郭 亮，文 蕓，楊紅武，3

（1.湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司，湖南 長(zhǎng)沙410003；2.常德市煙草公司桃源縣分公司，湖南 常德415700；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410128）

烤煙外觀(guān)質(zhì)量是煙葉品質(zhì)的主要考察指標(biāo)之一[1-2]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)主要是定性描述，定量描述較少。這可能是因?yàn)闊熑~外觀(guān)質(zhì)量是通過(guò)人體感官做出的判斷，對(duì)感觀(guān)結(jié)果無(wú)法定量，從而難以準(zhǔn)確地根據(jù)感官評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)煙葉進(jìn)行分類(lèi)。蔡憲杰等[3]通過(guò)相關(guān)分析、聚類(lèi)分析和主成分分析對(duì)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)體系進(jìn)行了初步量化，建立了外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)量化評(píng)價(jià)體系。魏春陽(yáng)等[4]在煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中引入了特征向量法，運(yùn)用指數(shù)和法確立了煙葉外觀(guān)質(zhì)量分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，從而比較客觀(guān)地反映了煙葉外觀(guān)質(zhì)量狀況。近年來(lái)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在煙葉外觀(guān)質(zhì)量方面得到了廣泛的應(yīng)用，如判別分析[5]、典型相關(guān)分析[6]、主成分分析[7]、模糊數(shù)學(xué)[8]、聚類(lèi)分析[9]、灰色關(guān)聯(lián)[10]等，這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，但也都有一定局限性。文章以2007～2011年湘南煙區(qū)烤煙樣品為研究對(duì)象，采用專(zhuān)家咨詢(xún)、因子分析和模糊數(shù)學(xué)等方法，建立了基于主成分分析和聚類(lèi)分析的煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，旨在為煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)提供科學(xué)方法和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取湖南省湘南煙區(qū)的衡南、耒陽(yáng)、常寧、桂陽(yáng)、宜章、嘉禾、永興、寧遠(yuǎn)、安仁、江華、江永、道縣、藍(lán)山和新田14個(gè)縣市的28個(gè)烤煙主產(chǎn)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）2007～2011年主栽品種Y87的初烤煙葉為樣品。分為3個(gè)等級(jí)（X2F、C3F、B2F）取樣，每個(gè)等級(jí)取28份樣品，一共84份煙葉樣品，進(jìn)行統(tǒng)一化驗(yàn)和評(píng)價(jià)。樣品等級(jí)由專(zhuān)職評(píng)級(jí)人員按照G B2635-92烤煙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，等級(jí)合格率達(dá)到90%以上，每個(gè)樣品取樣量3 k g。品種來(lái)源于湘南煙區(qū)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 烤煙外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇與量化 與烤煙煙葉內(nèi)在質(zhì)量密切相關(guān)的外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)有顏色、成熟度、部位、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、質(zhì)量檔次、發(fā)育狀況、色度和葉片長(zhǎng)度等。根據(jù)G B2635-92烤煙分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并采用專(zhuān)家咨詢(xún)法和借鑒其他專(zhuān)家的建議，初步確定了煙葉外光質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考鄧小華等[11]人的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 鑒定方法 樣品外觀(guān)質(zhì)量鑒定前，隨機(jī)選取50片含水率16%～18%的煙葉，由湖南省煙草質(zhì)監(jiān)站和中南煙草站的4～5名烤煙分級(jí)專(zhuān)家進(jìn)行樣品質(zhì)量鑒定，按照成熟度、發(fā)育狀況、身份、油分、色澤、色均勻度和光滑或微青逐一打分，然后計(jì)算出幾何平均值作為該樣品的鑒定分值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 首先，對(duì)各植煙鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）2007～2011年烤煙的外觀(guān)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平均化處理，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除指標(biāo)數(shù)量級(jí)差別對(duì)綜合評(píng)價(jià)帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，獲得標(biāo)準(zhǔn)化的外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣；再采用SPSS12.0和Ex c e l進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)作表，利用D PS9.50進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)分析、主成分分析、系統(tǒng)聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)

從表1中可以看出，2007～2011年湘南煙區(qū)煙葉的色度與色均勻度指標(biāo)的偏度值小于-1，樣本內(nèi)的變異不符合正態(tài)分布；其它指標(biāo)偏度值較小，基本上符合正態(tài)分布。外觀(guān)質(zhì)量各指標(biāo)的極差最小為1.86分，表明湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量受到區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響較大，各指標(biāo)的變異系數(shù)均不大，為3%～6%。

表1 2007～2011年湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分統(tǒng)計(jì)Table 1 Score statistics of appearance quality index of tobacco leaves in South-Hunan tobacco area during 2007～2011

由表2可知，除了2008年各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異系數(shù)較其它年份高以外，其余年份均相對(duì)穩(wěn)定。這表明自2008年后，煙葉樣品的外觀(guān)質(zhì)量趨于穩(wěn)定水平，說(shuō)明評(píng)價(jià)結(jié)果能客觀(guān)地反映湘南煙區(qū)煙葉的外觀(guān)質(zhì)量。

