烤烟僵硬度参比样的制作和量化研究

摘""" 要：为定量定性探究烤烟僵硬度梯度，通过设立评价小组，对云南产区的样品进行筛选分组，共设置7个僵硬度梯度，通过检验分析和质构仪实现参比样设置梯度验证和对应指标间的相关关系探究。结果表明：本研究设定的僵硬度参比样梯度无交叉、易区分，量化后各梯度数值阈值范围清晰，差异明显;僵硬度与颜色参数的相关性均达到显著水平或极显著水平，与物理特性指标的相关性均达到极显著水平。综上，僵硬度参比样的制备可为烟叶生产提供指导，相关量化研究可为烤烟数字化评级提供部分理论支持。

关键词：烤烟;僵硬度;质构仪;颜色参数;物理特性

中图分类号：S572"""""""""""" 文献标识码：A"""""""""""" DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.08.012

收稿日期：2024-03-10

基金项目：浙江中烟重点项目（基于数字赋能的烟叶采购精准管控关键技术研究与应用ZJZY2023E016）

作者简介：陈富亮（1995—），男，浙江杭州人，经济师，硕士，主要从事烟叶原料采购研究。

通讯作者简介：李峥（1994—），男，浙江杭州人，助理农艺师，硕士，主要从事烟叶外观质量评价研究。

Preparation and Quantification of Reference Samples for Tobacco Stiffness

CHEN Fuliang， GONG Zhixiang， ZHU Hongrui， GE Chuan， LI Zheng， ZHAO Yanping

（China Tobacco Zhejiang Industrial Company Limited， Hangzhou， Zhejiang 310024， China）

Abstract：In order to explore the stiffness gradient of tobacco from a quantitative and qualitative perspective， the evaluation teams were established to screen and group samples from Yunnan production areas. The evaluation team had divided 7 gradients. Conducted gradient research on reference sample settings through inspection and analysis， and explored the correlation between correspond. The results indicated that the gradient of the stiffness reference sample was non overlapped and easy to distinguish. The threshold range of each gradient value was cleared and the difference was significant. The correlation between stiffness and color parameters had reached a significant level or above. The correlation between stiffness and physical property indicators had reached a highly significant level. To sum up， the preparation of reference samples can be used to guide tobacco production. Quantitative research on stiffness provides a reference for digital grading of tobacco.

Key words： flue-cured tobacco; stiffness; texture analyzer; color parameter; physical property

叶片结构是烤烟分级的重要品质因素[1]，GB 2635—1992《烤烟》将叶片结构分为疏松、尚疏松、稍密、紧密4种。烟叶叶片结构的档次与内在质量的高低密切相关。研究表明，叶片结构会影响卷烟产品的填充性和燃烧性[2-5]。叶片结构的概念不仅是指烤烟叶片的疏松或紧密程度，还体现了烟叶质量的综合特征。例如，王亚平等[6]对烤烟外观区域特征的感官评价指标进行筛选，并针对烤烟叶片结构进行分解研究;信俊峰[7]对烤烟感官评级因子进行分析，提出“疏松度”概念并进行相关参比样品的制备;范建立等[8]将叶片结构分解为7项感官属性因子，分别为吸湿性、疏松度、粗糙度、颗粒感、柔软度、弹性和挺度。在烤烟分级过程中，由于叶片结构概念的复合性和操作人员技术水平的不同，相关人员很难准确判断叶片结构。尤其是卷烟工业企业原料的选叶环节，由于选叶工人技术水平和选叶工作的特点，工人通常依据叶片的僵硬程度来判断原料的叶片结构是否符合对应等级要求。烟叶僵硬度可以表征叶片能够承受外力的特性，在一定程度上体现烟叶的叶片结构。

随着现代学科的不断发展和融合，越来越多的精密检测设备和仪器应用于烟叶研究和生产过程中[9-12]。质构仪作为一种质地分析检测仪器，能根据被检测物品的物理特性特点做出准确表述[13]，较好地描述烟叶僵硬度的高低，实现了僵硬度的量化。精密色差仪也用于烟叶表观颜色的量化研究[14]。本研究以云南产区的烟叶样品为材料，经评价人员识别筛选后，制作出僵硬度参比样，对参比样梯度设置的合理性进行验证，并且采用质构仪实现僵硬度参比样的量化，探究僵硬度与颜色参数、物理特性指标之间的关系，以期为烟叶评级技术改进和数字化研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究选取2020年度云南省曲靖、玉溪、楚雄、红河、大理、文山烟叶样品作为供试材料，样品等级为X2F、X3F、C2F、C3F、B2F、B3F。

