基于感官排序和量值估计法的烤烟僵硬度参比系建立

张晓兵，李丹丹，刘建国，王荣浩，俞锞，徐清泉，夏琛，程昌合

浙江中烟工业有限责任公司技术中心，浙江省杭州市西湖区科海路118号 310024

叶片结构在国标《烤烟》[1]中的定义是烟叶细胞排列的疏密程度，分为下列档次：疏松、尚疏松、稍密、紧密。叶片结构是烤烟分级品质因素之一，与烟叶的内在质量具有密切联系[2]，同时能够影响烟叶的填充性和燃烧性。目前，研究人员对叶片结构这一复合感官属性进行了不同层面的剖析，王信民等[3]根据烟叶受压后恢复原来大小和原始形状的能力，将烟叶柔韧性列入烤烟外观区域特征的备选评价指标。王亚平等[4]对烤烟外观属性因子进行挖掘，将叶片结构细分为柔软度、粗糙度、弹性、充实度4 个属性因子。范建立等[5]甄选出7 项叶片结构的感官属性因子，分别为吸湿性、疏松度、粗糙度、颗粒感、柔软度、弹性和挺度。信俊峰[6]和张丽鲜等[7]分别从叶片结构中分离出“粗糙度”和“疏松度”进行了探讨分析。

在实际分级操作中，无法直接感知烟叶内在细胞的排列疏密程度，而是通过手摸间接感受因其细胞排列情况所导致的触觉手感。对叶片结构的疏松或紧密与否的触觉感受，更多是从柔软、挺括、充实等方面的综合体验和判断。因此，让烟叶分级初学者很难快速精准的把握其特点，并且在实际工作中也会因各自经验不同而有所分歧。手握烟叶叶片时产生的对作用力和摩擦力的综合感受即为僵硬度，烟叶僵硬度是叶片结构这一复合感官属性的其中一种外在表现，是手握烟叶时对烟叶组织僵硬程度的一种触觉感受，可以用“软”或“硬”来描述。同时，烟叶僵硬度是叶片结构的一个力学特性，描述了由烟叶各连接部件有机组合而成的叶片整体所能承受的重力或外力作用及刚度。僵硬度在感知层面比叶片结构更直观，相较于叶片结构，评级人员更容易把握僵硬度的内涵概念，目前，对于从烤烟叶片结构中解剖出“僵硬度”这一感官属性因子的研究尚未见相关报道。本研究尝试将烤烟僵硬度进行合理梯度划分和梯度特征客观描述，以不同的叶片实物来反映不同档次的僵硬度烟叶，最终制作出一套完整科学的僵硬度参比样品，并应用量值估计法评价所研制烤烟僵硬度参比样的科学性、代表性与定量化，从而更好地把握僵硬度的定性概念及其不同标度带来不同触觉感受的定量感知，也有助于叶片结构的准确把握；既有利于人才培养中的样品使用与知识传递，也有利于产品品质的科学评价，为烟叶评级技术的研究和学科建设提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

为了保证所研制烤烟僵硬度参比样的代表性与全面性，备选参比样的僵硬度应涵盖该特性最小至最大的范围。选取烟叶叶面僵硬的河南、山东，中等的福建、湖南，柔软的云南、四川产区的2018 年度烟叶，供试样品基本涵盖了不同产区、不同实际生产情况的烟叶叶片僵硬程度，具有一定的代表性。

从整张叶片中选取典型部分进行裁剪，制成长为8～10 cm，宽为6～8 cm 不包含主脉的小片，做好标识，放入温度（22±1）℃，湿度（60±3）%的恒温恒湿箱里平衡48 h，使每片样品的温湿度一致，平衡后的样品通过3 位随机编码后装入密封袋内，以备评价。

1.2 方法

1.2.1 成立参比样评价小组

为保证参比样品档次划分及样品制作的可靠性，最大限度避免由个人手触摸感造成的结果误差，设立参比样制作评价小组，小组成员共7 名，设组长1 名。评价小组成员均具有感官分析优选评价员资格。

1.2.2 感官排序法

先提供给评价员一份非待测评价样品，以便更加深入地理解烟叶僵硬度这一属性因子与评价方式，降低评价员在评价时其他外观品质对僵硬度的影响。然后将待评价样品提供给评价员，评价员运用触觉和视觉的综合感官对烟叶原料进行逐片评判，按照相似因素、质量档次分组归档。接着，运用感官分析排序法对叶片结构的僵硬度按由弱到强分别进行排序，在识别阈范围内细分。

