灰色系统理论在烟叶质量评价中的应用研究

摘要灰色系统理论在烟叶质量评价过程中，能够在大量指标中方便地找出决定烟叶质量的主要因子和发现新的决定因素。分析了灰色系统理论在烟叶质量评价中的应用优势，并对其在烟叶内在质量和外观质量评价过程中的应用进行综述。

关键词灰色系统理论；内在质量；外观质量

中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2014）04-01181-03

作者简介杨丙钊（1973-），男，河南临颍人，从事烟叶生产与管理研究。

烟草是一种重要的经济作物，是国民经济的重要组成部分，烟叶质量决定着卷烟产品的优劣，因此烟叶质量评价在烟草科学研究中起着基础性的作用。随着我国烟草重组整合后的快速发展，对我国烟叶原料产区的布局调整也产生了重大的影响，建立有效的烟叶质量评价体系是目前烟草科学研究中的重要内容。灰色系统理论通过灰色关联分析方法对烟叶质量各相关指标进行分析和综合评价，可为协调烟叶化学成分，改善烟叶质量和找出新的质量评价指標提供理论依据，在烟叶质量评价方面得到广泛的应用。

1 灰色系统理论在烟叶质量评价方面的优势

灰色系统理论在烟草科学研究中的各个方面都起着重要的作用，广泛地应用在烟草育种、烟草生态环境、烟草肥料配方、烟草栽培措施等方面。通常采用相关分析、回归分析和通径分析等统计方法来找出决定烟草质量因子间的主从关系，这些方法需要大量的原始数据，计算工作量很大，并要求数据有一定的统计规律，且服从于一定的理论分布，在很多情况下，难以有效地应用上述统计方法。而灰色理论系统中的灰色关联分析法是一种比较常用的建立在灰色系统理论基础上的一种定量评价方法，它根据评价因素之间发展态势的相似或相异程度，来衡量评价因素之间的关联程度[1]，克服了大量样本和典型概率分布的局限性，且简便易行。通过灰色关联分析，能够找出影响烟草质量的主导因子，为优质烤烟质量标准体系的建立提供重要的依据[2]。

2灰色系统理论在烟叶质量评价中的应用

烟叶质量是反映和体现烟叶必要性状均衡情况的综合性概念，它包括外观质量和内在质量。烟叶的可用性最终由其内在质量决定[3]，科学合理地评价烤烟的内在质量能在一定程度上较好地反映其可用性；外观质量与内在质量有密切联系，是其物质基础——烟叶化学成分在烟气和外部的表现，这种表现具有规律性和普遍性。因此，在实际生产中一般是依据原烟的各项外观质量表征来综合判断烟叶可用性。

2.1烟叶内在质量评价烟叶化学成分是评价烟叶品质的“内在”标准，烟叶主要化学成分是烟叶品质鉴定的重要指标，是外观质量和内在质量在外观特征和烟气特征上的表象[4]。只有对烟叶的化学成分进行深入细致的研究，找出各种化学成分的性质及其与烟叶品质的关系，才能科学具体地对烟草品质进行评价，并为通过协调烟叶化学成分改善烟叶质量提供依据。

通过关联分析方法，能够在大量样本中找出烤烟质量评价体系中的主要影响指标，为改善各地烟叶质量提供理论依据。谭仲夏通过关联度分析法，对云南385份烤烟样品主要化学成分与其感官质量进行了灰色关联分析，在其建立的烤烟质量评价指标体系中，参考烟叶的主要化学成分含量应以糖碱比和糖差为控制指标，其他为参考指标[5]；分析了烟草内在质量与综合评分之间的关联度，得到糖差与综合评分之间的关联度最高[6]，为云南优质烤烟质量标准体系建立提供了重要的依据。张晓兵等对云南8个主产烟区44个烟叶样品的烟碱、钾、氯、总氮、总糖、糖碱比和钾氯比与“利群”牌卷烟的烟叶原料要求进行了灰色关联分析和感官质量评价，结果各个产区烟叶样品与“利群”牌卷烟烟叶原料要求的灰色关联度与评吸结果基本一致[7]。丁曼旎等采用灰色关联分析研究了河南省444个烤烟样品的感官质量与8个常规化学指标的相关关系，发现烟叶常规化学成分含量和感官质量评价的9项指标有着不同程度的相关关系，并找出了与烟叶感官质量评价关系密切的4个化学成分指标[8]。

