, ,,,
(1.山東中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心,山東 濟南 250014; 2.鄭州輕工業(yè)學院 食品與生物工程學院,河南 鄭州 450002;3.青島市石化高級技工學校,山東 青島 266108;4.頤中(青島)實業(yè)有限公司,山東 青島 266021)
煙葉顏色是煙草外觀質(zhì)量評價的重要指標,也是烤煙煙葉分級的重要依據(jù)。目前,煙葉顏色指標的獲取主要通過感官評定,易受環(huán)境或光線等因素影響,在客觀性和科學性方面存在缺陷[1]。因此,對煙葉顏色特征指標進行量化、標準化探索已成為煙草工業(yè)發(fā)展的研究熱點[2-5]。目前研究中,煙葉顏色特征指標的量化大都借鑒1976年CIE(國際標準照明委員會)推薦的國際通用色彩測量標準CIE L*a*b*顏色模型,該顏色模型適用于一切光源色或物體色的表示與計算。鑒于此,對CIE L*a*b*顏色模型在煙草中的應(yīng)用進行綜述,為深化研究煙葉分級、煙葉評價標準、配打煙葉質(zhì)量控制等提供理論支持。
色差是指2個顏色在知覺上的差異,包括彩度差、明度差、色相差3個方面[6]。色差評價的根本要求是評價結(jié)果具有客觀性[7],理想的色差公式計算結(jié)果應(yīng)與目測有較好的一致性,可真正應(yīng)用于色差質(zhì)量控制[8]。
CIE于1931年開發(fā)了一種色彩測量國際標準,經(jīng)歷數(shù)次改進、迭代,形成了更加完善的顏色模型,即上述提到的1976年推薦的CIE L*a*b*顏色模型,其被認為是目前描述肉眼可見顏色方面最為完備的色彩模型[9]。該模型中,L*表示亮度,限值為0~100,0為黑色,100為白色;a*表示紅度,限值為±80,紅色為+,綠色為-;b*表示黃度,限值為±80,黃色為+,藍色為-。另外,該顏色模型中,色調(diào)角H*是以+a*軸為起點的角度,0°為+a*(紅),90°為+b*(黃),180°為-a*(綠),270°為-b*(藍);飽和度C*用C*=(a*2+b*2)1/2表示,在中心軸L*上,C*=0,愈遠離中心C*愈大[10]。CIE L*a*b*顏色模型的顏色表示方式易于接受,并且顏色在空間中的分布較RGB(Red,green,blue)顏色模型更均勻,因此得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用[11]。
近十幾年來,基于CIE L*a*b*顏色模型的色度測量技術(shù)在煙草方面的應(yīng)用層出不窮,廣泛應(yīng)用于煙草植株、烤煙、復烤煙葉、再造煙葉、烘烤過程中煙葉顏色參數(shù)、物理指標、化學組成、感官質(zhì)量等一系列研究。
不同生育時期煙葉顏色與色素成分及含量有關(guān),其中,與葉綠素、葉黃素、類胡蘿卜素等相關(guān)性較大。烤煙煙葉質(zhì)體色素含量和顏色參數(shù)(H*除外)隨生育進程而降低,不同生育時期烤煙煙葉L*、H*差異顯著,且105 d時的b*、C*顯著高于其他時間[12]。武圣江等[13]研究發(fā)現(xiàn),不同烤煙煙葉質(zhì)體色素含量與顏色參數(shù)明顯相關(guān),其中質(zhì)體色素含量與L*、a*相關(guān)性較大。與烤煙煙葉葉綠素含量相比,類胡蘿卜素含量與顏色參數(shù)相關(guān)性更好。景延秋等[14]研究發(fā)現(xiàn),在烤煙旺長期和成熟期噴施檸檬酸+檸檬酸鈉或噴施蘋果酸+蘋果酸鈉,煙葉顏色參數(shù)中的L*、b*、C*均相對較高。
