成熟度和调制时间耦合对烤烟内在品质的影响

张瑞娜，宋文峰，刘国顺，罗定棋

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002;2.四川省烟草公司泸州市分公司，四川 泸州 646000)

成熟度和调制时间是影响烤后烟叶内在品质的重要因素.烟叶成熟度直接影响烤后烟叶化学成分的协调性［1］，且成熟度好的烟叶可以提高烟叶的安全性［2］.烘烤过程是一个复杂的生理生化过程，烘烤条件直接影响烘烤过程中烟叶水分的散失、内含物质的转化及烟叶品质的形成［3～5］.国内外对烟叶成熟度［6～9］及烘烤条件［10～13］的研究已有较多报道，但对于成熟度和调制时间耦合条件下的烤后烟叶品质尚未研究.本试验目的在于不同成熟度烟叶采用不同的调制时间，以研究烤后烟叶的内在品质.

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2009年在四川省泸州市烟科所进行.供试烤烟品种为云烟203，试验田土壤肥力中等，烟田按规范化栽培管理.试验选取表1中不同部位、不同成熟度的鲜烟叶，按照各处理调制时间的要求采用气流下降式烤房烘烤，分为4种烘烤模式，其中常规烘烤模式:在干球温度36～38℃，干湿差2℃条件下，烟叶基本变黄后，以0.5℃·h－1速率升温至干球温度42℃，湿球温度38℃，达到烟叶完全变黄、凋萎变软，然后以0.5℃·h－1速率升温至干球温度54℃，湿球温度39～40℃，使烟叶达到大卷筒，最后以1℃·h－1速率升温至干球温度68℃，湿球温度40～42℃，至烟筋干燥.试验设计见表1.

表1 试验设计Table 1 Design of experiment

1.2 烤后烟叶测定指标

1.2.1 化学成分测定 总糖的测定采用蒽酮比色法［14］;还原糖的测定采用 DNS 比色法［14］;总氮的测定采用过氧化氢－硫酸消化法［14］;烟碱的测定采用盐酸萃取，活性碳脱色法［14］;钾离子的测定采用湿法灰化－火焰光度法［14］;氯离子的测定采用莫尔法［14］.

1.2.2 中性致香物测定 用Agilent 7890A气相色谱仪测定.10 g样品+1 g柠檬酸+350 mL蒸馏水+0.5 mL内标于500 mL圆底烧瓶中，再加40 mL二氯甲烷于另一250 mL圆底烧瓶中，60℃水浴加热250 mL圆底烧瓶，用同时蒸馏萃取仪蒸馏萃取.用无水硫酸钠干燥有机相，然后在60℃水浴浓缩至1 mL左右即得烟叶的精油.

色谱条件:色谱柱为HP－5MS石英毛细管柱(60 m ×0.25 mm i.d.× 0.25 μm d.f.);程序升温:30℃(2 min)，20℃·min－1;60℃(2 min)，3℃·min－1;190 ℃(4 min)，6 ℃·min－1280 ℃(30 min);进样口温度为250℃;检测器为FID.温度280℃;氢气、空气、尾吹气流量分别为30，300，30 mL·min－1;载气为 He，纯度99.999%，流量为0.8 mL·min－1;分流比为 1∶1;进样量为 1.0 μL.

质谱条件:传输线温度为250℃;4极杆温度为150℃;EI离子源温度为230℃;电离能量为70 eV;质量数范围为30～450 amu;溶剂延迟为4.5 min.

2 结果与分析

2.1 成熟度和调制时间耦合条件下烤后烟叶内在品质的模糊综合评价因素集的建立

通过对成熟度和调制时间耦合试验处理烤后烟叶的常规化学成分及中性致香物质进行模糊综合评价，以模糊综合评价得分评价烤后烟叶的内在品质，分析成熟度和调制时间及其耦合对烤烟内在品质的影响.本研究以总糖、还原糖、总氮、烟碱、糖氮比、钾、氯、钾氯比及中性致香物质含量等9项指标作为评判因素集.

2.2 采用层次分析法(AHP)确定权重

层次分析法(AHP)的突出特点是可以将复杂的问题分解成若干个层次，然后对各层次进行分析，并可将主观判断和定性分析用数量形式表达和处理［15～18］.由于层次分析是定性分析与定量分析相结合的多目标决策的分析方法，因而用该方法确定烟叶品质综合评价中指标的权重更为合理.

