昭通烤煙主要物理特性的因子分析和綜合評價

楊威　張強(qiáng)　董高峰　李紅武　張?zhí)靹?/p>

摘要：為分析昭通地區(qū)烤煙的物理特性，以270個煙葉樣品為供試材料，對其中255個樣品的15個主要物理指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析和因子分析，并利用因子得分進(jìn)行綜合評價，用15個樣品對評價結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，昭通煙區(qū)煙葉的形態(tài)指標(biāo)（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標(biāo)（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平（P<0.01），其中厚度與長寬比極顯著負(fù)相關(guān)；昭通烤煙的形態(tài)、顏色、拉力與葉質(zhì)重在其物理特性評價中作用最大；通過因子分析法，用6個主因子代替昭通煙區(qū)烤煙的15個物理特性，對其進(jìn)行綜合評價，用因子得分評價煙葉質(zhì)量與評吸結(jié)果基本一致，表明用因子分析法評價煙葉質(zhì)量是可行的。

關(guān)鍵詞：烤煙；物理特性；因子分析；綜合評價

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1078-04

煙葉是卷煙工業(yè)的基礎(chǔ)，煙葉質(zhì)量的好壞直接影響卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。煙葉的物理特性是煙葉質(zhì)量的重要組成部分，它是指影響煙葉質(zhì)量以及工藝加工的一些物理方面的參數(shù)指標(biāo)，主要包括厚度、填充性、吸濕性、彈性、葉質(zhì)重、含梗率等，這些物理特性直接影響卷煙制造過程、產(chǎn)品風(fēng)格、成本及其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[2]。煙葉物理特性已成為近年煙葉質(zhì)量評價的重要研究內(nèi)容，煙葉物理特性較為復(fù)雜，如何選擇合理的物理特性來反映煙葉的質(zhì)量信息，是準(zhǔn)確表征煙葉質(zhì)量特點(diǎn)的重要基礎(chǔ)。

因子分析法是將具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的多個變量通過線性組合形成互不相關(guān)的一些新變量，并使新變量保持原變量變異的絕大部分信息的一種多元統(tǒng)計分析方法，不僅減少了變量個數(shù)，而且再現(xiàn)了變量之間的內(nèi)在聯(lián)系[3]。因子分析在烤煙多種性狀的統(tǒng)計分析[4]和質(zhì)量評價[5-9]中得到了廣泛應(yīng)用。為此，對昭通煙區(qū)烤煙15個物理特性進(jìn)行了相關(guān)分析和因子分析，并對其進(jìn)行綜合評價，以期為評價昭通煙區(qū)烤煙質(zhì)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取云南省昭通州2012年8個主產(chǎn)煙縣生產(chǎn)的具有代表性的當(dāng)?shù)刂髟云贩N初烤煙葉270份，等級為X2F、C3F、B2F，每個等級90份，每個樣品選取3 kg。其中255份（每個等級85份）用于因子分析及建立數(shù)學(xué)模型，15份（每個等級5份）用于驗(yàn)證分析。

試驗(yàn)儀器包括：分析天平（0.0001 g）；打孔器

（18 mm）；電子拉力機(jī)（DRK100B），濟(jì)南德瑞克生產(chǎn)；厚度儀，德國KARL生產(chǎn)；煙絲填充值測定儀，德國BORGWALT公司生產(chǎn)； CR-400色彩色差儀（KONICAMINOLTA）；恒溫恒濕箱等。

1.2 測定項目與分析方法

1.2.1 主要物理特性的測定 15個物理特性指標(biāo)分別為：厚度、長寬比、拉力、抗張強(qiáng)度、延伸率、單葉重、含梗率、葉質(zhì)重、L*（明度）、a*（色品）、b*（色品）、C*（彩度）、h*（色調(diào)角）、填充值、平衡含水率。

1）厚度的測定采用層積厚度法。儀器采用厚度儀，取10片煙葉，用直徑18 mm的打孔器，對每片煙葉沿著主脈均勻地在左右兩側(cè)各打3個孔，每個圓片均不應(yīng)有破損，打孔應(yīng)避開主脈和支脈，將左右兩邊的3個圓片均正面朝上分別層疊起來，用厚度儀測定層疊起來的圓片厚度值，每片煙葉是一個重復(fù)，共10次重復(fù)。

2）拉力、抗張強(qiáng)度、延伸率的測定采用恒速拉伸法。取3片煙葉，需要在煙葉的中部兩側(cè)中間位置，避開主脈和一級支脈，剪成10～40 mm的長條，將試樣夾在夾頭上。儀器采用電子拉力機(jī)，開始試驗(yàn)直至試樣斷裂，記錄所施加的最大抗張力（N）、斷裂時的伸長（mm）、從儀器直接讀出裂斷時的伸長率（%）和抗張強(qiáng)度（N/mm2）。

