昭通烤煙主要物理特性的因子分析和綜合評價

楊威　張強　董高峰　李紅武　張天劍

摘要：為分析昭通地區烤煙的物理特性，以270個煙葉樣品為供試材料，對其中255個樣品的15個主要物理指標進行了相關分析和因子分析，并利用因子得分進行綜合評價，用15個樣品對評價結果進行驗證。結果表明，昭通煙區煙葉的形態指標（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值的相關性達到了極顯著水平（P<0.01），其中厚度與長寬比極顯著負相關；昭通烤煙的形態、顏色、拉力與葉質重在其物理特性評價中作用最大；通過因子分析法，用6個主因子代替昭通煙區烤煙的15個物理特性，對其進行綜合評價，用因子得分評價煙葉質量與評吸結果基本一致，表明用因子分析法評價煙葉質量是可行的。

關鍵詞：烤煙；物理特性；因子分析；綜合評價

中圖分類號：S572 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1078-04

煙葉是卷煙工業的基礎，煙葉質量的好壞直接影響卷煙產品的質量[1]。煙葉的物理特性是煙葉質量的重要組成部分，它是指影響煙葉質量以及工藝加工的一些物理方面的參數指標，主要包括厚度、填充性、吸濕性、彈性、葉質重、含梗率等，這些物理特性直接影響卷煙制造過程、產品風格、成本及其他經濟指標[2]。煙葉物理特性已成為近年煙葉質量評價的重要研究內容，煙葉物理特性較為復雜，如何選擇合理的物理特性來反映煙葉的質量信息，是準確表征煙葉質量特點的重要基礎。

因子分析法是將具有關聯關系的多個變量通過線性組合形成互不相關的一些新變量，并使新變量保持原變量變異的絕大部分信息的一種多元統計分析方法，不僅減少了變量個數，而且再現了變量之間的內在聯系[3]。因子分析在烤煙多種性狀的統計分析[4]和質量評價[5-9]中得到了廣泛應用。為此，對昭通煙區烤煙15個物理特性進行了相關分析和因子分析，并對其進行綜合評價，以期為評價昭通煙區烤煙質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取云南省昭通州2012年8個主產煙縣生產的具有代表性的當地主栽品種初烤煙葉270份，等級為X2F、C3F、B2F，每個等級90份，每個樣品選取3 kg。其中255份（每個等級85份）用于因子分析及建立數學模型，15份（每個等級5份）用于驗證分析。

試驗儀器包括：分析天平（0.0001 g）；打孔器

（18 mm）；電子拉力機（DRK100B），濟南德瑞克生產；厚度儀，德國KARL生產；煙絲填充值測定儀，德國BORGWALT公司生產； CR-400色彩色差儀（KONICAMINOLTA）；恒溫恒濕箱等。

1.2 測定項目與分析方法

1.2.1 主要物理特性的測定 15個物理特性指標分別為：厚度、長寬比、拉力、抗張強度、延伸率、單葉重、含梗率、葉質重、L*（明度）、a*（色品）、b*（色品）、C*（彩度）、h*（色調角）、填充值、平衡含水率。

1）厚度的測定采用層積厚度法。儀器采用厚度儀，取10片煙葉，用直徑18 mm的打孔器，對每片煙葉沿著主脈均勻地在左右兩側各打3個孔，每個圓片均不應有破損，打孔應避開主脈和支脈，將左右兩邊的3個圓片均正面朝上分別層疊起來，用厚度儀測定層疊起來的圓片厚度值，每片煙葉是一個重復，共10次重復。

2）拉力、抗張強度、延伸率的測定采用恒速拉伸法。取3片煙葉，需要在煙葉的中部兩側中間位置，避開主脈和一級支脈，剪成10～40 mm的長條，將試樣夾在夾頭上。儀器采用電子拉力機，開始試驗直至試樣斷裂，記錄所施加的最大抗張力（N）、斷裂時的伸長（mm）、從儀器直接讀出裂斷時的伸長率（%）和抗張強度（N/mm2）。

3）長寬比、單葉重、含梗率、葉質重采用周文等[10]的方法測定，平衡含水率采用蔡健榮等[11]的方法測定，填充值參考張建平等[12]的方法測定，顏色指標（明度指標L*為物體色明度的坐標；色品指數： a*為正值表示偏紅程度，a*為負值表示偏綠程度，色品指數b*為正值表示偏黃程度，b*為負值表示偏藍程度；彩度C*為物體的色純度或飽和程度；色調角h*表示在物體色相360°范圍內被測色的角度）的測定采用王浩雅等[13]的方法測定。

