基于主成分分析和聚类分析的再造烟叶综合品质评价

王丽芳 刘泽 何科毅 刘杰 段宜杉 左雯

【摘要】为探究再造烟叶综合品質评价的关键指标，并建立品质评价方法体系，选取不同类型的再造烟叶共12种，对其进行了理化指标、致香成分的测定和感官质量的评价。针对测定结果，运用相关性分析、主成分分析，筛选出再造烟叶品质评价的10个关键性指标，对数据进行分析处理后，得到再造烟叶综合评价模型，可对再造烟叶综合品质进行量化。结合聚类分析结果，发现综合评价模型有效，且与感官评价结果一致。本文的研究结果为再造烟叶综合品质的量化评价和加工工艺研究提供了较为科学的理论基础和科学依据。

【关键词】再造烟叶；主成分分析；相关性分析；聚类分析；品质评价

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.036

【基金项目】本论文课题由红云红河烟草（集团）有限责任公司科技项目《制丝过程再造烟叶精细化加工及品控关键技术研究及应用》（HYHH2021GY11）资助。

Comprehensive Quality Evaluation of Reconstructed Tobacco Leaves Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

WANG Lifang1， LIU Ze2， HE Keyi1， LIU Jie1， DUAN Yishan1， ZUO Wen1*

（1.Honghe Cigarette Factory of Hongyun Honghe Tobacco〔Group〕Co.， Ltd.， Mile 652300， China； 2.Yunnan Tobacco Industry Co.， Ltd.， Kunming 650224， China）

Abstract： In order to explore the key indicators for comprehensive quality evaluation of reconstituted tobacco leaves and establish a quality evaluation method system， a total of 12 different types of reconstituted tobacco leaves were selected， and their physical and chemical indicators， aroma components， and sensory quality were measured. Based on the measurement results， correlation analysis and principal component analysis were used to select 10 key indicators for evaluating the quality of reconstituted tobacco leaves. After analyzing and processing the data， a comprehensive evaluation model for reconstituted tobacco leaves has been obtained， which can quantify the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves. Based on the clustering analysis results， it was found that the comprehensive evaluation model is effective and consistent with the sensory evaluation results. The research results of this article provide a scientific theoretical basis and scientific basis for the quantitative evaluation of the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves and the study of processing technology.

Keywords： reconstituted tobacco； principal component analysis； relevance analysis； cluster analysis； quality evaluation

再造烟叶是利用废弃的烟梗、烟叶碎片、烟末等烟草原料，经浸提、浓缩、分离、打浆、磨浆、抄造、烘干等过程，制成性能优良的天然烟叶薄片，用作卷烟填充物[1]。在卷烟生产过程中，外掺再造烟叶是降低卷烟成本、提高卷烟内在品质的重要手段。近年来再造烟叶生产公司以及卷烟生产工厂已针对如何提升再造烟叶在卷烟加工过程中的作用发挥，积极开展相关研究。但针对不同类型再造烟叶的品质分析和评价体系的研究鲜有报道，是各供应商和卷烟生产厂在再造烟叶加工工艺提升过程中的瓶颈和痛点，因此分析再造烟叶的品质评价指标并建立品质评价体系具有重要意义。

1.1各类型再造烟叶的感官评价分析

试验材料为我厂在用的共12种再造烟叶产品，其中6种再造烟叶来源于供应商A（编号为A1～A6），6种再造烟叶来源于供应商B（编号为B1～B6）。

将再造烟叶卷制为烟支，并由9名质量评吸人员分别进行感官评价，对卷烟风格特征、香气、杂气、刺激性和余味进行打分，满分为10分，风格特征为特殊香型和常规型。单项评分取所有评委打分的平均值。结果如表1所示。

结果表明，供应商B生产的再造烟叶，整体得分偏高，主要体现在香气充足，杂气较少。有特殊香味的再造烟叶，整体香气量充足，且舒适感较好，但受评吸人员主观性影响较大。

1.2再造烟叶的理化成分、致香成分分析

对12种类型再造烟叶定量、厚度、抗张强度等六项物理指标进行检测，并对结果进行方差分析。结果显示，仅厚度和含水率P值<0.05，说明不同供应商生产的再造烟叶厚度和含水率存在显著差异。相较供应商A生产的再造烟叶，供应商B生产的再造烟叶各项指标更为稳定，其抗张强度更高、热水可溶性更低，适合弱加工。

