基于化學成分的煙草質量評價方法研究與應用.pdf

1、煙草是最重要的經濟作物，它從一開始就在農業(yè)經濟和國際貿易中占有重要地位，是國民經濟的重要組成部分。煙葉質量評價是風格特色煙葉研究、煙葉加工特性研究、模塊配方手段研究和葉組替代技術研究等眾多煙草前沿研究方向的基礎。本試驗以灰色理論為基礎，結合神經網絡理論、模糊理論等綜合評價方法對烤煙化學成分、烤煙產區(qū)、烤煙形態(tài)特征與化學成分、烤煙感官質量等諸多問題進行了研究和評價 主要研究結論如下： 1.眾多的煙草化學成分指標增加了煙葉品

2、質分析和質量綜合評價的難度。針對這一問題，本試驗選取主要烤煙產區(qū)樣品共247份，并運用灰色統(tǒng)計分析法研究了這些樣品的10個化學成分指標。結果表明：氮堿比屬于大影響指標，對煙葉品質的影響程度最大；總氮、糖堿比、氯、還原糖、煙堿、水溶性總糖、總植物堿、鉀氯比為中影響指標，對煙葉品質的影響程度僅次于大影響指標，蛋白質屬于小影響指標。配方葉組選擇煙葉原料時，如果煙葉化學成分不在適宜區(qū)域內，總氮等大影響指標選擇小于適宜區(qū)域的化學成分比較合理；還原

3、糖、煙堿、水溶性總糖、總植物堿、鉀氯比、糖堿比、氮堿比、氯等中影響指標應選擇大于適宜區(qū)域的化學成分對煙葉品質損害較小。 2.烤煙化學成分指標之間的關系密切而復雜。為簡化化學成分指標，本文選取我國主要煙區(qū)272份煙葉樣品，對14個化學成分指標進行了灰色關聯(lián)聚類分析。 3.單料煙感官質量評定大多采用描述性語言對各單項指標進行評價，不易形成定量的綜合評價結果。針對這一問題，本研究采用層次模糊法對單料煙感官質量進行了綜合評價。

4、 4.為了探索烤煙等級替代、分組加工的理論基礎，本試驗采用灰色等權聚類法對18個烤煙產區(qū)的68份下部葉化學成分進行了聚類，結果表明，福建將樂縣下部葉化學成分屬于A類，為化學成分很協(xié)調區(qū)域，其他17個烤煙產區(qū)下部葉化學成分都屬于B類，為化學成分協(xié)調區(qū)域。當某個聚類系數與其他聚類系數同時差異顯著，且該聚類系數為最大時，綜合聚類系數和一般聚類系數結果一致。采用總氮、氮堿比、糖堿比、氯和總揮發(fā)性酸5個化學成分指標與采用14個指標對烤煙產區(qū)

5、進行灰色等權聚類的結果具有較好的相似性。采用平均值-標準偏差法確定白化函數的值域，能有效避免人為因素對聚類結果的影響。 5.為了探討不同烤煙產區(qū)化學成分的相似性，為烤煙分組加工和等級替代提供理論依據，本試驗采用因子分析與廣義灰色絕對關聯(lián)相結合的方法對不同烤煙產區(qū)煙葉上部葉化學成分進行了統(tǒng)計分析。 6.本試驗采用多元方差分析法對不同部位煙葉的化學成分在烤煙產區(qū)間的差異性、同一產區(qū)不同品種間化學成分的差異性以及不同產區(qū)不同品

6、種間化學成分的差異性進行了系統(tǒng)分析。 7.本試驗采用多因素方差分析法對10個烤煙產區(qū)4個年份4個等級的煙葉進行了系統(tǒng)分析。 8.以我國主產煙區(qū)的主栽烤煙品種K326為材料，測定了3個等級(C3F、B2F和X2F)共計391份樣品的煙堿含量和物理性狀，分析了煙堿含量與物理性狀的相互關系。 9.本試驗以我國主產煙區(qū)的主栽烤煙品種K326為材料，測定了X2F(下橘二)等級共計124份樣品的總氮、煙堿含量和物理性狀，系統(tǒng)

7、地分析了總氮含量、氮堿比與物理性狀的相互關系。結果表明：總氮含量、氮堿比和物理性狀在樣品間存在著廣泛的變異。總氮含量隨單葉重、葉長、葉面密度的增加而逐步下降；氮堿比隨葉長、葉寬的增加而上升，隨葉面密度的增加而逐漸下降?？偟c葉長、葉面密度的關系可分別用逆函數＾y=0.827+38.047/x、復合函數＾y=1.880×0.996x描述；氮堿比與葉寬、葉面密度的關系可分別用復合函數＾y=0.413×1.023x描述、冪函數＾y=2.791

8、.×x-0.354描述。 10.本試驗以我國主產煙區(qū)124份烤煙中部葉樣品為研究材料，采用數理統(tǒng)計方法系統(tǒng)地分析了還原糖含量、還原糖煙堿比與若干形態(tài)特征的相互關系。 11.本研究以我國烤煙主產區(qū)122份煙葉中部葉樣品為基礎，系統(tǒng)地分析了煙葉鉀含量、氯含量、鉀氯比與物理性狀之間的關系。結果表明：各性狀在供試材料間存在著廣泛的變異。煙葉鉀含量與葉長、葉面密度分別呈極顯著正相關、負相關；煙葉氯含量與葉面密度呈顯著正相關；煙葉鉀

