基于冗余分析的煙片皺縮率與常規(guī)物理指標間的關(guān)系研究

摘要：為探究煙片皺縮率與葉片厚度等常規(guī)物理指標的關(guān)系，測定了15種煙葉的葉面密度、葉片厚度、平衡含水率、陰燃時間、抗張強度以及皺縮率，并采用方差分析、簡單相關(guān)分析、冗余分析等方法對測量結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明，煙葉產(chǎn)地和部位對煙片皺縮率均有極顯著影響，但部位的影響更大；皺縮率隨著部位的降低而降低，降低的幅度因產(chǎn)地不同而異。皺縮率與葉面密度、葉片厚度之間有較強的相關(guān)性，并隨葉面密度、葉片厚度的增大而增大。對以煙葉產(chǎn)地、部位等定性變量及各種理化指標為定量變量構(gòu)成的體系進行研究時，冗余分析是一種適合的方法，既可以分析定性變量對定量變量的影響，又可以基于定量變量與定性變量間的關(guān)系探究定量變量之間的相關(guān)性進而從本質(zhì)上了解指標間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：皺縮率；物理指標；冗余分析；煙葉

中圖分類號：TS42" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）08-0144-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.08.023 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Study on the relationship between shrinkage rate and conventional physical indexes of tobacco based on redundancy analysis

YANG Yang1，YANG Ting2，YANG Yu-bo1，REN Ming-chao3，ZHANG Jin1，GONG Shuang1，

YANG Sheng-gang1，WU You-xiang1，WANG Jian-min2

（1. China Tobacco Guizhou Industiral Co.， Ltd.， Guiyang" 550000， China； 2. School of Food and Bioengineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou" 450002， China；3.Qianxinan Redrying Factory， Guizhou Tobacco Redrying Co.， Ltd.， Xingyi" 562409， Guizhou，China）

Abstract： In order to explore the relationship between shrinkage rate of tobacco and traditional physical indicators， the leaf density， leaf thickness， equilibrium moisture content， smoldering time， tensile strength and shrinkage rate of 15 kinds of tobacco were measured， and the measurement results were analyzed by means of variance analysis， simple correlation analysis and redundancy analysis. The results showed that the producing area and position of tobacco leaf had significant effects on the shrinkage rate of tobacco， but the position had a greater effect； the shrinkage rate decreased with the decrease of position， and the range of reduction varied with different producing areas. There was a strong correlation between shrinkage rate and leaf density and leaf thickness. In addition， shrinkage rate raised with the increase of leaf density and leaf thickness. When studying the system composed of qualitative variables such as tobacco producing area and position and quantitative variables which were mainly composed of various physical and chemical indicators， redundancy analysis was a suitable method. It could not only analyze the impact of qualitative variables on quantitative variables， but also explore the correlation between quantitative variables based on the relationship between quantitative variables and qualitative variables， so as to understand the relationship between indicators in essence.

Key words： shrinkage rate； physical index； redundancy analysis； tobacco

片煙復(fù)烤過程中由于煙片皺縮會導(dǎo)致烤后大中片率降低，皺縮率的波動則會導(dǎo)致片煙結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此，控制皺縮率是提升打葉復(fù)烤片煙質(zhì)量的重要技術(shù)內(nèi)容之一［1］。

行業(yè)內(nèi)圍繞煙片皺縮特性的測量、表征以及影響因素等［2-7］已開展了許多研究，并對控制煙片皺縮率起到了積極的促進作用。王建民等［7］構(gòu)建了一種基于復(fù)烤前后面積變化率的皺縮率測定方法，并研究了煙片皺縮率在煙葉產(chǎn)地、部位間的變化規(guī)律。然而，關(guān)于煙葉皺縮特性與其他理化特性間關(guān)系方面的研究未見報道。

此外，研究指標間的關(guān)系時常見的方法是簡單相關(guān)分析，該方法僅能根據(jù)指標數(shù)據(jù)的變化趨勢分析出表面化的結(jié)論，由于不涉及導(dǎo)致指標數(shù)據(jù)發(fā)生變化的原因，因而也無法對結(jié)論的合理性作出判斷。冗余分析可以兼顧定性解釋變量與定量響應(yīng)變量以及定量響應(yīng)變量之間的關(guān)系研究，因而能夠較好地彌補簡單相關(guān)分析的不足，該方法在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用［8-12］。本研究在簡單相關(guān)分析基礎(chǔ)上，以產(chǎn)地、部位為定性解釋變量，煙片皺縮率、常規(guī)物理指標為定量響應(yīng)變量，通過冗余分析研究皺縮率與常規(guī)物理指標間的關(guān)系，以期在統(tǒng)計分析方法上為煙草理化性質(zhì)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品