煙葉顏色參數(shù)與煙葉成熟度存在極大的相關(guān)性。不同成熟度煙葉烘烤過程中正反面顏色變化趨于一致,煙葉顏色參數(shù)與色素含量顯著相關(guān)。煙葉顏色參數(shù)差異顯著,可以作為輔助指標用于判斷煙葉成熟度[15-16]。下、中、上3個部位中,隨著鮮煙葉成熟度的提高,煙葉顏色逐漸由綠向黃綠色轉(zhuǎn)變,L*、a*、b*顏色值均呈升高趨勢,且與色素含量有較大相關(guān)性。明確不同部位適熟、欠熟和過熟鮮煙葉的顏色值范圍,依據(jù)鮮煙葉顏色值建立鮮煙葉成熟度判別方程,可以提高鮮煙葉采收時成熟煙葉的比例[17-18]。GURU等[19]借助CIE L*a*b*顏色模型對不同品種烤煙自動收獲過程中的煙葉顏色進行分析,認為生煙、熟煙、過熟煙的煙葉顏色參數(shù)差異較大,使用CIE L*a*b*顏色模型可以提高煙葉分級準確性。
煙葉顏色與部位有關(guān),部位由下而上,煙葉顏色由淺變深。李悅等[20]發(fā)現(xiàn)烤煙不同部位煙葉的顏色空間分布特征存在一定的規(guī)律:不同品種不同部位煙葉顏色參數(shù)變化趨勢相似;隨著部位上升,L*的均勻度由均勻變?yōu)椴粍颍鴄*的均勻度由不勻變?yōu)樯袆?,b*的均勻度由尚勻變?yōu)榫鶆?,再變?yōu)樯袆颉?/p>
不同產(chǎn)地相同品種的烤煙煙葉顏色值存在一定的區(qū)域分布規(guī)律。戴澤元等[21]通過采用CIE L*a*b*顏色模型對不同產(chǎn)地C3F等級烤煙進行測色分析,認為在煙葉正面、背面、混合面(多片煙葉正面和反面隨機分布)測得的顏色數(shù)據(jù)在產(chǎn)地上有明顯差異。我國烤煙煙葉表面顏色特征按照煙草種植區(qū)域分為4類,分別是東南煙區(qū)、黃淮和北方煙區(qū)、四川產(chǎn)區(qū)和西南煙區(qū)。東南煙區(qū)和西南煙區(qū)煙葉a*較鄰近,西南煙區(qū)和黃淮及北方煙區(qū)煙葉L*較鄰近,各煙區(qū)煙葉表面顏色空間分布基本一致[22-24]。
L*最高的為長江中上游煙區(qū)的B2F、X2F等級烤煙,東南煙區(qū)B2F、X2F等級烤煙的L*較低;a*最高的為西南煙區(qū)的B2F等級烤煙;b*最高的為長江中上游煙區(qū)的B2F、C3F、X2F等級烤煙和西南煙區(qū)的C3F等級烤煙,東南煙區(qū)的X2F等級烤煙的b*較低;C*最高的為長江中上游煙區(qū)的B2F、C3F、X2F等級烤煙和西南煙區(qū)的C3F等級烤煙,東南煙區(qū)的C3F、X2F等級烤煙的C*較低。各等級煙葉顏色區(qū)域性差異主要由生態(tài)條件不同所致,品種對其影響較小[5,25-26]。
煙葉表面顏色與香型的關(guān)系主要表現(xiàn)為顏色值在不同香型烤煙中的分布規(guī)律不同。a*在濃香型、中間香型及清香型烤煙間差異較大。其中,清香型烤煙下部葉a*顯著高于濃香型和中間香型烤煙;C*在不同香型烤煙間差異不顯著;L*在中間香型烤煙中最大,其中部葉和上部葉的L*顯著高于清香型烤煙。就烤煙香型與顏色值的關(guān)系來看, a*與b*、C*在濃香型烤煙中均極顯著負相關(guān),而其在清香型和中間香型烤煙中的相關(guān)性均很小[27]。
不同品種煙葉顏色和色素含量差異顯著[28]。其中,葉綠素含量差異較小,類胡蘿卜素和質(zhì)體色素含量差異較大。賀帆等[29]對中煙100和秦煙96煙葉烘烤過程中顏色參數(shù)的變化進行研究,認為烘烤過程中秦煙96煙葉的L*相對中煙100較高,煙葉外觀顏色較鮮明;秦煙96煙葉色素降解速率落后于中煙100,但是降解較充分,a*、b*較高,煙葉外觀橘黃色較濃;秦煙96煙葉的C*較高,煙葉外觀顏色優(yōu)于中煙100,這與煙葉其他顏色指標顯示的變化規(guī)律相同。
