刘旭东，邢云飞，危 跃，罗小红，覃 飚
（1. 湖南省烟草公司怀化市公司麻阳苗族自治县分公司，湖南 怀化 419400；
2. 河南农业大学烟草行业烟草栽培重点实验室，河南 郑州 450002；
3. 湖南省烟草公司怀化市公司，湖南 怀化 418000）
在适宜的环境和栽培技术条件下，品种能够彰显烟叶质量特色，而在不同的生态条件下，相同品种烟叶会表现出不同的质量特点和香型风格[1-3]。因此，在特定烟区引进新品种时，对比评价其烟叶质量具有重要的现实意义。烟叶品质主要从其物理特性、化学成分、感官质量等方面来评价，传统的品比试验往往采用直观分析的方法对这些指标进行一一比较，不可避免会受到主观因素的影响。然而，这些指标之间有着密切的联系[4-7]。因此，将影响烟叶质量的主要指标用统一综合指标衡量，从整体出发更能客观准确地反映品种的优劣。综合评价方法包括模糊数学综合评价法、综合指数法、灰色关联度分析法、DTOPSIS（多目标决策法）等。卢秀萍[8]分别用灰色关联度分析法和多目标决策法对参试品种的产量、品质、抗病性进行了综合评价，得到的评判结果基本相同，且与品种实际表现相符。盛业龙等[9]利用模糊数学隶属函数法对24个烤烟品种的田间抗旱性进行了综合评价，较为全面地评价了各品种的抗旱性。徐秀红等[10]利用综合指数法对5个烤烟新品种的农艺性状、田间自然发病率、经济性状和感官质量进行了综合评价，认为云烟116较适宜在毕节烟区种植。由此可见，综合评价方法在烤烟品种比较中的应用较多，并取得了一定的成效。
目前，国内雪茄烟产业正处于发展的重要时期，许多烟叶产区开始进行雪茄烟的试种。湖南作为我国重要的优质烤烟生产省份之一，其气候资源为烟草提供了良好的生长环境[11]。在湖南烟区引种试种雪茄烟具有一定可行性和生态优势，但目前在该地区引种雪茄烟并对其烟叶质量进行综合评价及用途分析的研究未见报道。基于此，笔者拟利用主成分分析法和聚类分析法对湖南怀化烟区引进的11个雪茄烟烟叶的物理特性、化学成分、感官质量进行综合评价和用途分析，从烟叶质量的角度初步明确各品种烟叶的生产用途，以期为湖南烟区引种试种雪茄烟提供参考。
1.1 材料与仪器
1.1.1 供试材料 供试的11个雪茄烟品种为ND-1、ND-2、ND-3、ND-4、ND-5、古巴二号、古巴七号、哈伯纳斯、印尼一号、CX080和CX081。每个品种取调制后的中部烟叶1 kg，初次发酵30 d后分别测定其物理特性、常规化学成分和感官质量。
1.1.2 主要仪器与设备 电子天平（上海瑶新电子科技有限公司）、BHZ-1型薄片厚度计（石家庄诚信中轻机械设备有限公司）、ZKW-3型薄片抗战强度试验机（济南三泉中石实验仪器有限公司）、SEAL AA3型连续流动化学分析仪（英国希尔公司）、Binder恒温恒湿箱（德国宾得公司）。
1.2 测定指标及方法
1.2.1 物理特性的测定 用薄片厚度计测定叶片厚度，打孔铝盒称重法测定叶质重，用薄片抗张强度试验机测定拉力，称重法测定含梗率、平衡含水率和单叶重。
1.2.2 常规化学成分的测定 采用YC-T 161—2002中的方法测定烟叶总氮含量，采用YC-T 468—2013中的方法测定烟碱含量，采用YC/T 249—2008中的方法测定烟叶蛋白质含量，采用YC-T 159—2019中的方法测定烟叶总糖和还原糖含量，采用YC-T 217—2017和YC-T 162—2011中的方法测定烟叶钾和氯的含量。
1.2.3 感官质量评价 将发酵后的烟叶卷制成长度125 mm、直径10.5 mm的单料烟，在温度18℃、相对湿度70%的Binder恒温恒湿箱中醇化4个月后供评吸使用。感官质量由国家烟草栽培生理生化研究基地聘请雪茄烟厂专业人员对烟支的香气量、香气质、刺激性、杂气、余味、甜润感、燃烧性、灰色进行评价，评价标准如表1所示。
