再造烟叶生产原料化学成分因子分析

2015-08-20中烟施伟策云南再造烟叶有限公司云南玉溪653100

安徽农业科学 2015年30期

熊珍，米兰，秦瑜，胡群，邱晔（中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司，云南玉溪 653100）

再造烟叶是以废弃的烟梗、烟末、烟灰及碎片作为主要原料，经现代提取分离工艺和改良后的造纸技术加工而成的［1－4］。再造烟叶生产原料来源广泛，种类繁多，化学成分差异较大。而原料化学成分的波动势必会给产品品质带来影响，因此，在生产中，稳定和控制再造烟叶生产原料的质量对确保再造烟叶产品品质至关重要［5］。

郝建辉等［6］用蒸馏萃取/气相色谱质谱检测了采取生产造纸法再造烟叶所用的24种再造烟叶原料的挥发性成分，再用DPS软件进行模糊聚类分析。结果表明，烟梗和烟碎片能明显地分开，各自聚为一类，并且同一地区的原料相似程度越接近。卫青等［7］对再造烟叶原料的化学成分与感官质量进行了分析，结果表明化学成分与感官质量具有相关性。而目前对造纸法再造烟叶生产原料化学成分的因子分析未见报道。所谓因子分析即减少变量个数来描述多个变量之间的内在联系［8］。但是，曾有学者采用因子分析法对优质烟草原料的化学成分进行研究［9－10］，而再造烟叶生产原料来源广泛，种类繁多，等级混杂，均质化程度低，纯净度差，同批次及批次间原料质量不稳定，单品种原料数量少［11－14］，原料的受控难度非常大。因此，想要较好地对其进行研究，应充分了解再造烟叶生产原料的特征，才能根据原料特性，开发预处理清洁生产新工艺，形成独具特色的预处理清洁生产集成技术，最终设计出符合不同风格的再造烟叶产品，使之与卷烟产品相匹配，并且有效提高卷烟产品品质。为此，笔者对云南省内主要烟区的再造烟叶生产原料中烟叶碎片的化学成分进行因子分析和聚类分析［15］，为再造烟叶生产原料的使用和配方的维护提供理论依据，也为今后再造烟叶生产原料预处理加工提供一种有效的方式。

1 材料与方法

1．1 试验材料研究材料来自中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司存库的39种碎片。样品选择覆盖云南的主要烟区，具有代表性。

1．2 试验方法

1．2．1 主要化学成分的测定。按照 YC/T 31－1996［16］对样品水分进行测定;按照YC/T 159－2002［17］对总糖和还原糖进行测定;按照YC/OT 161－2002［18］对总氮进行测定;按照YC/T 23355－2009［19］对烟碱进行测定;按照 YC/T 162 －2011［20］对氯进行测定;按照 YC/T 173 － 2003［21］对钾进行测定。将所测化学成分转化成百分率。

1．2．2 分析方法。运用SPSS 19．0统计软件对化学成分进行简单统计、相关分析和因子分析;采用Minitab 16对主要的化学成分进行聚类分析。

2 结果与分析

2．1 化学成分描述性统计经标准化处理后，对样品的总糖（X1）、还原糖（X2）、烟碱（X3）、总氮（X4）、硝酸盐（X5）、钾（X6）、氯（X7）、两糖比（X8）、糖碱比（X9）、氮碱比（X10）和钾氯比（X11）进行统计分析。一般认为，优质烤烟要求总糖含量18% ～24%，还原糖含量16% ～22%，总氮含量1．5% ～2．2%，烟碱含量2．0% ～3．5%，糖碱比6 ～10，钾离子含量大于2%，氯离子含量小于 0．6%［22］。

由表1可知，再造烟叶生产原料化学成分的平均值或低于或高于优质烟叶化学成分指标。其原因为再造烟叶原料均为打叶复烤和卷烟加工过程产生的副产品，等级混杂、年份不一、单品种原料较少等，化学成分势必存在差异。就峰度和偏度来说，总糖、总氮、钾、氯和氮碱比的峰度小于0，数据分布为平阔峰，数据较正态分布分散，其余指标峰度大于0，数据分布为尖峰;氮碱比的偏度小于0，为左偏峰，其余指标大于0，为右偏峰。

表1 化学成分的描述统计分析

2．2 化学成分相关性分析由表2可知，总糖与还原糖、总氮、钾、氯和氮碱比在0．01水平显著正相关，而与总氮在0.01水平显著负相关，与其他化学成分在相关性;还原糖与钾、氯和氮碱比在0．01水平显著正相关，与总氮在0．05水平负相关，而与硝酸盐在0．05水平正相关，与其他化学成分呈相关性;烟碱与总氮在0．05水平显著正相关，而与硝酸盐、钾、氯、糖碱比和氮碱比在0．01水平显著负相关，与其余化学成分呈相关性。由此可知，再造烟叶生产原料化学成分之间存在一定的相关性，可作因子分析。

2．3 化学成分因子分析对总体化学成分进行因子分析。利用主要成分分析提取特征值大于1．00的因子，并且进行四次方最大正交旋转，其中KMO值为0．70，说明可以进行因子分析。