1.2 材料处理

本研究选取叶片中段，距离主脉2～3 cm位置进行剪裁，样品长度为8～10 cm，宽度为 6～8 cm，样品要求叶面完整且无病斑等异常情况，具体检测位置如图1所示。每片烟叶样品共剪裁出2个小片，1片用于识别和测量僵硬度，1片用于检测颜色参数和物理特性。样品做好标识后，放入恒温恒湿箱（温度22 ℃、湿度60%）中，平衡时间为48 h。

1.3 试验方法

1.3.1 僵硬度参比样制作 为保证参比样档次的合理性，避免单个评价人员主观因素造成的结果误差，本研究设立参比样制作评价小组，小组共7名成员。僵硬度参比样的选择要具有代表性，参比样梯度的划分要遵循最小差别阈值原则和连续性原则。

僵硬度参比样制备完成后，针对参比样的合理性、可重复性、相邻僵硬度梯度的差异是否明显，分别采用弗里德曼（Friedman）检验和相邻梯度样品定向成对比较检验进行验证[15]。最后，对参比样的主要特征进行描述。

1.3.2 僵硬度量化研究 僵硬度的测量采用质构仪进行，质构仪购自英国Stable Micro System 公司。测量参数：选择TPA模式，下压探头为P6探头，探头直径为5 mm圆柱，下压感应力为5 g，挤压时间为5 s，预压速度为0.3 mm·s-1，下压速度为0.3 mm·s-1，上拉速度为0.3 mm·s-1，变形量为75%，触发类型为仪器自动判定与测试样品的接触点。僵硬度数据由质构测试仪系统检测生成并自动记录。

颜色参数的测量采用精密色差仪进行，色差仪购自深圳汉谱光彩科技有限公司，型号为HP-C210，配备标准白板和CIE标准0/d测试探头，测量孔径20 mm。测量颜色参数时，仪器要避开支脉。测量指标：亮度值L*、红度值a*、黄度值b*、饱和度C、色相角H°。

物理特性测量指标：单叶质量、厚度、填充值、叶面密度、拉力。测量仪器：Progage型测厚仪（美国Thwing-Albert公司）、DD60A型新型填充值测量仪（德国Kurt Burghart 公司）、LRX-PLUS多功能拉力机（英国LLOYD 公司）、JC-TP80-5A型电子天平（青岛精诚仪器仪表有限公司）。

1.4 数据处理

数据的统计分析及图片绘制采用Microsoft Excel 2013软件，相关性分析采用IBM SPSS 21.0软件。

2 结果与分析

2.1 僵硬度感官排序

依据国标GB/T 29604—2013《感官分析建立感官特性参比样的一般导则》，评价小组共归纳出7个僵硬度档次。为验证梯度的划分是否符合感官属性因子确定的一般原则，本研究需进行 Friedman 试验[15]。根据Friedman试验方法，本研究对不同梯度样品进行随机编号，并组织7名评价人员对样品僵硬度按照梯度1～7的顺序进行排列。梯度越高，表示烟叶样品越僵硬。感官排序评价结果如表1所示。由评价结果可知，烟叶样品僵硬度的检验统计量为40.90。当α=0.01时，对应临界值为15.35，样品僵硬度的检验统计量明显高于对应临界值。这表明参比样品的整体僵硬度排序存在极显著差异。

为验证僵硬度参比样相邻梯度样品差异的显著性，评价人员对样品进行2轮定向成对比较检验，感官评价结果如表2所示。根据国家标准GB/T 12310—2012《感官分析法成对比较检验》，在答案个数为18的情况下，αlt;0.05所需肯定答案个数为13，αlt;0.01所需肯定答案个数为15。由表2可知，评价人员对相邻梯度样品比较的肯定答案个数均在15以上。这表明制备的僵硬度参比样在相邻梯度间的差异均达到极显著水平，差异明显，符合建立感官特性参比样的一般导则。

2.2 僵硬度参比样主要特征描述

评价人员对7个梯度的僵硬度参比样进行定义和描述。僵硬度从弱至强的描述词分别为柔软、较柔软、稍柔软、中等、稍僵硬、较僵硬、僵硬。本研究依据样品的叶面触感、厚度、弹性、韧性等方面进行综合描述，具体描述内容如表3所示。

2.3 僵硬度参比样定量分析

参比样僵硬度的描述性统计分析情况见表4。由表4可知，梯度越高，参比样僵硬度数值越大，平均值也越高。在阈值范围方面，烟叶样品的僵硬度数值存在明显的界限。在变异系数方面，梯度7的变异系数最低（4.38%），梯度7和梯度5的变异系数均小于5.0%，属弱变异，梯度1的变异系数最高（9.90%）。这表明所有梯度数据的变异系数均在10%以下，各梯度僵硬度数据稳定性较好，具有良好的统计意义。

本研究采用各僵硬度档次测量的平均值绘制出图3。由图3可知，随着梯度的升高，参比样僵硬度数值快速增长。从平均值增幅速率来看，随着梯度的升高，增幅越发明显。这表明在测量数值方面，梯度6和梯度7僵硬度的差值最明显，梯度1和梯度2僵硬度的差值最小。