2.2 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知，湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系[12]。其中，成熟度與發(fā)育狀況、成熟度與葉片結(jié)構(gòu)、發(fā)育狀況與身份、發(fā)育狀況與油分、發(fā)育狀況與色度、發(fā)育狀況與均勻度、身份與油分、色度與色均勻度之間均存在高度正相關(guān)關(guān)系；成熟度與光滑或微青、葉片結(jié)構(gòu)與光滑或微青之間則存在高度負(fù)相關(guān)關(guān)系（光滑或微青的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與其它指標(biāo)相反）；其它各指標(biāo)之間均存在中度相關(guān)性，也就是說(shuō)煙葉成熟度適中，其煙葉的發(fā)育狀況充分，葉片結(jié)構(gòu)疏松有彈性，油分足，色澤強(qiáng)，色均勻度適中，光滑或微青少。就因?yàn)闊熑~外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的密切關(guān)系，在評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中存在一定的信息重疊，在聚類(lèi)分析分類(lèi)中掩蓋了統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，所以必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分變換來(lái)還原其真實(shí)性。

表3 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation of appearance quality index of tobacco leaves in South-Hunan tobacco area

2.3 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的主成分分析

主成分變換的主要目的是將數(shù)據(jù)降維，將原來(lái)多個(gè)變量進(jìn)行線(xiàn)性組合得到幾個(gè)新變量。這些新變量之間互不影響，且能準(zhǔn)確表達(dá)出原變量的基本信息，通常數(shù)學(xué)上的處理就是將原來(lái)P個(gè)指標(biāo)作線(xiàn)性處理，得到新的綜合變量指標(biāo)[13]。

由表4可知，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行B a r t l ett球度檢測(cè)的相伴概率為0.000 1。因此，拒絕B a r t l ett球度檢測(cè)的零假設(shè)，數(shù)據(jù)完全滿(mǎn)足主成分分析。前2個(gè)特征根累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)到90.33%，基本反映了原來(lái)變量的信息。因此，根據(jù)特征值根值大于1的原則，選取前2個(gè)主成分是最合適的。

表4 因子的載荷矩陣、特征根值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 4 Load matrix, characteristic root value, contribution and cumulative contribution of factors

由此得出，湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)中成熟度、發(fā)育狀況、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度、色均勻度、光滑或微青的權(quán)重系數(shù)分別為1.995、1.502、1.502、1.502、1.494、1.010、0.492、0.500；其中，成熟度的權(quán)重最高，占總權(quán)重的20%，而色均勻度和光滑或微青比較低，僅占總權(quán)重的5%。這表明煙葉的成熟度對(duì)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)的影響較大。

2.4 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的聚類(lèi)分析及綜合評(píng)價(jià)

對(duì)煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)通過(guò)組間聯(lián)結(jié)方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)（圖1和圖2），將84份湘南煙葉樣品的外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)分成5類(lèi)，每種類(lèi)型外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)的樹(shù)狀圖范圍和每類(lèi)樣本數(shù)見(jiàn)表6。然后，采用專(zhuān)家咨詢(xún)法和借鑒其他專(zhuān)家的建議，習(xí)慣將煙葉外觀(guān)質(zhì)量分成5類(lèi)，其中1類(lèi)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)≥90，2類(lèi)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)在85～90（85），3類(lèi)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)在80～85（含80），4類(lèi)煙葉外觀(guān)質(zhì)量在75～80（含75），5類(lèi)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)在≤70。

由表5可知，采用兩個(gè)主成分聚類(lèi)得分進(jìn)行聚類(lèi)時(shí)，第1類(lèi)有18個(gè)樣本，第2類(lèi)有27個(gè)樣本，第3類(lèi)有29個(gè)樣本，第4類(lèi)有5個(gè)樣本，第5類(lèi)有5個(gè)樣本；采用主成分總分進(jìn)行聚類(lèi)時(shí)，第1類(lèi)有18個(gè)樣本，第2類(lèi)有27個(gè)樣本，第3類(lèi)有20個(gè)樣本，第4類(lèi)有15個(gè)樣本，第5類(lèi)有4個(gè)樣本。這表明兩個(gè)主成分聚類(lèi)的結(jié)果與主成分總分聚類(lèi)大體一致，主要是第3類(lèi)和第4類(lèi)樣本的差距大，因此煙葉外觀(guān)質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)在第3類(lèi)和第4類(lèi)容易混淆，區(qū)分度不高。從調(diào)整后的各類(lèi)型的樣本數(shù)百分比看，所評(píng)價(jià)的湘南煙區(qū)煙葉的外觀(guān)質(zhì)量集中在第2類(lèi)煙（占32.14%），其次是第3類(lèi)煙（占29.76%），而第5類(lèi)煙最少（占3.57%）。

圖1 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)兩個(gè)主成分聚類(lèi)圖Fig.1 Two principal component clustering figures of appearance quality index of tobacco leaves in South-Hunan tobacco area

表5 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量系統(tǒng)聚類(lèi)和分類(lèi)Table 5 Clustering and classification of appearance quality indexof tobacco leaves in South-Hunan tobacco area

