昭通烤烟主要物理特性的因子分析和综合评价

杨威　张强　董高峰　李红武　张天剑

摘要：为分析昭通地区烤烟的物理特性，以270个烟叶样品为供试材料，对其中255个样品的15个主要物理指标进行了相关分析和因子分析，并利用因子得分进行综合评价，用15个样品对评价结果进行验证。结果表明，昭通烟区烟叶的形态指标（厚度、长宽比）与拉力、含梗率、颜色指标（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值的相关性达到了极显著水平（P<0.01），其中厚度与长宽比极显著负相关；昭通烤烟的形态、颜色、拉力与叶质重在其物理特性评价中作用最大；通过因子分析法，用6个主因子代替昭通烟区烤烟的15个物理特性，对其进行综合评价，用因子得分评价烟叶质量与评吸结果基本一致，表明用因子分析法评价烟叶质量是可行的。

关键词：烤烟；物理特性；因子分析；综合评价

中图分类号：S572 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-1078-04

烟叶是卷烟工业的基础，烟叶质量的好坏直接影响卷烟产品的质量[1]。烟叶的物理特性是烟叶质量的重要组成部分，它是指影响烟叶质量以及工艺加工的一些物理方面的参数指标，主要包括厚度、填充性、吸湿性、弹性、叶质重、含梗率等，这些物理特性直接影响卷烟制造过程、产品风格、成本及其他经济指标[2]。烟叶物理特性已成为近年烟叶质量评价的重要研究内容，烟叶物理特性较为复杂，如何选择合理的物理特性来反映烟叶的质量信息，是准确表征烟叶质量特点的重要基础。

因子分析法是将具有关联关系的多个变量通过线性组合形成互不相关的一些新变量，并使新变量保持原变量变异的绝大部分信息的一种多元统计分析方法，不仅减少了变量个数，而且再现了变量之间的内在联系[3]。因子分析在烤烟多种性状的统计分析[4]和质量评价[5-9]中得到了广泛应用。为此，对昭通烟区烤烟15个物理特性进行了相关分析和因子分析，并对其进行综合评价，以期为评价昭通烟区烤烟质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取云南省昭通州2012年8个主产烟县生产的具有代表性的当地主栽品种初烤烟叶270份，等级为X2F、C3F、B2F，每个等级90份，每个样品选取3 kg。其中255份（每个等级85份）用于因子分析及建立数学模型，15份（每个等级5份）用于验证分析。

试验仪器包括：分析天平（0.0001 g）；打孔器

（18 mm）；电子拉力机（DRK100B），济南德瑞克生产；厚度仪，德国KARL生产；烟丝填充值测定仪，德国BORGWALT公司生产； CR-400色彩色差仪（KONICAMINOLTA）；恒温恒湿箱等。

1.2 测定项目与分析方法

1.2.1 主要物理特性的测定 15个物理特性指标分别为：厚度、长宽比、拉力、抗张强度、延伸率、单叶重、含梗率、叶质重、L*（明度）、a*（色品）、b*（色品）、C*（彩度）、h*（色调角）、填充值、平衡含水率。

1）厚度的测定采用层积厚度法。仪器采用厚度仪，取10片烟叶，用直径18 mm的打孔器，对每片烟叶沿着主脉均匀地在左右两侧各打3个孔，每个圆片均不应有破损，打孔应避开主脉和支脉，将左右两边的3个圆片均正面朝上分别层叠起来，用厚度仪测定层叠起来的圆片厚度值，每片烟叶是一个重复，共10次重复。

2）拉力、抗张强度、延伸率的测定采用恒速拉伸法。取3片烟叶，需要在烟叶的中部两侧中间位置，避开主脉和一级支脉，剪成10～40 mm的长条，将试样夹在夹头上。仪器采用电子拉力机，开始试验直至试样断裂，记录所施加的最大抗张力（N）、断裂时的伸长（mm）、从仪器直接读出裂断时的伸长率（%）和抗张强度（N/mm2）。

