烤烟烟叶颜色值和外观颜色变化分析

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（1.河南农业大学烟草学院，烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州 450002；2.中国烟草总公司职工进修学院，郑州450008；3.中国烟叶公司，北京 100055）

烤烟烟叶颜色值和外观颜色变化分析

李悦1，符云鹏1*，甄焕菊2，魏春阳2，王改丽2，唐浩3

（1.河南农业大学烟草学院，烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州 450002；2.中国烟草总公司职工进修学院，郑州450008；3.中国烟叶公司，北京 100055）

为探究烟叶表面颜色呈色特性，以三明烟区主栽品种CB-1和云烟87为试验材料，采用田间挂牌标记试验方法，测定两个品种每个叶位烤后烟颜色值L*、a*、b*、C*和颜色特性，分析了不同叶位烟叶颜色值、外观颜色档次和均匀度变化。结果表明，不同品种不同叶位烟叶颜色值有相似的变化趋势；不同叶位烟叶颜色值聚类结果与不同部位烟叶颜色变化相吻合；随着叶位上升，明度的均匀度由均匀或尚匀转变为不匀，红度的均匀度变化与此相反，黄度的均匀度先由尚匀转变为均匀再转变为尚匀，视觉判定的均匀度为先上升后降低的趋势，与黄度的均匀度变化较为一致；建立了烟叶颜色值与叶位上升关系方程，L*线性递减，a*线性递增，b*和C*呈抛物线型变化，在7～10叶位达到最高值。这为烟叶外观颜色变化提供了一种客观量化判定方法。

烤烟；颜色；L*；a*；b*

烤烟烟叶颜色是指同一型烟叶经调制后烟叶的相关色彩、色泽饱和度和色值的状态[1]。烟叶颜色的差异在很大程度上反映了烟叶中各种色素存在比例的不同，与烟叶的外观质量和内在质量密切相关[1-2]，因此烟叶颜色特征是烤烟分级标准的重要分组因素之一[3]。通常，烟叶颜色特征分组是以专家眼看烟叶黄色的深浅进行划分，正组烟叶叶色划分为柠檬黄、橘黄和红棕，具体表述为柠檬黄色烟叶是由100%黄色构成，橘黄色烟叶是由70%黄色和30%红色构成，红棕色烟叶是由70%红色和30%黄色构成[4-5]。而这一表述的颜色分类原则自烤烟分级标准颁布一直沿用至今，仍缺乏客观数据支撑。不同评判者由于个体视觉的差异对烟叶颜色特征的区分存在一定的偏差，尤其是在柠檬黄和橘黄色界限划分中存在争议。近年来，随着现代仪器科学和感官评价学科的发展，使得人们可以借助先进仪器设备和完善的感官评价理论去进一步深入认知、探索烟叶表面颜色的呈色特性（基本光学特性和颜色混合特性）。Color-Eye 7000A型分光光谱仪所运用的L*a*b*均匀颜色空间具有较高的色差分辨力，非常适合较小色差情况下的颜色测量，在木材[6-7]、地板[8-9]、医学[10-11]和纺织[12-13]等多行业得到广泛应用。感官技术是用于唤起、测量、分析和解释产品通过视觉、触觉、嗅觉、味觉和听觉所引起反应的一种科学方法[14]，其关键是把人作为精密测量仪器，由人的感知能力作为产生数据的感官检验过程。目前，感官评价技术已成为食品[15-17]、茶叶[18-19]、香精香料[20-21]等众多行业进行产品开发、原料替换、质量控制等方面的重要手段之一。本文将借助于Color-Eye 7000A型分光光谱颜色测定仪，引入感官评价的视觉颜色测量理论，以三明烟区主栽品种翠碧一号(CB-1)和云烟 87的全叶位烟叶样品为研究对象，对烟叶表面颜色呈色特性的色值状态、均匀性和颜色变化规律等方面进行分析，实现烟叶的计算机自动分级，从而促使烟叶分级由传统的依靠人工向借助计算机、由定性向定量、由经验化向理论化发展[22]，为烟叶外观颜色客观量化评价提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用福建省三明市泰宁县翠碧一号(CB-1)和云烟87两个主栽品种，按当地烤烟标准化生产种植，每个品种选3块地，每块地选取50株长势正常且生长一致的烟株为试验材料，去除底部3片无效叶，每株可采叶从下到上按叶位依次编号挂牌标记，带牌采收和烘烤，烤后烟按叶位单存备用。