3）長寬比、單葉重、含梗率、葉質(zhì)重采用周文等[10]的方法測定，平衡含水率采用蔡健榮等[11]的方法測定，填充值參考張建平等[12]的方法測定，顏色指標(biāo)（明度指標(biāo)L*為物體色明度的坐標(biāo)；色品指數(shù)： a*為正值表示偏紅程度，a*為負(fù)值表示偏綠程度，色品指數(shù)b*為正值表示偏黃程度，b*為負(fù)值表示偏藍(lán)程度；彩度C*為物體的色純度或飽和程度；色調(diào)角h*表示在物體色相360°范圍內(nèi)被測色的角度）的測定采用王浩雅等[13]的方法測定。

1.2.2 分析方法 將所選樣品的15個指標(biāo)厚度、長寬比、拉力、抗張強(qiáng)度、延伸率、單葉重、含梗率、葉質(zhì)重、L*、a*、b*、C*、h*、填充值、平衡含水率，分別用x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14、x15表示。

運(yùn)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件對主要物理特性進(jìn)行相關(guān)分析和因子分析，并計算因子得分和綜合得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 昭通煙區(qū)烤煙主要物理特性的相關(guān)分析

對昭通等級為X2F、C3F、B2F 的255個煙葉樣品的15個物理特性進(jìn)行分析，結(jié)果（表1）表明，昭通煙區(qū)煙葉的形態(tài)指標(biāo)（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標(biāo)（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值極顯著相關(guān)，厚度與長寬比極顯著負(fù)相關(guān)。拉力與煙葉的厚度、抗張強(qiáng)度、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關(guān)，與長寬比、葉質(zhì)重、L*、h*、填充值極顯著負(fù)相關(guān)?？箯垙?qiáng)度與延伸率極顯著正相關(guān)，與填充值極顯著負(fù)相關(guān)。延伸率與拉力、抗張強(qiáng)度、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關(guān)，與長寬比、葉質(zhì)重、L*、h*、填充值之間極顯著負(fù)相關(guān)。單葉重與厚度、拉力、含梗率、a*、C*極顯著正相關(guān)，與葉質(zhì)重、L*、h*、填充值極顯著負(fù)相關(guān)。葉質(zhì)重與L*、b*、h*、填充值極顯著正相關(guān)，但與厚度、拉力、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率填充值極顯著負(fù)相關(guān)。含梗率與厚度、拉力、延伸率、單葉重、a*、平衡含水率極顯著正相關(guān)，與長寬比、葉質(zhì)重、L*、b*、填充值、平衡含水率極顯著負(fù)相關(guān)。填充值與煙葉的形態(tài)指標(biāo)（厚度、長寬比）、機(jī)械加工性能指標(biāo)（拉力、抗張強(qiáng)度、延伸率）、質(zhì)量特性指標(biāo)（單葉重、葉質(zhì)重、含梗率）均極顯著相關(guān)。由以上分析可知，昭通煙葉的物理特性方面存在一定的相關(guān)性，可作因子分析。

2.2 昭通烤煙主要物理特性因子分析

對昭通煙區(qū)烤煙主要物理特征進(jìn)行因子分析，提取特征值大于0.60的因子，其中KMO值為0.71，說明可以進(jìn)行因子分析[3]。從表2可知，經(jīng)過因子分析提取出6個公因子，并且這6個公因子的累計貢獻(xiàn)率為86.58%。由表3可知，第1個公因子主要反映的是厚度、長寬比、拉力、葉質(zhì)重、L*、a*和h*的信息，并且厚度、拉力、葉質(zhì)重和a*在第1個因子上具有較大的正載荷值，說明這4個變量具有相似的變化趨勢，相互之間呈正相關(guān)；第1個公因子主要由煙葉的形態(tài)指標(biāo)、部分顏色指標(biāo)和拉力與葉質(zhì)重組成，說明煙葉的形態(tài)、顏色、拉力與葉質(zhì)重對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率較高，其對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為35.27%。第2個公因子主要反映的是顏色指標(biāo)b*、C*的信息，第2個公因子對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為16.44%。第3個公因子主要反映的是抗張強(qiáng)度的信息，其對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為12.10%。第4個公因子主要反映的是C*和平衡含水率的信息，其對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為10.08%。第5個公因子主要反映的是厚度的信息，其對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為7.44%。第6個公因子主要反映的是單葉重的信息，其對煙葉物理特征的貢獻(xiàn)率為5.25%。