選取5個不同產(chǎn)地的不同品種、部位的煙葉，共15個樣，包括貴州惠水云87、陜西寶雞云87、河南葉縣中煙100、福建永安CB-1、云南保山云87共5個產(chǎn)地品種煙葉的上部煙、中部煙和下部煙。

1.2 儀器

DHG-9023A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限責(zé)任公司；QS-5型切絲機，開封捷利美嘉機械設(shè)備有限公司；FA2008型電子天平（感量0.001g），梅特勒-托利多儀器上海有限公司；ZKW-3型抗張強度測試儀，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司；BHZ-1型厚度測定儀，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司；KBF240型恒溫恒濕箱，德國Binder公司。

1.3 檢測指標與方法

1.3.1 測量方法 每項指標在測量前將煙葉放在溫度為（22±1）℃、濕度為（60±2）%條件下平衡48 h，包括葉面密度、葉片厚度、抗張強度、陰燃時間、平衡含水率和皺縮率6項指標。葉片厚度、葉面密度、平衡含水率參考文獻［13］測定；抗張強度參考文獻［14］測定；陰燃時間參考文獻［15］測定；皺縮率參考文獻［12］測定。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理方法 運用Excel軟件計算皺縮率和常規(guī)物理指標的統(tǒng)計性描述結(jié)果；運用Cacono 5軟件進行冗余分析；運用SPSS 25.0軟件進行簡單相關(guān)分析、回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標的描述性統(tǒng)計及方差分析

2.1.1 描述性統(tǒng)計 15種煙葉常規(guī)物理指標及皺縮率的描述性統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。葉片厚度在0.036～0.127 mm、均值為0.075 mm，葉面密度在0.593～2.008 mg/cm2、均值為1.346 mg/cm2，抗張強度在0.510～15.295 N/cm、均值為7.005 N/cm，陰燃時間在3.853～16.301 s、均值為10.233 s，平衡含水率在12.500%～14.900%、均值為13.682%，皺縮率在4.660%～8.810%、均值為6.982%。6項指標的變異系數(shù)分別為0.40、0.26、0.38、0.24、0.05、0.15。平衡含水率屬于弱變異系數(shù)指標，其他指標屬于中等變異系數(shù)指標。夏皮洛-威爾克正態(tài)檢驗結(jié)果表明，6項指標均滿足正態(tài)分布，顯著性水平依次為0.131、0.059、0.174、0.703、0.421、0.983。

2.1.2 方差分析 以產(chǎn)地、部位為影響因子對各項指標進行雙因素方差分析，結(jié)果如表2所示。產(chǎn)地、部位以及產(chǎn)地與部位間的交互作用對各項指標的影響均達顯著或極顯著水平。圖1是各項指標隨產(chǎn)地、部位的變化趨勢，其中皺縮率、葉片厚度、葉面密度、陰燃時間、抗張強度隨著部位的降低均呈明顯降低趨勢，且受產(chǎn)地因素的影響較??；相比之下，平衡含水率隨部位變化的趨勢不明顯、產(chǎn)地因素的影響更大一些。

2.2 皺縮率與常規(guī)物理指標間的關(guān)系分析

2.2.1 簡單相關(guān)分析 對常規(guī)物理指標和皺縮率進行簡單相關(guān)分析，結(jié)果如表3所示，可知皺縮率與葉面密度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系、與陰燃時間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與葉片厚度間也具有較強的正相關(guān)關(guān)系，但未達到顯著水平。