于建军等应用因子分析法对金攀西29份烤烟主要化学成分进行因子分析，将因子得分与评吸结果进行灰色关联度分析，发现碳氮化合物在化学成分中的作用最大，对烤烟品质的影响最显著，钾和氯对烟叶的燃烧性有重要影响，对烟叶评吸质量有重要作用[9]。许寒春等为了探索卷烟质量稳定性的多指标综合评价方法，采用因子分析和灰色关联聚类相结合的方法对同一品牌15批次卷烟产品的总糖、还原糖、总烟碱、总挥发碱、钾和氯含量检测数据进行了统计分析，并按临界值进行了聚类分析，其结果可以根据常规化学成分指标为同一品牌不同批次卷烟产品质量的稳定性评价提供参考[10]。汪孝国等应用灰色关联分析法对烟叶质量可用性指数进行评价，对三门峡烟区126份烤烟样品的9项化学指标进行了分析测试，得出该区40%的烟叶样品糖含量和糖碱比值明显偏高，其余化学成分含量和比例基本协调，烤烟质量可用性属于中级和较高级，产区以陕县和卢氏为最佳，部位间表现为上部叶大于中下部叶，年际间烤烟可用性基本稳定[11]。

烟叶化学成分中不同的物质与烟叶香气质量等评吸指标密切相关，通过关联分析方法能够进一步表明各种物质与烤烟质量的相关度。严锦申等采用灰色关联度分析法研究了河南平顶山烟叶常规化学成分含量与卷烟香气质量的关系，结果表明，总糖、还原糖含量与香气质、香气量的灰色关联度均较大，它们对香气质量会产生较大的影响；而总氮含量与香气质、香气量的灰色关联度均最小，它对香气质量会产生很小的影响[12]。焦芳婵等对7个烤烟品种的7个主要化学成分与香气质进行了灰色关联度分析，找出各化学成分与香气质的灰色关联度大小依次为：烟碱、淀粉、总氮、钾、还原糖、糖碱比、氮碱比，可以为通过协调烟叶化学成分改善烟叶香气质提供依据[13]。李许涛等通过聚类分析得出叶县各取样点烟叶与津巴布韦烤烟的化学成分最接近，质量最好；并利用灰色关联度分析得出对平顶山烤烟吸食质量影响较大的化学成分是烟碱和总糖[14]。耿宗泽等采用因子分析与广义灰色关联相结合的方法对不同烤烟产区上部叶化学成分进行了统计分析，发现与福建邵武产区烤烟上半部叶化学成分最接近的地区为云南宜良，其次是广东南雄，化学成分差异最大的是云南华宁[15]。通过因子分析法可以解决烤烟化学成分评价指标的多重共线性问题；以灰色绝对关联度为依据，结合烤烟感官质量评定可以评价不同烤烟产区化学成分的相似性。

淀粉、糖类及焦油含量等指标能够直接影响烟叶评吸质量，通过灰色关联度分析能够确定各种指标与烟叶质量的相关性，能够确定影响烟叶质量的主要因子。王剑等通过运用多重比较和灰色关联度分析方法，研究了凉山烤烟淀粉含量状况及与其感官质量的关系，发现凉山烟区烟叶淀粉含量对劲头和评吸总分的影响最大，不同部位的烟叶淀粉含量也有较大的差异，与国际优质烟叶淀粉含量的要求还有一定的差距[16]。黄飞燕等应用最优曲线回归拟合和灰色关联度等分析方法，研究了烤烟品种K326在大理州的糖含量状况及其与评吸质量的关系，发现K326中糖含量与评吸质量关系密切，其中总糖和还原糖比值与评吸质量的关系最为密切[17]。高志强等采用简单相关、典型相关和灰色关联度分析方法，研究了烤烟生物碱与烟叶评吸质量评价指标间的关系，结果表明，烤烟烟叶中的烟碱与香气量、浓度、刺激性存在极显著的正相关[18]。邓小华等对湖南主产烟区烤烟外观质量、物理特性、化学成分、评吸质量与焦油量进行了灰色关联分析，发现烤烟质量不同评价指标对焦油的影响是不一样的，成熟度、叶片厚度、烟碱、燃烧性分别是外观质量评价指标、物理特性评价指标、化学成分评价指标、评吸质量评价指标中对焦油影响最大的因素，同时也说明灰色关联分析在烟叶质量分析上具有一定的应用潜力[19]。但彭玉富等采用灰色关联分析法对烟叶化学成分与焦油量进行分析，结果表明，用这些复合指标来研究烟叶成分与烟气的关系，带有一定的片面性和局限性，说明灰色系统理论在烟叶质量评价应用过程中还要继续深入探索和改良[20]。

