云南省主栽烤煙品種C3F煙葉色度值比較分析

李雨芮，李佛琳，賈博文，楊文奎，廖正蘭，饒智

(1 云南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，云南 昆明 650201； 2 紅云紅河煙草(集團)有限責任公司，云南 昆明 650202)

煙葉顏色作為烤煙分級因素色度的重要組成部分，反應(yīng)了煙葉經(jīng)烘烤調(diào)制之后的色彩、色澤飽和度和色值的狀態(tài)[1]，與煙葉的內(nèi)在質(zhì)量也有著密切的關(guān)系[2]。目前，我國對煙葉色度特征值的分析研究仍然處于起步階段，國內(nèi)外對煙葉顏色的鑒別與評定也大多依賴感官判斷。而采用人工對煙葉顏色進行分級評定，其結(jié)果易受環(huán)境、光線等外部因素以及個人主觀判斷的影響，從而降低煙葉分級的客觀性、科學性。近年來，國內(nèi)外已經(jīng)開始運用計算機圖像處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊信息處理技術(shù)等來提取煙葉的顏色，從而避免各種外部因素造成的誤差[3-6]。煙葉分級逐漸由傳統(tǒng)的依賴人工轉(zhuǎn)向借助計算機，由定性轉(zhuǎn)向定量，由經(jīng)驗化轉(zhuǎn)向理論化[7]。運用色差儀對全國不同產(chǎn)地的煙葉顏色進行檢測的研究已有報道[8-11]，但針對云南省內(nèi)不同產(chǎn)區(qū)煙葉的色度指標進行歸類分析的研究鮮有報道。本研究以CIELAB顏色空間理論為前提，基于前人的研究方法，運用色差儀測定煙葉色度學指標，判斷和分析云南6個主栽烤煙品種初烤煙葉表面顏色的區(qū)域特征，以期為云南省煙葉收購智能化等領(lǐng)域提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煙葉樣品為來自云南保山、紅河、昆明、文山、大理、曲靖、麗江7個產(chǎn)地的K326、紅花大金元、云煙87、NC102、云煙97、云煙99等共6個主栽品種的初烤煙葉，均由紅云紅河煙草有限責任公司提供。依據(jù)國家《烤煙》標準挑選出等級為C3F的初烤煙葉各1 kg作為研究對象，并進行編號，樣品詳情見表1。

1.2 試驗儀器

NH310型色差儀(3NH)由深圳三恩馳有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 煙葉表面顏色儀器檢測方法

測定的色度學指標主要包括明度值(L*)、紅度值(a*)、黃度值(b*)、顏色飽和度(C*)、色調(diào)角(h*)。在每份樣品中抽取20片無破損無病斑的代表性葉片，置于恒溫恒濕箱中平衡24 h(相對濕度65%、溫度22±2 ℃)。色差儀測色口徑為8 mm，測定光源為D65，在每片煙葉葉尖、葉中和葉基部對稱選取6個點(避開葉脈)用色差儀進行測量。

表1 供試煙葉樣品編號及信息

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2019和IBM SPSS Statistics 26.0進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析；采用OriginPro2021繪圖；采用LSD法進行多重比較；對數(shù)據(jù)進行Z-Score標準化處理后，采用平方歐式距離進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各主栽品種煙葉表面顏色色調(diào)分布情況

表2 不同色調(diào)區(qū)域h*度數(shù)范圍

表3 不同品種C3F等級煙葉表面顏色色調(diào)區(qū)域分布Table 3 Tonal area distribution of surface color indexes of

2.2 各主栽品種煙葉表面顏色描述統(tǒng)計及煙葉顏色飽和度、均勻度分析

6個主栽品種C3F煙葉的表面顏色色度值空間分布總體特征見表4。L*均值為70.7，變幅為67.74～71.96，變異系數(shù)為3.0%。a*均值為14.6，變幅為13.46～15.82，變異系數(shù)為11.6%。b*均值為48.1，變幅為46.73～49.22，變異系數(shù)為4.0%。C*均值為50.3，變幅為48.66～51.72，變異系數(shù)為4.1%。h*均值為73.2，變幅為71.62～74.02，變異系數(shù)為2.0%。煙葉顏色均勻度判定方法參考文獻[12]，對照煙葉顏色均勻度比對關(guān)系表(表3)發(fā)現(xiàn)，a*的均勻度檔次屬于不勻，L*和b*均勻度范圍都屬于尚勻。

本試驗中6個主栽品種的煙葉在同一色調(diào)內(nèi)，可以通過C*值大小來比較各品種的顏色飽和程度。各品種的C*值由大到小分別為云煙87、云煙99、云煙97、K326、紅花大金元、NC102，說明云煙87品種的顏色飽和程度最高，NC102品種的飽和程度最低。

