煙葉顏色指標(biāo)值與煙葉褐變程度及其內(nèi)在化學(xué)成分相關(guān)分析

曾濤 宗釗輝 胡亞杰 韋建玉 王維 趙偉才 王行 王軍

摘要 應(yīng)用ward法聚類分析和Fisher判別分析探究煙葉的顏色指標(biāo)值與醇化過程中煙葉褐變程度以及煙葉顏色指標(biāo)值與其內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)系。結(jié)果表明，以ward法聚類分析在14.08處將所有煙葉樣品分為3個類別，逐步判別得對分類結(jié)果有顯著影響的明度（L值）、黃藍色（b值）、黃度（Y值），建立2個Fisher判別函數(shù)，F(xiàn)isher判別法的結(jié)果與感官評價的結(jié)果符合率達96.7%;通過相關(guān)分析與線性回歸分析煙葉的顏色指標(biāo)值與化學(xué)成分存在極顯著相關(guān)關(guān)系，醇化過程中L、Y與類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸、還原糖含量存在線性相關(guān)關(guān)系，L、a、b值與全氮含量存在線性相關(guān)關(guān)系;總糖含量與Y值、淀粉含量與b值存在線性關(guān)系。證實了煙葉醇化過程中通過煙葉顏色指標(biāo)值判定煙葉褐變程度與化學(xué)成分變化的可能性。

關(guān)鍵詞 煙葉醇化;顏色指標(biāo)值;褐變程度;化學(xué)成分;聚類分析;判別分析

中圖分類號 TS41+1? 文獻標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）05-0170-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.043

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Correlative Analysis of Index Value of Tobacco Leaf Color and Browning Degree and Its Internal Chemical Components

ZENG Tao1，2， ZONG Zhao-hui1，2， HU Ya-jie3 et al

（1.Technology Center of Tobacco Production of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400;2.Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400;3. Guangxi Tobacco Industry Co.， Ltd.， Nanning，Guangxi 530000）

Abstract The color index of tobacco leaves and the browning degree of tobacco leaves and the relationship between leaf color index and its intrinsic chemical composition were explored by ward clustering analysis and Fisher discriminant analysis. The results showed that all the tobacco samples were divided into three categories at 14.08， and the scores of L， b and Y， which had significant influence on the classification result were determined. Two Fisher discriminant functions were established by Fisher discriminant method.The results showed that the Fisher’s discriminant results and sensory evaluation of the results of the coincidence rate reached 96.7%. Through correlation analysis and linear regression analysis， there was extremely significant correlation between the color index values and chemical components of tobacco leaves.In the mellowing process， there was a linear correlation between L， Y and carotenoids， total phenols， free amino acids and reducing sugars;there was a linear correlation between L， a and b values and total nitrogen content. There was a linear relationship between total sugar content and Y value， starch content and b value. It was confirmed that the possibility that degree of browning and the change of chemical composition were determined by the leaf color index.

Key words Tobacco aging;Color index value;Browning degree;Chemical component;Cluster analysis;Discriminant analysis

基金項目 廣西科技計劃項目（桂科AB18229001）;廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目（201645000034020）。

作者簡介 曾濤（1980—），男，河南信陽人，碩士，從事煙草種植與調(diào)制研究。*通信作者，高級農(nóng)藝師，博士，從事植物營養(yǎng)研究。

收稿日期 2021-04-13

醇化是煙葉在配方使用前進行的工業(yè)調(diào)制，醇化過程中部分大分子化合物水解成煙葉中重要的香氣物質(zhì)，同時煙葉中的色素與部分木質(zhì)素發(fā)生降解，雜氣與刺激性減少。但醇化過程中，煙葉的羰基化合物（還原糖類）和氨基化合物發(fā)生美拉德反應(yīng)，殘留的酚類物質(zhì)被空氣中的氧氣氧化，這2種反應(yīng)產(chǎn)生的褐色物質(zhì)在煙葉表面積累，導(dǎo)致煙葉發(fā)生褐變[1]，褐變會影響煙葉的色澤以及內(nèi)在品質(zhì)，進一步影響卷煙制品的質(zhì)量，嚴重褐變煙葉甚至不能夠使用，對卷煙工業(yè)企業(yè)造成重大的損失。由于醇化過程中貯存環(huán)境與煙葉產(chǎn)區(qū)、品種、等級等差異，同一批次煙葉醇化過程中褐變程度不同[2-5]，因此有效準確地評估煙葉褐變情況，指導(dǎo)卷煙生產(chǎn)中合理使用煙葉，能夠有效減少卷煙生產(chǎn)中的損失，保障卷煙工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。色差計與WSL-2比較測色儀是常見的顏色測量儀器，具有測量速度快、精度高的優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肉類、面粉、水果及茶葉等領(lǐng)域顏色的檢測[6-9]。