2.3 昭通烤煙質(zhì)量綜合評價

利用回歸模型計算6個公因子的得分（表4），其數(shù)學(xué)模型分別為：

fac1=0.120 5 x1 -0.118 5 x2 +0.119 8 x3 +0.038 0 x4 +0.090 7 x5 +0.062 8 x6 +0.144 9 x7 -0.089 5 x8 -0.162 8 x9 +0.157 5 x10 -0.093 2 x11 -0.056 6 x12 -0.166 1 x13 -0.098 1 x14 +0.055 5 x15

fac2=-0.066 2 x1 +0.079 1 x2 +0.158 0 x3 +0.206 7 x4 +0.189 4 x5 +0.129 5 x6 +0.041 2 x7 -0.090 1 x8 +0.096 9 x9 -0.026 0 x10 +0.283 5 x11 +0.292 9 x12 +0.102 3 x13 -0.218 5 x14 +0.173 7 x15

fac3=-0.211 1 x1-0.161 4 x2+0.225 6 x3+0.409 6 x4+0.243 8 x5-0.185 7 x5-0.211 4 x7+0.240 0 x8-0.041 3 x9+0.032 8 x10-0.076 2 x11-0.068 5 x12-0.0427 x13+0.165 3 x14 -0.151 1 x15

fac4=0.065 4 x1-0.145 7 x2-0.051 2 x3-0.115 5 x4-0.074 0 x5+0.256 9 x6+0.041 6 x7+0.272 1 x8-0.101 9 x9+0.259 0 x10+0.290 4 x11+0.363 3 x12-0.147 9 x13+0.223 5 x14 -0.327 2 x15

fac5=0.492 0 x1+0.159 0 x2+0.390 8 x3+0.014 6 x4+0.165 3 x5+0.132 1 x6+0.273 0 x7+0.029 3 x8+0.244 5 x9-0.267 3 x10-0.055 0 x11-0.115 2 x12 +0.225 2 x13+0.228 6 x14 -0.323 6 x15

Fac6=-0.239 3 x1+0.584 7 x2-0.013 8 x3+0.210 3 x4-0.020 9 x5+0.750 3 x6-0.276 3 x7-0.148 5 x8-0.136 9 x9+0.093 1 x10-0.218 9 x11-0.208 7 x12-0.134 2 x13+0.123 3 x14 -0.109 9X15

再根據(jù)表2中6個公因子的貢獻(xiàn)率和公因子得分，建立昭通煙區(qū)煙葉綜合評價數(shù)學(xué)模型：F=0.352 7×fac1+0.164 4×fac2+0.121×fac3+0.100 8×fac4+0.074 4×fac5+0.052 5×fac6。表5即為昭通煙區(qū)煙葉物理特性公因子得分和根據(jù)所建立的模型計算出的煙葉綜合得分（F）的描述統(tǒng)計分析。由表5和表6可知，1號、5號、11號得分較低，這3個樣品的香氣質(zhì)和香氣量得分也均較低，評吸總分也較低；6號得分最高，其香氣質(zhì)和香氣量得分也均較高，評吸總分最高。用因子得分評價煙葉質(zhì)量和評吸結(jié)果基本一致，因此用因子分析法評價煙葉質(zhì)量是可行的。

3 小結(jié)與討論

烤煙主要物理特性相關(guān)分析表明，烤煙主要物理特性間存在著不同程度的相關(guān)。昭通煙區(qū)煙葉的形態(tài)指標(biāo)（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標(biāo)（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值極顯著相關(guān)，其中厚度與長寬比極顯著負(fù)相關(guān)。拉力與煙葉的厚度、抗張強(qiáng)度、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關(guān)，含梗率與厚度、拉力、延伸率、單葉重、a*、平衡含水率極顯著正相關(guān)。

通過對昭通煙區(qū)烤煙主要物理特性進(jìn)行因子分析得到6個公因子，這6個公因子的累計貢獻(xiàn)率為86.58%。其中第1個公因子（煙葉的形態(tài)指標(biāo)、部分顏色指標(biāo)、拉力與葉質(zhì)重）占原變量總方差的比例高于其他公因子，說明昭通烤煙的形態(tài)、顏色、拉力與葉質(zhì)重在其物理特性評價中的作用最大；同時昭通煙區(qū)由于山地較多，海拔高差較大，在雨季土壤養(yǎng)分容易流失，需要注意養(yǎng)分的補(bǔ)充，氣候方面昭通煙區(qū)的倒春寒和成熟后期秋季低溫明顯，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采用多種措施充分利用烤煙大田中期可貴的高溫時段，促使烤煙旺長和煙葉早熟，以提高煙葉的質(zhì)量[14]。

通過用6個主因子代替昭通煙區(qū)烤煙的多達(dá)15個物理特性，對其進(jìn)行綜合評價，用因子得分評價煙葉質(zhì)量與評吸結(jié)果基本一致，表明用因子分析法評價煙葉質(zhì)量是可行的，為豐富昭通煙區(qū)烤煙質(zhì)量評價研究提供了參考。

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