代惠娟，楊 曄，李 彬，李愛軍，陳紅麗

(1.河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050051；2.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)城雪茄煙廠，四川 什邡 618400；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分的關(guān)系分析

代惠娟1，楊 曄1，李 彬1，李愛軍2，陳紅麗3

(1.河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050051；2.四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)城雪茄煙廠，四川 什邡 618400；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

應(yīng)用DPS軟件對(duì)2015年平頂山等地46份煙葉主要化學(xué)成分和機(jī)械加工性能指標(biāo)進(jìn)行了簡(jiǎn)單相關(guān)分析,結(jié)果表明：煙葉抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率和抗破碎指數(shù)與總糖、還原糖、果膠呈正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，煙葉抗破碎指數(shù)與總糖、還原糖、果膠呈極顯著正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)。應(yīng)用因子分析法對(duì)所取煙葉主要化學(xué)成分進(jìn)行了因子分析，提取出的碳氮因子、果膠因子、pH因子3個(gè)主因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.386%。將因子得分與煙葉機(jī)械加工性能指標(biāo)進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果表明：對(duì)煙葉機(jī)械加工性能影響最大的是綜合因子，對(duì)抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率影響最小的是果膠因子，對(duì)抗破碎指數(shù)影響最小的是pH因子。

煙葉；主要化學(xué)成分；機(jī)械加工性能；因子分析；灰色關(guān)聯(lián)分析

煙葉的機(jī)械加工性能，是指煙葉在各種機(jī)械力(摩擦、擠壓、撞擊、撕打等)的作用下抵抗破碎的能力，它主要通過煙葉抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率和抗破碎性來度量[1]。煙葉的機(jī)械加工性能受煙葉加工過程的影響，此外還與煙葉的外觀質(zhì)量、化學(xué)成分等密切相關(guān)。煙草教材及相關(guān)參考文獻(xiàn)中經(jīng)常提到煙葉抗破碎性，但也只是通過眼觀、手摸得出的一個(gè)模糊的概念，而對(duì)煙葉抗破碎性的測(cè)定方法以及對(duì)煙葉抗破碎性進(jìn)行定量的研究，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及ISO標(biāo)準(zhǔn)中一直是個(gè)空白，對(duì)煙葉化學(xué)成分與機(jī)械加工性能關(guān)系的研究也鮮有報(bào)道。本文探討了煙葉機(jī)械加工性能與煙葉主要化學(xué)成分的關(guān)系，旨在為豐富卷煙原料質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，減少煙葉加工中過程造碎提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

材料選自2015年平頂山和洛寧科技示范園的烤煙煙葉，包括郟縣、葉縣、汝州、舞鋼、魯山、寶豐、洛寧7個(gè)縣的41個(gè)煙葉樣品，品種為中煙100和NC89，成熟采收，烘烤后取上部葉(B2F、B2L)、中部葉(C3F、C3L)、下部葉(X2F、X2L)3個(gè)部位。另外，選自貴州畢節(jié)、重慶彭水、湖北恩施烤煙，以及湖北恩施白肋煙、云南寶山香料煙6個(gè)煙葉樣品，成熟采收烘烤后，均取中部葉。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 主要化學(xué)成分分析 總糖、還原糖、煙堿、鉀、氯的測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)儀法；總氮、蛋白質(zhì)、淀粉的測(cè)定參考王瑞新[2]的方法；煙葉pH、果膠含量的測(cè)定參照閆克玉等[3-4]的方法。

1.2.2 機(jī)械加工性能分析 抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率的測(cè)定參考吉書文等[5]的方法。抗破碎指數(shù)用來衡量煙葉抗破碎性能，其測(cè)定參考于建軍[1]的方法。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 運(yùn)用SPSS 11.5軟件對(duì)主要化學(xué)成分進(jìn)行因子分析，計(jì)算出因子得分，并運(yùn)用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件將因子得分與煙葉機(jī)械加工性能指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分之間的簡(jiǎn)單相關(guān)分析

