基于因子分析的烤烟主要化学成分特性

张朝, 葛少林, 佘世科, 黄兰, 田振峰



基于因子分析的烤烟主要化学成分特性

张朝, 葛少林, 佘世科, 黄兰, 田振峰

(安徽中烟工业有限责任公司技术中心, 安徽合肥, 230088)

为准确评价烟叶质量, 对3个等级317个烟叶样品进行常规化学成分分析, 利用因子分析法对烟叶样品的化学成分及其比值进行综合评价。结果表明, 烟叶主要化学成分总体比较协调, 其总糖、还原糖含量偏高, 不同等级烟叶化学成分差异明显。主要表现为含氮化合物与含碳化合物呈显著负相关, 总氮与总植物碱呈显著正相关; 对主要化学成分及其比值进行因子提取得到3个主因子, 代表其方差贡献率的83%以上, 分别为含碳因子、燃烧因子及含氮因子。

烤烟; 化学成分; 因子分析

目前, 提升产品结构、合理布局高端产品成为各卷烟企业发展的首要任务, 进而对烟叶原料提出了更高的要求。因此, 如何对企业烟叶原料进行合理评价及配方设计则显得尤为重要[1]。烟叶的化学成分决定了烟叶的品质水平, 也是卷烟配方的重要参考指标。但是烟叶化学成分复杂, 如何选择合理的方法来反映烟叶的品质水平, 是准确表征烟叶质量的重要基础[2]。近年来, 数理统计方法在烟草分析中得到了比较广泛的应用, 例如模糊综合法、典型相关性分析法、主成分分析法、聚类分析法等[3-6]。马云明等[7]通过对云南烤烟主要化学成分的因子分析得到3个主因子。董高峰等[8]通过对楚雄烟区烤烟主要化学成分进行因子分析得到5个主因子, 前人的研究成果均对烟叶的评价提供了参考。然而, 前人的研究烟叶样本量较小, 针对较大样本量的研究鲜有报道。本文选取317个单等级烟叶原料, 以氯、烟碱、钾、总糖、还原糖、总氮、糖碱比、氮碱比、钾氯比等9个烟叶质量指标, 以DPS软件为工具, 运用因子分析的方法对烟叶进行质量评价, 以期能够为卷烟配方设计提供参考。

1 材料与方法

1.1 烟叶样品的选取

选取2013年安徽中烟基地单元初烤烟叶样品共计317个, 分别为B2F等级106个、C3F等级106个、X2F等级105个, 每个样品取0.5 kg, 用于常规化学成分的分析。

1.2 化学成分检测

烟叶样品分别进行总糖、还原糖、总氮、总植物碱、氯、钾常规化学成分的分析检测, 并计算糖碱比、氮碱比和钾氯比。总糖、还原糖按照烟草行业标准YC/T159-2002进行测定; 总氮、总植物碱、氯及钾分别按照烟草行业标准YC/T161-2002, YC/T160-2002, YC/T160-2011及YC/T217-2007进行测定。

1.3 数据统计分析

数据处理采用DPS v7.05版软件进行[9]。运用描述统计和因子分析法对烟叶化学成分指标进行分析和评价。

2 结果

2.1 描述性统计

优质烤烟化学成分的适宜值范围为: 还原糖18%～22%, 总糖20%～26%, 总氮1.5%～3.5% , 总植物碱1.5%～3.5%, 氯含量0.3%～0.8%, 钾含量＞2%, 糖碱比10～15, 氮碱比≤1, 钾氯比＞4[10-11]。烟叶的主要化学成分变异见表1, 氯的变异系数最大(74.17%), 总糖的变异系数最小(17.77%)。总体呈现出氯＞钾氯比＞糖碱比＞总植物碱＞氮碱比＞钾＞总氮＞还原糖＞总糖的趋势。

表1 烟叶主要化学成分描述性统计

从表1可知, 部分样品的化学成分超出适宜值范围。全部化学指标均为右偏态峰, 氯的偏度系数绝对值最大(2.87)。氯、钾、还原糖、糖碱比、氮碱比和钾氯比的峰度系数大于 0, 为尖峭峰, 数据分布较集中, 其余几个化学指标的峰度系数小于 0, 为平阔峰, 数据比较分散。

2.2 不同部位(等级)烟叶化学成分变异分析

从表2可以看出3个等级的氯含量没有明星的差异, 总植物碱及总氮含量趋势为B2F＞C3F＞X2F, 钾、糖碱比、氮碱比及钾氯比含量趋势为X2F＞C3F＞X2F, 中部烟和下部烟的总糖和还原糖含量明显高于上部烟, 但中部烟和下部烟的两糖含量没有明显的差异。3个等级总植物碱和总氮含量均符合优质烟叶的要求, 总糖和还原糖的含量总体较高, 都在25%以上。

表2 3等级烟叶主要化学成分含量比较

从化学成分的变异来看, 总体表现为3个等级的氯、糖碱比及钾氯比含量变异都比较大, X2F的总植物碱的变异明显大于其他2个等级。由于样品取样涵盖范围较广, 样品数量较大, 造成化学成分有较大变异, 然而正是这些成分的差异性为卷烟的配方设计提供了更大的调整空间。

2.3 烟叶化学成分的相关性分析

由化学成分的相关系数矩阵(表3)可知, 氯与钾、钾氯比显著负相关。总植物碱与总氮显著正相关, 与其余化学指标负相关。总糖与还原糖、糖碱比、氮碱比呈显著正相关, 与其余指标呈负相关, 其他化学成分间的相关性或正或负。

