湖北白肋烟感官质量与理化指标的关系模型构建

张 婷，王洪炜，汪宏毅，王国宏，史 武

(1.湖北省烟草产品质量监督检验站，湖北 武汉 430030； 2.湖北省烟草公司恩施州公司,湖北 恩施 445000)

湖北白肋烟感官质量与理化指标的关系模型构建

张 婷1，王洪炜2，汪宏毅1，王国宏1，史 武1

(1.湖北省烟草产品质量监督检验站，湖北 武汉 430030； 2.湖北省烟草公司恩施州公司,湖北 恩施 445000)

利用统计分析方法分析了湖北白肋烟评吸质量与理化指标的相关性.结果表明：①湖北省白肋烟烟碱、总氮含量，填充值偏高，氮碱比值偏低，其余理化指标值均较适宜；②评吸总分与烟碱含量、总糖含量和氮碱比呈显著或极显著负相关；与总氮含量和填充值、钾含量呈显著或极显著正相关，其余指标的相关性未达到显著水平；③评吸总分与理化指标的灰色关联度顺序：平衡含水率>填充值>总氮含量>钾含量>氯含量>烟碱含量>氮碱比>总糖含量>钾氯比；④主成分分析结果：氮碱比、钾、烟碱、填充值、钾氯比对白肋烟评吸质量起主要影响作用；⑤以评吸得分和第1至第6主成分得分为变量，逐步回归，建立线性方程y1=0.965-0.025z1+0.013z2，此模型可用于对湖北省白肋烟评吸质量进行预测.

湖北；白肋烟；评吸质量；理化指标

白肋烟是混合型卷烟的重要原料，其吸味品质对混合型卷烟的感官质量起着决定性作用，是卷烟企业配方设计的主要参考依据[1-2].烟叶的化学成分与评吸质量关系密切，化学成分经过燃吸表现出来的烟气特征就是烟叶的评吸质量[3].物理指标中的平衡含水率和填充值与卷烟的抽吸品质、加工工艺及其它经济指标也密切相关[4].如何筛选与感官质量密切相关的理化指标，在烤烟方面已经做了一些研究[5-7]，而白肋烟方面鲜见报道.本文通过相关、灰色关联度、主成分回归分析相结合的方法，研究白肋烟感官质量与理化指标的相关性，构建了白肋烟感官质量与理化指标间的关系模型，为白肋烟感官质量预测和卷烟配方设计提供理论依据和参考.

1 材料与方法

1.1 样品采集

白肋烟样品来自湖北省恩施和宜昌产区所辖的6个白肋烟产县，生产年度为2010、2011、2012年.样品采用定等级取样法，取B2F、C3F、X2F代表上、中、下部位，共195份.品种为当地主栽品种，生产管理按优质白肋烟生产技术操作规程进行.

1.2 指标测定

1.2.1 感官质量评价方法 感官评吸由湖北省烟草感官质量评吸检验委员会组织专家完成，按标准YC/T138-1998进行操作.评吸指标包括香气质、香气量、杂气、刺激性、余味、燃烧性和灰色.

1.2.2 理化指标 化学指标测定项目包括烟碱(x1)、总氮(x2)、总糖(x3)、钾(x4)、氯(x5)，并计算氮碱比(x6)、钾氯比(x7)，测定方法参照行业标准YC/T161-2002、YC/T160-2002、YC/T162-2002、 YC/T159-2002、YC/T217-2007进行.

物理指标包括填充值(x8)和平衡含水率(x9)，测定方法如下：将烟叶去梗后，切成宽度为(0.9±0.1)mm的烟丝，在温度(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡96 h后，测定烟丝平衡含水率和填充值.

表1 白肋烟理化指标分类

1.3 数据处理

采用Excel进行描述统计分析、灰色关联度计算；利用SPSS 13.0进行主成分、逐步回归分析.

1.3.1 原始数据标准化 为避免计算结果受数量级不同的影响，先对参评的9个理化指标进行标准化处理，将原始数据转化成0-1的数值.按照各指标对烟叶品质贡献率的大小将指标分为三类[8-9]：一是效益型，即值越高烟叶品质越好，指标有钾、钾氯比；二是适中型，即值在一定范围内，烟叶品质较好，偏高或偏低品质偏差，指标有烟碱、总氮、氯、氮碱比、平衡含水率、填充值；三是负效益型，即值越低烟叶品质越好，指标有总糖.根据优质白肋烟对理化指标含量的要求，同时参照相关的研究成果和专家经验[1]，确定了各项理化指标的类型(表1).