3 結(jié)論與討論

外觀(guān)質(zhì)量是通過(guò)眼看手摸能直接感觸和識(shí)別的煙葉外觀(guān)特征，也在一定程度上反應(yīng)了煙葉的品質(zhì)特征，因此質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇對(duì)客觀(guān)和全面研究煙樣起著重要作用[14-15]。該研究選擇了成熟度、發(fā)育狀況、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度、色均勻度、光滑或微青8個(gè)指標(biāo)來(lái)全面評(píng)價(jià)湘南煙區(qū)煙葉的外觀(guān)質(zhì)量，而選用2007～2011年連續(xù)5年的數(shù)據(jù)更加能客觀(guān)地體現(xiàn)湘南煙葉的外觀(guān)質(zhì)量。研究結(jié)果表明，湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量各指標(biāo)間的變異程度均不大，2008年各項(xiàng)指標(biāo)值的變化差異均較大，這可能與當(dāng)年湘南煙區(qū)的生態(tài)氣候有關(guān)。

圖2 湘南煙區(qū)煙葉外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)主成分總分聚類(lèi)圖Fig.2 Total principal component clustering figure of appearance quality index of tobacco leaves in South-Hunan tobacco area

選用的外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)間均存在極顯著相關(guān)關(guān)系，這與鄧小華等[11]人的研究結(jié)果相吻合。該研究采用主成分分析法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，然后利用因子分析法確定煙葉外觀(guān)質(zhì)量各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，最后運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算各樣本的外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)，避免了各指標(biāo)的重復(fù)信息掩蓋數(shù)據(jù)的真實(shí)性，并且能客觀(guān)地反映煙葉的外觀(guān)質(zhì)量。其結(jié)果表明，煙葉的成熟度是衡量煙葉外觀(guān)質(zhì)量的最主要因素，占總權(quán)重的20%，與煙葉的色、香、味密切相關(guān)，是烤煙分級(jí)評(píng)分的第一要素。

采用主成分分析結(jié)果進(jìn)行聚類(lèi)分析，客觀(guān)地分析了8個(gè)外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)，得到了新的兩個(gè)主成分指標(biāo)，所得到的結(jié)果與主成分總分指標(biāo)聚類(lèi)基本相似。為了應(yīng)用方便，將聚類(lèi)的5類(lèi)進(jìn)行調(diào)整，并規(guī)定每一類(lèi)的外觀(guān)質(zhì)量指數(shù)值，使得煙葉外觀(guān)質(zhì)量好壞有了定量的衡量標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果表明，湘南煙區(qū)煙葉的外觀(guān)質(zhì)量集中在第2類(lèi)煙（占32.14%），其次是第3類(lèi)煙（占29.76%），而第5類(lèi)煙最少（占3.57%）。由于受樣本總量和煙葉產(chǎn)地的限制，所建立的主成分聚類(lèi)模型還需進(jìn)一步改進(jìn)。

[1]閆克玉，趙獻(xiàn)章.煙葉分級(jí)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[2]吳殿信，袁志永，閆克玉，等.烤煙各等級(jí)煙葉質(zhì)量指數(shù)的確定[J].煙草科技，2001，（12）：9-16.

[3]蔡憲杰，王信民，尹啟生.烤煙外觀(guān)質(zhì)量指標(biāo)量化分析初探[J].煙草科技，2004，（6）：37-40.

[4]魏春陽(yáng)，李 鋒，張仕祥，等.基于特征向量的烤煙外觀(guān)質(zhì)量分類(lèi)評(píng)價(jià)[J].煙草科技，2010，（12）：61-65.

[5]李生草.基于線(xiàn)性分類(lèi)器的煙草葉片結(jié)構(gòu)分析算法研究[D].南京：南京航天航空大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[6]胡建軍，周冀衡，李文偉，等.烤煙香味成分與其感官質(zhì)量的典型相關(guān)分析[J].煙草科技，2007，（3）：9-15.

[7]丁根勝，張慶明，巴金莎，等.煙葉顏色色度學(xué)指標(biāo)與烤煙品質(zhì)的關(guān)系分析[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2011，32（4）：14-18.

[8]李東亮，胡 軍，許自成，等.單料煙感官質(zhì)量的層次模糊綜合評(píng)價(jià)[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，22（1）：27-30.

[9]陳學(xué)平，張 良，郭家明，等.多個(gè)化學(xué)成分指標(biāo)煙葉樣品的聚類(lèi)分析研究[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào)，2002，8（4）：21-26.

[10]李東亮，許自成.煙草試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息提取的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法II[J].煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，2（3）：224-230.

[11]鄧小華，周冀衡，楊虹琦，等.湖南烤煙外觀(guān)質(zhì)量量化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與實(shí)證分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（9）：2036-2044.

[12]王蘇斌，鄭海淘，邵謙謙.SPSS統(tǒng)計(jì)分析[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[13]許 祿.化學(xué)計(jì)量學(xué)：一些重要方法的原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[14]閆克玉，袁志永，吳殿信，等.烤煙質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，16（4）：58-61.

[15]王衛(wèi)康.《烤煙》國(guó)標(biāo)中分級(jí)因素的概念及把握[J].煙草科技，2004，（5）：44-48.