2.2.1 AHP 综合评价模型结构的建立［17，18］根据烤后烟叶常规化学成分及中性致香物质之间的相互关联影响及层次隶属关系，建立烟叶品质综合评价模型结构图(图1).该综合评价模型的层次结构分为5层:第1层为目标层(A)，为烟叶的综合品质;第2层为准则层(B)，为影响烟叶品质m个因子，记为 B=(B1，B2，…，Bm)=(中性致香物质，常规成分)，m=2;第3层为子准则层(C)，为准则层Bm下细分的n个因子，记为B2，B2=(C1，C2)=(糖、氮指标，钾、氯指标)，n=2;第4层为子准则层(D)，为子准则层Cn下细分的 i个因子，记为C1=(D1，D2，D3，D4，D5)= 总糖，还原糖，总氮，烟碱，糖氮比)，C2=(D6，D7，D8)=(钾、氯、钾氯比)，i=8;第5层为方案层(P)，为k个试验处理，记为 P=(p1，p2，…，pk)，k=12

2.2.2 构造判断矩阵 从图1可以看出，烟叶综合品质是一个具有5层指标的递阶层次结构.相对于某一层次因素而言，下一层次各因素之间的重要性各不相同，为了使各因素之间进行比较得到量化的判断矩阵，引入1～9标度［17］.1～9位整数及其倒数表示的含义见表2.

图1 烟叶内在品质综合评价层次递阶结构Fig.1 Integrative evaluation hiberarchy chart of tobacco internality quality

表2 比例标度值Table 2 The value of scale graduation

判断矩阵的元素值反映了人们对各因素相对重要程度的认识，一般采用数字1～9及其倒数的标度方法，当相互比较因素的重要性能够用具有实际意义的比值说明时，判断矩阵的相应值则可以取这个比值［17］.本研究采用1～9比例标度法对图1层次模型构造判断矩阵，根据对各指标相对重要性程度的判断决策打分，得出目标层A相对于准则层 B1，B2(表3)，B2相对于 Ci的判断矩阵(表4)，C1，C2相对于Di的判断矩阵(表5和6).由此计算各指标的权重值并形成评价的基础.

表3 判断矩阵A-B及一致性检验Table 3 Judgemen matrix of A-B and consisitency check

表4 判断矩阵B2-C及一致性检验Table 4 Judgemen matrix of B2-C and consisitency check

表5 判断矩阵C1-D及一致性检验Table 5 Judgement matrix of C1-D and consistency check

表6 判断矩阵C2-D一致性检验Table 6 Judgement matrix of C2-D and consistency check

2.2.3 相对权重向量确定 根据所构造的判断矩阵，采取方根法计算矩阵最大的特征根λmax及相应的特征向量，然后对特征向量进行归一化处理，求出各个决定因素的权重 W=(w1，w2，…，wn)，见表3～表6.

2.2.4 一致性检验 为了避免误差太大，保证结论的可靠性、合理性，有必要对判断矩阵A进行一致性检验.所谓完全一致性是指判断矩阵满足以下条件:

1)aii=1;

2)aij=1/aji(i，j=1，2，…，n);

3)aij=aik/ajk(i，j=1，2，…，n).

满足以上条件的判断矩阵具有唯一非0的最大特征值λmax，且λmax=n，其余特征根为0.若判断矩阵不一致时，一般是λmax≥n，这时特征根趋近于0，即认为达到满意的一致性.在AHP法中，引用CI作为度量判断均值偏离一致性指标，CI=(λmax－n)/(n－1).当λmax=n，CI=0为完全一致;CI值越大，判断均值完全一致性越差.一般只要CI≤0.1，就认为判断矩阵的一致性可以接受，否则重新进行两两比较判断.

判断矩阵的维数n越大，判断矩阵的一致性越差，应放宽对高维判断矩阵一致性的要求.于是引入修正值RI(表7)，并取更为合理的CR=CI/RI≤0.1作为衡量判断矩阵一致性的指标.

表7 随机一致性指标Table 7 The random coincidence indicator

由表3～表7可以看出，判断矩阵A-B中CR=0＜0.10，判断矩阵B2-C 中CR=0 ＜0.10，判断矩阵C1-D中CR=0.033 7＜0.10，判断矩阵C2-D 中CR=0＜0.10.可见，判断矩阵的一致性检验是满意的.说明建立的4个判断矩阵是合理的.

2.2.5 各层次因素相对于A层组合权重值的计算根据 Wk=Wk·Wk－1·W2，可以得到 C 层指标相对于A层的组合权重值(表8).

表8 各评价指标最终权重表Table 8 The finally weight of indexes

2.3 确定模糊综合评价的标准及建立烤烟品质各指标相应的隶属函数

在模糊综合评价分别赋予每个指标10分，得分越高则品质越好.水溶性总糖的最适宜含量值为200 mg·kg－1，还原糖为 150 g·kg－1，总氮为 25 g·kg－1，烟碱含量为20 g·kg－1，糖氮比为8，钾氯比为10;氯的最适宜含量值用试验中参试样品的最小值来表示:下部叶为 1.8 g·kg－1，中部叶为 1.6 g·kg－1，上部叶为 1.5 g·kg－1;而钾的最适宜含量值用试验中参试样品的最高值来表示为:下部叶为29.5 g·kg－1，中部叶为 25.0 g·kg－1，上部叶为17.1 g·kg－1［19］;中性致香物质以下部叶用最高值1 965.42 μg·g－1来表示，中部叶用最高值 1 888.96 μg·g－1来表示，上部叶以最高值 1 568.05 μg·g－1来表示.最后按以下隶属函数计算各指标的得分.