1.2.2 分析方法 將所選樣品的15個指標厚度、長寬比、拉力、抗張強度、延伸率、單葉重、含梗率、葉質重、L*、a*、b*、C*、h*、填充值、平衡含水率，分別用x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14、x15表示。

運用SPSS 13.0統計軟件對主要物理特性進行相關分析和因子分析，并計算因子得分和綜合得分。

2 結果與分析

2.1 昭通煙區烤煙主要物理特性的相關分析

對昭通等級為X2F、C3F、B2F 的255個煙葉樣品的15個物理特性進行分析，結果（表1）表明，昭通煙區煙葉的形態指標（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值極顯著相關，厚度與長寬比極顯著負相關。拉力與煙葉的厚度、抗張強度、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關，與長寬比、葉質重、L*、h*、填充值極顯著負相關。抗張強度與延伸率極顯著正相關，與填充值極顯著負相關。延伸率與拉力、抗張強度、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關，與長寬比、葉質重、L*、h*、填充值之間極顯著負相關。單葉重與厚度、拉力、含梗率、a*、C*極顯著正相關，與葉質重、L*、h*、填充值極顯著負相關。葉質重與L*、b*、h*、填充值極顯著正相關，但與厚度、拉力、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率填充值極顯著負相關。含梗率與厚度、拉力、延伸率、單葉重、a*、平衡含水率極顯著正相關，與長寬比、葉質重、L*、b*、填充值、平衡含水率極顯著負相關。填充值與煙葉的形態指標（厚度、長寬比）、機械加工性能指標（拉力、抗張強度、延伸率）、質量特性指標（單葉重、葉質重、含梗率）均極顯著相關。由以上分析可知，昭通煙葉的物理特性方面存在一定的相關性，可作因子分析。

2.2 昭通烤煙主要物理特性因子分析

對昭通煙區烤煙主要物理特征進行因子分析，提取特征值大于0.60的因子，其中KMO值為0.71，說明可以進行因子分析[3]。從表2可知，經過因子分析提取出6個公因子，并且這6個公因子的累計貢獻率為86.58%。由表3可知，第1個公因子主要反映的是厚度、長寬比、拉力、葉質重、L*、a*和h*的信息，并且厚度、拉力、葉質重和a*在第1個因子上具有較大的正載荷值，說明這4個變量具有相似的變化趨勢，相互之間呈正相關；第1個公因子主要由煙葉的形態指標、部分顏色指標和拉力與葉質重組成，說明煙葉的形態、顏色、拉力與葉質重對煙葉物理特征的貢獻率較高，其對煙葉物理特征的貢獻率為35.27%。第2個公因子主要反映的是顏色指標b*、C*的信息，第2個公因子對煙葉物理特征的貢獻率為16.44%。第3個公因子主要反映的是抗張強度的信息，其對煙葉物理特征的貢獻率為12.10%。第4個公因子主要反映的是C*和平衡含水率的信息，其對煙葉物理特征的貢獻率為10.08%。第5個公因子主要反映的是厚度的信息，其對煙葉物理特征的貢獻率為7.44%。第6個公因子主要反映的是單葉重的信息，其對煙葉物理特征的貢獻率為5.25%。

2.3 昭通烤煙質量綜合評價

利用回歸模型計算6個公因子的得分（表4），其數學模型分別為：

fac1=0.120 5 x1 -0.118 5 x2 +0.119 8 x3 +0.038 0 x4 +0.090 7 x5 +0.062 8 x6 +0.144 9 x7 -0.089 5 x8 -0.162 8 x9 +0.157 5 x10 -0.093 2 x11 -0.056 6 x12 -0.166 1 x13 -0.098 1 x14 +0.055 5 x15

fac2=-0.066 2 x1 +0.079 1 x2 +0.158 0 x3 +0.206 7 x4 +0.189 4 x5 +0.129 5 x6 +0.041 2 x7 -0.090 1 x8 +0.096 9 x9 -0.026 0 x10 +0.283 5 x11 +0.292 9 x12 +0.102 3 x13 -0.218 5 x14 +0.173 7 x15

fac3=-0.211 1 x1-0.161 4 x2+0.225 6 x3+0.409 6 x4+0.243 8 x5-0.185 7 x5-0.211 4 x7+0.240 0 x8-0.041 3 x9+0.032 8 x10-0.076 2 x11-0.068 5 x12-0.0427 x13+0.165 3 x14 -0.151 1 x15

fac4=0.065 4 x1-0.145 7 x2-0.051 2 x3-0.115 5 x4-0.074 0 x5+0.256 9 x6+0.041 6 x7+0.272 1 x8-0.101 9 x9+0.259 0 x10+0.290 4 x11+0.363 3 x12-0.147 9 x13+0.223 5 x14 -0.327 2 x15

fac5=0.492 0 x1+0.159 0 x2+0.390 8 x3+0.014 6 x4+0.165 3 x5+0.132 1 x6+0.273 0 x7+0.029 3 x8+0.244 5 x9-0.267 3 x10-0.055 0 x11-0.115 2 x12 +0.225 2 x13+0.228 6 x14 -0.323 6 x15