表1 雪茄烟叶感官质量评价标准
1.3 数据分析
采用Excel 2016和SPSS 25.0软件进行数据整理和分析，主成分得分图用Origin 2021b进行绘制。
2.1 不同品种烟叶品质的描述性分析
2.1.1 烟叶的物理特性 由表2可知，不同品种雪茄烟的烟叶物理特性指标存在差异，叶质重的变异系数较大，为48.52%；
其余指标差异较小，变异系数在16.71%～25.83%。其中，单叶重以ND-4、CX080较重，哈伯纳斯最轻；
厚度以古巴七号最厚，为0.12 mm，其他品种差异较小，均在0.05～0.08 mm；
叶质重以古巴二号和古巴七号较重，达100 g/m2以上，ND-2和ND-3较轻，仅21 g/m2左右；
拉力以ND-1表现最好，古巴二号表现最差；
含梗率以古巴二号最高，古巴七号、CX080和CX081的较低；
平衡含水率以ND-4最高，为21.42%，其余品种差异较小，均在11.01%～15.72%范围内。
表2 不同品种雪茄烟的烟叶物理特性
2.1.2 烟叶的化学成分 由表3可知，各品种雪茄烟的烟叶化学成分差异较大，其中，总糖和还原糖的变异系数较大，分别为110.69%和119.07%，差异较大；
总氮和蛋白质的变异系数较小，分别为11.34%和11.89%，差异较小。总糖和还原糖均以ND-4最高，其他品种差异不明显；
烟碱以CX081最高，ND-4最低；
ND-4的钾氯比最高，印尼一号的钾氯比最低；
氮碱比以ND-5和古巴二号较高，CX081最低。
表3 不同品种雪茄烟的烟叶化学成分
2.1.3 烟叶的感官质量 不同品种雪茄烟的烟叶感官评吸结果如表4所示，各雪茄烟品种的烟叶感官质量差异较小，各指标的变异系数均在10%左右。总分排名前6的品种依次是ND-1、ND-3、ND-5、ND-2、古巴二号和ND-4。其中，香气质以ND-1表现最好，其次是ND-5，CX080和CX081表现较差；
香气量仍以ND-1表现最佳，CX080、CX081表现较差；
ND-5的杂气最小，其次是ND-2，古巴七号和CX080的杂气较大；
刺激性以ND-3最小，古巴七号、哈伯纳斯较大；
ND-3的余味最为舒适干净，其次是ND-1、ND-2，CX080余味最差；
甜润感以古巴二号最强，CX081表现最差；
燃烧性以ND-1表现最好，其次是ND-3，CX080和CX081表现较差；
灰色以古巴二号和古巴七号较白，其余品种的灰色表现均较差，均在6分以下。
表4 不同品种雪茄烟的烟叶感官质量 （分）
2.2 主成分分析
在解决实际问题的过程中，经常会收集尽可能多的信息，以期对问题有一个全面的认识，但是大量的数据之间往往存在着相互影响的关系，不可避免地会出现信息重叠。主成分分析是解决信息重叠问题的方法之一。依据前文结果，剔除品种间差异较小的总氮、蛋白质和感官质量指标，对其他13项烟叶品质指标进行主成分分析，提取特征值大于1的主成分，共得到4个主成分（表5）。由表5可知，4个主成分的累积方差贡献率达到90.037%，代表了雪茄烟烟叶品质的绝大部分信息。由此可见，主成分分析法将原有的13个品质指标转化为4个不相关的综合指标，达到了避免重叠和简化的目的。
表5 主成分的特征值和贡献率
进一步将提取的主成分因子进行旋转处理，其载荷值反映了各变量在主成分中的重要程度，分析结果如表6所示。结合表5和表6可知，第1主成分代表了雪茄烟品质总信息的34.654%，主要综合了总糖、还原糖、钾/氯、氯和平衡含水率的信息，其中总糖、还原糖、钾氯比和平衡含水率正向载荷权数最大，其值分别为0.947、0.941、0.801和0.663；
