工业等级烟叶质量的主成分分析和聚类分析评价

王玉胜 扈强 梁荣 左安建 李旭华 金保锋 叶为民

摘要 [目的]对不同工业等级的烟叶进行初步质量评价。[方法]选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个烟叶质量指标，以SPSS软件为工具，运用主成分分析法和Q型聚类分析对韶关市始兴县14个不同工业等级标准的烟叶质量进行评价。[结果]分析表明，按累积贡献率≥85%的标准，筛选出化学成分因子、感官质量因子、烟气成分因子共3个主成分，其对变异的累积贡献率达95.04%。不同等级的烤烟烟叶的综合评价得分差异明显，其中MO1、CF1、MF2 3个等级烟叶质量得分高于其他等级烟叶，而XO2、XF2、XO3 3个等级烟叶质量得分则低于其他等级烟叶。 聚类分析结果表明，14个不同等级样品分为3类，其中第1类有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2；第2类有MO1、MF1、CF1，第3类有XF2、XO3、XF3。[结论]研究可为工业等级烟叶质量评价提供参考。

关键词 烤烟；主成分分析；聚类分析；工业等级

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）27-09518-02

The Evaluation of Principal Components Analysis and Cluster Analysis on Industrial Grading of Fluecured Tobacco

WANG Yusheng， HU Qiang， LIANG Rong et al

（China Tobacco Guangdong Industrial Co. Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510145）

Abstract [Objective] The quality of different industrial grading tobacco was evaluated. [Method] Selecting 10 tobacco quality indicators， such as total sugar， Shmuck value， ratio of sugar to nicotine， aroma quantity， aroma quality， mixed gas， irritation， maturity degree， identity， oil， using SPSS software as tool， adopting principle component analysis method and Q type cluster analysis， tobacco quality of 14 industrial grading criteria in Shixing County， Shaoguan City was evaluated. [Result] The results showed that three principal components with accumulative contribution rate over 85% were obtained， named chemical component， sensory component and smoke component， their accumulative contribution rate over 95.04%. The comprehensive scores of the fluecured tobacco leafs were different obviously. The quality evaluation of MO1， CF1， MF2 were better than others ； The quality evaluation of XO2， XF2， XO3 were poorer than others. The results of Q cluster analysis showed， these samples were divided into three categories， the first category included CF2， MO2， CO1， MO3， MF2， MF3， CO2， ML2； The second category included MO1， MF1， CF1； The third category included XF2， XO3， XF3. [Conclusion] The study can provide reference for industrial grading tobacco quality evaluation.

Key words Fluecured tobacco； Principal component analysis； Cluster analysis； Industrial grading

卷烟高端产品的发展需要对烟叶原料进行等级细分，工业分级已成为高端产品发展的主流，同时，工业分级对于满足卷烟产品加工需要，提高烟叶等级纯度和烤烟原料可用性具有重要意义^[1-2]。工业分级是在烟叶复烤前根据卷烟工业需要，在不违背烤烟国家分级标准的前提下，借鉴国内外先进分级标准，通过引入更切合实际应用的外观识别因子以达到烟叶外观质量和内在品质的最大限度统一^[3-4]。几乎每个烟草卷烟工业企业都会依据自身品牌特性，选择适合自己工艺特点的烟叶原料，如红塔集团从2006年开始建立烟叶工业分级体系，2009年已经由72个工业等级发展为83个工业等级，精挑细选后的烟叶原料为红塔集团品牌发展奠定了坚实的基础，也为其产品结构提升提供了有力的保障。提升产品结构、发展高端产品成为各卷烟品牌发展的首要任务，而高端的产品对烟叶原料提出了更高的要求，烟叶工业分级体系的构建，为这一目标的实现提供了一条有效途径，如何对工业等级的烟叶进行评价，更是尤为重要。笔者选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个烟叶质量指标，以SPSS软件为工具，运用主成分分析和聚类分析方法对韶关市始兴县不同工业等级的烟叶进行初步质量评价，以期能够为工业等级烟叶质量评价提供帮助。

