李瑞麗，張保林，王建民，杜閱光，孫意然

1鄭州大學(xué)，化工與能源學(xué)院，河南鄭州科學(xué)大道100號，450001；

2鄭州輕工業(yè)學(xué)院，煙草科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州科學(xué)大道166號，450001；

3天昌國際煙草有限公司，河南省許昌市五一路北段，461000

河南烤煙綜合物理特性的因子分析及規(guī)律性研究

李瑞麗1,2，張保林1，王建民2，杜閱光3，孫意然2

1鄭州大學(xué)，化工與能源學(xué)院，河南鄭州科學(xué)大道100號，450001；

2鄭州輕工業(yè)學(xué)院，煙草科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州科學(xué)大道166號，450001；

3天昌國際煙草有限公司，河南省許昌市五一路北段，461000

為探索河南烤煙綜合物理特性在產(chǎn)地、部位間的差異性和變化規(guī)律，檢測了89個樣品的6項物理指標(biāo)并進(jìn)行了因子分析、聚類及方差分析。結(jié)果表明：①各項物理指標(biāo)在產(chǎn)地間的差異和在部位間的差異程度不同，其中抗張強(qiáng)度在產(chǎn)地間和在部位間均有高度統(tǒng)計學(xué)意義，葉片厚度、葉片密度在部位間的差異均極顯著；填充值、陰燃時間和平衡含水率在產(chǎn)地間均有高度統(tǒng)計學(xué)意義。②綜合物理特性在產(chǎn)地間的差異總體上大于部位間的差異。③依據(jù)綜合因子得分和部位因素將89個烤煙樣品分成了3個主組、9個亞組，使得同一亞組內(nèi)煙葉的綜合物理特性最為接近。研究結(jié)果有利于從總體上把握河南不同產(chǎn)地、不同部位的烤煙物理特性的優(yōu)勢與不足，為合理利用煙葉原料和分組加工提供參考。

烤煙；物理特性；因子分析

物理特性是煙葉綜合質(zhì)量的重要組成部分，主要包括填充值、葉片厚度、葉面密度、機(jī)械強(qiáng)度和平衡含水率等多項指標(biāo)，對煙葉的耐加工性能、卷煙產(chǎn)品的風(fēng)格及成本有直接影響，因此，煙葉物理特性是煙葉質(zhì)量評價中的重要研究內(nèi)容。由于各項物理指標(biāo)之間關(guān)系密切[1]，而且物理指標(biāo)與煙氣指標(biāo)、化學(xué)成分、評吸質(zhì)量指標(biāo)間存在程度不一的相關(guān)關(guān)系[2-10]，因此，研究其綜合物理特性更有利于客觀地評價煙葉質(zhì)量，而針對河南烤煙綜合物理特性的研究尚未見文獻(xiàn)報道。對河南不同產(chǎn)地不同部位的烤煙多項物理特性指標(biāo)進(jìn)行因子分析和聚類分析，以便客觀地了解河南烤煙物理特性的優(yōu)劣，為煙葉的生產(chǎn)、分組加工及煙葉資源的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2012年份河南省32個植煙縣的89個烤煙樣品，其中上部煙28個樣品，等級均為B2F，中部煙31個樣品，等級均為C2F，下部煙30個樣品，等級均為X2F；主要儀器有ZKW-3電腦測控抗張試驗機(jī)、BZQ-1薄片抗張/耐折沖樣器、BHZ-1型電腦測控厚度測定儀、SY-Ⅲ型實驗用切絲機(jī)、DHG9145A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、YDZ430型智能填充值測定儀。

1.2 實驗方法

烤煙樣品填充值和陰燃時間的測定分別參照YC/T 152-2001和YC 0004-92，其它幾個主要指標(biāo)的測定方法如下：

1.2.1 葉片厚度指標(biāo)測定

每個樣品取10張以上的完整煙葉，潤葉回潮，在每個半葉中部最寬處從主脈到邊緣用標(biāo)準(zhǔn)裁刀均勻裁取直徑為1.5cm的3個圓形小片，置于溫度為(22±1)℃，相對濕度為(60±3)%的恒溫恒濕箱中，平衡48 h以上，采用電腦測控厚度儀測定每個標(biāo)準(zhǔn)小圓片的厚度，將所有圓形小片的厚度取均值，作為該樣品的葉片厚度。