2.2.2 冗余分析 以產(chǎn)地、部位作為定性解釋變量，常規(guī)物理指標、皺縮率作為響應(yīng)變量進行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。首先對指標進行去趨勢對應(yīng)分析（Detrended correspondence analysis，DCA），得到反映各指標變化程度的排序軸梯度長度（Lengths of gradient，LGA），LGA小于3，適合線性模型，LGA大于4，適合非線性模型，LGA在3～4，兩者均可［16］。結(jié)果顯示，4個排序軸的梯度長度為0.3，說明各項指標與產(chǎn)地、部位之間具有較好的線性關(guān)系，因此采用線性模型進行冗余分析。冗余分析結(jié)果如表4所示，前兩軸的解釋變差分別為52.35%、9.21%，累計解釋變差為61.56%，即產(chǎn)地、部位能解釋6項指標61.56%的變化。經(jīng)過Monte-Carlo檢驗可得，4個約束軸均達極顯著水平，說明RDA排序結(jié)果可靠，約束軸能較好地反映產(chǎn)地、部位與各指標之間的線性關(guān)系，且主要由第Ⅰ軸決定［17］。

1）指標間的相關(guān)性。選取前兩軸構(gòu)建響應(yīng)變量與解釋變量的二維排序圖，如圖2所示，圖中帶箭頭的射線表示皺縮率和各項常規(guī)物理指標，射線之間的夾角表示不同指標之間的相關(guān)性，夾角為銳角表示兩者之間呈正相關(guān)關(guān)系，銳角越小相關(guān)性越強，夾角為鈍角表示兩者之間呈負相關(guān)關(guān)系，鈍角越大相關(guān)性越強［18］?？梢?，皺縮率與葉面密度、陰燃時間、葉片厚度、抗張強度、平衡含水率均呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性由強到弱順序為葉面密度、陰燃時間、葉片厚度、抗張強度、平衡含水率，其中皺縮率與葉面密度、陰燃時間、葉片厚度和抗張強度的夾角均小于45°，有較強的相關(guān)性，與平衡含水率的夾角接近90°，兩者之間幾乎沒有相關(guān)性。

2）指標在產(chǎn)地、部位間的變化趨勢。由圖2可以看出，部位解釋變量沿著第二軸平行分布，且沿第一軸向的分布距離明顯大于第二軸向，說明部位間的變異主要表現(xiàn)在第二軸上，軸得分順序為B2F（B點）gt;C3F（C點）gt;X2F（X點），而抗張強度、葉片厚度、皺縮率、葉面密度、陰燃時間集中分布在第二軸的右側(cè)，且與第一軸間的夾角普遍大于第二軸，說明上述指標的變異同樣主要表現(xiàn)在第二軸上，且與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性由強到弱的順序為葉片厚度、皺縮率、葉面密度、抗張強度、陰燃時間。綜上所述，部位是影響抗張強度、葉片厚度、皺縮率、葉面密度、陰燃時間的主要因素，且對各項指標的影響趨勢一致，產(chǎn)地則是次要因素，且對不同指標的影響趨勢不一致。同理可以分析，產(chǎn)地解釋變量是影響平衡含水率的主要因素、部位是次要因素。

除此之外，將定性解釋變量點垂直投影到響應(yīng)變量的射線或延長線上，根據(jù)投影點的位置可以比較響應(yīng)變量在解釋變量各水平上的取值大小，若投影點在射線或射線正向延長線上，則距離坐標軸原點越遠取值越大，反之，若投影點在射線反向延長線上，則距離坐標軸原點越遠取值越?。?8］。據(jù)此分析，皺縮率、葉面密度、陰燃時間、葉片厚度、抗張強度隨部位變化的規(guī)律均為B2Fgt;C3Fgt;X2F，平衡含水率則為X2F gt;C3Fgt;B2F；平衡含水率隨產(chǎn)地變化的規(guī)律為云南保山gt;河南葉縣gt;福建永安gt;貴州惠水gt;陜西寶雞，皺縮率、葉面密度、陰燃時間為河南葉縣gt;云南保山gt;貴州惠水gt;福建永安gt;陜西寶雞，葉片厚度為河南葉縣gt;貴州惠水gt;云南保山、福建永安、陜西寶雞，抗張強度為河南葉縣、貴州惠水、陜西寶雞gt;福建永安gt;云南保山。

不同產(chǎn)地?zé)熑~的皺縮率、葉面密度、陰燃時間、葉片厚度、抗張強度均隨著部位的降低而降低，各指標在部位之間有相同的規(guī)律性，是導(dǎo)致皺縮率與陰燃時間、葉面密度、葉片厚度、抗張強度之間有較強相關(guān)性的原因。