1.2.3 评价小组量值估计法专项培训与样品评价

量值估计法是通过评价员对某一感官特性进行评分的一种评定方法[8]，对样品的特性强度或评价员喜好程度定值，所定数值间的比例与评价员对特性感觉间的比例一致。由于量值估计法具有较高的灵活性，较小的边界效应等优点，广泛地应用于食品感官分析评价。

首先，应用几何图形面积评估法引导评价小组成员掌握量值估计法的基本概念和方法，评价小组成员对面积范围从2 cm2到200 cm2的6 个圆形、6 个等边三角形和6 个正方形进行量值评分，并将各自评分结果与小组平均值进行比较，从而提供正反馈。

评价小组应用直线标尺自由量值估计法评价其打乱顺序的不同档次僵硬度参比样，共进行3次重复试验。

1.2.4 数据处理

采用Excel 2010 处理数据，Origin 8.0 作图，用SPSS 21.0 软件进行描述分析、多重比较分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 感官排序结果

依据国标《GB/T 29604—2013 感官分析建立感官特性参比样的一般导则》[9]，参比样确定时相邻档次之间既要有梯度、又要有连续性，两个相邻档次之间不脱档，但同时不交叉，容易识别。样品能反映该品质因素不同档次的特点，能代表该档次质量水平。评价小组按照排序结果将僵硬度初步划分为8 个档次。但是，评价小组通过对初选参比样反复比较分析，结果发现第2 档和第3 档、第3 档和第4 档这两对档次划分不够合理，界限不明显，容易出现交叉，按照可操作性和重复性的原则，故剔除第3 档次，最终将僵硬度划分为7 档次。评价成员对样品的感官排序结果见表1，秩次越大表明烟叶越僵硬。

表1 感官排序法统计表Tab. 1 Results of sensory ranking method

叶片结构僵硬度7 个档次的划分是否符合感官属性因子确定的一般原则，需要进行Friedman 试验，根据Friedman 检验的方法[10]计算出烟叶僵硬度的检验统计量：查表知α=0.01，j=7，p=7 时对应的临界值为15.35，由于Ftest＞F0.01=15.35，因此，在显著性水平为0.01 时，7个样品在整体僵硬度上存在极显著性差异。为进一步确定两两样品之间是否存在显著性差异，7 名评价员对初选样品进行两轮的定向成对比较检验（如图1），定向成对比较结果汇总见表2。

图1 定向成对比较检验示意图Fig.1 Sketch map of directional paired comparison test

表2 定向成对比较结果Tab. 2 Results of directional paired comparison test

查成对比较检验标准[11]可知，在答案数为14的情况下，在α=0.05 的显著水平下，最少需要11个肯定答案个数，在α=0.01 的显著水平下，最少需要12 个肯定答案个数。表2 中6 次成对比较试验中获得的肯定答案个数均大于等于12，表明在α=0.01的 水 平 下，784 和157、157 和351、351 和237、237 和962、962 和642、642 和867 样品之间存在显著性差异。

2.2 量值估计法对僵硬度参比样评价结果

评价员根据僵硬度量值评价表，参照自己感知的烟叶僵硬度强弱程度对样品进行赋值。评价小组组长将外部参比样和对应给定模数50 提供给评价员，评价员参照外部参比物，给出第1 个样品的量值估计结果，然后再参照外部参比物和上一个样品的量值结果按比例原则给出下一个样品的估计值。影响量值估计评价结果的因素主要是评价员自身的不一致和评价小组成员之间的不一致。为了消除评价员自身的不一致，设计了如图2 所示的烟叶僵硬度量值估计评价表，将描述词标尺和样品标尺放在同一评价表的对应位置上，这样易于评价员对描述词和样品使用统一标尺。

图2 烟叶僵硬度量值估计评价示意图Fig. 2 Tobacco leaf stiffness using method of magnitude estimation

为了消除评价员之间的不一致，对描述词赋值结果取自然对数后，计算校正因子1=整个评价小组的几何平均值-每个评价员在相同样品组中的几何平均值，得到重新标度值=描述词赋值结果+校正因子1 和评价员描述词标尺理论长度=EXP（描述词重新标度中的最大值）。对样品赋值结果取自然对数，计算校正因子2=整个评价小组的几何平均值-每个评价员在相同样品组中的几何平均值。进行第1 次全面重新标度：样品赋值结果+校正因子1 和第2 次全面重新标度：第1 次全面重新标度+校正因子2，得到个人样品理论强度=EXP（第2 次全面重新标度值）。将个人样品拉至长度为 15 cm 的同一标尺，计算个人样品理论感官估计值=EXP（个人样品理论强度/描述词标尺理论长度×15）[12]。7 名评价员对所建立的僵硬度参比样量值结果最终量值得分如表3 所示。用SPSS 21.0 对参比样量值估计得分进行分析，分析结果见表4 和表5。

