烤煙煙葉成熟過程中的顏色參數(shù)與烘烤特性研究

張玉琴，李青山，王傳義，譚效磊，許家來，楊舉田，孫 陽，陳常瑜，徐秀紅*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點實驗室，山東 青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.山東臨沂煙草有限公司，山東 臨沂 276000；4.山東煙草研究院，山東 濟(jì)南 250098；5.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109)

【研究意義】田間收獲的鮮煙葉必須經(jīng)過烘烤才能體現(xiàn)和固定其優(yōu)良品質(zhì)，成為商品煙葉[1]。煙葉烘烤特性與煙葉烤后質(zhì)量的形成有著極為密切的關(guān)系[2]。煙葉烘烤特性是指煙葉在烘烤過程中表現(xiàn)出的變黃和脫水的速度及同步程度，變黃后是否容易定色等特性，包括易烤性和耐烤性[3]。容易變黃，變黃和脫水協(xié)調(diào)的煙葉易烤性好，反之易烤性差。葉片變黃快且維持不變褐的時間越長，其耐烤性越好，烘烤特性越好[1]。對煙葉烘烤特性的研究，在國內(nèi)外一直深受重視?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，對煙葉烘烤特性的研究[4-5]多數(shù)集中在水分含量、色素含量的變化上，對烘烤特性量化指標(biāo)的研究主要通過暗箱試驗易烤性和耐烤性來表述，顏色、結(jié)構(gòu)等指標(biāo)與不同成熟度鮮煙葉烘烤特性之間客觀對應(yīng)關(guān)系的研究鮮有報道[6]?！颈狙芯壳腥朦c】煙葉外觀顏色是類胡蘿卜素和葉綠素兩者之間含量彼此消長的反映[7]，通過色差計測定煙葉顏色參數(shù)能較準(zhǔn)確地反映煙葉外觀的顏色變化。因此，本研究從分析顏色參數(shù)與成熟度、成熟度與烘烤特性的關(guān)系入手，探討顏色參數(shù)作為煙葉烘烤特性判別指標(biāo)的可行性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】旨在為煙葉能夠適時采收和提高煙葉烘烤品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在山東省沂水現(xiàn)代煙草科技園進(jìn)行。供試品種為NC102，部位為中部葉。土壤類型為褐土，肥力中等。畝純氮施用量控制在82.5 kg/hm2，氮磷鉀比例為1∶1.1∶2.8。施用太陽島復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2)35 kg/667m2、豆餅20 kg/667m2、硫酸鉀15 kg/667m2、磷酸二銨5 kg/667m2。施肥方法為60 %肥料作為基肥施用，其余于移栽30 d后追施。煙田行距1.2 m，株距0.5 m。

1.2 試驗設(shè)計

選擇長勢一致的煙田作為試驗田，按照面積劃分為3個小區(qū)，各小區(qū)選取具有代表性的一行煙株作為定位行；各定位行選取具有代表性的3株煙作為定位株；各定位煙株，選取第10～11葉位的葉片作為定位葉。

取樣方法：于打頂后第20天開始第一個處理，每隔6～8 d進(jìn)行下一個處理，共設(shè)4個處理。田間測定顏色參數(shù)，并選取與定位株長勢相似的煙株，采摘與定位葉相同葉位的煙葉，一部分用于做暗箱試驗，一部分按照“8點式精準(zhǔn)密集烘烤工藝”進(jìn)行科學(xué)烘烤。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 顏色參數(shù)的測定 顏色參數(shù)測定采用CR-10型全自動色差計測量。L值為亮度值，0為黑色，100為白色，表示由黑到白的變化；a值為紅度值，正值時為紅色，負(fù)值時為綠色，表示由綠到紅的變化；b值為黃度值，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色，表示由藍(lán)到黃的變化；色相角(H°)是顏色的基本特征，其在0°～360°連續(xù)變化，0°是紅色，90°是黃色，180°是綠色，270°是藍(lán)色；飽和度(C)又稱純度，表示含色的多少，低飽和度意味著色澤稀疏暗淡，而高飽和度則表示飽滿、強烈的顏色，其值為0～60。色相角和飽和度由L、a和b通過相應(yīng)公式求得，色相角(H°)=arctan(b/a)，飽和度(C)=(a2+b2)1/2。正背面顏色參數(shù)的測定方法一致，取葉中部距離煙葉主脈5 cm處的對稱點測量，每半片葉等距離測量3個點，取6個點的平均值作為該葉片的顏色參數(shù)值。

