基于主成分分析和聚類分析的再造煙葉綜合品質評價

王麗芳 劉澤 何科毅 劉杰 段宜杉 左雯

【摘要】為探究再造煙葉綜合品質評價的關鍵指標，并建立品質評價方法體系，選取不同類型的再造煙葉共12種，對其進行了理化指標、致香成分的測定和感官質量的評價。針對測定結果，運用相關性分析、主成分分析，篩選出再造煙葉品質評價的10個關鍵性指標，對數據進行分析處理后，得到再造煙葉綜合評價模型，可對再造煙葉綜合品質進行量化。結合聚類分析結果，發現綜合評價模型有效，且與感官評價結果一致。本文的研究結果為再造煙葉綜合品質的量化評價和加工工藝研究提供了較為科學的理論基礎和科學依據。

【關鍵詞】再造煙葉；主成分分析；相關性分析；聚類分析；品質評價

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.036

【基金項目】本論文課題由紅云紅河煙草（集團）有限責任公司科技項目《制絲過程再造煙葉精細化加工及品控關鍵技術研究及應用》（HYHH2021GY11）資助。

Comprehensive Quality Evaluation of Reconstructed Tobacco Leaves Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

WANG Lifang1， LIU Ze2， HE Keyi1， LIU Jie1， DUAN Yishan1， ZUO Wen1*

（1.Honghe Cigarette Factory of Hongyun Honghe Tobacco〔Group〕Co.， Ltd.， Mile 652300， China； 2.Yunnan Tobacco Industry Co.， Ltd.， Kunming 650224， China）

Abstract： In order to explore the key indicators for comprehensive quality evaluation of reconstituted tobacco leaves and establish a quality evaluation method system， a total of 12 different types of reconstituted tobacco leaves were selected， and their physical and chemical indicators， aroma components， and sensory quality were measured. Based on the measurement results， correlation analysis and principal component analysis were used to select 10 key indicators for evaluating the quality of reconstituted tobacco leaves. After analyzing and processing the data， a comprehensive evaluation model for reconstituted tobacco leaves has been obtained， which can quantify the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves. Based on the clustering analysis results， it was found that the comprehensive evaluation model is effective and consistent with the sensory evaluation results. The research results of this article provide a scientific theoretical basis and scientific basis for the quantitative evaluation of the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves and the study of processing technology.

Keywords： reconstituted tobacco； principal component analysis； relevance analysis； cluster analysis； quality evaluation

再造煙葉是利用廢棄的煙梗、煙葉碎片、煙末等煙草原料，經浸提、濃縮、分離、打漿、磨漿、抄造、烘干等過程，制成性能優良的天然煙葉薄片，用作卷煙填充物[1]。在卷煙生產過程中，外摻再造煙葉是降低卷煙成本、提高卷煙內在品質的重要手段。近年來再造煙葉生產公司以及卷煙生產工廠已針對如何提升再造煙葉在卷煙加工過程中的作用發揮，積極開展相關研究。但針對不同類型再造煙葉的品質分析和評價體系的研究鮮有報道，是各供應商和卷煙生產廠在再造煙葉加工工藝提升過程中的瓶頸和痛點，因此分析再造煙葉的品質評價指標并建立品質評價體系具有重要意義。

1.1各類型再造煙葉的感官評價分析

試驗材料為我廠在用的共12種再造煙葉產品，其中6種再造煙葉來源于供應商A（編號為A1～A6），6種再造煙葉來源于供應商B（編號為B1～B6）。

將再造煙葉卷制為煙支，并由9名質量評吸人員分別進行感官評價，對卷煙風格特征、香氣、雜氣、刺激性和余味進行打分，滿分為10分，風格特征為特殊香型和常規型。單項評分取所有評委打分的平均值。結果如表1所示。

結果表明，供應商B生產的再造煙葉，整體得分偏高，主要體現在香氣充足，雜氣較少。有特殊香味的再造煙葉，整體香氣量充足，且舒適感較好，但受評吸人員主觀性影響較大。

1.2再造煙葉的理化成分、致香成分分析

對12種類型再造煙葉定量、厚度、抗張強度等六項物理指標進行檢測，并對結果進行方差分析。結果顯示，僅厚度和含水率P值<0.05，說明不同供應商生產的再造煙葉厚度和含水率存在顯著差異。相較供應商A生產的再造煙葉，供應商B生產的再造煙葉各項指標更為穩定，其抗張強度更高、熱水可溶性更低，適合弱加工。

化學指標檢測內容包括常規化學、無機陰離子、無機陽離子、細胞壁物質。分別對四項指標進行方差分析，結果發現僅無機陰離子與供應商之間的方差分析P值<0.05，說明不同供應商生產的再造煙葉無機陰離子有顯著差異。而通過對各類型再造煙葉的65種致香成分進行分析，發現共22種物質與供應商之間存在顯著性差異。

1.3各類型再造煙葉指標的主成分分析

在進行主成分分析前，首先運用皮爾遜相關系數法，對致香成分、物理指標、常規化學等指標間的相關性進行分析，結果顯示，有69對指標間的相關性系數P≤0.05，說明指標間有較強的相關性。剔除相關性較小的指標，采用主成分分析法進行分析。由主成分分析表2可知，前4個主成分特征值均大于1，累計貢獻率為91.40%。其中第1主成分特征值為3.278，方差貢獻率為36.40%，第2主成分特征值為2.367，方差貢獻率為26.30%。

根據因子得分系數矩陣，構建因子得分計算公式和綜合評價公式。

使用再造煙葉綜合品質評價公式（5），分別計算12種不同類型的再造煙葉品質綜合得分，發現供應商B生產的再造煙葉整體評價得分靠前，與感官質量評價打分結果較為一致。

1.4各類型再造煙葉指標的聚類分析

使用再造煙葉品質綜合得分代替原始數據進行系統聚類分析，得出聚類譜系圖。如圖1所示，在歐式距離為5時，可以將12種再造煙葉分為4類。

使用感官質量的得分對12種再造煙葉進行系統聚類分析，得出聚類譜系圖。如圖2所示，在歐式距離為5時，可以將12種再造煙葉分為3類，與主成分得分聚類分析結果相一致，表明基于主成分分析法構建的再造煙葉綜合評價模型具有良好的適用性，具有直觀、可測量的優勢。

本研究通過對12種不同類型的再造煙葉理化指標進行檢測，發現不同供應商生產的再造煙葉各項指標之間存在顯著差異，采用主成分分析對數據結構進行簡化，最終確定了以10個指標為關鍵指標的再造煙葉品質特性評價模型。該模型可整合多項指標，將再造煙葉品質特性進行量化和分類，能較好地對再造煙葉進行綜合評價，評價結果與感官質量得分結果一致，為再造煙葉生產工藝研究提供參考，也為卷煙加工過程中不同品質特性的再造煙葉分組加工提供理論基礎和科學依據。

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【作者簡介】

王麗芳，女，1991年出生，助理工程師，學士，研究方向為卷煙工藝質量。

通訊作者：左雯，男，1987年出生，工程師，碩士，研究方向為卷煙工藝質量。郵箱：zuowen_33@163.com。

（編輯：于淼）