L*、a*、b*的變異系數(shù)大小能一定程度反映煙葉的均勻程度。根據(jù)文獻[12]，各均勻度檔次的劃分范圍：<2為均勻，2～5為尚勻，>5為不勻。各品種L*值變異系數(shù)從小到大依次為云煙99、云煙97、NC102、云煙87、K326、紅花大金元；僅云煙99的L*值變異系數(shù)小于2%，其均勻檔次為均勻；其余5個品種的L*的變異系數(shù)為2%～5%，均勻度檔次為尚勻。各品種a*值的變異系數(shù)從小到大依次為云煙97、云煙99、紅花大金元、K326、云煙87、NC102；僅云煙97的a*值變異系數(shù)為3%～5%，均勻度檔次屬于尚勻；其余5個品種a*值的變異系數(shù)均大于5%，均勻度檔次屬于不勻。各品種中僅NC102的b*值變異系數(shù)小于2%，其余5個品種的變異系數(shù)均為2%～5%；其中b*變異系數(shù)最大的品種是云煙87。由于各品種L*值和b*值的變異系數(shù)都小于5%，各品種均勻度的差異更大程度取決于a*值的變異系數(shù)。綜合分析，云煙97的煙葉顏色飽和程度和均勻度均較高，NC102品種的顏色均勻度總體稍差。

表4 不同品種C3F等級煙葉表面顏色色度學指標描述

續(xù)表4

2.3 煙葉表面顏色聚類結(jié)果及分析

以各樣品的色度學指標為尺度，對來自7個產(chǎn)區(qū)的K326、紅花大金元、NC102、云煙87、云煙97、云煙99等20個樣品的煙葉表面顏色指標進行系統(tǒng)聚類分析，可將其分為5個類別(圖1)，具體聚類結(jié)果見表5。

3D散點圖(圖2)顯示了聚類后各點的空間分布情況。不同類別煙葉顏色指標的空間分布有明顯的區(qū)分度，且明度(L*)與紅度(a*)、黃度(b*)的值均呈負相關(guān)。根據(jù)煙葉顏色聚類結(jié)果色品分布圖(圖3)，各類煙葉的顏色均分布在橘色范圍。結(jié)合圖2、圖3可知，煙葉的紅度(a*)與黃度(b*)呈一定的正相關(guān)關(guān)系，而煙葉的明度(L*)與紅度(b*)呈明顯的負相關(guān)關(guān)系。

表5 各類別煙葉表面顏色指標

圖1 不同產(chǎn)地各主栽品種煙葉表面顏色指標聚類分析Fig.1 Cluster analysis of tobacco surface color index of main cultivars from different producing areas

圖2 煙葉表面顏色聚類結(jié)果空間分布圖Fig.2 Spatial distribution clustering results of tobacco leaf color

圖3 煙葉顏色聚類結(jié)果色品分布圖Fig.3 Chromaticity of clustering results of tobacco leaf color

2.4 不同產(chǎn)區(qū)相同品種烤煙煙葉顏色色度學指標的對比分析

紅花大金元作為云南省的特色烤煙品種，在云南省主栽品種中占有重要地位。而云煙87品種是我國種植面積最大的烤煙品種，也是云南主栽烤煙品種中的頭號當家品種[13]，2017年，其在云南省的種植面積達5.84萬hm2。所以，試驗選取了這2個具有代表性的品種作為研究對象，探究同一品種在不同產(chǎn)區(qū)的色度學指標差異及特征。

表6為不同產(chǎn)區(qū)紅花大金元品種各煙葉顏色色度學指標的比較。其中，煙葉明度以大理的最高(74.2)，其極顯著高于保山、紅河、曲靖的煙葉明度，與昆明差異不顯著；煙葉紅度以紅河的最高(15.6)，其極顯著高于大理、昆明、曲靖，顯著高于保山；煙葉黃度以保山的最高(49.7)，其極顯著高于紅河、昆明，顯著高于大理，與曲靖差異不顯著；煙葉色彩飽和度以保山的最高(51.7)，其顯著高于大理、紅河，極顯著高于昆明的煙葉；煙葉色調(diào)角以大理的最高(75.7)，其極顯著高于紅河，顯著高于保山、曲靖，保山、曲靖、昆明均極顯著高于紅河。

表7為不同產(chǎn)區(qū)云煙87品種各煙葉顏色色度學指標的比較。其中，煙葉明度以保山的最高(72.9)，其極顯著高于紅河、昆明、曲靖、文山、麗江；紅度以紅河最高(17.0)，紅河、昆明極顯著高于保山、曲靖、文山，顯著高于麗江；煙葉黃度以昆明的最高(51.9)，昆明與紅河差異不顯著，但紅河、昆明極顯著高于文山、麗江、曲靖和保山；煙葉色彩飽和度以紅河最高(54.6)，紅河與昆明差異不顯著，但都極顯著高于保山、曲靖、文山、麗江；煙葉色調(diào)角以保山最高(74.5)，其極顯著高于其他5個產(chǎn)區(qū)，而紅河、昆明、曲靖、文山、麗江之間的差異則均不顯著。