1.3.2 烘烤特性的測定 選取與定位葉成熟度一致的煙葉進(jìn)行暗箱試驗[3](在黑暗、不通風(fēng)、室溫環(huán)境下)和烘烤試驗。烘烤工藝參照“8點式精準(zhǔn)密集烘烤工藝”。通過暗箱試驗，每隔12 h記錄1次葉片的變黃程度和變褐程度。變黃時間代表煙葉的易烤性，以煙葉達(dá)到全黃所需的時間為準(zhǔn)。變黃時間越短易烤性越好，反之易烤性較差。變褐時間代表煙葉的耐烤性，以煙葉由全黃至葉片褐變?nèi)傻臅r間為準(zhǔn)。變褐時間越長耐烤性越好，反之耐烤性較差。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖，利用SPSS 23進(jìn)行判別分析。

判別分析是用于判斷樣品所屬類別的一種統(tǒng)計分析方法。它是根據(jù)已知類別的樣品與其若干個觀測量的關(guān)系對樣品分類建立模型，從而能夠?qū)π聵悠放袛嗥渌鶎兕悇e。判別分析的目的是得到體現(xiàn)分類的函數(shù)關(guān)系式，即判別式函數(shù)，并使得到的判別式函數(shù)在對觀測量進(jìn)行判別其所屬類別時的錯判率最小。試驗觀測變量采用Fisher判別方法進(jìn)行分類[8]，判別式函數(shù)的一般形式[9]是Yik=a0k+a1kxi1+ … +apkxip。

其中，Yik是第i個樣品的第k個判別式函數(shù)，p是觀測變量的數(shù)量，ajk是第k個判別式函數(shù)的系數(shù)，xij是第i個樣品的第j個觀測變量。判別分析所獲得的判別式函數(shù)的個數(shù)取p和(類別數(shù)-1)中的較小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙顏色參數(shù)與成熟度的關(guān)系

2.1.1 鮮煙葉成熟過程中顏色參數(shù)的變化 從圖1可知，鮮煙葉成熟過程中，正背面各顏色參數(shù)的變化趨勢基本一致。隨著成熟度的提高，煙葉正背面L值均呈不斷增大的趨勢，背面L值一直高于正面。鮮煙葉正背面a值均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，正背面a值達(dá)到最大值的成熟度不同，且煙葉背面a值一直高于正面。鮮煙葉正背面b值均呈不斷增大的趨勢，M1～M2煙葉正背面b值差異不明顯，從M3開始，正面大于背面，兩者之間差異趨于增大。隨著成熟度的提高，鮮煙葉正背面H°值大致呈不斷減小的趨勢，M1～M3煙葉正面H°值均大于背面。H°值越來越接近90°，說明煙葉的顏色正由綠色向黃色轉(zhuǎn)化。隨著成熟度的提高，鮮煙葉正背面C值均呈不斷增大的趨勢，正背面C值的差值越來越大。

圖1 鮮煙葉成熟過程中顏色參數(shù)的變化Fig.1 Changes of color parameters during maturation of fresh tobacco leaves

表1 顏色參數(shù)與成熟度的相關(guān)性

注：*表示在0.05 水平(雙側(cè))上具有統(tǒng)計學(xué)意義，**表示在0.01 水平(雙側(cè))上具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.1.2 顏色參數(shù)與成熟度的相關(guān)性 由表1可知，煙葉正面顏色參數(shù)(L、b、C、H°)與成熟度的正相關(guān)具有統(tǒng)計學(xué)意義，背面顏色參數(shù)(L、b、C)與成熟度的正相關(guān)具有統(tǒng)計學(xué)意義，說明顏色參數(shù)(L、b、C)可以用來判別成熟度。

2.2 鮮煙葉成熟過程中烘烤特性的變化

2.2.1 鮮煙葉烘烤特性 從圖2可知，不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性不同。隨著成熟度的提高，煙葉在暗箱中的變黃和變褐時間均呈不斷減小的趨勢。變黃時間逐漸縮短，說明煙葉越來越易烤，變褐時間越來越短，說明煙葉越來越不耐烤。按照暗箱試驗的變黃和變褐時間來確定易烤性和耐烤性的標(biāo)準(zhǔn)[3]為：中部葉變黃時間72～84 h時易烤性較好，84～108 h時易烤性中等，108 h以上時易烤性較差；中部葉變褐時間120 h以上時耐烤性較好，84～120 h時耐烤性中等，84 h以下時耐烤性較差。在易烤性上，M4>M3>M2>M1；在耐烤性上，M1>M2>M3>M4，綜合考慮易烤性和耐烤性，以M3的烘烤特性最好。

2.2.2 不同成熟度煙葉的烤后煙外觀質(zhì)量 從表2～3可以看出，隨著成熟度的提高，烤后煙葉的成熟度、身份、油分、色度和結(jié)構(gòu)都有所改善，在品質(zhì)因素上M3>M4>M2>M1。從橘色比例、雜色比例、微帶青比例來比較，M3>M4>M2>M1。綜合烤后煙外觀質(zhì)量情況，M3成熟度處理的烤后煙質(zhì)量最好，這與M3烘烤特性最好相吻合。