1.2 方法

运用感官视觉原理和分光光谱仪对烟叶颜色属性进行测定。感官分析从过程来看主要由人、机、料、法、环5个要素组成[23]。本试验中，“人”是指由中国烟草总公司职工进修学院组织的 10名农业标准化委员会烤烟烟叶分级专家，进行烟叶表面颜色及其均匀度的判别；“机”是指Color-Eye 7000A型分光光谱仪（美国，GretagMac-beth公司），测量孔为最大孔径，直径 25.4 mm。所用软件为 Color iControl标准版；“料”是指试验材料；“法”是指烟叶表面颜色值测量方法和均匀度判别方法；“环”是指实验室环境，色温5500 K，温度24 ℃，相对湿度70%，照度2100 lx[24]。

1.2.1 烟叶颜色档次判定方法 基于视觉颜色测量方法[23]，专家感知烟叶在色调、明亮度和饱和度3个方面的差异[25]，把试验烟叶表观黄色由浅到深分为柠檬黄-、柠檬黄、柠檬黄+、橘黄-、橘黄、橘黄+、红棕-等7个颜色档次。“+”、“-”分别表示该颜色档次偏深和偏浅。

1.2.2 烟叶颜色仪器测定方法 利用Color-Eye 7000A 型分光光谱仪（美国，GretagMac-beth公司）测定样品的L*（明度）、a*（红度）、b*（黄度）、C*（饱和度）值，每个品种每个叶位由专家选取10片代表性烟叶，测定每片烟叶叶尖、叶中和叶基部对称选取6个点，选取时避开叶脉、残伤和病斑等，其具体测量原理和方法见文献[26]。

1.2.3 颜色均匀度判定方法 （1）基于感官视觉的颜色均匀度判定方法：专家以烟叶基本色占全叶面积的百分率划分均匀度档次，该基本色百分率代表达到基本色底线的烟叶部分（表1）；（2）基于仪器测定的颜色均匀度判定方法：根据分光光谱仪测定的颜色值来判断均匀度的不同，参照文献[27]，结合表1划分均匀度档次。

表1 烟叶颜色均匀度比对关系Table 1 The comparison relationship of color uniformity of tobacco leaves

2 结 果

2.1 不同品种烟叶表面颜色值统计分析

从表2来看，两个品种烟叶表面颜色值表现出相同的变化趋势，烟叶红度a*的变异系数最大，表明烟叶颜色有明显的红度变化；L*变异系数次之，表明烟叶有较为明显的明度变化；b*和C*的变异系数最小，相对稳定。CB-1品种L*和a*的变异大于云烟87，b*和C*的变异小于云烟87，说明CB-1品种整体上明度和红度较不稳定，烟叶颜色的光亮度差别较大，黄度和饱和度较稳定，视觉上色度较浓。

表2 烟叶表面颜色值描述统计分析Table 2 Statistics of color value of tobacco leaves

2.2 不同叶位烟叶表面颜色值统计分析

通常，烟叶表面颜色随叶位呈现规律性变化，从表3可以看出，随叶位上升，L*值逐渐降低趋势，但变异系数逐渐变大趋势，表明随叶位上升明度变暗、且差异增大，说明了叶位越靠上，烟叶颜色越深，光亮度差别较大；a*的变异系数逐渐变小趋势，烟叶的红度变化随叶位上升逐渐稳定；b*和C*的变异系数有缓慢上升的趋势，表明烟叶黄度和饱和度的变化较为稳定。两个品种表现出相似的变化趋势，CB-1在a*和C*的变异上第12～14叶位明显大于云烟87，说明CB-1上部3片叶的色度浓淡差别较大。

表3 不同叶位表面颜色值描述统计Table 3 Statistics of color value of different leaf-positions

表3 不同叶位表面颜色值描述统计（续）Table 3 Statistics of color value of different leaf-positions (continued)

