張瑞娜,宋文峰,劉國(guó)順,羅定棋
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.四川省煙草公司瀘州市分公司,四川 瀘州 646000)
成熟度和調(diào)制時(shí)間是影響烤后煙葉內(nèi)在品質(zhì)的重要因素.煙葉成熟度直接影響烤后煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性[1],且成熟度好的煙葉可以提高煙葉的安全性[2].烘烤過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過(guò)程,烘烤條件直接影響烘烤過(guò)程中煙葉水分的散失、內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及煙葉品質(zhì)的形成[3~5].國(guó)內(nèi)外對(duì)煙葉成熟度[6~9]及烘烤條件[10~13]的研究已有較多報(bào)道,但對(duì)于成熟度和調(diào)制時(shí)間耦合條件下的烤后煙葉品質(zhì)尚未研究.本試驗(yàn)?zāi)康脑谟诓煌墒於葻熑~采用不同的調(diào)制時(shí)間,以研究烤后煙葉的內(nèi)在品質(zhì).
試驗(yàn)于2009年在四川省瀘州市煙科所進(jìn)行.供試烤煙品種為云煙203,試驗(yàn)田土壤肥力中等,煙田按規(guī)范化栽培管理.試驗(yàn)選取表1中不同部位、不同成熟度的鮮煙葉,按照各處理調(diào)制時(shí)間的要求采用氣流下降式烤房烘烤,分為4種烘烤模式,其中常規(guī)烘烤模式:在干球溫度36~38℃,干濕差2℃條件下,煙葉基本變黃后,以0.5℃·h-1速率升溫至干球溫度42℃,濕球溫度38℃,達(dá)到煙葉完全變黃、凋萎變軟,然后以0.5℃·h-1速率升溫至干球溫度54℃,濕球溫度39~40℃,使煙葉達(dá)到大卷筒,最后以1℃·h-1速率升溫至干球溫度68℃,濕球溫度40~42℃,至煙筋干燥.試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1.
表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Design of experiment
1.2.1 化學(xué)成分測(cè)定 總糖的測(cè)定采用蒽酮比色法[14];還原糖的測(cè)定采用 DNS 比色法[14];總氮的測(cè)定采用過(guò)氧化氫-硫酸消化法[14];煙堿的測(cè)定采用鹽酸萃取,活性碳脫色法[14];鉀離子的測(cè)定采用濕法灰化-火焰光度法[14];氯離子的測(cè)定采用莫爾法[14].
1.2.2 中性致香物測(cè)定 用Agilent 7890A氣相色譜儀測(cè)定.10 g樣品+1 g檸檬酸+350 mL蒸餾水+0.5 mL內(nèi)標(biāo)于500 mL圓底燒瓶中,再加40 mL二氯甲烷于另一250 mL圓底燒瓶中,60℃水浴加熱250 mL圓底燒瓶,用同時(shí)蒸餾萃取儀蒸餾萃取.用無(wú)水硫酸鈉干燥有機(jī)相,然后在60℃水浴濃縮至1 mL左右即得煙葉的精油.
色譜條件:色譜柱為HP-5MS石英毛細(xì)管柱(60 m ×0.25 mm i.d.× 0.25 μm d.f.);程序升溫:30℃(2 min),20℃·min-1;60℃(2 min),3℃·min-1;190 ℃(4 min),6 ℃·min-1280 ℃(30 min);進(jìn)樣口溫度為250℃;檢測(cè)器為FID.溫度280℃;氫氣、空氣、尾吹氣流量分別為30,300,30 mL·min-1;載氣為 He,純度99.999%,流量為0.8 mL·min-1;分流比為 1∶1;進(jìn)樣量為 1.0 μL.
質(zhì)譜條件:傳輸線溫度為250℃;4極桿溫度為150℃;EI離子源溫度為230℃;電離能量為70 eV;質(zhì)量數(shù)范圍為30~450 amu;溶劑延遲為4.5 min.
