基于感官排序和量值估計法的烤煙僵硬度參比系建立

張曉兵，李丹丹，劉建國，王榮浩，俞錁，徐清泉，夏琛，程昌合

浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，浙江省杭州市西湖區(qū)科海路118號 310024

葉片結(jié)構(gòu)在國標(biāo)《烤煙》[1]中的定義是煙葉細胞排列的疏密程度，分為下列檔次：疏松、尚疏松、稍密、緊密。葉片結(jié)構(gòu)是烤煙分級品質(zhì)因素之一，與煙葉的內(nèi)在質(zhì)量具有密切聯(lián)系[2]，同時能夠影響煙葉的填充性和燃燒性。目前，研究人員對葉片結(jié)構(gòu)這一復(fù)合感官屬性進行了不同層面的剖析，王信民等[3]根據(jù)煙葉受壓后恢復(fù)原來大小和原始形狀的能力，將煙葉柔韌性列入烤煙外觀區(qū)域特征的備選評價指標(biāo)。王亞平等[4]對烤煙外觀屬性因子進行挖掘，將葉片結(jié)構(gòu)細分為柔軟度、粗糙度、彈性、充實度4 個屬性因子。范建立等[5]甄選出7 項葉片結(jié)構(gòu)的感官屬性因子，分別為吸濕性、疏松度、粗糙度、顆粒感、柔軟度、彈性和挺度。信俊峰[6]和張麗鮮等[7]分別從葉片結(jié)構(gòu)中分離出“粗糙度”和“疏松度”進行了探討分析。

在實際分級操作中，無法直接感知煙葉內(nèi)在細胞的排列疏密程度，而是通過手摸間接感受因其細胞排列情況所導(dǎo)致的觸覺手感。對葉片結(jié)構(gòu)的疏松或緊密與否的觸覺感受，更多是從柔軟、挺括、充實等方面的綜合體驗和判斷。因此，讓煙葉分級初學(xué)者很難快速精準(zhǔn)的把握其特點，并且在實際工作中也會因各自經(jīng)驗不同而有所分歧。手握煙葉葉片時產(chǎn)生的對作用力和摩擦力的綜合感受即為僵硬度，煙葉僵硬度是葉片結(jié)構(gòu)這一復(fù)合感官屬性的其中一種外在表現(xiàn)，是手握煙葉時對煙葉組織僵硬程度的一種觸覺感受，可以用“軟”或“硬”來描述。同時，煙葉僵硬度是葉片結(jié)構(gòu)的一個力學(xué)特性，描述了由煙葉各連接部件有機組合而成的葉片整體所能承受的重力或外力作用及剛度。僵硬度在感知層面比葉片結(jié)構(gòu)更直觀，相較于葉片結(jié)構(gòu)，評級人員更容易把握僵硬度的內(nèi)涵概念，目前，對于從烤煙葉片結(jié)構(gòu)中解剖出“僵硬度”這一感官屬性因子的研究尚未見相關(guān)報道。本研究嘗試將烤煙僵硬度進行合理梯度劃分和梯度特征客觀描述，以不同的葉片實物來反映不同檔次的僵硬度煙葉，最終制作出一套完整科學(xué)的僵硬度參比樣品，并應(yīng)用量值估計法評價所研制烤煙僵硬度參比樣的科學(xué)性、代表性與定量化，從而更好地把握僵硬度的定性概念及其不同標(biāo)度帶來不同觸覺感受的定量感知，也有助于葉片結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確把握；既有利于人才培養(yǎng)中的樣品使用與知識傳遞，也有利于產(chǎn)品品質(zhì)的科學(xué)評價，為煙葉評級技術(shù)的研究和學(xué)科建設(shè)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

為了保證所研制烤煙僵硬度參比樣的代表性與全面性，備選參比樣的僵硬度應(yīng)涵蓋該特性最小至最大的范圍。選取煙葉葉面僵硬的河南、山東，中等的福建、湖南，柔軟的云南、四川產(chǎn)區(qū)的2018 年度煙葉，供試樣品基本涵蓋了不同產(chǎn)區(qū)、不同實際生產(chǎn)情況的煙葉葉片僵硬程度，具有一定的代表性。