2.3 不同叶位烟叶颜色值和外观颜色变化分析

2.3.1 烟叶颜色值与外观颜色档次变化 一般情况下，部位由下而上，烟叶颜色由浅趋深。从表4来看，1～5叶位多为柠檬或柠檬+，其L*较高，a*较低，表明下部叶颜色较为明亮；6～10叶位多为橘黄-或橘黄，其b*和C*较高，表明中部叶黄度和饱和度较高；11～14叶位多为橘黄+或红棕-，其L*较低，a*较高，上部叶颜色较深。云烟87的橘黄和橘黄+烟叶比CB-1要多，其L*低于CB-1，a*高于CB-1，表明云烟87比 CB-1叶色深。总之，烟叶色值与其对应的色值状态基本吻合。

2.3.2 不同叶位烟叶颜色值聚类分析 颜色值聚类时通常外观表现一致的烟叶易聚为一类。结合表4和图1来看，CB-1在距离2.25时，可分为6类，第1～5叶位被分成1类，说明CB-1下部叶颜色更相近，变化浮动较小，外观表现为柠檬色；第6、8、10、11叶位，第7叶位和第9叶位这3类代表了中部叶颜色特征，表示CB-1中部叶颜色有深有浅，变化较大，分别表现为橘黄-、橘黄、橘黄+；第12、13叶位和第14叶位分别代表上二棚和顶叶，外观分别表现为橘黄+和红棕-。云烟87在距离2.9时分为6类，即第1叶位（底脚叶），外观表现为柠檬-；第2、3叶位（下二棚）表现为柠檬；第4～9叶位（腰叶）表现为橘黄-和橘黄；第10～12叶位（上二棚）表现为橘黄+；第13叶位和第14叶位（顶叶）表现为橘黄+和红棕-。

表4 烟叶颜色值与颜色档次Table 4 Color value and level of appearance color of tobacco leaves

图1 颜色值的聚类分析（以欧氏距离和最短距离法进行系统聚类）Fig. 1 Clustering analysis of color value（system clustering in the method of Euclidean distance and the shortest distance）

2.4 不同叶位烟叶表面颜色均匀度分析

烟叶颜色均匀度与烟叶外观质量密切相关，从表5、6来看，随叶位上升，L*由均匀或尚匀转变为不匀，表明烟叶的明度由分布较均匀转变为不均匀，a*的均匀度变化与此相反，红度分布渐趋均匀，b*的均匀度先由尚匀转变为均匀再转变为尚匀，黄度分布以中部叶最为均匀。专家评定的均匀度变化趋势为先上升后降低，与b*的均匀度变化较为一致，云烟87的12～14叶位颜色均匀度比CB-1稍好。

2.5 不同品种烟叶颜色值与叶位相关分析

从图2来看，随叶位上升，L*呈线性递减，a*呈线性递增，b*和C*的变化趋势呈抛物线型，均先缓慢升高后逐渐降低，在7～10叶位达到最高值。说明部位由下至上，明度逐渐降低，红度逐渐增加，叶色加深，黄度和饱和度均以7～10叶位最高。各拟合方程的拟合率均在85%以上，拟合度较好。CB-1的明度高于云烟87，红度低于云烟87，黄度和饱和度的变幅低于云烟87，说明CB-1的烟叶颜色比云烟87偏浅，且波动较小。

表5 CB-1不同叶位烟叶表面颜色均匀度Table 5 Color uniformity of tobacco leaves at different leaf positions of the tobacco cultivar CB-1

表6 云烟87不同叶位烟叶表面颜色均匀度Table 6 Color uniformity of tobacco leaves at different leaf positions of the tobacco cultivar Yunyan87

图2 不同品种烟叶颜色值与叶位相关分析Fig. 2 Correlation analysis of color value and leaf-position of different cultivars

3 讨 论

烟叶颜色档次表示在颜色模式中所对应的颜色值的烟叶外观表现。本研究以三明烟区3个主栽品种为试验材料，采用了Lab颜色模式，由专家进行了视觉颜色判定，不同基本色烟叶的质量不同[28]，颜色值也不同。颜色值的聚类分析与视觉颜色判定结果相吻合，说明烟叶颜色值能较好地反映外观判定结果。