1.2.2 葉面密度指標(biāo)測定

每個樣品的煙葉取10張以上的完整葉子，潤葉回潮，在每個半葉上從葉尖到葉基用標(biāo)準(zhǔn)裁刀均勻裁取直徑為1.5cm的5個圓形小片，在已知干燥重量的樣品盒中裝入所有圓形小片，去蓋放入烘箱中，自溫度回升到100℃開始烘2h，加蓋取出，放入干燥器中冷卻30min后稱重，按式（1）計算烤煙樣品的葉面密度：

m1——烘后帶盒一起稱的重量，g；

m0——干燥樣品盒的重量，g；

n ——圓形小片數(shù)量。

1.2.3 平衡含水率指標(biāo)測定

將烤煙樣品潤葉回潮，抽梗，采用實驗用切絲機(jī)切成煙絲，混勻后選取約50g煙絲置于溫度為(22±1)℃，相對濕度為(60±3)%的恒溫恒濕箱中，平衡48 h以上，備用。

用已知干燥重量的樣品盒稱取平衡后的煙絲5g～10g，去蓋后放入烘箱中，自溫度回升到100℃開始烘2h，加蓋，取出，放入干燥器中冷卻30min后稱重，按式（2）計算樣品平衡含水率。

m2——盒中平衡水分后的煙絲重量，g；

m1——烘后盒與煙絲的重量，g；

m0——干燥樣品盒的重量，g。

1.2.4 抗張強(qiáng)度指標(biāo)測定

隨機(jī)抽取10 片以上完整葉片，潤葉回潮，用薄片抗張/耐折沖樣器在煙葉中部兩個側(cè)脈之間裁取10個1.5 cm × 15.0 cm的長方形煙條， 將煙條放在溫度為( 22±1) ℃、相對濕度 ( 70 ± 3) %的恒溫恒濕箱中平衡48h以上，備用。用薄片抗張強(qiáng)度試驗機(jī)測定每個長方形煙條的抗張強(qiáng)度， 10 個長方形煙條的抗張強(qiáng)度取平均值，作為該樣品的抗張強(qiáng)度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用統(tǒng)計分析軟件SPSS21.0和DPS7.05，通過統(tǒng)計描述、簡單相關(guān)及雙因素方差分析探索了烤煙6項物理指標(biāo)的分布規(guī)律及相關(guān)關(guān)系；采用因子分析構(gòu)建綜合物理特性指標(biāo)，依據(jù)綜合因子得分進(jìn)行K-means聚類并對各類別進(jìn)行LSD多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南烤煙物理指標(biāo)的統(tǒng)計描述及簡單相關(guān)分析

89個不同產(chǎn)地、部位的煙葉樣品的統(tǒng)計描述結(jié)果見表1。從變異系數(shù)上看，不同產(chǎn)地、部位煙葉的陰燃時間差異最大，其它依次為抗張強(qiáng)度、葉片厚度、葉面密度、填充值和平衡含水率。

表1 河南烤煙物理指標(biāo)的統(tǒng)計描述Tab.1 Descriptive statistics of flue-cured tobacco physical indexes in Henan province

6項物理指標(biāo)間的簡單相關(guān)分析結(jié)果見表2。共有8對指標(biāo)間的相關(guān)性有統(tǒng)計學(xué)意義或有高度統(tǒng)計學(xué)意義，其中葉片厚度和葉面密度、陰燃時間正相關(guān)性有高度統(tǒng)計學(xué)意義，與抗張強(qiáng)度負(fù)相關(guān)性有高度統(tǒng)計學(xué)意義；葉面密度與陰燃時間正相關(guān)性有高度統(tǒng)計學(xué)意義，與抗張強(qiáng)度負(fù)相關(guān)性有高度統(tǒng)計學(xué)意義。說明不同物理指標(biāo)間的相關(guān)性較強(qiáng)。