煙葉的抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率和抗破碎指數(shù)用來衡量煙葉的機(jī)械加工性能[1]，以上指標(biāo)越大，說明煙葉機(jī)械加工性能越強(qiáng)，抵抗加工過程造碎的能力越強(qiáng)。煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)見表1。由表1可以看出，煙葉的pH值與抗張力、抗張強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)，與總糖、還原糖、淀粉、果膠呈正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均沒有達(dá)到顯著水平。延伸率與果膠呈極顯著正相關(guān)，與總糖、還原糖、鉀呈正相關(guān)，與淀粉、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、氯呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)沒有達(dá)到顯著水平。煙葉抗破碎指數(shù)與總糖、還原糖、果膠極顯著正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀、氯呈極顯著負(fù)相關(guān)，煙葉抗破碎指數(shù)與淀粉、pH呈正相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)沒有達(dá)到顯著水平；煙葉抗破碎指數(shù)與抗張力、抗張強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與延伸率呈顯著正相關(guān)。王建民等[6]研究結(jié)果表明：含糖量高、含氮量低的煙葉在打葉復(fù)烤過程中造碎較少，而含糖量低、含氮量高的煙葉造碎較多，這與本文的研究結(jié)論基本一致。

表1 煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上的顯著性。

2.2 煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分的因子分析

應(yīng)用SPSS 11.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)煙葉主要化學(xué)成分進(jìn)行因子分析，利用主成分分析法提取特征值大于0.9的3個(gè)主因子，3個(gè)主因子的累積貢獻(xiàn)率為82.386%，對(duì)10種主要化學(xué)成分指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為45.312%、20.815%、16.259%。公因子方差給出該模型對(duì)各變量所能解釋的方差比例，除鉀、氯、煙堿、水浸液pH值方差比例稍低外，其余均大于75%，說明該模型在闡明以因子形式表現(xiàn)的變量間的關(guān)系時(shí)有較高的可信度。KMO的統(tǒng)計(jì)量為0.694，說明適合對(duì)煙葉主要化學(xué)成分進(jìn)行因子分析[7]。將3個(gè)主因子進(jìn)行4次方最大正交旋轉(zhuǎn)，得出主成分、特征值及貢獻(xiàn)率(表2)和因子載荷矩陣(表3)。

表2 主成分、特征值及貢獻(xiàn)率

注：主成分M=3。

從因子載荷矩陣(表3)可以看出，第一個(gè)主因子主要包括含碳化合物和含氮化合物，故可稱之為碳氮因子，它對(duì)煙葉化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率為45.312%，碳氮因子主要由總糖、還原糖、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀、氯決定，且煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀、氯在碳氮因子上具有較大的正載荷，說明這幾個(gè)變量呈正相關(guān)，與碳氮因子也呈正相關(guān)，總糖、還原糖在碳氮因子上具有較大的負(fù)載荷，說明總糖、還原糖具有相似的變化趨勢(shì)，兩者呈正相關(guān)，而與碳氮因子呈負(fù)相關(guān)。淀粉在第二個(gè)主因子上具有最大的正載荷，可將第二個(gè)主因子稱為果膠因子，淀粉在果膠因子上具有最大的負(fù)載荷，說明淀粉與果膠因子呈負(fù)相關(guān)，果膠因子的貢獻(xiàn)率為20.815%。pH值在第三個(gè)主因子上具有最大負(fù)載荷，可將第三個(gè)主因子稱為pH因子，總氮、蛋白質(zhì)在pH因子上具有較大的正載荷，說明總氮、蛋白質(zhì)與pH因子呈正相關(guān)，pH因子的貢獻(xiàn)率為16.259%。

利用回歸模型計(jì)算3個(gè)主因子的得分，其數(shù)學(xué)模型的建立參照時(shí)松和等[8]的方法。根據(jù)3個(gè)主因子的貢獻(xiàn)率和因子得分，可建立煙葉化學(xué)成分綜合因子得分?jǐn)?shù)學(xué)模型[9]：