3）长宽比、单叶重、含梗率、叶质重采用周文等[10]的方法测定，平衡含水率采用蔡健荣等[11]的方法测定，填充值参考张建平等[12]的方法测定，颜色指标（明度指标L*为物体色明度的坐标；色品指数： a*为正值表示偏红程度，a*为负值表示偏绿程度，色品指数b*为正值表示偏黄程度，b*为负值表示偏蓝程度；彩度C*为物体的色纯度或饱和程度；色调角h*表示在物体色相360°范围内被测色的角度）的测定采用王浩雅等[13]的方法测定。

1.2.2 分析方法 将所选样品的15个指标厚度、长宽比、拉力、抗张强度、延伸率、单叶重、含梗率、叶质重、L*、a*、b*、C*、h*、填充值、平衡含水率，分别用x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14、x15表示。

运用SPSS 13.0统计软件对主要物理特性进行相关分析和因子分析，并计算因子得分和综合得分。

2 结果与分析

2.1 昭通烟区烤烟主要物理特性的相关分析

对昭通等级为X2F、C3F、B2F 的255个烟叶样品的15个物理特性进行分析，结果（表1）表明，昭通烟区烟叶的形态指标（厚度、长宽比）与拉力、含梗率、颜色指标（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值极显著相关，厚度与长宽比极显著负相关。拉力与烟叶的厚度、抗张强度、延伸率、单叶重、含梗率、a*、平衡含水率极显著正相关，与长宽比、叶质重、L*、h*、填充值极显著负相关。抗张强度与延伸率极显著正相关，与填充值极显著负相关。延伸率与拉力、抗张强度、含梗率、a*、平衡含水率极显著正相关，与长宽比、叶质重、L*、h*、填充值之间极显著负相关。单叶重与厚度、拉力、含梗率、a*、C*极显著正相关，与叶质重、L*、h*、填充值极显著负相关。叶质重与L*、b*、h*、填充值极显著正相关，但与厚度、拉力、延伸率、单叶重、含梗率、a*、平衡含水率填充值极显著负相关。含梗率与厚度、拉力、延伸率、单叶重、a*、平衡含水率极显著正相关，与长宽比、叶质重、L*、b*、填充值、平衡含水率极显著负相关。填充值与烟叶的形态指标（厚度、长宽比）、机械加工性能指标（拉力、抗张强度、延伸率）、质量特性指标（单叶重、叶质重、含梗率）均极显著相关。由以上分析可知，昭通烟叶的物理特性方面存在一定的相关性，可作因子分析。

2.2 昭通烤烟主要物理特性因子分析

对昭通烟区烤烟主要物理特征进行因子分析，提取特征值大于0.60的因子，其中KMO值为0.71，说明可以进行因子分析[3]。从表2可知，经过因子分析提取出6个公因子，并且这6个公因子的累计贡献率为86.58%。由表3可知，第1个公因子主要反映的是厚度、长宽比、拉力、叶质重、L*、a*和h*的信息，并且厚度、拉力、叶质重和a*在第1个因子上具有较大的正载荷值，说明这4个变量具有相似的变化趋势，相互之间呈正相关；第1个公因子主要由烟叶的形态指标、部分颜色指标和拉力与叶质重组成，说明烟叶的形态、颜色、拉力与叶质重对烟叶物理特征的贡献率较高，其对烟叶物理特征的贡献率为35.27%。第2个公因子主要反映的是颜色指标b*、C*的信息，第2个公因子对烟叶物理特征的贡献率为16.44%。第3个公因子主要反映的是抗张强度的信息，其对烟叶物理特征的贡献率为12.10%。第4个公因子主要反映的是C*和平衡含水率的信息，其对烟叶物理特征的贡献率为10.08%。第5个公因子主要反映的是厚度的信息，其对烟叶物理特征的贡献率为7.44%。第6个公因子主要反映的是单叶重的信息，其对烟叶物理特征的贡献率为5.25%。