烤煙煙葉顏色參數(shù)變化與煙葉質(zhì)地有一定的相關(guān)性。顏色參數(shù)和質(zhì)地參數(shù)存在較好的相關(guān)性,其中回復性與a*負相關(guān),與H*正相關(guān);黏聚性與L*、b*、C*均負相關(guān);硬度和咀嚼性與顏色參數(shù)幾乎沒有相關(guān)性[29]。武圣江等[30]研究發(fā)現(xiàn),烘烤中煙葉色度各參數(shù)差異均極顯著,且a*差異顯著水平高于b*;煙葉C*的差異比主脈的更顯著。烘烤中煙葉顏色參數(shù)與硬度、黏聚性、咀嚼性有較高的相關(guān)性,是評價煙葉質(zhì)地變化的可靠性指標。
2.7.1 烤煙顏色參數(shù)與煙葉物理參數(shù)的關(guān)系 煙葉顏色參數(shù)a*與厚度、葉比重中度正相關(guān)[31];H*與厚度、葉質(zhì)重中度負相關(guān)[31]。利用色差儀測定烤煙煙葉的顏色參數(shù),準確率較高,并與物理指標存在密切的相關(guān)性[31-32]。
2.7.2 烤煙顏色參數(shù)與煙葉色素的關(guān)系 a*與烤煙中類胡蘿卜素含量負相關(guān),與葉綠素a、葉綠素b含量顯著負相關(guān),與葉黃素、β-胡蘿卜素含量極顯著正相關(guān)[32-34];b*、C*與類胡蘿卜素含量顯著正相關(guān)[32];L*與葉黃素、β-胡蘿卜素含量顯著或極顯著負相關(guān)[33];成熟期煙葉H*與綠色素含量極顯著正相關(guān),且相關(guān)性隨成熟度提高呈下降趨勢,綠色素含量與其余顏色參數(shù)極顯著負相關(guān),隨成熟度提高相關(guān)性增加;H*與黃色素含量相關(guān)性隨成熟度先升高后降低。顏色參數(shù)a*、C*是反映成熟期綠色素含量的較佳指標,C*、H*是反映成熟期黃色素含量的較佳指標[35]。
2.7.3 烤煙顏色參數(shù)與煙葉致香成分的關(guān)系 香氣成分是評價煙葉及制品感官質(zhì)量的重要指標,較大程度上表現(xiàn)了其風味和質(zhì)量,且某些香氣成分及其含量與煙葉顏色參數(shù)存在一定相關(guān)性。關(guān)體青等[36]研究表明,色度與大部分中性香氣物質(zhì)有二次曲線關(guān)系,其中色度與6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯乙醛和苯乙醇呈現(xiàn)顯著的二次曲線關(guān)系。
2.7.4 烤煙顏色參數(shù)與煙葉其他化學成分的關(guān)系 L*、a*、b*、C*、H*等與煙葉化學成分顯著相關(guān)[37]。a*與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量顯著正相關(guān),與總糖含量、還原糖含量、糖堿比、糖氮比等顯著負相關(guān)。其中,煙堿含量對a*的影響最大。L*、b*、C*、H*與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)含量均極顯著負相關(guān),與總糖含量、還原糖含量、糖堿比等顯著正相關(guān),與氯、淀粉含量等相關(guān)不顯著。其中,總氮含量對煙葉L*的負作用最大,蛋白質(zhì)含量對b*、C*的負作用最大,氮堿比、蛋白質(zhì)含量對H*的影響最大[38-39]。
L*與新綠原酸、4-O-咖啡奎尼酸、綠原酸含量顯著或極顯著正相關(guān),a*與新綠原酸、4-O-咖啡奎尼酸、綠原酸含量負相關(guān),煙葉背面C*與總植物堿顯著正相關(guān)[40]。MORTON等[41]借助CIE L*a*b*顏色模型,采用儀器對烤煙顏色進行分析,利用濾光片末端污漬的強度(濾光色)估計卷煙焦油得率,發(fā)現(xiàn)儀器測量的焦油得率與用色度計測得的濾光色的相關(guān)性相當強。
