基于因子分析的烤煙主要化學(xué)成分特性

張朝, 葛少林, 佘世科, 黃蘭, 田振峰

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基于因子分析的烤煙主要化學(xué)成分特性

張朝, 葛少林, 佘世科, 黃蘭, 田振峰

(安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 安徽合肥, 230088)

為準確評價煙葉質(zhì)量, 對3個等級317個煙葉樣品進行常規(guī)化學(xué)成分分析, 利用因子分析法對煙葉樣品的化學(xué)成分及其比值進行綜合評價。結(jié)果表明, 煙葉主要化學(xué)成分總體比較協(xié)調(diào), 其總糖、還原糖含量偏高, 不同等級煙葉化學(xué)成分差異明顯。主要表現(xiàn)為含氮化合物與含碳化合物呈顯著負相關(guān), 總氮與總植物堿呈顯著正相關(guān); 對主要化學(xué)成分及其比值進行因子提取得到3個主因子, 代表其方差貢獻率的83%以上, 分別為含碳因子、燃燒因子及含氮因子。

烤煙; 化學(xué)成分; 因子分析

目前, 提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、合理布局高端產(chǎn)品成為各卷煙企業(yè)發(fā)展的首要任務(wù), 進而對煙葉原料提出了更高的要求。因此, 如何對企業(yè)煙葉原料進行合理評價及配方設(shè)計則顯得尤為重要[1]。煙葉的化學(xué)成分決定了煙葉的品質(zhì)水平, 也是卷煙配方的重要參考指標。但是煙葉化學(xué)成分復(fù)雜, 如何選擇合理的方法來反映煙葉的品質(zhì)水平, 是準確表征煙葉質(zhì)量的重要基礎(chǔ)[2]。近年來, 數(shù)理統(tǒng)計方法在煙草分析中得到了比較廣泛的應(yīng)用, 例如模糊綜合法、典型相關(guān)性分析法、主成分分析法、聚類分析法等[3-6]。馬云明等[7]通過對云南烤煙主要化學(xué)成分的因子分析得到3個主因子。董高峰等[8]通過對楚雄煙區(qū)烤煙主要化學(xué)成分進行因子分析得到5個主因子, 前人的研究成果均對煙葉的評價提供了參考。然而, 前人的研究煙葉樣本量較小, 針對較大樣本量的研究鮮有報道。本文選取317個單等級煙葉原料, 以氯、煙堿、鉀、總糖、還原糖、總氮、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等9個煙葉質(zhì)量指標, 以DPS軟件為工具, 運用因子分析的方法對煙葉進行質(zhì)量評價, 以期能夠為卷煙配方設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 煙葉樣品的選取

選取2013年安徽中煙基地單元初烤煙葉樣品共計317個, 分別為B2F等級106個、C3F等級106個、X2F等級105個, 每個樣品取0.5 kg, 用于常規(guī)化學(xué)成分的分析。

1.2 化學(xué)成分檢測

煙葉樣品分別進行總糖、還原糖、總氮、總植物堿、氯、鉀常規(guī)化學(xué)成分的分析檢測, 并計算糖堿比、氮堿比和鉀氯比。總糖、還原糖按照煙草行業(yè)標準YC/T159-2002進行測定; 總氮、總植物堿、氯及鉀分別按照煙草行業(yè)標準YC/T161-2002, YC/T160-2002, YC/T160-2011及YC/T217-2007進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理采用DPS v7.05版軟件進行[9]。運用描述統(tǒng)計和因子分析法對煙葉化學(xué)成分指標進行分析和評價。

2 結(jié)果

2.1 描述性統(tǒng)計

優(yōu)質(zhì)烤煙化學(xué)成分的適宜值范圍為: 還原糖18%～22%, 總糖20%～26%, 總氮1.5%～3.5% , 總植物堿1.5%～3.5%, 氯含量0.3%～0.8%, 鉀含量＞2%, 糖堿比10～15, 氮堿比≤1, 鉀氯比＞4[10-11]。煙葉的主要化學(xué)成分變異見表1, 氯的變異系數(shù)最大(74.17%), 總糖的變異系數(shù)最小(17.77%)?？傮w呈現(xiàn)出氯＞鉀氯比＞糖堿比＞總植物堿＞氮堿比＞鉀＞總氮＞還原糖＞總糖的趨勢。

表1 煙葉主要化學(xué)成分描述性統(tǒng)計

從表1可知, 部分樣品的化學(xué)成分超出適宜值范圍。全部化學(xué)指標均為右偏態(tài)峰, 氯的偏度系數(shù)絕對值最大(2.87)。氯、鉀、還原糖、糖堿比、氮堿比和鉀氯比的峰度系數(shù)大于 0, 為尖峭峰, 數(shù)據(jù)分布較集中, 其余幾個化學(xué)指標的峰度系數(shù)小于 0, 為平闊峰, 數(shù)據(jù)比較分散。

2.2 不同部位(等級)煙葉化學(xué)成分變異分析

從表2可以看出3個等級的氯含量沒有明星的差異, 總植物堿及總氮含量趨勢為B2F＞C3F＞X2F, 鉀、糖堿比、氮堿比及鉀氯比含量趨勢為X2F＞C3F＞X2F, 中部煙和下部煙的總糖和還原糖含量明顯高于上部煙, 但中部煙和下部煙的兩糖含量沒有明顯的差異。3個等級總植物堿和總氮含量均符合優(yōu)質(zhì)煙葉的要求, 總糖和還原糖的含量總體較高, 都在25%以上。