2.2烟叶外观质量评价烟叶外观质量即烟叶外在的特征特性是指人们感官可以作出判断的质量方面，烟叶的物理特性是指影响烟叶质量以及工艺加工的一些物理方面的特性。目前以眼观、手摸、鼻闻等方法对烟叶部位、颜色、叶片结构、身份、色度、宽度、长度、残伤破损等外在质量因素进行感官判定，这些因素与烟叶质量都有密切关系。将外观质量与烟叶内在化学成分相结合，通过灰色系统理论进行数据分析，能够更准确地利用外观质量反映出烟叶内在质量的优劣。

孙建生等检测了76种国内烤烟烟叶样品的物理化学指标，并通过对检测数据进行简单相关分析、灰色关联度分析和典型相关分析，确定了烟叶物理特性指标的稳定性强于化学成分指标，技术措施可以调控烤烟风格特色；烤烟烟叶总糖、还原糖与叶面密度、叶片厚度、含梗率间的关系最为密切，淀粉含量也能在一定程度上反映或影响烤烟的叶面密度，为通过化学成分间接评价烟草的物理特性提供依据[21]。陈伟等采用逐步回归、通径分析和灰色关联度分析方法，对烤烟烟碱含量与物理性状进行关联分析，发现单叶重与烟碱含量关系最密切，含梗率和长宽比与烟碱含量的关联度则较小，单叶重和叶面密度与烟碱含量呈极显著正相关，单叶面积对烟碱含量有负效应贡献，探讨了烟叶物理性状对烟碱含量的影响效果及主次關系，为构建烟碱调控技术体系提供关键的物理性状选择指标[22]。

王娟等将抗张强度与外观质量、物理特性、化学成分和评吸质量进行了灰色关联分析，发现各评价指标与抗张强度存在较为显著的相关性，说明抗张强度应该作为一项重要的烟叶质量评价指标[23]。王建民等对国内外烤烟烟叶样品的各项化学与吸湿性指标进行了灰色关联度分析，确定了烟叶的吸湿、解湿含水率与其化学指标之间的关系具有较强的一致性，烤烟烟叶总糖、还原糖及pH与其吸湿性间的关系最为密切，烟碱、总氮、氯、钾含量也能在一定程度上反映或影响烤烟的吸湿性[24]。马林等采用灰色关联分析探讨了烟丝的糖组分含量与持湿能力之间的关系，发现烟丝糖组分中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖及糖总量与持湿能力呈正相关，其中果糖的影响最显著，麦芽糖影响最小[25]。杨超等通过灰色关联分析了四川省主产烟区中部烟叶烤烟颜色与感官质量关系，发现烤烟的颜色分值与杂气呈显著相关，而与其他感官质量指标相关性不大，烤烟杂气与颜色分值的关联度最大，对颜色分值的影响最大，其次为香气量、香气质，最小的为余味[26]。

3讨论

烤烟质量包括外观、化学、物理、评吸和安全性等诸方面，其中烟叶的化学成分是决定其质量的重要因素[27]。测定烟叶化学成分的过程中，不仅受人为误差的影响，还受到取样时间、地点、生态条件等多因素影响，研究结果也不尽相同。建立健全烤烟质量评价指标体系，不能靠单纯的经验和技术分析，而要实现大量指标的综合分析及定性定量分析，提高烟叶质量评价的科学性及评价结果的准确性。