(1)

(2)

(3)

1.3.2 主成分回归分析 主成分分析就是研究以最少的信息丢失，把众多的观测变量综合成较少的几个指标的一种统计方法，使复杂问题变得简单、直观[10].回归分析是研究1个因变量与多个自变量之间是否存在某种线性或非线性关系的统计学分析方法，通过建立自变量与因变量之间的回归方程式，以确定指标间关系的密切程度[11].

主成分回归分析就是将主成分分析和多元线性回归分析结合使用的一种分析方法，它以主成分为解释变量对被解释变量进行线性回归分析，建立预测模型.

表2 理化指标值描述统计分析

2 结果与分析

2.1 白肋烟综合质量状况

白肋烟主要检测指标的描述性统计结果显示(表2)，湖北省白肋烟评吸总分82.6分，烟碱、总氮含量和填充值偏高；总糖含量、钾含量、氯含量、平衡含水率均较适宜，氮碱比偏低.变异系数结果显示，烟碱、总糖和氯含量样本间差异较大，所以导致与之相关的指标氮碱比值和钾氯比值的变异程度也较大.峰度的正负可以表明指标检测值分布曲线图为尖削或平阔，烟碱、总氮含量、平衡含水率、评吸总分的曲线偏平阔，其余几项指标则偏尖削.偏度的正负则表明化学成分含量分布曲线是右偏或左偏，除烟碱含量和评吸总分外，其余几项指标均为右偏型.

表4 评吸总分与理化指标的灰色关联度

表5 各主成分的特征值和贡献率

2.2相关性分析

表3结果显示，评吸总分与烟碱含量呈显著负相关，与总糖含量和氮碱比呈极显著负相关；与总氮含量和填充值呈显著正相关，与钾含量呈极显著正相关；与氯含量、钾氯比、平衡含水率的相关性未达到显著水平.

表3 评吸总分与理化指标的相关系数

注：*表示差异达到0.05的显著水平，**表示差异达到0.01的极显著水平.

根据灰色关联度分析原则，灰色关联度大的参比序列与目标序列的关系最密切.从表4可以看出，评吸总分与理化指标的灰色关联度大小依次为：平衡含水率、填充值、总氮、钾、氯、烟碱、氮碱比、总糖、钾氯比.

2.3主成分回归分析

2.3.1 主成分分析 表5结果显示，累计贡献率大于90%为选择条件，共筛选出6个主成分，即表示前6个主成分已经包含了原始数据91.382%的信息.某一主成分相应的特征向量的绝对值表示各指标对主成分贡献的大小，其符号反映了各指标对该主成分作用的性质.

表6结果显示，氮碱比、钾含量、烟碱含量、填充值和总氮含量在第1主成分中起主要作用，第1主成分对总方差的贡献率28.612%；钾氯比和氯在第2主成分中起显著作用，第2主成分对总方差的贡献率21.317%；在第3主成分中贡献较大的指标有平衡含水率和总糖；在第4主成分中贡献较大的指标有烟碱和总糖；总氮在第5主成分中作用较大；填充值在第6主成分中作用显著.

表6 主成分的特征向量

表7 回归分析结果

表8 回归方程显著性检验

通过主成分特征向量和原始变量的标准化值组成的线性组合，计算出各白肋烟样品的主成分得分.前6个主成分的线性方程：

z1=0.710x1-0.524x2+0.182x3+0.871x4+0.750x5+0.012x6+0.248x7-0.567x8+0.245x9

z2=0.154x1+0.451x2+0.010x3-0.160x4+0.158x5-0.888x6+0.906x7+0.156x8+0.085x9

z3=0.261x1+0.258x2+0.715x3+0.197x4+0.081x5+0.073x6-0.073x7+0.349x8-0.807x9

z4=0.538x1+0.386x2-0.525x3+0.058x4+0.117x5+0.247x6-0.115x7+0.370x8+0.050x9

z5=-0.097x1+0.476x2+0.183x3-0.280x4+0.397x5+0.245x6-0.049x7-0.372x8+0.120x9

z6=-0.129x1-0.132x2+0.263x3-0.043x4+0.260x5+0.112x6+0.018x7+0.501x8+0.390x9

通过以上线性方程求得各样品主成分得分.