表2 3等級煙葉主要化學(xué)成分含量比較

從化學(xué)成分的變異來看, 總體表現(xiàn)為3個等級的氯、糖堿比及鉀氯比含量變異都比較大, X2F的總植物堿的變異明顯大于其他2個等級。由于樣品取樣涵蓋范圍較廣, 樣品數(shù)量較大, 造成化學(xué)成分有較大變異, 然而正是這些成分的差異性為卷煙的配方設(shè)計提供了更大的調(diào)整空間。

2.3 煙葉化學(xué)成分的相關(guān)性分析

由化學(xué)成分的相關(guān)系數(shù)矩陣(表3)可知, 氯與鉀、鉀氯比顯著負相關(guān)?？傊参飰A與總氮顯著正相關(guān), 與其余化學(xué)指標負相關(guān)?？偺桥c還原糖、糖堿比、氮堿比呈顯著正相關(guān), 與其余指標呈負相關(guān), 其他化學(xué)成分間的相關(guān)性或正或負。

表3 化學(xué)成分間的簡單相關(guān)系數(shù)

注: *表示在0.05水平顯著; **表示在0.01水平極顯著。

2.4 煙葉化學(xué)成分的因子分析

利用DPS數(shù)據(jù)處理軟件對化學(xué)指標進行因子分析, 得到的特征值、方差貢獻率和累計百分率表明前3個因子的累計百分率達到83.915 2%, 基本反映了總體特征, 故提取前3個因子作為主因子。這3個因子的特征向量和貢獻率見表4。

從因子載荷矩陣(表5)可以看出, 第1個主因子主要由總糖、還原糖決定, 并且總糖、還原糖在第1個因子上具有較大的正載荷值, 說明這2個變量具有相似的變化趨勢, 相互之間呈正相關(guān)。第1個因子主要包括含碳化合物, 故可稱之為含碳因子, 其對煙葉化學(xué)成分的貢獻率為46.122%。第 2 個因子中, 氯具有較高的負載荷, 鉀氯比具有較高的正載荷, 鉀氯比通常用來評價煙葉燃燒性, 因此第2個因子可以稱為燃燒性因子, 其貢獻率為25.344%。在第3個因子中氮堿比及糖堿比具有較大正載荷, 總植物堿具有較大的負載荷值, 主要為含氮化合物, 因此可以稱為含氮因子, 貢獻率為12.448%。

表4 化學(xué)成分相關(guān)矩陣R的特征值、貢獻率、累積貢獻率

表5 化學(xué)成分的因子載荷矩陣

3 結(jié)論

化學(xué)成分是煙葉質(zhì)量的內(nèi)涵, 進行煙葉質(zhì)量評價時, 要從整體上考慮其化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性。本研究選取的煙葉整體含糖量較高, 總糖、還原糖含量的變異較小, 氯、糖堿比及鉀氯比變異較大, 這可能與煙葉樣品的選取范圍較廣有關(guān)。不同等級煙葉化學(xué)成分差異較大, 基本符合上中下不同部位煙葉化學(xué)特征?；瘜W(xué)成分的較大變異及不同等級的較大差異為卷煙配方提供了較大的調(diào)整空間。由煙葉主要化學(xué)成分的相關(guān)性分析可知, 含氮化合物和含碳化合物呈顯著負相關(guān)。同時通過煙葉主要化學(xué)成分及其比值進行因子分析得到3個主因子, 其中含碳因子貢獻率最高, 表明其在化學(xué)成分中的作用最大, 對烤煙品質(zhì)的影響最顯著。燃燒性因子為該因子分析的第2個主因子, 由于鉀和氯都影響煙葉的燃燒性, 因此在卷煙配方中應(yīng)注意鉀、氯離子的調(diào)控以及適宜的鉀氯比。含氮因子為第3個主因子, 主要由總植物堿、糖堿比、氮堿比決定, 因此調(diào)整合適的總植物堿含量及碳氮協(xié)調(diào)性也是卷煙配方關(guān)注的重點。以上結(jié)果為煙葉化學(xué)質(zhì)量綜合評價和卷煙生產(chǎn)提供了一定的參考。

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(責(zé)任編校:劉曉霞)

Analysis of the main chemical components of flue-cured tobacco characteristics based on factor analysis

Zhang Zhao, Ge Shaolin, She Shike, Huang Lan, Tian Zhenfeng

(Research and Development Center, China Tobacco Anhui Industrial Co Ltd, Hefei 230088, China)

To accurately evaluate tobacco quality, the routine chemical components of three grade 317 tobacco samples are analyzed, and the chemical composition and the ratio of tobacco samples are evaluated by the method of factor analysis. The results show that the overall comparison, coordination, total sugar, reducing sugar content are high, the differences of chemical components of different grades of tobacco leaf are obvious. The main chemical constituents nitrogen content is negatively related to carbon containing compounds, and is positively related to total nitrogen and total alkaloids; based on the main chemical composition. 3 main factors including the carbon factor, combustion factor and nitrogen factor are extracted from the ratio of factors, which represents the variance contribution rate of 83%.

flue cured tobacco; chemical composition; factor analysis

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.02.024

TS 41+1

1672–6146(2015)02–0084–04

張朝, zhaoz@mail.ustc.edu.cn.

2014-12-25