2.4 僵硬度与颜色参数的相关性分析

在参比样实物样品制备过程中，评价人员发现，随着样品僵硬度的提高，叶面颜色也发生规律性变化。因此，本研究采用CIELab颜色空间对参比样进行色度学检验。其中，L*值反映烟叶表面亮度的大小，数值越高，亮度越高;a*值为红度值，其数值越大，烟叶颜色中所包含的红色越明显;b*值为黄度值，其数值越大，黄色越明显;C为饱和度，代表颜色的纯度，数值越高，颜色越鲜明;H°为颜色空间的色相环，0°～90°表示颜色由红至黄转变，90°～180°表示颜色由黄向绿转变，180°～270°表示绿色向蓝色转变[16]。

为验证僵硬度与各项颜色参数之间的关系，对僵硬度数据及其对应的颜色参数进行相关性分析，结果如表5所示。由表5可知，僵硬度与L*、b*、C、H°均呈负相关，与L*、H°的相关性达到极显著水平，与b*、C的相关性也达到显著水平;僵硬度与a*呈正相关，相关性达到显著水平。这表明僵硬度变化与颜色变化存在明显的规律性，随着僵硬度的提高，烟叶亮度值、黄度值、饱和度、色相角均呈降低趋势，红度值呈升高趋势。

2.5 僵硬度与物理特性的相关性分析

在对参比样的主要特征描述中，评价人员主要依据叶片结构、厚度、弹性、韧性等参数，这些参数与烟叶物理特性密切相关。为进一步验证参比样梯度的合理性以及僵硬度和物理特性指标的关系，本研究对僵硬度和物理特性指标进行相关性分析，结果如表6所示。由表6可知，僵硬度与拉力的相关性最强（0.925），与填充值的相关性最弱（0.797），僵硬度与单叶质量、厚度、叶面密度、填充值、拉力均呈正相关，并且相关性均达到极显著水平。

3 讨论与结论

3.1 讨论

僵硬度是反映烟叶叶片结构的重要指标。结构疏松的烟叶内在质量更佳，配伍性更强，工业企业也更愿意采购此类烟叶。因此，防止或降低僵硬烟叶的出现是提高烟叶质量的重要课题。本研究探讨了僵硬度与叶片物理特性及颜色指标的关系，可为烟叶生产提供指导。在烟叶种植时，通过农艺管理措施合理把控叶片的厚度和叶面积;烘烤过程中，注重把控叶片的颜色变化，防止烤红和挂灰，在一定程度上可降低僵硬烟叶出现的比例，提高烟叶的整体品质。

本研究仅收集云南部分产区的烟叶样品，参比样制备以及对应僵硬度数据在全国烟叶产区应用的适用性有待于进一步研究。由于烟叶的农产品属性，年度间烟叶质量也会存在波动，可进一步扩大样品收集范围，同时扩大样品采集年限的跨度，制备更具代表性的僵硬度参比样品，探究不同烟草种植区划及不同年份烟叶僵硬度的变化特点。另一方面，叶片结构是烤烟的一个复合性感官评价指标，僵硬度仅对叶片结构的部分特性进行描述，随着相关研究的逐步精细化，对叶片结构的量化研究也不仅仅局限于僵硬度，仪器设备也不限于质构仪。后期，笔者将进一步对参比样品的叶肉细胞组织结构和排列疏密进行研究，为烤烟质量评价体系的完善及评价方法的改进提供参考。

3.2 结论

本研究通过对云南产区样品的筛选排序，制备的僵硬度参比样包含柔软、较柔软、稍柔软、中等、稍僵硬、较僵硬、僵硬7个梯度。Friedman 检验和相邻梯度样品的定向成对比较检验结果表明，参比样梯度之间存在明显的差异，并且梯度不存在脱档、交叉的现象，相邻梯度容易区分识别，符合感官分析建立参比样的一般导则。同时，依据参比样各梯度外观主要特征，本研究从叶面手感、厚度、弹性、韧性等方面进行综合描述，对烟叶生产和相关培训具有指导意义。

僵硬度参比样的量化结果表明，检测样品数据的变异系数均在15%以下。这表明数据稳定性较好，不存在数据跳档等异常情况，并且梯度间僵硬度数值差异明显，可通过质构仪量化研究叶片僵硬度。在参比样制备过程中，本研究对僵硬度和颜色指标之间的关系、僵硬度和物理特性指标的关系进行探究。相关性分析结果表明：僵硬度与L*、b*、C、H°呈显著或极显著负相关，与a*呈显著正相关;僵硬度与单叶质量、拉力、叶面密度、厚度、填充值等物理特性指标均呈极显著正相关。这进一步验证了僵硬度数据的合理性，为烤烟分析的数字化研究提供了参考。

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