以產(chǎn)地和部位為影響因素分別對6項物理指標(biāo)進(jìn)行雙因素方差分析，結(jié)果見表3?？箯垙?qiáng)度在產(chǎn)地和部位間均有高度統(tǒng)計學(xué)意義；葉片厚度和葉面密度在部位間有高度統(tǒng)計學(xué)意義；填充值、陰燃時間和平衡含水率在產(chǎn)地間有高度統(tǒng)計學(xué)意義。

表2 河南烤煙物理指標(biāo)間的相關(guān)性Tab.2 Correlation between flue-cured tobacco physical indexes in Henan Province

表3 河南烤煙物理指標(biāo)的雙因素方差分析表Tab.3 Double-factor variance analysis of flue-cured tobacco physical indexes in Henan Province

續(xù)表3

綜合統(tǒng)計描述、簡單相關(guān)分析和雙因素方差分析結(jié)果可以看出：①河南不同產(chǎn)地、部位烤煙的物理特性存在較大差異，在對煙葉進(jìn)行分組加工時應(yīng)當(dāng)考慮物理特性的差異性；②各項物理指標(biāo)間的相關(guān)性較強(qiáng)，且在產(chǎn)地和部位間表現(xiàn)出的差異性不一致，這為選擇煙葉分組指標(biāo)和制定分組依據(jù)帶來了較大困難。

2.2 河南烤煙物理指標(biāo)的因子分析

由于各項物理指標(biāo)間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，借助因子分析構(gòu)建一個能夠客觀反映煙葉綜合物理特性的指標(biāo)，為研究河南不同產(chǎn)地、部位烤煙物理特性變化規(guī)律及進(jìn)行合理分組提供依據(jù)。

2.2.1 提取因子變量

根據(jù)6項物理指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣，運用主成分分析法提取出4個因子變量，累計貢獻(xiàn)率為83.59%，如表4所示。

表4 提取因子的方差貢獻(xiàn)率Tab.4 Variance eigenvalues evaluation of factor

表5所示是經(jīng)方差極大法旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣，其中第一因子主要表征葉片厚度和葉面密度，且均為正相關(guān)；第二因子主要表征填充值和平衡含水率，與填充值呈正相關(guān)、與平衡含水率呈負(fù)相關(guān)；第三因子主要表征陰燃時間、平衡含水率和葉面密度，與陰燃時間和葉面密度呈正相關(guān)、與平衡含水率呈負(fù)相關(guān)；第四因子主要表征抗張強(qiáng)度，且為正相關(guān)。

表5 因子載荷矩陣Tab.5 Factor loading matrix

2.2.2 構(gòu)建綜合因子變量

表6所示是因子得分系數(shù)矩陣，將各因子的方差貢獻(xiàn)率歸一化后得各因子權(quán)重依次為0.408、0.266、0.186、0.140，根據(jù)各因子得分系數(shù)矩陣及權(quán)重求得綜合因子得分表達(dá)式，見式（3）：

式（4）～（8）是各項因子得分及綜合因子得分的原始變量數(shù)據(jù)表達(dá)式，據(jù)此可根據(jù)煙葉物理指標(biāo)檢測結(jié)果計算單項及綜合因子得分。89個烤煙樣品的單項及綜合因子得分的分布范圍分別為-1.74～2.99、-2.24～2.47、-2.54～2.67、-1.94～4.26、-1.16～1.33，平均得分均為0。第一因子得分越高，說明葉片越厚、葉面密度越大；第二因子得分越高，說明煙葉填充能力越強(qiáng)、吸濕能力越差；第三因子得分越高，說明煙葉陰燃時間越長、吸濕能力越差、葉面密度越大；第四因子得分越高，說明煙葉的抗張強(qiáng)度越大。綜合因子得分則反映煙葉綜合物理特性的均衡性，得分越接近0，說明各項物理指標(biāo)越接近平均水平，即綜合物理特性越均衡。因此，依據(jù)因子得分，既可以評價煙葉綜合物理特性的均衡性，也可以分析不同產(chǎn)地、部位煙葉在某些物理特性方面存在的不足或優(yōu)勢，為合理利用煙葉原料提供依據(jù)。