利用色度儀測定煙葉的顏色參數(shù),結(jié)合非顏色外觀參數(shù),對烤煙原料進行分級不失為一種理想的方法[42]。對非均勻的色度空間而言,在該空間中相同的空間距離在色覺上并不具有相同的視覺差距,因此,勢必影響判別的正確率。CIE L*a*b*顏色模型是一種均勻的顏色模型,在顏色分類效果上優(yōu)于其他模型[43]??緹煙熑~顏色參數(shù)與外觀質(zhì)量指標顯著或極顯著相關(guān),L*、a*均與外觀質(zhì)量評價總分呈明顯的“∩”形曲線。其中,L*為53~54、a*為13~15時,外觀評價總分最高。L*與煙葉結(jié)構(gòu)正相關(guān),與油分和部位負相關(guān)。b*、C*與煙葉結(jié)構(gòu)、顏色、總分均正相關(guān)[44]??緹煹募墑e與煙葉的L*、a*、b*、H*等顏色參數(shù)具有一定的關(guān)聯(lián)性,同一部位的L*隨著級別的升高而降低,b*、H*變化不大,a*隨著部位不同而有所變化,中部煙整體比上部煙的a*偏低,成熟度越低a*也越低[45]。
煙葉顏色的L*、a*、H*均與香氣質(zhì)量、吃味、刺激性等指標顯著相關(guān),其中L*、a*、H*最能反映出香氣量、吃味、刺激性評吸指標的品質(zhì)情況[38]。按煙葉使用類別來看,吃味型烤煙a*較高,b*、H*較低;香味型煙葉b*、H*、C*較高,a*偏低;填充型煙葉a*最低,b*相對較高。吃味型烤煙的L*、b*、b*/a*低于香味型烤煙,a*高于香味型烤煙。吃味型烤煙與填充型烤煙參數(shù)變化規(guī)律與香味型烤煙基本一致[38]。
路曉崇等[46]以煙葉顏色參數(shù)為輸入變量,烤煙感官質(zhì)量指標為輸出變量,通過分別構(gòu)建拓撲結(jié)構(gòu)為10-12-1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對感官質(zhì)量進行預測評價。結(jié)果顯示,顏色參數(shù)與感官質(zhì)量指標一致性較好,均服從正態(tài)分布,且模擬值與評價值差異較小。其中,雜氣與刺激性的模擬值與評價值差異達到顯著水平,香氣質(zhì)、透發(fā)性等的模擬值與評價值差異均達到極顯著水平。模型擬合效果較好,說明煙葉的顏色參數(shù)與煙葉的感官質(zhì)量有較高的相關(guān)性。
2.10.1 煙葉烘烤工序 煙葉烘烤過程中顏色參數(shù)變化與溫度、烘烤時間、物理參數(shù)、淀粉、糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸以及內(nèi)在色素含量變化具有密切關(guān)系[47]。
2.10.1.1 烘烤條件(溫度、時間、風速、濕度等)對顏色參數(shù)的影響 烘烤過程中,各部位的煙葉顏色參數(shù)變化規(guī)律基本一致,烘烤到42 ℃時煙葉顏色變化最明顯,42 ℃后變化幅度變小。煙葉正面與背面色差從鮮煙葉至42 ℃變大,在54 ℃穩(wěn)溫結(jié)束時變小[48-52]。烘烤過程中,a*隨著時間的延長而升高,主脈a*在54 ℃時明顯升高,H*隨著穩(wěn)溫時間的延長而降低。在38 ℃穩(wěn)溫24 h,在42 ℃穩(wěn)溫16 h,在47 ℃穩(wěn)溫20 h,在54 ℃穩(wěn)溫16 h,煙葉內(nèi)色素降解更加完全,煙葉色度增強[20]。干筋期隨著風速增加,L*和正反面ΔL*(亮度差)增大,煙葉顏色偏亮黃。隨著相對濕度的增加,L*和正反面ΔL*減小,而a*、b*、C*逐漸增大,煙葉顏色偏橘黃。隨著干球溫度的升高,煙葉a*增大,顏色偏紅棕[2,53]。