從整張葉片中選取典型部分進行裁剪，制成長為8～10 cm，寬為6～8 cm 不包含主脈的小片，做好標(biāo)識，放入溫度（22±1）℃，濕度（60±3）%的恒溫恒濕箱里平衡48 h，使每片樣品的溫濕度一致，平衡后的樣品通過3 位隨機編碼后裝入密封袋內(nèi)，以備評價。

1.2 方法

1.2.1 成立參比樣評價小組

為保證參比樣品檔次劃分及樣品制作的可靠性，最大限度避免由個人手觸摸感造成的結(jié)果誤差，設(shè)立參比樣制作評價小組，小組成員共7 名，設(shè)組長1 名。評價小組成員均具有感官分析優(yōu)選評價員資格。

1.2.2 感官排序法

先提供給評價員一份非待測評價樣品，以便更加深入地理解煙葉僵硬度這一屬性因子與評價方式，降低評價員在評價時其他外觀品質(zhì)對僵硬度的影響。然后將待評價樣品提供給評價員，評價員運用觸覺和視覺的綜合感官對煙葉原料進行逐片評判，按照相似因素、質(zhì)量檔次分組歸檔。接著，運用感官分析排序法對葉片結(jié)構(gòu)的僵硬度按由弱到強分別進行排序，在識別閾范圍內(nèi)細分。

1.2.3 評價小組量值估計法專項培訓(xùn)與樣品評價

量值估計法是通過評價員對某一感官特性進行評分的一種評定方法[8]，對樣品的特性強度或評價員喜好程度定值，所定數(shù)值間的比例與評價員對特性感覺間的比例一致。由于量值估計法具有較高的靈活性，較小的邊界效應(yīng)等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于食品感官分析評價。

首先，應(yīng)用幾何圖形面積評估法引導(dǎo)評價小組成員掌握量值估計法的基本概念和方法，評價小組成員對面積范圍從2 cm2到200 cm2的6 個圓形、6 個等邊三角形和6 個正方形進行量值評分，并將各自評分結(jié)果與小組平均值進行比較，從而提供正反饋。

評價小組應(yīng)用直線標(biāo)尺自由量值估計法評價其打亂順序的不同檔次僵硬度參比樣，共進行3次重復(fù)試驗。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 處理數(shù)據(jù)，Origin 8.0 作圖，用SPSS 21.0 軟件進行描述分析、多重比較分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官排序結(jié)果

依據(jù)國標(biāo)《GB/T 29604—2013 感官分析建立感官特性參比樣的一般導(dǎo)則》[9]，參比樣確定時相鄰檔次之間既要有梯度、又要有連續(xù)性，兩個相鄰檔次之間不脫檔，但同時不交叉，容易識別。樣品能反映該品質(zhì)因素不同檔次的特點，能代表該檔次質(zhì)量水平。評價小組按照排序結(jié)果將僵硬度初步劃分為8 個檔次。但是，評價小組通過對初選參比樣反復(fù)比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第2 檔和第3 檔、第3 檔和第4 檔這兩對檔次劃分不夠合理，界限不明顯，容易出現(xiàn)交叉，按照可操作性和重復(fù)性的原則，故剔除第3 檔次，最終將僵硬度劃分為7 檔次。評價成員對樣品的感官排序結(jié)果見表1，秩次越大表明煙葉越僵硬。

表1 感官排序法統(tǒng)計表Tab. 1 Results of sensory ranking method

葉片結(jié)構(gòu)僵硬度7 個檔次的劃分是否符合感官屬性因子確定的一般原則，需要進行Friedman 試驗，根據(jù)Friedman 檢驗的方法[10]計算出煙葉僵硬度的檢驗統(tǒng)計量：查表知α=0.01，j=7，p=7 時對應(yīng)的臨界值為15.35，由于Ftest＞F0.01=15.35，因此，在顯著性水平為0.01 時，7個樣品在整體僵硬度上存在極顯著性差異。為進一步確定兩兩樣品之間是否存在顯著性差異，7 名評價員對初選樣品進行兩輪的定向成對比較檢驗（如圖1），定向成對比較結(jié)果匯總見表2。