前人主要針對煙葉褐變機制與褐變相關(guān)物質(zhì)含量變化展開研究，有關(guān)煙葉褐變程度的判定以及醇化過程中煙葉顏色指標(biāo)值與內(nèi)在化學(xué)成分關(guān)系鮮有報道。該試驗從煙葉褐變程度與煙葉表面顏色指標(biāo)值變化展開研究，對煙葉顏色指標(biāo)值與煙葉褐變程度以及內(nèi)在成分關(guān)系進行分析，結(jié)合聚類分析和Fisher判別分析對其進行判別分類，成功區(qū)分30種醇化煙葉的褐變程度，分析煙葉顏色指標(biāo)值與其內(nèi)在化學(xué)成分的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料30個樣品均來自廣西中煙原料醇化倉庫。具體如表1所示。

1.2 測定方法

1.2.1 色差測量。

在處理的烤煙葉片上取3個代表性的點，使CR-10色差儀進行色差測量（3次重復(fù)）。

1.2.2 色度測量。

將樣品分別進行105 ℃烘干1 h至恒重，粉碎，過20目篩，準確稱取10 g，加200 mL蒸餾水，室溫超聲30 min，過濾，取濾液利用WSL-2比較測色儀比色測量（3次重復(fù)）。

1.2.3 化學(xué)成分測量。

按馬一瓊等[10]的方法進行總糖、還原糖、總氮、煙堿、蛋白質(zhì)等煙葉常規(guī)化學(xué)成分分析。采用福林試劑法測定總酚，采用茚三酮比色法測定游離氨基酸。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 20.0和Excel 2010等軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚類分析

對數(shù)據(jù)采用ward法進行聚類分析，度量標(biāo)準為平方歐氏距離，采用Z-Score法標(biāo)準化比較值。從聚類分析樹狀圖（圖1）可以看出，在聚類距離約為14.08處聚類分析將30個樣品聚類為3個類群，第一類樣品包括1～6號6個樣品，第二類樣品包括7～16號、18～24號17個樣品，第三類包括17號、25～30號7個樣品;聚類分析結(jié)果與感官評定等級的比較結(jié)果顯示，聚類分析7號、8號樣品為重度褐變，分類級別與感官評價褐變程度高，24號樣品為輕度褐變，17號樣品為輕度褐變，分類級別與感官評價相比褐變程度低。用ward法聚類分析的結(jié)果與感官評價的結(jié)果略有差異，準確率為86.67%，造成差異的原因可能是感官評價除了煙葉顏色指標(biāo)外，還有評吸質(zhì)量、煙葉身份、油分等煙葉外觀質(zhì)量指標(biāo)，而該研究的分析方式僅涉及煙葉顏色指標(biāo)值。

2.2 判別分析

采用Wilks’ lambda 逐步判別法，當(dāng)加入或剔除一個變量后，對在判別函數(shù)中的變量進行方差分析，當(dāng)F>3.74時保留，F(xiàn)≤3.74時剔除。從表2可以看出，通過Wilks’ lambda 逐步判別法篩選出3個對煙葉褐變程度分類影響較大的顏色指標(biāo)值L（明度）、Y（黃度）、b（黃藍色）作為建立判別函數(shù)的變量。Wilks’lambda 表示組內(nèi)離差交叉乘積矩陣行列式與總離差交叉矩陣行列式的比值，其值越小表示判別能力強，經(jīng)判別函數(shù)有效性檢驗發(fā)現(xiàn)，Wilks’ lambda值均小于1，判別函數(shù)的判別能力顯著。將30個樣品的相關(guān)顏色指標(biāo)值帶入判別函數(shù)，得到的二維數(shù)據(jù)作為樣品在二維空間的距離，計算與各類樣品重心坐標(biāo)的距離作為分類的依據(jù)，樣品距離各類樣品重心坐標(biāo)距離最小歸屬一類，對樣品的褐變程度進行驗證，結(jié)果如表3，除8號外其余29個煙葉樣品均正確區(qū)分，正確率達96.67%，說明顏色指標(biāo)值L、Y、b的選擇對于判別醇化煙葉褐變程度是有效的，方法是可行的。

2.3 不同褐變程度煙葉顏色指標(biāo)值與化學(xué)成分相關(guān)性分析

從表4可以看出，不同褐變程度煙葉的顏色指標(biāo)值與煙葉內(nèi)在成分存在相關(guān)關(guān)系，顏色指標(biāo)值L值和b值與煙葉的總糖、還原糖、類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸呈極顯著正相關(guān)，與鉀含量呈顯著正相關(guān)，與淀粉含量呈極顯著負相關(guān);Y值與煙葉的總糖、還原糖、類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸呈極顯著負相關(guān)，與淀粉含量呈極顯著正相關(guān);a值和R值與煙葉內(nèi)在成分相關(guān)性不顯著。說明煙葉在醇化過程中隨著煙葉顏色指標(biāo)值L值與b值的減小，總糖、還原糖、類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸、鉀含量逐漸降低，淀粉含量增加，顏色指標(biāo)值Y值趨勢相反。從表4還可以看出在醇化過程中通過測量煙葉顏色指標(biāo)值監(jiān)控?zé)熑~化學(xué)成分的動態(tài)變化過程是可行的。