2.10.1.2 烘烤過程中煙葉顏色變化規(guī)律 烘烤過程中,煙葉主脈顏色參數(shù)變化速度較其余部分緩慢。烘烤過程中,煙葉正面和主脈a*與煙葉的收縮率、卷曲率、含水率指標顯著相關(guān)。煙葉背面L*與收縮率、縱向卷曲率顯著相關(guān),煙葉正面L*與厚度收縮率顯著相關(guān)。主脈b*與橫向卷曲率、含水率指標顯著相關(guān)[54]。隨成熟度提高,煙葉正、背面顏色參數(shù)L*、b*、C*呈不斷增大趨勢,a*先增大后減小,然后再增大,H*呈不斷減小趨勢。不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性不同,隨成熟度提高,煙葉易烤性越來越好,但耐烤性變差[55]。
2.10.1.3 烘烤過程中煙葉成分與顏色參數(shù)的關(guān)系 煙葉還原糖含量與L*、a*、b*、C*均顯著正相關(guān),與H*顯著負相關(guān)[48]。烘烤過程中,淀粉、蛋白質(zhì)含量與顏色參數(shù)的變化也存在較高的相關(guān)性[51]。
2.10.1.4 烘烤過程中煙葉顏色參數(shù)與色素含量的關(guān)系 烘烤過程中,中部煙葉和下部煙葉葉綠素a含量、中部煙葉葉綠素b含量均與b*、C*顯著相關(guān),與a*、H*極顯著相關(guān);上部煙葉葉綠素含量與a*、H*極顯著相關(guān);上部煙葉和下部煙葉類胡蘿卜素含量與a*顯著負相關(guān);中部煙葉類胡蘿卜素含量與a*、L*顯著負相關(guān);各部位煙葉類胡蘿卜素含量與H*均顯著正相關(guān)[4,48,50]。
2.10.1.5 普通烤房與密集烤房煙葉顏色的差異 烘烤過程中,普通烤房與密集烤房煙葉顏色參數(shù)變化類似,但密集烤房煙葉L*相對較高。煙葉定色之前,各煙葉a*、b*差異不明顯。定色后期,普通烤房煙葉反面a*和正、反面b*略小于密集烤房[56]。
2.10.1.6 復烤成品片煙勻質(zhì)化加工和質(zhì)量穩(wěn)定性控制 色差能夠較好地反映煙葉原料的內(nèi)在質(zhì)量,借助煙葉顏色指標可以評價復烤成品片煙質(zhì)量穩(wěn)定性。王躍昆等[57]利用色差儀測定云煙87BBSF復烤片煙顏色數(shù)據(jù),分析L*、a*、b*均值、極差和片煙混合均勻度,認為片煙色差數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,色差法與化學法判斷的片煙混合均勻度有較高的一致性。
2.10.2 制絲工序 卷煙煙絲色澤的影響因素主要包括煙葉原料色澤、制絲加工處理工藝。采用1周期真空回潮處理的煙葉,相對2周期真空回潮處理的煙葉而言,色澤較好。真空回潮處理過程中,提高蒸汽溫度,延長保溫時間和回抽時間,均會導致煙葉色澤變差。片煙回潮或加料后,隨著儲存環(huán)境溫濕度的升高、貯存時間的增加,煙葉L*下降,色差增大,色澤變差。隨著煙絲加工強度的增大,煙絲顏色逐漸變深,同時煙葉中黃色素、多酚類物質(zhì)等的含量逐漸降低。滾筒干燥強度變化對葉絲的色澤影響較小,隨著切絲時煙葉含水率和刀門壓力的增大,切后葉絲L*下降,色差變大,色澤變差[58-59]。