F=0.550X1+0.253X2+0.197X3

式中：X1為碳氮因子得分，X2為果膠因子得分，X3為pH因子得分。

3個(gè)主因子得分和綜合因子得分見表4。綜合因子得分是對(duì)煙葉化學(xué)成分的綜合評(píng)價(jià)，在一定程度上反映了煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)程度，因此也可以把綜合因子稱為化學(xué)成分協(xié)調(diào)因子[9]。

表3 煙葉主要化學(xué)成分3因子模型分析

2.3 煙葉機(jī)械加工性能與主要化學(xué)成分的灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析是根據(jù)因素間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種分析手段。它表示了事物動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的特征與程度，由于以發(fā)展態(tài)勢(shì)為立足點(diǎn)，對(duì)樣本量的多少?zèng)]有過分的要求，也不需要典型的分布規(guī)律，計(jì)算量少，精確度高[10]。將3個(gè)因子得分和綜合因子得分作為比較數(shù)列，煙葉機(jī)械加工性能作為參考數(shù)列(表4)。利用灰色關(guān)聯(lián)度將煙葉主要化學(xué)成分與其機(jī)械加工性能指標(biāo)進(jìn)行了分析，關(guān)聯(lián)度越大說明比較數(shù)列對(duì)參考數(shù)列的影響就越大。為消除各指標(biāo)間量綱的影響，將煙葉化學(xué)成分和機(jī)械加工性能指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，再進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。將3個(gè)主因子得分、綜合因子得分分別與對(duì)應(yīng)樣品的抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率、抗破碎指數(shù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果見表5。

參考數(shù)列:X0=[x0(k),k=1，2，3，…，k]=[x0(1)，x0(2)，…，x0(4)]

比較數(shù)列:Xi=[xi(k),k=1，2，3，…，i]=[xi(k)，xi(k)，…，xi(10)]

式中i=1總糖、2還原糖、3淀粉、4煙堿、5總氮、6蛋白質(zhì)、7鉀、8氯、9pH、10果膠

則比較數(shù)列Xi對(duì)參考數(shù)列X0的關(guān)聯(lián)系數(shù)為:

εi(k)=

ρ為分辨系數(shù)，取0.5。

從表5可以看出，在各主因子與煙葉機(jī)械加工性能指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)排序中，對(duì)抗張力、抗張強(qiáng)度的影響順序是綜合因子>pH因子>碳氮因子>果膠因子，對(duì)延伸率的影響排序是pH因子>碳氮因子>綜合因子>果膠因子，對(duì)抗破碎指數(shù)的影響排序是碳氮因子>綜合因子>果膠因子>pH因子?？傊?，碳氮因子和綜合因子對(duì)煙葉的機(jī)械加工性能的影響最大。

3 結(jié)論與討論

(1)煙葉抗張力、抗張強(qiáng)度與總糖、還原糖、果膠呈正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀呈負(fù)相關(guān)，與煙葉水浸液pH呈顯著負(fù)相關(guān)；煙葉延伸率和果膠呈極顯著正相關(guān)，與總糖、還原糖、鉀呈正相關(guān)，與淀粉、煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、氯呈負(fù)相關(guān)；煙葉抗破碎指數(shù)與總糖、還原糖、果膠呈極顯著正相關(guān)，與煙堿、總氮、蛋白質(zhì)、鉀、氯呈極顯著負(fù)相關(guān)。煙葉的化學(xué)成分主要通過影響煙葉的吸濕性來影響煙葉的機(jī)械加工性能，總糖、還原糖、果膠屬于親水性物質(zhì)，對(duì)煙葉的吸濕性、保濕性和彈性起到一定的作用。另外，煙葉的組織結(jié)構(gòu)也與機(jī)械加工性能有關(guān)，煙葉中含碳化合物含量較高而含氮化合物含量較低時(shí)，煙葉的組織較細(xì)致，機(jī)械加工性能較好[2]。氯含量高于0.6%時(shí)會(huì)增加煙葉的吸濕性[2]，90%以上所取煙葉樣品的氯含量低于0.6%，所以其對(duì)煙葉抗張力、抗張強(qiáng)度的影響不顯著。水浸液pH、鉀影響煙葉機(jī)械加工性能的原因有待于進(jìn)一步研究。