2.3.2 回归分析 以白肋烟评吸总分为因变量，以第1至第6主成分得分为自变量，进行回归分析，结果显示(表7)，以第1和第2主成分为自变量建立的回归方程变量最少，且方程的显著性较好.

根据表7结果建立回归方程：y1=0.965-0.025z1+0.013z2，对该方程进行显著性检验(表8)，F=5.703>F0.01(sig.=0.000)，该方程是可靠的.因此，用烟碱含量、总氮含量、氮碱比、总糖含量、钾含量、氯含量、钾氯比、填充值、平衡含水率等数据的第1、2主成分得分对白肋烟评吸质量进行预测是可行的.

3 结果与分析

通过对湖北195份白肋烟样品的感官质量和理化指标值的相关分析，灰色关联度的结果说明白肋烟物理指标中平衡含水率和填充性能是通过影响卷烟加工工艺而与评吸总分关系密切.化学指标中总糖含量与评吸质量的关系跟烤烟略有差异，白肋烟总糖含量对评吸质量影响较小，主要是因为生产上调制得当的白肋烟，糖份含量会比较低[12].主成分分析结果显示，氮碱比、钾、烟碱、填充值、钾氯比对白肋烟评吸质量起主要影响作用，此结果与烤烟类似研究的结果略有差异[6，13]，主要是因为烤烟和白肋烟因烟叶类型、工业用途差异而对理化指标的要求不同.以评吸得分和第1至第6主成分得分为变量，逐步回归，建立线性方程y1=0.965-0.025z1+0.013z2，可用于对湖北省白肋烟的评吸质量进行预测.

白肋烟质量特性受品种、生态条件、栽培调制方法等影响较大，且指标间的关系也具有区域特征，本文是基于一定的检测指标和样本数量，以统计方法为基础，研究了白肋烟理化指标与评吸质量的关系，并建立了评吸质量预测模型，研究结果对湖北省白肋烟的综合质量评估和卷烟配方设计具有一定的参考价值，研究方法也具有一定的借鉴意义.

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BuildingModelofRelationbetweentheSmokingQualityandTheirPhysicochemicalIndexesofBurleyTobaccoinHubei

ZHANG Ting1，WANG Hong-wei2，WANG Hong-yi1，WANG Guo-hong1,SHI Wu1

(1.Hubei Tobacco Test Center,Wuhan 430030,China; 2.Enshi Prefecture Tobacco Company,Enshi 445000,China)

In this paper,the correlation between the smoking quality of burley tobacco of Hubei province and its physicochemical indexes was analyzed. The results showed as follows:①The burley tobacco from Hubei province had a little higher content in nicotine,total nitrogen and filling value,the nitrogen-alkali ratio was lower,and the other physicochemical indexes stayed in the proper level. ②The sensory smoking score of the burley tobacco was negatively correlated with their nicotine content,total sugar content and the ratio of nitrogen to alkali, but positively correlated with total nitrogen, filling value and potassium content significantly.③The physicochemical indexes were ranked as following according to their tight grey correlation relationships with sensory smoking score: equilibrium moisture content,filling value,total nitrogen,potassium content,chlorine content,nicotine content, total sugar content, the ratio of potassium to chlorine.④Principal component sensory smoking score and the first six principal components, a linear equation showed that the indexes comprising of the ratio of nitrogen to alkali,the content of potassium, the content of nicotine, the filling value and the ratio of potassium to chlorine,had crucial effect on the smoking quality of burley tobacco.⑤Based on they1=0.965-0.025z1+0.013z2established using stepwise regression,this model could be used in the prediction of the smoking quality of burley tobacco.

Hubei;Burly tobacco;smoking quality;physicochemical indexes

2013-04-22.

湖北省烟草公司科技攻关项目(027Y2012-087).

张婷(1979- )，女，工程师，硕士，主要从事烟草及烟草制品质量检验分析.

S572

A

1008-8423(2013)02-0125-04