圖2 不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性Fig.2 Curing characteristics of fresh tobacco leaves with different maturity

表2 烤后煙外觀質(zhì)量—品質(zhì)因素

表3 烤后煙外觀質(zhì)量—組別比例

2.3 煙葉成熟度的判別

2.3.1 判別函數(shù)的建立 在烤煙成熟過程中設(shè)定了4個不同成熟度M1～M4。以與烤煙成熟度有統(tǒng)計學(xué)意義的鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C這3個變量對M1～M4進(jìn)行區(qū)分。從表4可以看出，L值、b值和C值在4個成熟度組別間的均值都有統(tǒng)計學(xué)意義，可以利用這3個觀測變量對成熟度分組進(jìn)行判別分析。表5反映了判別函數(shù)的特征值、解釋方差的比例和典型相關(guān)系數(shù)。判別函數(shù)1解釋了97.1 %的方差，判別函數(shù)2解釋了2.8 %的方差，3個判別函數(shù)解釋了全部方差。對3個判別函數(shù)進(jìn)行Wilk’s Lambda的顯著性檢驗，從表6可以看出，1至3判別函數(shù)的聯(lián)合檢驗效果在0.01水平上有統(tǒng)計學(xué)意義，判別函數(shù)3在0.05水平?jīng)]有統(tǒng)計學(xué)意義，因此起到判別作用的為前2個函數(shù)。

表4 組平均值的同等檢驗

表5 典型判別函數(shù)的特征值

表6 判別函數(shù)的顯著性檢驗

表7 典型判別函數(shù)系數(shù)

表8 分類結(jié)果的交叉驗證

圖3 判別函數(shù)的組質(zhì)心圖Fig.3 Group centroids of canonical discriminant functions

從表7的標(biāo)準(zhǔn)化判別函數(shù)系數(shù)可以看出預(yù)測變量在組成判別函數(shù)時的相對貢獻(xiàn)，b值對判別函數(shù)貢獻(xiàn)較大。根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)化判別函數(shù)系數(shù)，即Fisher判別函數(shù)系數(shù)，獲得Fisher判別函數(shù)F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649,F2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。圖3反映了判別函數(shù)在各組的重心，可以看出4組在第1判別函數(shù)上的重心明顯不同，第1判別函數(shù)可以明顯地區(qū)分4組，而第2判別函數(shù)區(qū)分4組的效果并不十分明顯。在應(yīng)用判別函數(shù)做分類判別時，根據(jù)判別函數(shù)計算每個樣品的判別得分，對照典型判別的領(lǐng)域圖將樣品進(jìn)行分類。

2.3.2 判別函數(shù)的交叉驗證 利用建立的判別函數(shù)對分類結(jié)果進(jìn)行驗證，從表8可以看出，對原始已分組個案進(jìn)行分類的正確率為100.00 %。針對分析中的個案進(jìn)行交叉驗證，在交叉驗證中，每個個案都由那些從該個案以外的所有個案派生的函數(shù)進(jìn)行分類，交叉分類的總正確率為83.33 %。

3 討 論

試驗研究結(jié)果表明，在烤煙鮮煙葉成熟過程中，隨著成熟度的提高，煙葉正背面顏色參數(shù)L、b、C值均呈不斷增大的趨勢，且與成熟度都具有統(tǒng)計學(xué)意義。煙葉a值為先增大后減小，H°值總體呈不斷減小的趨勢。這與張軍剛[10]、李青山[11]的研究結(jié)果一致。

影響煙葉烘烤特性的因素主要有遺傳因素、土壤類型、田間栽培管理措施、氣候、煙葉著生部位以及煙葉成熟度等[12-13]。試驗以煙葉暗箱試驗變黃時間和變褐時間作為判定煙葉易烤性和耐烤性的量化指標(biāo)[3]，發(fā)現(xiàn)不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性不一樣。在一定范圍內(nèi)，隨著成熟度的提高，煙葉易烤性越來越好，但耐烤性卻趨于變差。結(jié)合烤后煙外觀質(zhì)量綜合分析，烤煙煙葉在成熟過程中某個成熟度階段的烘烤特性相對其他階段是較好的，這與朱先志[14]等的研究結(jié)果一致。

以鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C值為觀測指標(biāo)建立判別函數(shù)，能夠區(qū)分不同成熟度鮮煙葉，這與霍開玲[15]、張軍剛[10]等的研究結(jié)果一致。顏色參數(shù)可以作為判斷鮮煙葉成熟度和烘烤特性的輔助指標(biāo)。

4 結(jié) 論

通過鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C3個觀測變量建立了成熟度分組Fisher判別式函數(shù)：F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649，F(xiàn)2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。判別函數(shù)能很好地區(qū)分不同成熟度鮮煙葉，可以作為鮮煙葉烘烤特性的輔助判別指標(biāo)。

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