Fac6=-0.239 3 x1+0.584 7 x2-0.013 8 x3+0.210 3 x4-0.020 9 x5+0.750 3 x6-0.276 3 x7-0.148 5 x8-0.136 9 x9+0.093 1 x10-0.218 9 x11-0.208 7 x12-0.134 2 x13+0.123 3 x14 -0.109 9X15

再根據表2中6個公因子的貢獻率和公因子得分，建立昭通煙區煙葉綜合評價數學模型：F=0.352 7×fac1+0.164 4×fac2+0.121×fac3+0.100 8×fac4+0.074 4×fac5+0.052 5×fac6。表5即為昭通煙區煙葉物理特性公因子得分和根據所建立的模型計算出的煙葉綜合得分（F）的描述統計分析。由表5和表6可知，1號、5號、11號得分較低，這3個樣品的香氣質和香氣量得分也均較低，評吸總分也較低；6號得分最高，其香氣質和香氣量得分也均較高，評吸總分最高。用因子得分評價煙葉質量和評吸結果基本一致，因此用因子分析法評價煙葉質量是可行的。

3 小結與討論

烤煙主要物理特性相關分析表明，烤煙主要物理特性間存在著不同程度的相關。昭通煙區煙葉的形態指標（厚度、長寬比）與拉力、含梗率、顏色指標（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值極顯著相關，其中厚度與長寬比極顯著負相關。拉力與煙葉的厚度、抗張強度、延伸率、單葉重、含梗率、a*、平衡含水率極顯著正相關，含梗率與厚度、拉力、延伸率、單葉重、a*、平衡含水率極顯著正相關。

通過對昭通煙區烤煙主要物理特性進行因子分析得到6個公因子，這6個公因子的累計貢獻率為86.58%。其中第1個公因子（煙葉的形態指標、部分顏色指標、拉力與葉質重）占原變量總方差的比例高于其他公因子，說明昭通烤煙的形態、顏色、拉力與葉質重在其物理特性評價中的作用最大；同時昭通煙區由于山地較多，海拔高差較大，在雨季土壤養分容易流失，需要注意養分的補充，氣候方面昭通煙區的倒春寒和成熟后期秋季低溫明顯，實際生產中應采用多種措施充分利用烤煙大田中期可貴的高溫時段，促使烤煙旺長和煙葉早熟，以提高煙葉的質量[14]。

通過用6個主因子代替昭通煙區烤煙的多達15個物理特性，對其進行綜合評價，用因子得分評價煙葉質量與評吸結果基本一致，表明用因子分析法評價煙葉質量是可行的，為豐富昭通煙區烤煙質量評價研究提供了參考。

參考文獻：

[1] 尹啟生，陳江華，王信民，等.2002年度全國煙葉質量評價分

析[J].中國煙草學報，2003，18（增刊）：59-70.

[2] 閆克玉，趙獻章.煙葉分級[M].北京：中國農業出版社，2003.

[3] 章文波，陳紅艷.實用數據統計分析及SPSS 12.0應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[4] 史躍偉，王志紅，王 佚，等.烤煙新品種（系）主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2008，36（1）：10958-10959，10962.

[5] 畢淑峰.烤煙主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2004， 32（2）：342-343.

[6] 于建軍，楊寒文，畢慶文，等.烤煙酸性成分的因子分析及綜合評價[J].浙江農業科學，2009（3）：629-632.

[7] 畢慶文，于建軍，汪 健，等.清江流域烤煙類胡蘿卜素降解產物的因子分析和綜合評價[J].中國煙草科學，2009，30（6）：25-29.

[8] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.金攀西烤煙主要化學成分與評吸質量的灰色關聯度分析[J].河南農業大學學報，2007，41（6）：605-610.

[9] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.鄂西南烤煙主要化學成分因子分析及綜合評價[J].甘肅農業大學學報，2008，43（1）：98-101.

[10] 周 文，韓力群，李 銳. 計算機圖像處理技術在烤煙煙葉形狀特征提取中的應用[J].煙草科技，2000（1）：12-13.

[11] 蔡健榮，方如明，張世慶，等. 利用計算機視覺技術的煙葉質量分選系統研究[J].農業工程學報，2000，16（3）：118-122.

[12] 張建平，吳守一，方如明，等.農產品質量的計算機輔助檢驗與分級（Ⅱ）——煙葉自動分級模型的建立與訓練[J].農業工程學報，1997，13（4）：179-183.