圖1 定向成對比較檢驗示意圖Fig.1 Sketch map of directional paired comparison test

表2 定向成對比較結(jié)果Tab. 2 Results of directional paired comparison test

查成對比較檢驗標(biāo)準(zhǔn)[11]可知，在答案數(shù)為14的情況下，在α=0.05 的顯著水平下，最少需要11個肯定答案個數(shù)，在α=0.01 的顯著水平下，最少需要12 個肯定答案個數(shù)。表2 中6 次成對比較試驗中獲得的肯定答案個數(shù)均大于等于12，表明在α=0.01的 水 平 下，784 和157、157 和351、351 和237、237 和962、962 和642、642 和867 樣品之間存在顯著性差異。

2.2 量值估計法對僵硬度參比樣評價結(jié)果

評價員根據(jù)僵硬度量值評價表，參照自己感知的煙葉僵硬度強弱程度對樣品進行賦值。評價小組組長將外部參比樣和對應(yīng)給定模數(shù)50 提供給評價員，評價員參照外部參比物，給出第1 個樣品的量值估計結(jié)果，然后再參照外部參比物和上一個樣品的量值結(jié)果按比例原則給出下一個樣品的估計值。影響量值估計評價結(jié)果的因素主要是評價員自身的不一致和評價小組成員之間的不一致。為了消除評價員自身的不一致，設(shè)計了如圖2 所示的煙葉僵硬度量值估計評價表，將描述詞標(biāo)尺和樣品標(biāo)尺放在同一評價表的對應(yīng)位置上，這樣易于評價員對描述詞和樣品使用統(tǒng)一標(biāo)尺。

圖2 煙葉僵硬度量值估計評價示意圖Fig. 2 Tobacco leaf stiffness using method of magnitude estimation

為了消除評價員之間的不一致，對描述詞賦值結(jié)果取自然對數(shù)后，計算校正因子1=整個評價小組的幾何平均值-每個評價員在相同樣品組中的幾何平均值，得到重新標(biāo)度值=描述詞賦值結(jié)果+校正因子1 和評價員描述詞標(biāo)尺理論長度=EXP（描述詞重新標(biāo)度中的最大值）。對樣品賦值結(jié)果取自然對數(shù)，計算校正因子2=整個評價小組的幾何平均值-每個評價員在相同樣品組中的幾何平均值。進行第1 次全面重新標(biāo)度：樣品賦值結(jié)果+校正因子1 和第2 次全面重新標(biāo)度：第1 次全面重新標(biāo)度+校正因子2，得到個人樣品理論強度=EXP（第2 次全面重新標(biāo)度值）。將個人樣品拉至長度為 15 cm 的同一標(biāo)尺，計算個人樣品理論感官估計值=EXP（個人樣品理論強度/描述詞標(biāo)尺理論長度×15）[12]。7 名評價員對所建立的僵硬度參比樣量值結(jié)果最終量值得分如表3 所示。用SPSS 21.0 對參比樣量值估計得分進行分析，分析結(jié)果見表4 和表5。

表3 僵硬度參比樣的量值得分（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Tab. 3 Magnitude estimation scores of stiffness of reference samples （mean±SD）

表4 方差齊性檢驗Tab. 4 Homogeneity test of variance

表5 描述性分析和多重比較分析結(jié)果Tab. 5 Results of descriptive analysis and multiple comparative analysis

表4 中，P=0.252＞0.05，表示方差是齊的，由表5 多重比較分析結(jié)果可以看出，7 個樣品均值之間存在α=0.01 水平的顯著性差異，表明所制樣品之間僵硬度差異極顯著，所制作的僵硬度參比樣品具有代表性。

圖3 參比樣量值結(jié)果與順序標(biāo)度值的關(guān)系Fig. 3 Relationship between average values of magnitude estimation results and sequential scaling values