表3 僵硬度参比样的量值得分（平均值±标准差）Tab. 3 Magnitude estimation scores of stiffness of reference samples （mean±SD）

表4 方差齐性检验Tab. 4 Homogeneity test of variance

表5 描述性分析和多重比较分析结果Tab. 5 Results of descriptive analysis and multiple comparative analysis

表4 中，P=0.252＞0.05，表示方差是齐的，由表5 多重比较分析结果可以看出，7 个样品均值之间存在α=0.01 水平的显著性差异，表明所制样品之间僵硬度差异极显著，所制作的僵硬度参比样品具有代表性。

图3 参比样量值结果与顺序标度值的关系Fig. 3 Relationship between average values of magnitude estimation results and sequential scaling values

根据表5，以参比样的顺序标度值为自变量，以评价小组对样品的量值估计结果平均值为因变量作图3。参比样的量值结果与顺序标度值之间呈正相关关系，Pearson 相关系数为0.995，且图3 中相邻两点不交叉，说明所建的僵硬度参比样7 个档次之间不脱档，不交叉，具有一定的适应性，研制的僵硬度参比样是科学可行的。

2.3 僵硬度各档次文字描述和实物样品

评价人员将7 个档次的僵硬度用语义方式区分为：柔软、较柔软、稍柔软、中等、稍僵硬、较僵硬、僵硬，即构成7 点语义标度。为了评级人员进一步理解和感受各个僵硬度档次，也为了所研制的僵硬度参比样的推广和应用，需要根据僵硬度7 个档次参比样品所表现出的外观特征，由评价小组成员进行客观描述，重点突出触觉、视觉的感知。通过小组成员认真观察、分析讨论，最终各个档次僵硬度的具体文字描述见表6。研制的7 个档次参比样品实物见图4，通过对7个档次的僵硬度烟叶进行排序可以看出，烤烟僵硬度与色度存在一定的相关性，随着烟叶僵硬度的增加，烟叶的颜色也逐渐变深，红色色素含量和红色面积增加。

表6 僵硬度7 个档次描述词和文字描述Tab. 6 Descriptive word and text descriptions for stiffness in seven grades

图4 僵硬度参比样实物Fig. 4 Reference samples with different stiffness

3 结论与讨论

通过感官排序法，将僵硬度划分为柔软、较柔软、稍柔软、中等、稍僵硬、较僵硬、僵硬7 个档次，并对各个档次的僵硬度进行了客观准确的文字描述，制定出了一套比较科学的烟叶僵硬度参比样。通过量值估计法评价所制的僵硬度参比样品，结果表明7 个档次的僵硬度存在显著性差异，不脱档、不交叉，所研制的僵硬度参比样代表性和适用性强。

烤烟僵硬度参比样的建立，能够将全国烤烟的不同僵硬程度以实物和文字描述的形式展现出来，方便烟叶分级初学者学习和掌握叶片结构的内涵，对产区烟叶生产、收购和工业使用具有一定的指导意义，本研究采用量值估计法，赋值结果取反对数且将样品标尺与语义标尺一一对应，避免了评价员自身及评价员之间的不一致，实现了感官分析结果更科学量化，为今后烟叶分级的理论发展和实践应用提供支撑依据。在烤烟僵硬度参比样建立后，研究人员发现，随着僵硬度的不断增加，样品的颜色呈现由浅至深的变化规律，颜色的均匀程度度呈现“不均匀→均匀→不均匀”的变化趋势，说明僵硬度与烟叶颜色有一定的相关关系。僵硬度是烟叶的营养水平、发育状况、化学成分的综合反映，最终影响到烟叶的评吸质量，合理构建僵硬度与烟叶外观品质、感官质量的关系是今后研究的重点。

烟叶的僵硬度体现的是细胞组织排列疏密程度、细胞间隙的大小等，受制于当前烟叶评级技术发展水平，本次制作的参比样主要是通过感官手段来进行评价，其精准性低于仪器检测，下一步利用相关仪器对细胞排列进行定量物理检测，可采用客观的检测数据对僵硬度进行量化表征及分析研究。