式中:Sij为第i个试验处理第j指标得分;Pj为第j指标最适宜的含量值;xij为第i个试验处理第j指标的含量数组中的最大值.

2.4 烤烟品质指标总得分的计算

总得分TS按以下公式计算:

式中:Sij为第i个试验处理第j指标得分;Nj为第j指标的权重;m为有m个指标.

2.5 成熟度和调制时间耦合条件下各处理烟叶化学品质综合评价结果及分析

按以上隶属函数计算各试验处理烟叶总得分(表9).总得分越高的烟叶，则品质越好.

表9 不同部位不同处理烟叶总得分Table 9 The final score of all treatments of the different leaves position

运用AHP法对成熟度和调制时间耦合条件下的烤后烟叶进行模糊综合评价所得的分值分析烤烟内在品质.从表9可知，下部烟叶常规调制时间条件下欠熟及过熟烟叶的分值均比适熟处理的高，延长变黄期的调制时间12 h或延长定色期的调制时间12 h条件下过熟烟叶的分值均明高于欠熟烟叶并且二者均高于适熟烟叶，延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下过熟烟叶的分值高于适熟烟叶并且适熟烟叶的分值高于欠熟烟叶;下部适熟烟叶的分值在延长变黄期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下较常规调制时间的高，而下部过熟烟叶的分值在延长变黄期的调制时间12 h或定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下较常规调制时间的分值高，其中延长定色期的调制时间12 h的下部过熟烟叶的分值比常规调制时间的分值高2.44分.从表9还可知，中部烟叶常规调制时间的条件下欠熟及过熟烟叶的分值均比适熟处理的高;延长变黄期的调制时间12 h或定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下均表现为欠熟烟叶的分值高于适熟烟叶的分值而适熟烟叶的分值高于过数烟叶的分值.这说明延长变黄期的调制时间12 h或定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h可以提高欠熟烟叶的分值而不能提高过熟烟叶的分值.中部欠熟和适熟烟叶分值在延长变黄期的调制时间12 h或定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下有所提高，其中延长变黄期和定色期的调制时间各12的欠熟和适熟烟叶的分值分别比常规调制时间的分值高3.86和3.32分;中部过熟烟叶的分值只有延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的处理才有所提高.

从表9又可知，上部烟叶常规调制时间和延长变黄期和定色期的调制时间各12 h的条件下过熟烟叶的分值高于适熟烟叶的分值，适熟烟叶的分值高于欠熟的分值;延长变黄期的调制时间12 h或延长定色期的调制时间12 h的条件下欠熟烟叶的分值于适熟烟叶的分值，适熟烟叶的分值高于过熟烟叶的分值.上部欠熟烟叶的分值只有在延长变黄期的调制时间12 h的条件下才可以提高;上部适熟和过熟烟叶的分值在延长变黄期的调制时间12 h、延长定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h条件下均比常规调制时间低。

3 结论

赵铭钦等［1］研究表明，中部尚熟 －适熟烟叶的糖含量高，总氮烟碱含量适宜，各种化学比例协调，上部烟叶则以适熟－过熟时内在质量好，化学比例协调;宫长荣等［20］认为，烤烟烘烤干筋初期在温度达54～55℃时，持续10 h左右既有利于烟叶合成香气物质，同时又可减少在68℃干筋时高温引起的致香物质的挥发，从而达到改善烟叶香吃味的目的.本试验结果表明，延长变黄期的调制时间12 h、延长定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h均不利于下部欠熟烟叶内在品质的形成，而有利于下部过熟烟叶内在品质的形成，特别是延长变黄期的调制时间12 h或延长定色期的调制时间12 h可以较好地提高下部烤烟内在品质;延长变黄期的调制时间12 h、延长定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h有利于中部欠熟和适熟烟叶的内在品质形成;延长变黄期和定色期的调制时间各12 h有利于中部过熟烟叶内在品质的形成，而延长变黄期的调制时间12 h或延长定色期的调制时间12 h不利于中部过熟烟叶内在品质的形成;延长变黄期和定色期的调制时间各12 h有利于提高上部欠熟烟叶的内在品质，而延长变黄期的调制时间12 h或延长定色期的调制时间12 h并不能提高上部欠熟烟叶的内在品质;延长变黄期的调制时间12h、延长定色期的调制时间12 h及延长变黄期和定色期的调制时间各12 h均不能提高上部适熟和过熟烟叶的内在品质.因此，成熟度及调制时间对不同部位烟叶内在品质形成的影响不同.

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