氯负向载荷权数最大，为-0.793。第2主成分代表了总信息的29.155%，主要综合了烟碱、含梗率、总氮/烟碱和厚度的信息，其中烟碱和厚度为负向指标，其值分别为-0.904、-0.784，含梗率和总氮/烟碱为正向指标，其值分别为0.869和0.861。第3主成分主要综合了叶质重和拉力的信息，叶质重为负向指标，拉力为正向指标。第4主成分主要代表了钾/氯、氯和平衡含水率的信息，这3个指标已在第1主成分中得到解释，且载荷权数较小，故不再进行分析。
表6 主成分在各品质指标上旋转后的成分矩阵
通过PCA得分图可以直观地表达品种与综合指标间的关系[12-13]。该研究中主成分PC1和PC2（分别包含了总信息量的34.7%和29.2%，累计贡献率达到63.9%）的PCA得分图如图1所示，从中能够看出各雪茄烟品种烟叶与PC1和PC2的关系如下：（1）ND-4落在PC1和PC2正向区间，表明该品种烟叶总糖、还原糖、含梗率、氮碱比、平衡含水率和钾氯比最高，而烟叶厚度和烟碱含量较低；
（2）哈伯纳斯、古巴七号、CX080和CX081依次落在第四区间，烟叶总糖、还原糖、烟碱、含梗率、平衡含水率、氮碱比、钾氯比、厚度较高；
（3）ND-2和印尼一号分布在第三区间，这2个品种烟叶品质呈现与ND-4相反的特点；
（4）第二区间品种烟叶总糖、还原糖、烟碱、钾氯比和平衡含水率较低，身份较薄，但含梗率和氮碱比较高；
其中，ND-1和ND-5的总糖、还原糖含量、钾氯比相对较高，印尼一号的总糖、还原糖含量、钾氯比最低。
图1 主成分分析PC1、PC2得分图
第三主成分PC3反映了总信息的15.791%。由图2可知，各雪茄烟品种烟叶与PC1和PC3的关系如下：（1）CX080、CX081、ND-4、哈伯纳斯和古巴七号分布在PC1正向区间，表明这些品种烟叶的总糖、还原糖、平衡含水率和钾氯比较高，而氯离子含量较低；
（2）ND-4在最右侧，即该品种烟叶总糖、还原糖含量、平衡含水率和钾氯比最高，氯离子含量最低；
（3）ND-1、ND-2、ND-3、ND-5、印尼一号、CX080、CX081分布在PC3正向区间，由前文可知第三主成分主要综合了叶质重、拉力的信息，表明这些品种烟叶拉力较大，而叶质重较小；
（4）古巴二号落在第三区间，即该品种烟叶总糖、还原糖含量较低，氯离子含量较高；
叶质重较大，而拉力较小；
（5）ND-4、哈伯纳斯和古巴七号落在PC3负向区间，表明这些品种烟叶拉力较小，叶质重较大。
图2 主成分分析PC1、PC3得分图
2.3 聚类分析
为了验证主成分分析的结果，根据雪茄烟烟叶的23个品质指标，对11个雪茄烟品种进行系统聚类分析，得到聚类树状图（图3）。当距离为10时，11个雪茄烟品种聚为3类：第一类聚集了6个品种，分别是ND-1、ND-2、ND-3、ND-5、印尼一号和古巴二号，该类雪茄烟叶总糖、还原糖含量、钾氯比和平衡含水率较低，氯离子含量较高，这一结果与PC1正向区间的结果一致；
第二类包含CX080、CX081、哈伯纳斯和古巴七号4个品种，该类雪茄烟叶氯离子、烟碱含量较高，氮碱比和含梗率较低，身份较厚，这一结果与PC1和PC2第四区间的结果一致；
第三类为1个品种（ND-4），其烟叶总糖、还原糖含量、钾氯比和平衡含水率最高，氯离子含量最低，身份较薄，这一结果与PC1和PC2第一区间的结果一致。聚类分析中11个雪茄烟品种聚为3类，这与主成分分析的结果基本一致， 表明聚类分析和主成分分析均可用来分析雪茄烟烟叶品质指标，综合评价不同雪茄烟品种的烟叶质量。
图3 雪茄烟品种聚类树状图
