类产区之间，处于适中水平；第Ⅲ类是低糖高碱低氯高钾区，烟叶特征为烟碱含量、总氮含量、钾含量显著高于其他类的产区烟叶，高钾低氯有利于提高烟叶的燃烧性能[16]，该类产区烟叶化学指标在优质烟叶适宜值范围内的频率最高。

表3三类云产区C3F等级烟叶质量指标描述

注：小写字母不同表示同一列之间差异显著，P<0.05。

    对三类产区C3F烟叶的糖碱比、氮碱比和钾氯比进行比较分析，如表4所示。糖碱比通常被用作烟气强度和柔和性评价，糖碱比过高，烟劲头小，香气不足，糖碱比过低，刺激性大，辛辣味大[12]，优质烟叶化学成分品质指标糖碱比接近于10，氮碱比接近于1，钾氯比接近于4为佳[17]。在三类产区中，第Ⅲ产区的糖碱比和氮碱比最接近最佳值，第Ⅰ类产区的钾氯比最接近4。三类产区烟叶的糖碱比、钾氯比均高于最佳值，在原烟配方过程中，在保证加工性能等条件的情况下，可考虑与糖碱比、钾氯比较低的烟叶混配。

表4 三类云产区C3F等级烟叶化学质量指标比例比较

    打叶复烤加工原烟组配时，为保证组配烟叶的均匀一致性，同一类产区的烟叶可优先考虑组配或替代加工，更有利于烟叶风格的保持；与此同时，不同产区的烟叶与优质烟叶化学指标的适宜范围值存在不同指标、不同程度的差异，为保证配方产品的可用性，可对不同类别产区的烟叶进行不同比例混配加工。

    由于样本数量有限，本文仅针对楚雄复烤厂近四年加工的九个云产区C3F等级烤烟的化学成分差异性进行研究，为更全面、更客观反映云产区间烟叶化学成分之间的差异，下一步还需对其他产区、部位、等级的烟叶化学成分数据进行统计分析。

3结论

九个云产区C3F等级烟叶化学质量整体较优，但产区间存在显著性差异。相关性分析表明九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标数据在一定程度上有信息的重叠，采用主成分分析法进行数据降维，提取前3个主成分，累计贡献率为85.9%，PCA1主要反映总糖、还原糖和总氮含量的信息；PCA2主要反映烟碱和钾含量的信息；PCA3主要是反映氯含量的信息。对主成分变换后的数据进行聚类分析，九个产区可分成三类，第一类产区是楚雄，为高糖低碱高氯低钾区；第二类产区有昆明、丽江和大理，为中糖中碱中氯中钾区；第三类产区有临沧、红河、玉溪、曲靖和普洱，为低糖高碱低氯高钾区。通过对九个云产区C3F等级烟叶化学质量指标进行差异性分析并进行分类，可为复烤企业和卷烟工业原烟配方组配提供依据。

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第一作者：董俊敏（1987-）男，博士，主要研究方向为打叶复烤加工工艺及控制方法。Email：464539332@qq.com Tel:15912669828
*通讯作者：葛霓志（1987-）男，学士，主要研究方向为打叶复烤加工工艺及控制方法。Email：343877898@qq.com Tel:18787845039