表6 因子得分系數(shù)矩陣Tab.6 Factor scores coefficient matrix

2.3 河南烤煙綜合物理特性因子得分統(tǒng)計分析

2.3.1 聚類分析

以綜合因子得分為變量進(jìn)行K-means聚類，將89個烤煙樣品分成組間差異顯著的3個主組，如表7所示。由于每一主組內(nèi)均包含有下、中、上部煙葉，在同一主組內(nèi)按部位再劃分亞組，從而形成了9個亞組。

各亞組平均綜合因子得分及LSD多重比較結(jié)果（見表8）表明，分屬不同主組的各亞組間均差異有高度統(tǒng)計學(xué)意義，除第二主組內(nèi)下部煙與上部煙亞組差異有統(tǒng)計學(xué)意義外，同一主組內(nèi)各亞組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。說明煙葉的綜合物理特性主要受主組因素影響。各單項物理指標(biāo)在主組間以及同主組不同部位間均表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。如表8所示，隨著組級升高，平衡含水率降低，其它指標(biāo)均呈升高趨勢，且除抗張強(qiáng)度外其它指標(biāo)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。如表8、9所示，①除中部煙葉抗張強(qiáng)度外，相同部位煙葉各項物理指標(biāo)在不同主組間的變化規(guī)律與總體變化規(guī)律一致，即隨著組級升高，平衡含水率降低，其它指標(biāo)均呈升高趨勢，其中上部和中部煙葉的填充值、葉片厚度、陰燃時間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，下部煙葉除葉面密度外其他各項指標(biāo)的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，且主要表現(xiàn)在第一、三主組間，說明不同主組下部煙葉的綜合物理特性差異最大。②同一主組內(nèi)不同部位煙葉各項物理指標(biāo)的變化規(guī)律較明顯，隨著部位升高，總體趨勢是葉片變厚、葉面密度增大、填充能力降低、陰燃時間變短、抗張強(qiáng)度和平衡含水率降低。除部分指標(biāo)在同一主組的不同部位間差異有統(tǒng)計學(xué)意義外，多數(shù)指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。③來自不同主組的同部位煙葉間的差異性總體大于同主組不同部位煙葉間的差異性，這說明產(chǎn)地因素對煙葉物理特性的影響更大，對煙葉分組時不僅要考慮部位因素，更要考慮產(chǎn)地因素。

表7 不同主組及亞組煙葉的產(chǎn)地分布Tab.7 Geographical distribution of different main group and subgroup

表8 不同亞組烤煙各物理指標(biāo)和綜合因子得分的均值及LSD多重比較結(jié)果Tab.8 LSD multiple comparison results and mean of comprehensive factor scores and every physical index of different subgroups of flue-cured tobacco

表9 不同主組烤煙各物理指標(biāo)和綜合因子得分的均值及LSD多重比較結(jié)果Tab.9 LSD multiple comparison results and mean of comprehensive factor scores and every physical index of different main groups of flue-cured tobacco

綜上所述，在對河南烤煙進(jìn)行分組時可遵循以下原則：同一亞組內(nèi)的煙葉不僅部位相同，綜合物理特性也最接近，可以分入同一組內(nèi)；同一主組內(nèi)不同亞組煙葉的綜合物理特性較接近，相鄰部位（中部與下部、或中部與上部）的煙葉也可分入同一組內(nèi)；不同主組的煙葉即使部位相同也不宜分到同一組內(nèi)。