[13] 王浩雅，王理珉，張 強，等.煙葉顏色指標與其他物理指標的相關研究[J].廣東農業科學，2011（11）：41-44.

[14] 李曉燕，黃 ■，倪 霞，等.昭通烤煙生態氣候適宜性分析[J].中國農業氣象，2008，29（2）：197-201.

參考文獻：

[1] 尹啟生，陳江華，王信民，等.2002年度全國煙葉質量評價分

析[J].中國煙草學報，2003，18（增刊）：59-70.

[2] 閆克玉，趙獻章.煙葉分級[M].北京：中國農業出版社，2003.

[3] 章文波，陳紅艷.實用數據統計分析及SPSS 12.0應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[4] 史躍偉，王志紅，王 佚，等.烤煙新品種（系）主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2008，36（1）：10958-10959，10962.

[5] 畢淑峰.烤煙主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2004， 32（2）：342-343.

[6] 于建軍，楊寒文，畢慶文，等.烤煙酸性成分的因子分析及綜合評價[J].浙江農業科學，2009（3）：629-632.

[7] 畢慶文，于建軍，汪 健，等.清江流域烤煙類胡蘿卜素降解產物的因子分析和綜合評價[J].中國煙草科學，2009，30（6）：25-29.

[8] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.金攀西烤煙主要化學成分與評吸質量的灰色關聯度分析[J].河南農業大學學報，2007，41（6）：605-610.

[9] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.鄂西南烤煙主要化學成分因子分析及綜合評價[J].甘肅農業大學學報，2008，43（1）：98-101.

[10] 周 文，韓力群，李 銳. 計算機圖像處理技術在烤煙煙葉形狀特征提取中的應用[J].煙草科技，2000（1）：12-13.

[11] 蔡健榮，方如明，張世慶，等. 利用計算機視覺技術的煙葉質量分選系統研究[J].農業工程學報，2000，16（3）：118-122.

[12] 張建平，吳守一，方如明，等.農產品質量的計算機輔助檢驗與分級（Ⅱ）——煙葉自動分級模型的建立與訓練[J].農業工程學報，1997，13（4）：179-183.

[13] 王浩雅，王理珉，張 強，等.煙葉顏色指標與其他物理指標的相關研究[J].廣東農業科學，2011（11）：41-44.

[14] 李曉燕，黃 ■，倪 霞，等.昭通烤煙生態氣候適宜性分析[J].中國農業氣象，2008，29（2）：197-201.

參考文獻：

[1] 尹啟生，陳江華，王信民，等.2002年度全國煙葉質量評價分

析[J].中國煙草學報，2003，18（增刊）：59-70.

[2] 閆克玉，趙獻章.煙葉分級[M].北京：中國農業出版社，2003.

[3] 章文波，陳紅艷.實用數據統計分析及SPSS 12.0應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[4] 史躍偉，王志紅，王 佚，等.烤煙新品種（系）主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2008，36（1）：10958-10959，10962.

[5] 畢淑峰.烤煙主要化學成分的因子分析[J].安徽農業科學，2004， 32（2）：342-343.

[6] 于建軍，楊寒文，畢慶文，等.烤煙酸性成分的因子分析及綜合評價[J].浙江農業科學，2009（3）：629-632.

[7] 畢慶文，于建軍，汪 健，等.清江流域烤煙類胡蘿卜素降解產物的因子分析和綜合評價[J].中國煙草科學，2009，30（6）：25-29.

[8] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.金攀西烤煙主要化學成分與評吸質量的灰色關聯度分析[J].河南農業大學學報，2007，41（6）：605-610.

[9] 于建軍，代慧娟，李愛軍，等.鄂西南烤煙主要化學成分因子分析及綜合評價[J].甘肅農業大學學報，2008，43（1）：98-101.

[10] 周 文，韓力群，李 銳. 計算機圖像處理技術在烤煙煙葉形狀特征提取中的應用[J].煙草科技，2000（1）：12-13.

[11] 蔡健榮，方如明，張世慶，等. 利用計算機視覺技術的煙葉質量分選系統研究[J].農業工程學報，2000，16（3）：118-122.

[12] 張建平，吳守一，方如明，等.農產品質量的計算機輔助檢驗與分級（Ⅱ）——煙葉自動分級模型的建立與訓練[J].農業工程學報，1997，13（4）：179-183.

[13] 王浩雅，王理珉，張 強，等.煙葉顏色指標與其他物理指標的相關研究[J].廣東農業科學，2011（11）：41-44.

[14] 李曉燕，黃 ■，倪 霞，等.昭通烤煙生態氣候適宜性分析[J].中國農業氣象，2008，29（2）：197-201.