表3 化学成分间的简单相关系数

注: *表示在0.05水平显著; **表示在0.01水平极显著。

2.4 烟叶化学成分的因子分析

利用DPS数据处理软件对化学指标进行因子分析, 得到的特征值、方差贡献率和累计百分率表明前3个因子的累计百分率达到83.915 2%, 基本反映了总体特征, 故提取前3个因子作为主因子。这3个因子的特征向量和贡献率见表4。

从因子载荷矩阵(表5)可以看出, 第1个主因子主要由总糖、还原糖决定, 并且总糖、还原糖在第1个因子上具有较大的正载荷值, 说明这2个变量具有相似的变化趋势, 相互之间呈正相关。第1个因子主要包括含碳化合物, 故可称之为含碳因子, 其对烟叶化学成分的贡献率为46.122%。第 2 个因子中, 氯具有较高的负载荷, 钾氯比具有较高的正载荷, 钾氯比通常用来评价烟叶燃烧性, 因此第2个因子可以称为燃烧性因子, 其贡献率为25.344%。在第3个因子中氮碱比及糖碱比具有较大正载荷, 总植物碱具有较大的负载荷值, 主要为含氮化合物, 因此可以称为含氮因子, 贡献率为12.448%。

表4 化学成分相关矩阵R的特征值、贡献率、累积贡献率

表5 化学成分的因子载荷矩阵

3 结论

化学成分是烟叶质量的内涵, 进行烟叶质量评价时, 要从整体上考虑其化学成分的协调性。本研究选取的烟叶整体含糖量较高, 总糖、还原糖含量的变异较小, 氯、糖碱比及钾氯比变异较大, 这可能与烟叶样品的选取范围较广有关。不同等级烟叶化学成分差异较大, 基本符合上中下不同部位烟叶化学特征。化学成分的较大变异及不同等级的较大差异为卷烟配方提供了较大的调整空间。由烟叶主要化学成分的相关性分析可知, 含氮化合物和含碳化合物呈显著负相关。同时通过烟叶主要化学成分及其比值进行因子分析得到3个主因子, 其中含碳因子贡献率最高, 表明其在化学成分中的作用最大, 对烤烟品质的影响最显著。燃烧性因子为该因子分析的第2个主因子, 由于钾和氯都影响烟叶的燃烧性, 因此在卷烟配方中应注意钾、氯离子的调控以及适宜的钾氯比。含氮因子为第3个主因子, 主要由总植物碱、糖碱比、氮碱比决定, 因此调整合适的总植物碱含量及碳氮协调性也是卷烟配方关注的重点。以上结果为烟叶化学质量综合评价和卷烟生产提供了一定的参考。

参考文献：

[1] 闫克玉, 袁志永, 吴殿信.烤烟质量评价指标体系研究[J]. 郑州轻工业学院学报: 自然科学版, 2001, 16(4): 57-61.

[2] 王瑞新. 烟草化学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003: 1-3.

[3] 吴文斗, 杨志雷, 王超, 等. 烟叶氨基酸、质体色素和多酚含量与评吸质量的相关性分析[J]. 云南农业大学学报, 2013(3): 353-359.

[4] 赵华武, 贺帆, 李祖良, 等. 基于主成分分析法的烤烟香气品质评价模型构建[J]. 西北农业学报, 2012, 12(2): 88-93.

[5] 马京明, 刘国顺, 时向东, 等. 主成分分析和聚类分析在烟叶质量评价中的应用[J]. 烟草科技, 2009(7): 57-60.

[6] 王放, 梁开朝, 黄谨, 等. 烤烟烟叶化学成分与产区关系的聚类分析研究[J]. 中国烟草科学, 2009, 30(2): 57-61.

[7] 马云明, 王伟明, 王冰莹, 等. 云南烤烟主要化学成分因子分析与综合评价[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(29): 18 247-18 249.

[8] 董高峰, 张强, 向明, 等. 楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价[J]. 云南大学学报: 自然科学版, 2010, 32(S1): 81-86.

[9] 唐启义, 冯明光. DPS数据处理系统[M]. 北京: 科学出版社, 2006: 650.

[10] 王彦平, 谢剑平, 李志宏. 中国烟草种植区划[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 32-36.

[11] 闫克玉, 赵铭钦. 烟草原料学[M]. 北京: 科学出版社, 2008: 95-107.

(责任编校:刘晓霞)

Analysis of the main chemical components of flue-cured tobacco characteristics based on factor analysis

Zhang Zhao, Ge Shaolin, She Shike, Huang Lan, Tian Zhenfeng

(Research and Development Center, China Tobacco Anhui Industrial Co Ltd, Hefei 230088, China)

To accurately evaluate tobacco quality, the routine chemical components of three grade 317 tobacco samples are analyzed, and the chemical composition and the ratio of tobacco samples are evaluated by the method of factor analysis. The results show that the overall comparison, coordination, total sugar, reducing sugar content are high, the differences of chemical components of different grades of tobacco leaf are obvious. The main chemical constituents nitrogen content is negatively related to carbon containing compounds, and is positively related to total nitrogen and total alkaloids; based on the main chemical composition. 3 main factors including the carbon factor, combustion factor and nitrogen factor are extracted from the ratio of factors, which represents the variance contribution rate of 83%.

flue cured tobacco; chemical composition; factor analysis

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.02.024

TS 41+1

1672–6146(2015)02–0084–04

张朝, zhaoz@mail.ustc.edu.cn.

2014-12-25