通過(guò)對(duì)成熟度和調(diào)制時(shí)間耦合試驗(yàn)處理烤后煙葉的常規(guī)化學(xué)成分及中性致香物質(zhì)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià),以模糊綜合評(píng)價(jià)得分評(píng)價(jià)烤后煙葉的內(nèi)在品質(zhì),分析成熟度和調(diào)制時(shí)間及其耦合對(duì)烤煙內(nèi)在品質(zhì)的影響.本研究以總糖、還原糖、總氮、煙堿、糖氮比、鉀、氯、鉀氯比及中性致香物質(zhì)含量等9項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)判因素集.
層次分析法(AHP)的突出特點(diǎn)是可以將復(fù)雜的問(wèn)題分解成若干個(gè)層次,然后對(duì)各層次進(jìn)行分析,并可將主觀判斷和定性分析用數(shù)量形式表達(dá)和處理[15~18].由于層次分析是定性分析與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策的分析方法,因而用該方法確定煙葉品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中指標(biāo)的權(quán)重更為合理.
2.2.1 AHP 綜合評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)的建立[17,18]根據(jù)烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分及中性致香物質(zhì)之間的相互關(guān)聯(lián)影響及層次隸屬關(guān)系,建立煙葉品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)圖(圖1).該綜合評(píng)價(jià)模型的層次結(jié)構(gòu)分為5層:第1層為目標(biāo)層(A),為煙葉的綜合品質(zhì);第2層為準(zhǔn)則層(B),為影響煙葉品質(zhì)m個(gè)因子,記為 B=(B1,B2,…,Bm)=(中性致香物質(zhì),常規(guī)成分),m=2;第3層為子準(zhǔn)則層(C),為準(zhǔn)則層Bm下細(xì)分的n個(gè)因子,記為B2,B2=(C1,C2)=(糖、氮指標(biāo),鉀、氯指標(biāo)),n=2;第4層為子準(zhǔn)則層(D),為子準(zhǔn)則層Cn下細(xì)分的 i個(gè)因子,記為C1=(D1,D2,D3,D4,D5)= 總糖,還原糖,總氮,煙堿,糖氮比),C2=(D6,D7,D8)=(鉀、氯、鉀氯比),i=8;第5層為方案層(P),為k個(gè)試驗(yàn)處理,記為 P=(p1,p2,…,pk),k=12
2.2.2 構(gòu)造判斷矩陣 從圖1可以看出,煙葉綜合品質(zhì)是一個(gè)具有5層指標(biāo)的遞階層次結(jié)構(gòu).相對(duì)于某一層次因素而言,下一層次各因素之間的重要性各不相同,為了使各因素之間進(jìn)行比較得到量化的判斷矩陣,引入1~9標(biāo)度[17].1~9位整數(shù)及其倒數(shù)表示的含義見表2.
圖1 煙葉內(nèi)在品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)層次遞階結(jié)構(gòu)Fig.1 Integrative evaluation hiberarchy chart of tobacco internality quality
表2 比例標(biāo)度值Table 2 The value of scale graduation
判斷矩陣的元素值反映了人們對(duì)各因素相對(duì)重要程度的認(rèn)識(shí),一般采用數(shù)字1~9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法,當(dāng)相互比較因素的重要性能夠用具有實(shí)際意義的比值說(shuō)明時(shí),判斷矩陣的相應(yīng)值則可以取這個(gè)比值[17].本研究采用1~9比例標(biāo)度法對(duì)圖1層次模型構(gòu)造判斷矩陣,根據(jù)對(duì)各指標(biāo)相對(duì)重要性程度的判斷決策打分,得出目標(biāo)層A相對(duì)于準(zhǔn)則層 B1,B2(表3),B2相對(duì)于 Ci的判斷矩陣(表4),C1,C2相對(duì)于Di的判斷矩陣(表5和6).由此計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值并形成評(píng)價(jià)的基礎(chǔ).
表3 判斷矩陣A-B及一致性檢驗(yàn)Table 3 Judgemen matrix of A-B and consisitency check
表4 判斷矩陣B2-C及一致性檢驗(yàn)Table 4 Judgemen matrix of B2-C and consisitency check
表5 判斷矩陣C1-D及一致性檢驗(yàn)Table 5 Judgement matrix of C1-D and consistency check
表6 判斷矩陣C2-D一致性檢驗(yàn)Table 6 Judgement matrix of C2-D and consistency check
2.2.3 相對(duì)權(quán)重向量確定 根據(jù)所構(gòu)造的判斷矩陣,采取方根法計(jì)算矩陣最大的特征根λmax及相應(yīng)的特征向量,然后對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化處理,求出各個(gè)決定因素的權(quán)重 W=(w1,w2,…,wn),見表3~表6.