2.3 昭通烤烟质量综合评价

利用回归模型计算6个公因子的得分（表4），其数学模型分别为：

fac1=0.120 5 x1 -0.118 5 x2 +0.119 8 x3 +0.038 0 x4 +0.090 7 x5 +0.062 8 x6 +0.144 9 x7 -0.089 5 x8 -0.162 8 x9 +0.157 5 x10 -0.093 2 x11 -0.056 6 x12 -0.166 1 x13 -0.098 1 x14 +0.055 5 x15

fac2=-0.066 2 x1 +0.079 1 x2 +0.158 0 x3 +0.206 7 x4 +0.189 4 x5 +0.129 5 x6 +0.041 2 x7 -0.090 1 x8 +0.096 9 x9 -0.026 0 x10 +0.283 5 x11 +0.292 9 x12 +0.102 3 x13 -0.218 5 x14 +0.173 7 x15

fac3=-0.211 1 x1-0.161 4 x2+0.225 6 x3+0.409 6 x4+0.243 8 x5-0.185 7 x5-0.211 4 x7+0.240 0 x8-0.041 3 x9+0.032 8 x10-0.076 2 x11-0.068 5 x12-0.0427 x13+0.165 3 x14 -0.151 1 x15

fac4=0.065 4 x1-0.145 7 x2-0.051 2 x3-0.115 5 x4-0.074 0 x5+0.256 9 x6+0.041 6 x7+0.272 1 x8-0.101 9 x9+0.259 0 x10+0.290 4 x11+0.363 3 x12-0.147 9 x13+0.223 5 x14 -0.327 2 x15

fac5=0.492 0 x1+0.159 0 x2+0.390 8 x3+0.014 6 x4+0.165 3 x5+0.132 1 x6+0.273 0 x7+0.029 3 x8+0.244 5 x9-0.267 3 x10-0.055 0 x11-0.115 2 x12 +0.225 2 x13+0.228 6 x14 -0.323 6 x15

Fac6=-0.239 3 x1+0.584 7 x2-0.013 8 x3+0.210 3 x4-0.020 9 x5+0.750 3 x6-0.276 3 x7-0.148 5 x8-0.136 9 x9+0.093 1 x10-0.218 9 x11-0.208 7 x12-0.134 2 x13+0.123 3 x14 -0.109 9X15

再根据表2中6个公因子的贡献率和公因子得分，建立昭通烟区烟叶综合评价数学模型：F=0.352 7×fac1+0.164 4×fac2+0.121×fac3+0.100 8×fac4+0.074 4×fac5+0.052 5×fac6。表5即为昭通烟区烟叶物理特性公因子得分和根据所建立的模型计算出的烟叶综合得分（F）的描述统计分析。由表5和表6可知，1号、5号、11号得分较低，这3个样品的香气质和香气量得分也均较低，评吸总分也较低；6号得分最高，其香气质和香气量得分也均较高，评吸总分最高。用因子得分评价烟叶质量和评吸结果基本一致，因此用因子分析法评价烟叶质量是可行的。

3 小结与讨论

烤烟主要物理特性相关分析表明，烤烟主要物理特性间存在着不同程度的相关。昭通烟区烟叶的形态指标（厚度、长宽比）与拉力、含梗率、颜色指标（L*、a*、b*、C*、h*）、填充值极显著相关，其中厚度与长宽比极显著负相关。拉力与烟叶的厚度、抗张强度、延伸率、单叶重、含梗率、a*、平衡含水率极显著正相关，含梗率与厚度、拉力、延伸率、单叶重、a*、平衡含水率极显著正相关。

通过对昭通烟区烤烟主要物理特性进行因子分析得到6个公因子，这6个公因子的累计贡献率为86.58%。其中第1个公因子（烟叶的形态指标、部分颜色指标、拉力与叶质重）占原变量总方差的比例高于其他公因子，说明昭通烤烟的形态、颜色、拉力与叶质重在其物理特性评价中的作用最大；同时昭通烟区由于山地较多，海拔高差较大，在雨季土壤养分容易流失，需要注意养分的补充，气候方面昭通烟区的倒春寒和成熟后期秋季低温明显，实际生产中应采用多种措施充分利用烤烟大田中期可贵的高温时段，促使烤烟旺长和烟叶早熟，以提高烟叶的质量[14]。

通过用6个主因子代替昭通烟区烤烟的多达15个物理特性，对其进行综合评价，用因子得分评价烟叶质量与评吸结果基本一致，表明用因子分析法评价烟叶质量是可行的，为丰富昭通烟区烤烟质量评价研究提供了参考。

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