相比传统的数理化统计方法，在综合评价烟叶质量过程中，特别是烟叶常规化学成分指标与感官质量指标相关性分析、烟叶样品物理化学指标与原料特色相关性分析及影响烟叶质量主要指标筛选中，灰色关联分析要求数据少，不特别要求线性关系和典型的概率分布，评价结果有针对性。且灰色系统理论中权重的产生是由变异系数赋权法客观得到，在一定程度上减少了评价过程中人为的主观因素。但在关联分析过程中，应尽可能扩大各种指标的范围，修正各个参数指标上下限，根据实际情况筛选主要影响因子，在注重主要影响因子的同时，也要兼顾其他指标的协调，提高烟叶质量评价的准确性和合理性。

采用灰色关联分析，找出与烟叶质量关系最为密切的指标，进而提出调控措施，是提高烟叶质量评价作用的有效途径。

参考文献

[1] 黎妍妍，黄元炯，许自成，等.河南烟区烟叶质量可用性的综合评价[J].安徽农业科学，2004，34（9）：1903-1904.

[2] 邓聚龙.灰色系统综述[J].世界科学，1983（7）：1-5.

[3] 王小东，许自成，李群平，等.洛阳烟区烤烟化学成分特点分析[J].河南科技大学学报：自然科学版，2007，28（6）：64-67.

[4] 黎根，毕庆文，汪健，等.烤烟主要化学成分与烟叶品质关系研究进展[J].河北农业科学，2007，11（6）：6-9.

[5] 谭仲夏，秦西云.烟叶主要化学指标与其感官质量的灰色关联分析[J].广西民族大学学报：自然科学版，2008，14（4）：67-72.

[6] 谭仲夏，秦西云.灰色关联分析方法在烟草内在质量评价上的应用[J].安徽农业科学， 2006，34（5）：924-971.

[7] 张晓兵，夏琛，项波卡，等.基于灰色关联分析的云南烟叶化学成分适宜性评价[J].烟草科技，2011（10）：32-35.

[8] 丁曼旎，孙永军，王英元，等.河南烤烟常规化学品质与感官质量的灰色关联分析[J].江西农业学报，2011，23（11）：73-76.

[9] 于建军，代慧娟，李愛军，等.金攀西烤烟主要化学成分与评吸质量的灰色关联度分析[J].河南农业大学学报，2007，41（6）：605-610.

[10] 许寒春，李东亮，何阳明，等.通过常规化学成分综合评价卷烟质量的稳定性[J].烟草科技，2008（3）：35-39.

[11] 汪孝国，王小东，昝京宜.三门峡烟区烤烟质量可用性综合评价[J].河南农业科学，2008（5）：49-52.

[12] 严锦申，李俊丽，赵莉，等.豫中烤烟化学成分与香气质量的灰色关联度分析[J].江西农业学报，2012，24（11）：117-119.

[13] 焦芳婵，张谊寒，卢秀萍.烤烟主要化学成分与香气质的灰色关联度分析[J].作物研究，2008，22（3）：181-183.

[14] 李许涛，王冰莹，明安详，等.平顶山烟区烤烟化学成分与吸食质量分析[J].湖南农业科学，2011（17）：95-97，100.

[15] 耿宗泽，李东亮，戴亚，等.基于化学成分指标的烤烟产区广义灰色关联分析[J].中国烟草学报，2010，16（3）：12-16.

[16] 王剑，李佳颖，叶贤文，等.凉山烤烟淀粉含量状况及与感官质量的关系分析[J].山东农业科学，2013，45（2）：45-49.

[17] 黄飞燕 ，郑 武 ，杨玉标，等.大理烤烟品种K326糖含量及其与评吸质量的关系初步分析[J].中国烟草科学，2012，33（2）：24-27，46.

[18] 高志强，邓小华，曾忠平，等.烤烟生物碱与评吸质量的关系[J].中国农学通报，2008，24（6）：82-85.

[19] 邓小华，周冀衡，李晓忠，等.烤烟质量与焦油量的灰色关联分析[J].江西农业大学学报，2006，28（6）：850-854.

[20] 彭玉富，李光照，朱智志.灰色关联分析及其在烟叶成分与烟气成分关系研究中的应用[J].郑州轻工业学院学报：自然科学版，2007，22（4）：20-22.

[21] 孙建生，金亚波，屈冉，等.烤烟化学指标和物理特性间的关系研究[J].安徽农业科学，2012，40（30）：14927-14929.

[22] 陈伟，蒋卫.烤烟烟碱含量与烟叶物理性状的关联分析[J].南方农业学报，2011，42（7）：782-785.