2.2.4 一致性檢驗(yàn) 為了避免誤差太大,保證結(jié)論的可靠性、合理性,有必要對(duì)判斷矩陣A進(jìn)行一致性檢驗(yàn).所謂完全一致性是指判斷矩陣滿足以下條件:
1)aii=1;
2)aij=1/aji(i,j=1,2,…,n);
3)aij=aik/ajk(i,j=1,2,…,n).
滿足以上條件的判斷矩陣具有唯一非0的最大特征值λmax,且λmax=n,其余特征根為0.若判斷矩陣不一致時(shí),一般是λmax≥n,這時(shí)特征根趨近于0,即認(rèn)為達(dá)到滿意的一致性.在AHP法中,引用CI作為度量判斷均值偏離一致性指標(biāo),CI=(λmax-n)/(n-1).當(dāng)λmax=n,CI=0為完全一致;CI值越大,判斷均值完全一致性越差.一般只要CI≤0.1,就認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受,否則重新進(jìn)行兩兩比較判斷.
判斷矩陣的維數(shù)n越大,判斷矩陣的一致性越差,應(yīng)放寬對(duì)高維判斷矩陣一致性的要求.于是引入修正值RI(表7),并取更為合理的CR=CI/RI≤0.1作為衡量判斷矩陣一致性的指標(biāo).
表7 隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 7 The random coincidence indicator
由表3~表7可以看出,判斷矩陣A-B中CR=0<0.10,判斷矩陣B2-C 中CR=0 <0.10,判斷矩陣C1-D中CR=0.033 7<0.10,判斷矩陣C2-D 中CR=0<0.10.可見,判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)是滿意的.說(shuō)明建立的4個(gè)判斷矩陣是合理的.
2.2.5 各層次因素相對(duì)于A層組合權(quán)重值的計(jì)算根據(jù) Wk=Wk·Wk-1·W2,可以得到 C 層指標(biāo)相對(duì)于A層的組合權(quán)重值(表8).
表8 各評(píng)價(jià)指標(biāo)最終權(quán)重表Table 8 The finally weight of indexes
在模糊綜合評(píng)價(jià)分別賦予每個(gè)指標(biāo)10分,得分越高則品質(zhì)越好.水溶性總糖的最適宜含量值為200 mg·kg-1,還原糖為 150 g·kg-1,總氮為 25 g·kg-1,煙堿含量為20 g·kg-1,糖氮比為8,鉀氯比為10;氯的最適宜含量值用試驗(yàn)中參試樣品的最小值來(lái)表示:下部葉為 1.8 g·kg-1,中部葉為 1.6 g·kg-1,上部葉為 1.5 g·kg-1;而鉀的最適宜含量值用試驗(yàn)中參試樣品的最高值來(lái)表示為:下部葉為29.5 g·kg-1,中部葉為 25.0 g·kg-1,上部葉為17.1 g·kg-1[19];中性致香物質(zhì)以下部葉用最高值1 965.42 μg·g-1來(lái)表示,中部葉用最高值 1 888.96 μg·g-1來(lái)表示,上部葉以最高值 1 568.05 μg·g-1來(lái)表示.最后按以下隸屬函數(shù)計(jì)算各指標(biāo)的得分.
式中:Sij為第i個(gè)試驗(yàn)處理第j指標(biāo)得分;Pj為第j指標(biāo)最適宜的含量值;xij為第i個(gè)試驗(yàn)處理第j指標(biāo)的含量數(shù)組中的最大值.
總得分TS按以下公式計(jì)算:
式中:Sij為第i個(gè)試驗(yàn)處理第j指標(biāo)得分;Nj為第j指標(biāo)的權(quán)重;m為有m個(gè)指標(biāo).
按以上隸屬函數(shù)計(jì)算各試驗(yàn)處理煙葉總得分(表9).總得分越高的煙葉,則品質(zhì)越好.