2.3.2 各主組烤煙的產(chǎn)地分布及物理特性分析

如表7 ～9所示，第二主組煙葉的產(chǎn)地涵蓋了周口、商丘、信陽、南陽、洛陽、三門峽、駐馬店、漯河、平頂山、許昌、汝州、登封等所有植煙的地級或縣級市，地域特征不明顯；該組內(nèi)烤煙綜合物理特性的均衡性最好，隨著部位變化，葉片厚度較薄至較厚、葉面密度低至較高、填充能力中等至強(qiáng)、陰燃時間中等、抗張強(qiáng)度低至中等、吸濕能力中等。第一主組煙葉主要以周口、商丘、信陽、南陽、洛陽、三門峽等東、南、西南和西部地區(qū)煙葉為主；該組內(nèi)烤煙綜合物理特性的均衡性較差，隨著部位變化，葉片厚度薄至較薄、葉面密度低至較高、填充能力中等至低、陰燃時間較短至短、抗張強(qiáng)度中等至低、吸濕能力強(qiáng)，該組煙葉的突出特點是吸濕能力強(qiáng)，但填充能力、持火能力和耐加工性能不足，其中尤以B1亞組內(nèi)的煙葉表現(xiàn)最明顯。第三主組煙葉主要以駐馬店、漯河、平頂山、許昌、汝州、登封等中部地區(qū)煙葉為主；該組內(nèi)烤煙綜合物理特性的均衡性也較差，隨著部位變化，葉片厚度較厚至厚、葉面密度中等至大、填充能力強(qiáng)、陰燃時間長、抗張強(qiáng)度中等至高、吸濕能力差，該組煙葉的吸濕能力不足，但在填充能力、持火能力方面具有明顯優(yōu)勢。

3 結(jié)論

（1）煙葉的葉片厚度、葉面密度、填充值、陰燃時間、抗張強(qiáng)度、平衡含水率等物理指標(biāo)間存在著較強(qiáng)的相關(guān)性，且各項指標(biāo)在產(chǎn)地間和在部位間表現(xiàn)出的差異性不同，利用因子分析方法構(gòu)建反映煙葉綜合物理特性的因子變量有利于從總體上研究不同產(chǎn)地、部位煙葉物理特性的變化規(guī)律。

（2）河南烤煙綜合物理特性在產(chǎn)地間和在部位間均存在差異性，且產(chǎn)地間的差異性總體大于部位間的差異性。因此，在對煙葉進(jìn)行分組時，既要考慮部位因素又要考慮產(chǎn)地因素。

（3）根據(jù)綜合因子得分和煙葉部位將89個烤煙樣品分成了3個主組、9個亞組，使得相同亞組內(nèi)煙葉的綜合物理特性最接近，該分類有利于客觀了解河南不同產(chǎn)地、部位烤煙物理特性的優(yōu)勢與不足，以便合理利用煙葉資源，對煙葉分組加工也有借鑒作用。

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Factor analysis of comprehensive physical properties of flue-cured tobacco in Henan province and regularity research thereof

LI Ruili1,2,ZHANG Baolin1,WANG Jianmin2,DU Yueguang3,SUN Yiran2
1 School of Chemical Engineering and Energy,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;
2 School of Tobacco Science and Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450001,China；
3 Tianchang International Tobacco Co.,Ltd,Xuchang,Henan 461000,China

To explore the difference and regularity of comprehensive physical properties of different parts of flue-cured tobacco from different areas in Henan province,6 physical properties of 89 samples were determined and further studied through factor analysis,cluster analysis and variance analysis.Results showed that:①Physical properties showed differences on tobacco from different areas and different parts of tobacco and tensile strength had highly significant statistical difference.Leaf thickness and density showed highly significant difference on different growth parts of tobacco; filling value,smoldering time and equilibrium moisture content had highly significant difference on tobacco from different growing areas.②Comprehensive physical property had greater difference on tobacco from different areas than on different parts of tobacco.③89 flue cured tobacco samples were divided into 3 main groups and 9 subgroups according to factor variable scores and different growth parts of tobacco,making comprehensive physical property in the same sub group share the most similarity. Research results were conducive to identify advantages and disadvantages of physical property of different growth parts of Henan flue-cured tobacco from different growing areas so as to provide reference for the rational use of tobacco resources and group processing.

flue-cured tobacco; physical property; factor analysis

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.06.014

S572.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）06-0090-07

河南煙草專賣局資助項目（HYKJ201208）

李瑞麗（1978—），博士研究生，主要從事煙草檢測與分析，Email：lily03091@126.com

王建民（1963—），教授，主要從事煙草加工技術(shù)及統(tǒng)計分析，Email：wjm63@163.com

2014-03-07