表6 不同產(chǎn)區(qū)紅花大金元品種C3F等級煙葉表面顏色指標多重比較

表7 不同產(chǎn)區(qū)云煙87品種C3F等級煙葉表面顏色指標多重比較

3 討論

在CIELAB顏色空間理論中，L*代表明度，L*值越大代表底色越白，反之越黑；a*代表紅綠偏向，a*為正代表紅向，a*為負代表綠向；b*代表黃藍偏向，b*為正代表黃向，b*為負代表藍向；C*代表顏色的飽和度，是用來表示統(tǒng)一色調(diào)內(nèi)煙葉顏色的飽滿狀態(tài)。a*、b*是評價色品的指標，a*、b*值的變異系數(shù)可以表示顏色的均勻程度[10]。C*越大，L*越小，在視覺上的表現(xiàn)為顏色更濃，反之就更淡[14]。本研究比較了云南省7個產(chǎn)地、6個品種烤煙的C3F煙葉色度學指標，發(fā)現(xiàn)各品種煙葉的L*值均較高、底色偏白、色澤明亮，h*均分布在偏黃的橘色區(qū)域內(nèi)，與前人的研究結(jié)果一致[15-16]。比較煙葉的各色度指標變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，除a*外的其余色度指標變異系數(shù)均在5%以下，表明6個品種C3F煙葉表面顏色的均勻度都較好，這與過偉民等[17]的研究結(jié)果相符合。由于各指標變異系數(shù)都在5%以下，a*值變異系數(shù)大小成為了比較6個品種煙葉表色均勻度的關(guān)鍵性指標。比較發(fā)現(xiàn)，各品種煙葉的均勻度從高到低依次為：云煙97、云煙99、紅花大金元、K326、云煙87、NC102。

以各色度值為尺度，從品種與產(chǎn)地兩個維度將煙葉顏色進行聚類分析。從品種的維度看，K326、紅花大金元、云煙87品種大都聚為一類，說明這幾個品種C3F煙葉表色存在一定的相似性。從產(chǎn)地的維度來看，昆明、保山產(chǎn)區(qū)的煙葉顏色都呈“高明度低飽和”的特點，紅河、文山產(chǎn)區(qū)的煙葉顏色都呈“低明度高飽和”的特點，說明煙葉的顏色具有明顯的區(qū)域特征，這與張永安[18]等的研究結(jié)果吻合。通過對比發(fā)現(xiàn)，聚類結(jié)果中產(chǎn)地較品種的分類區(qū)分得更明顯，說明產(chǎn)地對煙葉色度的影響比品種對其的影響更大。分析發(fā)現(xiàn)，云南各主栽品種的煙葉明度值分別與紅度、黃度值呈負相關(guān)，與色調(diào)角值呈正相關(guān)，這與徐小青等[19]的研究結(jié)果有一定的差異，可能是由于不同產(chǎn)地的煙葉具有不同的化學品質(zhì)特征所導致[20]。

為了進一步驗證不同產(chǎn)區(qū)烤煙C3F煙葉顏色色度值的差異情況，本研究以紅花大金元和云煙87兩個品種為代表，對不同產(chǎn)區(qū)相同品種烤煙的煙葉顏色進行了橫向比較。通過比較紅花大金元和云煙87煙葉表面顏色的L*、a*、b*、C*、h*值發(fā)現(xiàn)，兩個品種的色度值分布范圍差異不大，但同一品種在不同產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)的C3F煙葉顏色多存在顯著的差異。說明云南省的6個主栽品種煙葉風格一致，也說明云南省的同一等級、不同產(chǎn)區(qū)及不同品種的C3F煙葉具有穩(wěn)定的區(qū)域特征。其中，紅花大金元品種的C3F煙葉在保山產(chǎn)區(qū)的明度較低，煙葉底色更暗，色調(diào)角偏小，煙葉色調(diào)為偏紅的橘色，紅度、黃度、飽和度偏大；大理產(chǎn)區(qū)的煙葉明度和色調(diào)角均值為5個產(chǎn)區(qū)中最高，而紅度、黃度、飽和度偏小。而云煙87品種在保山的煙葉明度和色調(diào)角最大，而紅度、黃度、飽和度最低；紅河的云煙87煙葉紅度、飽和度最高，但明度、色調(diào)角最小。綜合聚類分析結(jié)果以及相同品種不同產(chǎn)區(qū)煙葉顏色的比較結(jié)果，推斷產(chǎn)地對煙葉顏色的影響大于品種，這與李崢等[21]和邵麗等[22]研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

云南省6個主栽品種烤煙的煙葉顏色都處于偏黃的橘色調(diào)區(qū)域，云煙99和云煙97的C3F煙葉顏色飽和程度和均勻度較高，NC102品種則較低。云南省的7個烤煙產(chǎn)區(qū)中，昆明、保山產(chǎn)區(qū)的煙葉明度最高，飽和度低，色品分布在較淡的橘色；紅河、文山產(chǎn)區(qū)的煙葉顏色明度最低，飽和度高，色品分布在較濃的橘色。本研究初步分析了云南省各烤煙主栽品種煙葉顏色的區(qū)域特征，可為云南省煙葉收購智能化等提供一定的理論參考。