表9 不同部位不同處理煙葉總得分Table 9 The final score of all treatments of the different leaves position
運(yùn)用AHP法對(duì)成熟度和調(diào)制時(shí)間耦合條件下的烤后煙葉進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)所得的分值分析烤煙內(nèi)在品質(zhì).從表9可知,下部煙葉常規(guī)調(diào)制時(shí)間條件下欠熟及過(guò)熟煙葉的分值均比適熟處理的高,延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h條件下過(guò)熟煙葉的分值均明高于欠熟煙葉并且二者均高于適熟煙葉,延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下過(guò)熟煙葉的分值高于適熟煙葉并且適熟煙葉的分值高于欠熟煙葉;下部適熟煙葉的分值在延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下較常規(guī)調(diào)制時(shí)間的高,而下部過(guò)熟煙葉的分值在延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下較常規(guī)調(diào)制時(shí)間的分值高,其中延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h的下部過(guò)熟煙葉的分值比常規(guī)調(diào)制時(shí)間的分值高2.44分.從表9還可知,中部煙葉常規(guī)調(diào)制時(shí)間的條件下欠熟及過(guò)熟煙葉的分值均比適熟處理的高;延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下均表現(xiàn)為欠熟煙葉的分值高于適熟煙葉的分值而適熟煙葉的分值高于過(guò)數(shù)煙葉的分值.這說(shuō)明延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h可以提高欠熟煙葉的分值而不能提高過(guò)熟煙葉的分值.中部欠熟和適熟煙葉分值在延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下有所提高,其中延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12的欠熟和適熟煙葉的分值分別比常規(guī)調(diào)制時(shí)間的分值高3.86和3.32分;中部過(guò)熟煙葉的分值只有延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的處理才有所提高.
從表9又可知,上部煙葉常規(guī)調(diào)制時(shí)間和延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h的條件下過(guò)熟煙葉的分值高于適熟煙葉的分值,適熟煙葉的分值高于欠熟的分值;延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h的條件下欠熟煙葉的分值于適熟煙葉的分值,適熟煙葉的分值高于過(guò)熟煙葉的分值.上部欠熟煙葉的分值只有在延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h的條件下才可以提高;上部適熟和過(guò)熟煙葉的分值在延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h、延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h條件下均比常規(guī)調(diào)制時(shí)間低。
趙銘欽等[1]研究表明,中部尚熟 -適熟煙葉的糖含量高,總氮煙堿含量適宜,各種化學(xué)比例協(xié)調(diào),上部煙葉則以適熟-過(guò)熟時(shí)內(nèi)在質(zhì)量好,化學(xué)比例協(xié)調(diào);宮長(zhǎng)榮等[20]認(rèn)為,烤煙烘烤干筋初期在溫度達(dá)54~55℃時(shí),持續(xù)10 h左右既有利于煙葉合成香氣物質(zhì),同時(shí)又可減少在68℃干筋時(shí)高溫引起的致香物質(zhì)的揮發(fā),從而達(dá)到改善煙葉香吃味的目的.本試驗(yàn)結(jié)果表明,延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h、延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h均不利于下部欠熟煙葉內(nèi)在品質(zhì)的形成,而有利于下部過(guò)熟煙葉內(nèi)在品質(zhì)的形成,特別是延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h可以較好地提高下部烤煙內(nèi)在品質(zhì);延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h、延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h有利于中部欠熟和適熟煙葉的內(nèi)在品質(zhì)形成;延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h有利于中部過(guò)熟煙葉內(nèi)在品質(zhì)的形成,而延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h不利于中部過(guò)熟煙葉內(nèi)在品質(zhì)的形成;延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h有利于提高上部欠熟煙葉的內(nèi)在品質(zhì),而延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12 h或延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h并不能提高上部欠熟煙葉的內(nèi)在品質(zhì);延長(zhǎng)變黃期的調(diào)制時(shí)間12h、延長(zhǎng)定色期的調(diào)制時(shí)間12 h及延長(zhǎng)變黃期和定色期的調(diào)制時(shí)間各12 h均不能提高上部適熟和過(guò)熟煙葉的內(nèi)在品質(zhì).因此,成熟度及調(diào)制時(shí)間對(duì)不同部位煙葉內(nèi)在品質(zhì)形成的影響不同.
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