2.4 不同褐變程度煙葉顏色指標(biāo)值與化學(xué)成分線性逐步回歸分析

采用SPSS 20.0軟件對煙葉顏色指標(biāo)值（L、a、b、Y、R）與煙葉內(nèi)在成分進行線性逐步回歸分析，得到煙葉各化學(xué)成分與煙葉顏色指標(biāo)值的回歸模型（表5）。從回歸模型可以看出，除了煙堿與全鉀外，其他化學(xué)成分均與顏色指標(biāo)值存在顯著的線性關(guān)系，煙葉顏色指標(biāo)值L、Y與類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸、還原糖含量存在線性關(guān)系;顏色指標(biāo)值L、a、b與全氮含量存在線性關(guān)系;總糖含量與Y值、淀粉含量與b值存在線性關(guān)系，R值與煙葉化學(xué)成分不存在線性關(guān)系。從表6可以看出，在類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸的線性回歸模型中，顏色指標(biāo)值L的作用大于Y值，而在還原糖的線性回歸模型中顏色指標(biāo)值Y的作用大于L值，全氮的線性回歸模型中顏色指標(biāo)值作用大小依次為L>b>a。

3 結(jié)論與討論

煙葉醇化過程中，該研究利用色差儀與色度計結(jié)合聚類分析與Fisher判別分析對醇化煙葉進行分析。對30份樣品不同產(chǎn)區(qū)與褐變程度的煙葉顏色指標(biāo)值（L、a、b、Y、R）進行測量，通過ward法聚類分析在14.08處把樣品分為3類，獲得的結(jié)果與感官評比結(jié)果不一致，可能是由于該研究僅涉及煙葉表面的顏色指標(biāo)值，而對煙葉的評吸質(zhì)量以及身份、油分等外觀評價指標(biāo)未做評價所致;在通過逐步判別法從5個顏色指標(biāo)值中篩選出L、Y、b對褐變程度等級有顯著影響的成分，建立了2個Fisher判別函數(shù)，判別結(jié)果與感官評審相比，符合度達96.67%，表明利用煙葉表面顏色指標(biāo)值可以實現(xiàn)對醇化煙葉褐變程度的判定。

前人研究表明，在煙葉醇化過程中發(fā)生的酶促褐變與非酶促褐變會導(dǎo)致煙葉發(fā)生褐變以及煙葉內(nèi)在化學(xué)成分的變化[1，11-12]。在烤煙顏色的量化方面，丁根勝等[13-16]研究表明煙葉顏色與煙葉化學(xué)成分和感官評吸存在顯著的相關(guān)關(guān)系。該研究在對煙葉顏色指標(biāo)值與褐變程度的分析中，確定了顏色指標(biāo)值與煙葉褐變程度存在相關(guān)關(guān)系，進一步分析煙葉顏色指標(biāo)值與不同褐變程度煙葉內(nèi)在化學(xué)成分關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者存在相關(guān)關(guān)系，試驗結(jié)果表明，煙葉在醇化過程中隨著煙葉顏色指標(biāo)值L與b值的減小，總糖、還原糖、類胡蘿卜素、總酚、游離氨基酸、鉀含量逐漸降低，淀粉含量增加;顏色指標(biāo)值Y值趨勢相反;a值和R值與化學(xué)成分不存在顯著關(guān)系。該研究煙葉顏色的明度、紅度、黃度與化學(xué)成分關(guān)系的研究結(jié)果與梁洪波等[15-17]的研究結(jié)果不一致，可能是由于該研究的對象是醇化過程中不同褐變程度的煙葉，前人研究對象為未經(jīng)醇化的烤后煙葉，與任夏[18]的研究結(jié)果一致。

該試驗結(jié)果表明，在煙葉醇化過程中，以色度學(xué)理論為基礎(chǔ)，對煙葉顏色指標(biāo)值進行量化測定，可以通過顏色指標(biāo)值對煙葉褐變程度的判定，為煙葉醇化過程褐變程度的評價提供了一種新方法，在進一步研究中得出化學(xué)成分與顏色的線性回歸模型，通過顏色指標(biāo)值變化監(jiān)控?zé)熑~醇化過程中的動態(tài)變化，為煙葉質(zhì)量的評價提供了重要參考依據(jù)，對充分合理選用原料、凸顯產(chǎn)品風(fēng)格具有重要意義。

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