由于烟叶在生产、调制、运输、贮存过程当中，色素转化程度的不同、调制失当、以及贮存运输条件不当均会造成烟叶表面呈现出基本色（柠檬黄、橘黄、红棕）深浅不一以及青杂等非基本色不同[4]，从而造成烟叶颜色呈现不同的均匀程度，不同的均匀度对烟叶质量会产生不同的影响。颜色均匀度是影响烟叶外观质量的主要因素[29]，现行烤烟国标中对副组烟叶（除微带青以外）无均匀度的要求，而国外分级标准中对颜色均匀度有一定要求[28]，一般也仅体现在高等级定级原则中。考虑到国内各种植区域烟叶颜色呈现不同的变化规律，因此，本研究选用了同一产区的正组烟叶。利用颜色值变异系数判定颜色均匀度并与专家判定结果进行比对，发现专家判定的均匀度以中部叶最好，与黄度的均匀度变化较一致，专家判定均匀度时是以烟叶基本色所占比例的多少为依据，可见中部叶黄色的分布更为均匀一致。

一般来说，烟叶颜色随部位上升而加深，部位是影响颜色的主要因素之一[30]。本研究显示，随叶位上升，烟叶明度线性递减，红度线性递增，黄度和饱和度呈抛物线型变化，在 7～10叶位达到最高值，与梁洪波[31]等研究结果一致。下部叶多为柠檬色，明度较高；上部叶多为红棕色，红度较高；中部叶多为橘黄色，黄度和饱和度均较高，符合三明地区烟叶颜色基本特征[32]。而且与烤烟不同部位烟叶颜色变化规律一致。烟叶颜色具有区域性差异，本试验方法对进一步研究其他烟区烟叶颜色特征有一定指导价值。

4 结 论

试验选取了三明主栽品种CB-1和云烟 87共300株、14个叶位作为研究对象，测定了颜色值并进行了视觉颜色判定，烟叶颜色值聚类结果与外观颜色档次一致；专家判定均匀度与仪器测量均匀度相吻合，中部叶均匀度最好；颜色变化规律明显，即随部位上升，烟叶表面颜色的明度递减，红度递增，黄度和饱和度以7～10叶位最高，烟叶颜色随部位上升而加深。为烟叶颜色光学性质提供了一种快速、无破坏、无损伤检测和烟叶表面颜色客观量化评价方法。

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Analysis on Color Value and Appearance Color Variation of Tobacco Leaves

LI Yue1, FU Yunpeng1*, ZHEN Huanju2, WEI Chunyang2, WANG Gaili2, TANG Hao3
(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Key Laboratory of Tobacco Cultivation in the Tobacco Industry, Zhengzhou 450002, China; 2. Worker Institute of Further Education, China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450008, China; 3. China National Leaf Tobacco Company, Beijing 100055, China)

The experiments were conducted to discover color characteristics of flue-cured tobacco through analyzing changes ofL*, a*, b*, C*and features in each leaf-position. The tobacco cultivars CB-1 and Yunyan 87 ware used in these experiments. Color value, level of appearance color and variation of uniformity were evaluated. The results showed that the trends of changes in color value were similar between different nodes. The clustering results of color value in different nodes agreed with color variation in different stalk portions. With the rising of nodes, the uniformity of brightness decreased and redness increased. The patterns of the uniformity change of yellowness and sensory evaluation at different nodes showed some similarities with the color uniformity of cutters being the highest. A corelation equation between color value of tobacco leaves and the rise in nodes was establelished. TheL*value linearly decreased and thea*value linearly increased. The changes of theb*value was a parabola which reached the highest value at the 7th to the 10th nodes. The change of theC*value was similar to theb*value. The traditional theory of tobacco grading could be complemented by evaluating color characteristics throughL*a*b*color space and sensory evaluation techniques. An objective and quantitative method was provided for appearance color variation of tobacco leaves.

flue-cured tobacco; color;L*;a*;b*

TS44+1

1007-5119（2017）01-0078-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.01.014

中国烟草总公司特色优质烟叶开发重大专项“浓香型特色优质烟叶开发”（Ts-01-2011005）

李 悦（1992-），女，硕士研究生，主要从事烟草栽培生理生化研究。E-mail：1508328705@qq.com。*

，E-mail：ypfu01@163.com

2016-09-14

2016-11-04