化学指标检测内容包括常规化学、无机阴离子、无机阳离子、细胞壁物质。分别对四项指标进行方差分析，结果发现仅无机阴离子与供应商之间的方差分析P值<0.05，说明不同供应商生产的再造烟叶无机阴离子有显著差异。而通过对各类型再造烟叶的65种致香成分进行分析，发现共22种物质与供应商之间存在显著性差异。

1.3各类型再造烟叶指标的主成分分析

在进行主成分分析前，首先运用皮尔逊相关系数法，对致香成分、物理指标、常规化学等指标间的相关性进行分析，结果显示，有69对指标间的相关性系数P≤0.05，说明指标间有较强的相关性。剔除相关性较小的指标，采用主成分分析法进行分析。由主成分分析表2可知，前4个主成分特征值均大于1，累计贡献率为91.40%。其中第1主成分特征值为3.278，方差贡献率为36.40%，第2主成分特征值为2.367，方差贡献率为26.30%。

根据因子得分系数矩阵，构建因子得分计算公式和综合评价公式。

使用再造烟叶综合品质评价公式（5），分别计算12种不同类型的再造烟叶品质综合得分，发现供应商B生产的再造烟叶整体评价得分靠前，与感官质量评价打分结果较为一致。

1.4各类型再造烟叶指标的聚类分析

使用再造烟叶品质综合得分代替原始数据进行系统聚类分析，得出聚类谱系图。如图1所示，在欧式距离为5时，可以将12种再造烟叶分为4类。

使用感官质量的得分对12种再造烟叶进行系统聚类分析，得出聚类谱系图。如图2所示，在欧式距离为5时，可以将12种再造烟叶分为3类，与主成分得分聚类分析结果相一致，表明基于主成分分析法构建的再造烟叶综合评价模型具有良好的适用性，具有直观、可测量的优势。

本研究通过对12种不同类型的再造烟叶理化指标进行检测，发现不同供应商生产的再造烟叶各项指标之间存在显著差异，采用主成分分析对数据结构进行简化，最终确定了以10个指标为关键指标的再造烟叶品质特性评价模型。该模型可整合多项指标，将再造烟叶品质特性进行量化和分类，能较好地对再造烟叶进行综合评价，评价结果与感官质量得分结果一致，为再造烟叶生产工艺研究提供参考，也为卷烟加工过程中不同品质特性的再造烟叶分组加工提供理论基础和科学依据。

【参考文献】

[1]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.

[2]叶协锋，魏跃伟，杨宇熙，等.基于主成分分析和聚类分析的烤烟质量评价模型构建[J].农业系统科学与综合研究，2009，25（3）：268-271，276.

[3]李壮，金军杰，王吉翠，等.再造烟叶丝掺配均匀性的研究与改进应用[J].烟草科技，2015，48（6）：78-82.

[4]蔡冰，王建新，陈祖刚，等.造纸法再造烟叶致香成分的分析[J].烟草科技，2002（6）：19-23.

[5]WANG W，WANG Y，YANG L，et al.Studies on thermal behavior of reconstituted tobacco sheet[J].Thermochimica Acta，2005，437（1-2）：7-11.

[6]張辞海，胡芸，刘娜，等.基于主成分分析和神经网络的近红外光谱烤烟产地判别[J].贵州农业科学，2018，46（1）：109-112.

[7]李国栋，胡建军，周冀衡，等.基于主成分和聚类分析的烤烟化学品质综合评价[J].烟草科技，2008（12）：5-9，13.

[8]郭建华，宋纪真，王广山，等.基于主成分分析和聚类分析的烟叶物理特性区域归类[J].烟草科技，2014（8）：14-17.

【作者简介】

王丽芳，女，1991年出生，助理工程师，学士，研究方向为卷烟工艺质量。

通讯作者：左雯，男，1987年出生，工程师，硕士，研究方向为卷烟工艺质量。邮箱：zuowen_33@163.com。

（编辑：于淼）