CIE L*a*b*顏色模型及色差儀已應(yīng)用于煙包、彩色卷煙紙、煙用鍍鋁紙以及接裝紙的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測等環(huán)節(jié),以提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)適用性[60]。楊紹文等[61]運用CIE L*a*b*顏色模型輔助棕色卷煙紙研發(fā),選擇色差變化較小的配方和工藝條件,發(fā)現(xiàn)時間、堿金屬有機酸鹽、溫度對色度穩(wěn)定性的影響較小。沈世豪等[62]對煙用接裝紙摩擦-色差測定法進行研究,認為摩擦機制與實際生產(chǎn)過程相似,定量定性分析結(jié)果準確可靠,方法快捷高效,是一種對接裝紙印刷層的抗摩擦性能可靠的檢測方法。
造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中,由于煙草原料、涂布率、回水、填料用量等因素的影響,導致再造煙葉顏色存在差異。CIE L*a*b*顏色模型能較好地反映再造煙葉顏色質(zhì)量,重現(xiàn)性好,可用于再造煙葉顏色指標檢測[63]。余振華等[64]研究發(fā)現(xiàn),含水率對L*檢測結(jié)果影響較明顯,L*波動幅度大于a*、b*,同批次間L*的差異小于不同批次間。胡念武等[65]對再造煙葉產(chǎn)品的L*、a*、b*等顏色參數(shù)進行檢測,認為部分顏色參數(shù)與感官質(zhì)量相關(guān),通過建立相應(yīng)的顏色參數(shù)中心值和波動范圍并加以控制,能夠提高再造煙葉產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。彭琛等[66]認為再造煙葉產(chǎn)品外觀顏色色差隨儲存時間的延長而升高。
目前烤煙煙葉顏色測量大多處在試驗階段,實際應(yīng)用中還沒有形成成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此,將CIE L*a*b*顏色模型應(yīng)用到煙葉分級、煙葉采購標準評價、配打煙葉質(zhì)量控制等生產(chǎn)過程中,對煙草行業(yè)的發(fā)展具有重要意義,但這需要在品種、年份、地域、分組分級、分析方法、算法等方面進行持續(xù)驗證和實踐。
CIE L*a*b*顏色模型顏色參數(shù)與煙葉分組分級時成熟度、煙葉結(jié)構(gòu)、油分、色度等品級要素相關(guān)性較大,因此,可將基于CIE L*a*b*顏色模型的測色技術(shù)引入烤煙分組分級,以提高煙葉分組分級的準確率和工作效率。
煙草工商企業(yè)對煙葉原收原調(diào)時,尤其是煙站(點)采購煙葉把煙原料時,利用基于CIE L*a*b*顏色模型的測色技術(shù)輔助控制原料采購標準,有助于減少因個人經(jīng)驗、環(huán)境變化帶來的不穩(wěn)定性,提高原料采購工作效率,提升原料質(zhì)量穩(wěn)定性。尤其是各煙區(qū)、小產(chǎn)區(qū)對具體品種等級把煙采購時,可保障具體煙區(qū)、小產(chǎn)區(qū)、小等級煙葉把煙原料質(zhì)量穩(wěn)定。
工業(yè)配打煙葉原料的穩(wěn)定性直接影響卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量的穩(wěn)定,復烤煙葉配打在批次內(nèi)、批次間,尤其是年度間質(zhì)量存在不穩(wěn)定因素。因此,借助基于CIE L*a*b*顏色模型的測色技術(shù),確定單一把煙原料等級的顏色參數(shù)要求及控制范圍,輔助控制配打煙葉配方構(gòu)成,可極大地提高工業(yè)配打原料的穩(wěn)定性,進而保障卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。