3 討論

綜合對比方差分析、簡單相關(guān)分析和冗余分析結(jié)果可以看出，在產(chǎn)地、部位2個定性變量對6項物理指標影響的主次順序和影響規(guī)律研究方面，方差分析和冗余分析結(jié)果一致，而在6項物理指標間的相關(guān)性研究方面，簡單相關(guān)分析與冗余分析方法各有所長，且具有互補作用。以皺縮率與常規(guī)物理指標間的關(guān)系為例，按照簡單相關(guān)系數(shù)由大到小排序為葉面密度、陰燃時間、葉片厚度、抗張強度、平衡含水率，與冗余分析結(jié)果一致；簡單相關(guān)分析結(jié)果進一步表明皺縮率與葉面密度、陰燃時間之間的相關(guān)性達極顯著或顯著水平，用冗余分析結(jié)果則可以解釋為3項指標在部位、產(chǎn)地間均存在相同的變化趨勢，而皺縮率與葉片厚度間的相關(guān)系數(shù)也較高，但相關(guān)性未達到顯著水平，則是因為雖然它們在部位間的變化趨勢一致，但在產(chǎn)地間的變化趨勢不一致?？梢?，簡單相關(guān)分析僅能根據(jù)指標數(shù)據(jù)的變化趨勢得出分析結(jié)果，無法解釋產(chǎn)生數(shù)據(jù)變化趨勢的原因，而將其與冗余分析相結(jié)合則能較好地解決這一問題，這是因為RDA是多元回歸分析的擴展，能對兩個變量進行直接梯度分析，即先對兩個變量集進行線性擬合，將擬合后的兩個變量集反映在一個坐標系中［19］，這樣突出了解釋變量對響應(yīng)變量的影響。

另外，從相關(guān)分析結(jié)果的合理性方面來看，皺縮率與葉面密度呈極顯著正相關(guān)，說明葉片密度越大干燥失水后越容易產(chǎn)生皺縮，這是因為葉片密度越大，葉片內(nèi)部細胞排列越緊密［20］，干燥時更多細胞失水體積變小，表現(xiàn)在外部則是皺縮程度大，而密度越小的葉片細胞排列疏松，干燥時較少細胞失水，皺縮程度小。而皺縮率與陰燃時間之間的顯著正相關(guān)關(guān)系則是因為兩項指標在產(chǎn)地、部位間具有相同的變化趨勢造成的，或是通過葉面密度產(chǎn)生的間接作用。同時根據(jù)王玉軍等［21］的研究，葉片厚度與葉面密度有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，葉片厚度在很大程度上體現(xiàn)了葉面密度，所以從這個角度來分析，皺縮率與葉片厚度間的相關(guān)性或許更強一些?？梢?，相對于簡單相關(guān)分析，冗余分析能夠更好地透過數(shù)據(jù)表象發(fā)現(xiàn)指標間的本質(zhì)關(guān)系。

4 結(jié)論

1）方差分析和冗余分析結(jié)果均表明，部位是影響煙片皺縮率的主要因素、產(chǎn)地是次要因素；皺縮率隨著部位的降低而降低，降低的幅度因產(chǎn)地不同而異。

2）皺縮率與常規(guī)物理指標之間的相關(guān)性取決于它們在部位、產(chǎn)地間變化趨勢的一致性程度。綜合簡單相關(guān)分析、冗余分析結(jié)果及煙片皺縮的機理，皺縮率與葉面密度、葉片厚度之間有較強的相關(guān)性，并隨葉面密度、葉片厚度的增大而增大。

3）對以煙葉產(chǎn)地、部位等定性變量及各種理化指標為定量變量構(gòu)成的體系進行研究時，冗余分析是一種適合的方法，既可以分析定性變量對定量變量的影響，又可以基于定量變量與定性變量間的關(guān)系探究定量變量之間的相關(guān)性進而從本質(zhì)上了解指標間的關(guān)系。

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收稿日期：2022-02-14

基金項目：貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重點科技項目（GZZYKJ/JZ2019GSY0091）

作者簡介：楊 洋（1990-），男，貴州遵義人，農(nóng)藝師，碩士，主要從事煙草原料及配方研究，（電話）17785001040（電子信箱）470503299@qq.com；通信作者，王建民（1963-），男，河南鄭州人，教授，碩士，主要從事卷煙加工工藝研究，（電話）13513803186（電子信箱）wjm63@163.com。