根據(jù)表5，以參比樣的順序標(biāo)度值為自變量，以評價小組對樣品的量值估計結(jié)果平均值為因變量作圖3。參比樣的量值結(jié)果與順序標(biāo)度值之間呈正相關(guān)關(guān)系，Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.995，且圖3 中相鄰兩點不交叉，說明所建的僵硬度參比樣7 個檔次之間不脫檔，不交叉，具有一定的適應(yīng)性，研制的僵硬度參比樣是科學(xué)可行的。

2.3 僵硬度各檔次文字描述和實物樣品

評價人員將7 個檔次的僵硬度用語義方式區(qū)分為：柔軟、較柔軟、稍柔軟、中等、稍僵硬、較僵硬、僵硬，即構(gòu)成7 點語義標(biāo)度。為了評級人員進一步理解和感受各個僵硬度檔次，也為了所研制的僵硬度參比樣的推廣和應(yīng)用，需要根據(jù)僵硬度7 個檔次參比樣品所表現(xiàn)出的外觀特征，由評價小組成員進行客觀描述，重點突出觸覺、視覺的感知。通過小組成員認真觀察、分析討論，最終各個檔次僵硬度的具體文字描述見表6。研制的7 個檔次參比樣品實物見圖4，通過對7個檔次的僵硬度煙葉進行排序可以看出，烤煙僵硬度與色度存在一定的相關(guān)性，隨著煙葉僵硬度的增加，煙葉的顏色也逐漸變深，紅色色素含量和紅色面積增加。

表6 僵硬度7 個檔次描述詞和文字描述Tab. 6 Descriptive word and text descriptions for stiffness in seven grades

圖4 僵硬度參比樣實物Fig. 4 Reference samples with different stiffness

3 結(jié)論與討論

通過感官排序法，將僵硬度劃分為柔軟、較柔軟、稍柔軟、中等、稍僵硬、較僵硬、僵硬7 個檔次，并對各個檔次的僵硬度進行了客觀準(zhǔn)確的文字描述，制定出了一套比較科學(xué)的煙葉僵硬度參比樣。通過量值估計法評價所制的僵硬度參比樣品，結(jié)果表明7 個檔次的僵硬度存在顯著性差異，不脫檔、不交叉，所研制的僵硬度參比樣代表性和適用性強。

烤煙僵硬度參比樣的建立，能夠?qū)⑷珖緹煹牟煌┯渤潭纫詫嵨锖臀淖置枋龅男问秸宫F(xiàn)出來，方便煙葉分級初學(xué)者學(xué)習(xí)和掌握葉片結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵，對產(chǎn)區(qū)煙葉生產(chǎn)、收購和工業(yè)使用具有一定的指導(dǎo)意義，本研究采用量值估計法，賦值結(jié)果取反對數(shù)且將樣品標(biāo)尺與語義標(biāo)尺一一對應(yīng)，避免了評價員自身及評價員之間的不一致，實現(xiàn)了感官分析結(jié)果更科學(xué)量化，為今后煙葉分級的理論發(fā)展和實踐應(yīng)用提供支撐依據(jù)。在烤煙僵硬度參比樣建立后，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著僵硬度的不斷增加，樣品的顏色呈現(xiàn)由淺至深的變化規(guī)律，顏色的均勻程度度呈現(xiàn)“不均勻→均勻→不均勻”的變化趨勢，說明僵硬度與煙葉顏色有一定的相關(guān)關(guān)系。僵硬度是煙葉的營養(yǎng)水平、發(fā)育狀況、化學(xué)成分的綜合反映，最終影響到煙葉的評吸質(zhì)量，合理構(gòu)建僵硬度與煙葉外觀品質(zhì)、感官質(zhì)量的關(guān)系是今后研究的重點。

煙葉的僵硬度體現(xiàn)的是細胞組織排列疏密程度、細胞間隙的大小等，受制于當(dāng)前煙葉評級技術(shù)發(fā)展水平，本次制作的參比樣主要是通過感官手段來進行評價，其精準(zhǔn)性低于儀器檢測，下一步利用相關(guān)儀器對細胞排列進行定量物理檢測，可采用客觀的檢測數(shù)據(jù)對僵硬度進行量化表征及分析研究。