物理特性主要影响烟叶的可加工性[14]，而雪茄烟由于全叶卷制的特殊性，其物理特性的表现对于雪茄烟叶尤其是茄衣烟叶更为重要。优质的茄衣要求叶片大小适中、叶片薄且完整度好、弹性好、拉力强、燃烧性好等[4]。研究结果显示，ND-1、ND-3、ND-5和古巴二号的烟叶身份较薄，其中ND-1和ND-5的烟叶拉力较强。
烟叶内在化学成分的含量及其比例在很大程度上影响烟叶的烟气特性，进而决定烟叶的品质[15]。茄衣烟叶要求其香吃味不影响茄芯的香味和吃味、燃烧性好、灰白紧卷，而茄芯烟叶要求具有典型的雪茄烟香气和吃味、填充性好、燃烧性好[16]。首先，烟叶化学成分的含量都有一个适宜范围，过高过低都会影响烟叶的质量。参考国外优质雪茄烟叶产区优质雪茄烟烟叶化学成分的适宜范围为总糖2%左右、总氮4%～6%、烟碱2.8%～3.8%、钾＞2%、氯0.3%～0.6%[17]。该研究中11个雪茄烟品种的烟叶总氮、烟碱、钾含量适宜；
总糖含量大多偏低，氯含量普遍偏高。其次，烟叶化学成分的协调性也是评价烟叶质量的重要指标。前人研究发现，氮碱比接近1时，烟叶的质量较好；
钾氯比影响烟叶的燃烧性，即钾氯比大于4时，烟叶燃烧性较好[18]。该研究中，ND-4的钾氯比最高，ND-1、ND-3、ND-5、古巴七号和哈伯纳斯的钾氯比接近或大于4；
ND-1、ND-2、ND-3和ND-4的氮碱比较接近1。
感官评吸是评价烟叶质量最直接的方式，但也最容易受到主观因素的影响。因此，结合物理特性和化学成分等指标对烟叶品质进行综合评价，能够减少主观因素的影响，更加客观准确地反映烟叶的品质。
主成分分析是将原有多个指标转化为少量综合指标的一种降维分析方法，能够剔除重叠信息，保留重要指标，进而进行综合评判[19]。聚类分析综合考虑多方面因素，不会对信息进行删减，进而对研究对象分类，类别间重要性是等同的[20]。该研究的聚类分析结果显示，11个雪茄烟品种聚为3类，这与主成分分析的结果基本一致，表明聚类分析和主成分分析均可用来分析雪茄烟烟叶品质指标，综合评价不同雪茄烟品种的烟叶质量。结合主成分分析发现，第一类雪茄烟品种烟叶综合质量较好，应针对该类品种继续开展配套技术的研究；
第二类雪茄烟品种烟叶化学成分协调性和感官质量均较差，通过栽培、调制等措施改善其品质的难度较大，不建议在怀化烟区推广种植；
而ND-4单独聚为一类，该品种总糖、还原糖含量明显高于其他品种，感官评吸结果中等，但钾氯比最高，氮碱比较接近1，化学成分较为协调，且在主成分分析中得分第一，有通过栽培、发酵等措施改善其品质的潜力。另外，综合评价结果说明，在一定范围内，糖含量的增加有助于提高烟叶的品质，但糖含量过高可能会对烟叶的感官质量造成负面影响。而雪茄烟烟叶的总糖和还原糖含量会随着采收时间的推迟[21]以及发酵时间的延长[22]而增加。因此，可以通过提前采收和缩短发酵时间等措施来降低烟叶的糖含量，以改善ND-4品种的烟叶质量；
而对于第一类中的品种则可通过提高采收成熟度和延长发酵时间来进一步提高其烟叶品质。
对湖南怀化烟区引种的11个雪茄烟品种烟叶的23个品质指标进行描述统计，结果显示，各品种烟叶的总氮、蛋白质和感官质量指标变异系数较小，均在10%左右，未表现出品种间差异；
对其他13项品质指标进行主成分分析，共提取了4个主成分，代表原信息量的90.037%，主成分得分图较为直观地展示了各品种烟叶与主成分之间的关系，初步明确了各品种烟叶的生产用途：ND-1和ND-5适宜作为茄衣品种，ND-3、ND-4和古巴二号适宜作为茄芯品种，ND-2、印尼一号、古巴七号、哈伯纳斯、CX080和CX081不宜作为优质雪茄烟原料。最后，对11个雪茄烟品种进行系统聚类分析，结果显示，这些品种烟叶可分为3类，其与主成分分析得分图的分类结果基本一致，表明聚类分析和主成分分析均可用于评价雪茄烟质量。