由表3可知，提取出4个主要成分因子，并且这4个因子的累积贡献率为86．645%。由表4可知，第1个因子主要反映总糖、还原糖、总氮、钾、糖碱比的信息，除了总氮为负载荷值，总糖、还原糖、钾和氮碱比为正载荷值，说明这5个变量相互之间具有相关性，第1个因子对原料化学成分的贡献率为38．538%;第2个因子主要反映烟碱和氮碱比的信息，烟碱为负载荷值，氮碱比为正载荷值，而烟碱和氮碱比在0.01水平显著负相关;第3个因子对原料化学成分的贡献率为15．283%，主要反映钾氯比的信息;第4个因子主要反映两糖比的信息，其对原料化学成分的贡献率为9．572%。

表3 主成分、特征值及贡献率

表4 化学成分旋转成份矩阵

表5 化学成份因子得分系数矩阵

根据化学成分的得分系数矩阵（表5），计算4个主因子得分。4个主因子得分数学模型如下:

根据4个因子的贡献率和因子得分，可建立再造烟叶原料综合评价数学建模。

最终得出再造烟叶云南地区主要化学成分因子得分情况（选取各地部分样品或平均值）。

由综合得分的高低来评价化学品质，即得分值越高，化学品质越好，而得分越低，化学品质越差。由表6可知，玉溪、昭通、大理碎片综合得分在前三，碎片化学品质综合得分较高，碎片品质最好。

表6 不同地区再造烟叶生产原料化学成分因子得分

总体原料按照地区取样或求取平均值，然后采用聚类分析中的最短距离对样品进行分析。由图1可知，各地区化学成分存在差异性，文山地区因子得分最低。结合聚类结果，可知文山地区独自成为一类;楚雄和昆明差异较小，聚为一类。由图1和表6可知，昆明和楚雄的因子得分较接近，而其他地区差异性较小。对不同地区再造烟叶生产原料化学成分进行综合评价，其结果与化学成分的聚类分析基本一致。

3 结论

（1）相关性分析表明，再造烟叶生产原料化学成分之间存在相关性。总糖与还原糖、总氮、钾、氯和氮碱比在0．01水平显著正相关，而与总氮在0．01水平显著负相关，与其他化学成分呈相关性。还原糖与钾、氯和氮碱比在0．01水平显著正相关，与总氮在0．05水平负相关，而与硝酸盐呈正相关，与其他化学成分呈相关性;烟碱与总氮在0．05水平显著正相关，而与硝酸盐、钾、氯、糖碱比和氮碱比在0．01水平显著负相关，与其余化学成分呈不显著相关性。

（2）对再造烟叶生产原料化学成分因子进行分析，得到4个主因子。这4个因子的累积贡献率为86．65%。第1因子的累积贡献率为35．54%，说明第1因子（总糖、还原糖、总氮、钾、糖碱比）对再造烟叶原料主要化学成分的影响最大，相互之间存在0．05水平显著相关性，而且总糖与还原糖对再造烟叶的内在感官质量有0．05水平显著相关性［7］。

（3）利用因子分析法，对不同地区再造烟叶生产原料化学成分进行综合评价。其结果与化学成分的聚类分析基本一致。因此，利用因子分析法对再造烟叶生产原料化学成分进行分析是可行的。因子分析法可应用于再造烟叶生产原料品质的控制。

［1］邱晔，卢伟，王建，等．造纸法烟草薄片对卷烟一氧化碳释放量影响研究［J］．云南大学学报（自然科学版），2010（S1）:130 －133．

［2］刘晶，邱晔，王建，等．国内外造纸法再造烟叶纤维形态分析［J］．中华纸业，2012，33（16）:10 －13．

［3］戴路，陶丰，袁凯龙，等．造纸法再造烟叶的研究进展［J］．中国造纸学报，2013，28（1）:65 －69．

［4］韩文佳，赵传山．造纸法烟草薄片发展现状［J］．黑龙江造纸，2007，35（4）:47 －49．

［5］阎克玉，袁志永，吴殿信，等．烤烟质量评价指标体系研究［J］．郑州轻工业学院学报（自然科学版），2001，16（4）:57 －61．

［6］郝建辉，王海涛，张碰元，等．聚类分析技术在造纸法再造烟叶生产原料配方中的应用［J］．中国烟草科学，2010，31（4）:72 －75．

［7］卫青，施建在，郑彬，等．造纸法再造烟叶生产原料化学成分与感官质量间关系的研究［J］．中国农学通报，2012，28（12）:264 －268．

［8］毕淑峰．烤烟主要化学成分的因子分析［J］．安徽农业科学，2004，32（2）:342 －343．

［9］于建军，郭玮，毕庆文，等．烤烟主要化学成分因子分析和综合评价［J］．浙江农业学报，2010，22（2）:244 －248．

［10］董高峰，张强，向明，等．楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价［J］．云南大学学报（自然科学版），2010（S1）:81 －86．

［11］张杰．造纸法烟草薄片生产中原料输送、配方、收尘一体化设想［J］．硅谷，2010（23）:122－123．