1 材料与方法

1.1 烟叶样品与指标

试验选取的烟叶样品是不同工业分级标准等级的烟叶样品。该工业等级烟叶是为根据广东中烟的卷烟工业需求而设计的，其设计原则是：①满足配方打叶、模块组合加工要求，满足“双喜”高端品牌对烟叶原料的需求。②简单易操作。③从等级名称上能较直观地反映烟叶的质量情况及使用方向。该烟叶工业等级设计的方法是：①按“双喜”品牌配方的特点并结合广东中烟每年调入烟叶常用等级将烟叶的部位分为4个，分别是X（下二棚）、C（中部）、M（上二棚薄叶）、B（上二棚）。②按烟叶基本色分成4个组，分别是L（柠檬黄）、O（浅橘黄）、F（橘黄/深橘黄）、R（红棕色）。③依据烟叶综合质量，分3个档次：好（1）、中等（2）、一般（3）。 ④成熟度分5个档次：非常成熟、成熟、欠熟、过熟、假熟。⑤其他品质因素如油分、色度、加工性能（成丝性等），使烟叶的内在质量、外观特征都得到较好的体现，并达到简单易懂，便于操作的目的。

该试验选取2012年广东省韶关市始兴县14个不同工业分级标准等级的烟叶样品，分别是CF1、CF2、CO1、CO2、MF1、MF2、ML2、MF3、MO1、MO2、MO3、XF2、XO2、XO3。各等级中，第1个字母代表烟叶部位，第2个字母代表烟叶颜色，数字编号分别代表烟叶综合质量好中差3个档次，3个质量档次主要是根据成熟度、均匀度、油分、身份、长度、残伤等因子进行综合确定。样品等级由广东中烟专职评级人员按照工业化分级标准进行，等级合格率达到 85% 以上。每个样品取2 kg，用于烟叶外观质量、化学成分、感官质量指标鉴定，选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个指标进行分析。其中外观质量的鉴定根据GB 263592<烤烟>分级标准^[5]，并结合采用专家咨询法；化学成分的测定依据王瑞新等的方法^[6]；感官质量评价依据于建军的方法^[3]，并结合专家咨询法。

1.2 分析方法

利用SPSS17.0软件，采用主成分分析法对分析指标进行了分析，求出特征根和特征向量，选出几个较大的特征根及相应的特征向量，使其累积贡献率达到90%以上，使研究的性状数量得到简化，从而得出主成分分析的结果，并运用SPSS软件中的Q型聚类分析对不同工业等级烟叶进行聚类分析^[7-9]。

2 结果与分析

2.1 工业等级烟叶质量的主成分分析

根据特征值大于1的原则^[7-8]提取了3个主成分（表1），其特征值分别为：404、2.91、2.55，各个主成分的方差贡献率分别为40.44%、2906%、25.54%，累积贡献率达95.04%，代表了烟叶质量的95.04%的信息。

2.2 工业等级烟叶质量的聚类分析

利用统计软件SPSS17.0 提供的方法进行Q 型聚类分析，得到的聚类结果见表4。

从表4可以看出，第Ⅰ类有8个样品，分别有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标介于第2类和第3类之间；第2类有MO1、MF1、CF1等级，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标高于第1类和第3类的指标；第3类有XF2、XO3、XF3 3个样品，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标低于第1类和第2类的指标；油分在这3类中差别不明显。根据以上的分类结果，可将这14个依据工业化分级标准做成等级样品的烟叶投入打叶复烤车间进行配方打叶加工。

3 结论与讨论

该试验运用主成分分析法对不同工业等级的烟叶样品进行质量评价，结果表明，所选取的10个分析指标可归纳为3个主成分因子，即化学成分因子、感官质量成分因子、外观质量成分因子，这3个主成分对总变异的累积贡献率达9504%，基本反映了烤烟烟叶质量的全部信息。由分析结果可知，不同等级的烤烟烟叶的综合评价得分差异明显，其中MO1、CF1、MF2 3个等级烟叶质量得分高于其他等级烟叶，而XO2、XF2、XO3 3个等级烟叶质量得分则低于其他等级烟叶。因此，通过质量得分评价，对卷烟工业企业如何使用不同等级烟叶提供了参考。

该研究运用Q型聚类分析对不同工业等级的烟叶样品进行聚类，将14个不同等级样品分为3类，其中第1类有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2；第2类有MO1、MF1、CF1，第3类有XF2、XO3、XF3。每类的烟叶质量具有不同的特点，这为不同等级烟叶在配方打叶中的应用提供了依据，也为合理使用烟叶提供了参考。

参考文献

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[2] 刘垣，李晓红，冯茜.《烟叶打叶复烤工艺规范》与《打叶烟叶质量检验》实施指南[S].北京：中国农业科学技术出版社，2002.

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