(2)因子分析用于尋找煙葉眾多化學(xué)成分中起支配作用的潛在因子。碳氮因子占原變量總方差的比例為45.312%，明顯高于另外2個(gè)因子，說明碳氮化合物在化學(xué)成分中的作用最大，對(duì)煙葉品質(zhì)的影響最顯著，即煙葉的品質(zhì)主要由煙葉中碳氮化合物的協(xié)調(diào)程度決定。煙葉抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率、抗破碎指數(shù)與煙葉質(zhì)量呈正相關(guān)[1]，糖含量高、氮含量略低的煙葉碳氮平衡協(xié)調(diào)，其機(jī)械加工性能也較好。果膠是親水性膠體物質(zhì)，通過滲透作用對(duì)煙葉的吸濕性和彈性起一定的作用[2]。水浸液pH值反映了煙葉質(zhì)量，等級(jí)高的煙葉水浸液pH值也越高[2]，水浸液pH值在pH因子上具有最大的負(fù)載荷，說明水浸液pH值和pH因子有相反的變化趨勢(shì)。

表4 煙葉主要化學(xué)成分因子得分與煙葉機(jī)械加工性能比較

(3)從各主因子得分與煙葉機(jī)械加工性能的灰色關(guān)聯(lián)度排序中可以看出，對(duì)煙葉機(jī)械加工性能影響最大的是綜合因子，對(duì)抗張力、抗張強(qiáng)度、延伸率影響最小的是果膠因子，對(duì)抗破碎指數(shù)影響最小的是pH因子。

表5 煙葉主要化學(xué)成分因子得分與煙葉機(jī)械加工性能指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度

[1] 于建軍.卷煙工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003.

[2] 王瑞新.煙草化學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003.

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[7] 余建英,何旭宏.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與SPSS應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2003.

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[10] 唐啟義,馮明光.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)-實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及模型優(yōu)化[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

Analysis of Relationship between Machining Property and Main Chemical Components of Tobacco Leaf

DAI Hui-juan1, YANG Ye1, LI Bin1, LI Ai-jun2, CHEN Hong-li3

(1. China Tobacco Hebei Industrial Limited Corporation, Shijiazhuang 050051, China; 2. Great Wall Cigar Factory, China Tobacco Sichuan Industrial Company, Shifang 618400, China; 3. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Forty-six kinds of tobacco leaf samples were collected from Pingdingshan and other tobacco-growing areas in 2015, and their main chemical components and machining properties were analyzed through DPS. The results indicated that the tension stress, tensile strength, ductility rate and shatter-resistant index of tobacco leaves had a positive correlation with the total sugar, reducing sugar and pectin content, and had a negative correlation with the nicotine, total nitrogen and protein content. The shatter-resistant index of tobacco leaves was extremely significantly positively correlated with the total sugar, reducing sugar and pectin content, and was extremely significantly negatively correlated with the nicotine, total nitrogen and protein content. The main chemical components of tobacco leaves were analyzed by factor analysis, three principal factors (carbon nitrogen factor, pectin factor and pH factor) were extracted from these chemical components, and the accumulative contribution rate of these three principal factors was 82.386%. The grey relation degree between the principal factor score and the machining property indexes of tobacco leaves was analyzed, and it was found that: the synthetic factor had the greatest effect on the machining property of tobacco leaves; pectin factor had the least effect on the tension stress, tensile strength and ductility rate; pH factor had the least influence on the shatter-resistant index.

Tobacco leaf; Main chemical components; Machining property; Factor analysis; Grey relation analysis

2016-09-14

河南省煙草專賣局資助項(xiàng)目。

代惠娟(1982─)，女，河南鄭州人，農(nóng)藝師，碩士，從事煙葉質(zhì)量驗(yàn)收工作。

S572

A

1001-8581(2017)03-0070-05