9、氯比與葉長、葉厚分別呈極顯著正相關、顯著負相關。南方煙區(qū)烤煙中部葉煙葉鉀含量與葉長、葉面密度的關系可分別用逆函數＾y=7.803-343.262/x、復合函數＾y=4.612×0.991x進行描述；煙葉氯含量與葉面密度的關系可用二次函數＾y=1.268-0.034x+0.0003x2描述；煙葉鉀氯比與葉長、葉厚的關系可分別用復合函數＾y=0.023×1.105x、二次函數＾y=94.408-1355.208x+5897.907x2進行描

10、述；且均達到5％顯著水平，表明曲線回歸一般較簡單線性回歸分析更有效?？緹熤胁咳~鉀含量、鉀氯比隨單葉重的增加而降低，隨葉長的增長而增加明顯；氯含量隨單葉重的增加而升高，隨葉長的增加而迅速下降，隨葉厚的增加而增加；南方煙區(qū)烤煙葉寬為23.5cm、葉面密度為85.31 g/m2是兩個敏感閾值。 12.本文以我國南方煙區(qū)烤煙品種K326不同部位的166份樣品為例，研究了烤煙主要化學成分與葉片長度的關系。結果表明，煙堿、總氮、還原糖、鉀、

11、氯、氮堿比、糖堿比、鉀氯比、葉長在樣品間存在廣泛的變異。氯和鉀氯比在部位間差異不顯著，葉長、煙堿、氮堿比和糖堿比在部位間差異顯著；總氮、還原糖在中部、下部間差異未達到顯著水平，但二者均與上部葉差異顯著；上部、中部葉的鉀含量差異不顯著，但二者均與下部葉差異顯著。上部、下部葉長達到55.3cm時比較敏感，超過該長度時，煙堿、總氮、氮堿比出現(xiàn)明顯變化；在中、下部葉長大于55.3cm后，還原糖含量也出現(xiàn)突變。上部葉的糖堿比與中、下部葉的鉀氯比、

12、鉀、氯含量在葉長大于61.5cm后變化較大。 13.以烤煙品種K326為供試材料，采用典型相關分析方法研究了烤煙不同部位煙葉的主要物理性狀和化學成分的關系。結果表明，烤煙物理性狀和化學成分所具有的顯著性指標因部位而異；上、中、下3個部位物理性狀共有的顯著性指標是葉長、葉厚和葉面密度，化學成分共有的顯著性指標是氯含量、鉀含量和鉀氯比，且后者對典型變量的相對作用大小一致，表現(xiàn)為鉀>鉀氯比>氯；烤煙不同部位煙葉葉長、葉厚和葉面密度與鉀

13、、鉀氯比和氯的關系最為密切。典型負載系數可以作為確定各部位物理特性和化學成分顯著性指標的重要依據。 14.為了指導配方打葉的小配方模塊設計，本試驗利用灰色理論建立了烤煙醇化過程糖堿比GM(1，1)灰色模型、糖堿比新陳代謝GM(1，1)灰色模型、氮堿比GM(1，1)灰色模型、氮堿比指數平滑GM(1，1)灰色修正模型和氮堿比對數GM(1，1)灰色修正模型。模型檢驗結果表明，建立的各種糖堿比、氮堿比模型都有意義，而且可用作中、長期預測

14、。糖堿比灰色模型精度較高，兩種模型精度分別達到了98.37％和99.73％：氮堿比灰色模型通過指數平滑和對數修正后，模型精度分別達到了93.56％和88.52％。 15.利用灰色理論建立了烤煙醇化期間總香味成分、香氣質、香氣量的GM(1，1)灰色模型。河南B2F的總香味成分、香氣質、香氣量的GM(1，1)灰色模型精度分別達到了98.63％、99.24％和99.91％；河南C3F的總香味成分、香氣質、香氣量的GM(1，1)灰色模型

15、精度分別達到了97.82％、99.94％和99.09％。 16.建立模型的首要問題是恰當地選取進入模型的解釋變量。針對這一問題，本文采用灰色絕對關聯(lián)度和灰色關聯(lián)聚類相結合的綜合評價方法，對烤煙主要化學成分和香氣質的灰色模型變量進行了分析。結果表明，進入香氣質灰色預測模型的化學成分指標變量為總氮、還原糖、pH值、糖堿比、氮堿比；進入香氣量灰色預測模型的化學成分指標變量為總氮、還原糖、鉀、pH值和糖堿比。灰色絕對關聯(lián)度和灰色關聯(lián)聚類

16、相結合不僅解決了自變量與因變量之間的關系問題，也解決了自變量之間的多重共線性問題。 17.建立了烤煙化學成分與香氣質、香氣量的GM(1，N)-BP神經網絡預測模型，結果表明，香氣質GM(1,N)-BP神經網絡預測模型的模擬精度、預測精度分別達到95.29％、98.56％，比單純GM(1,N)模型的預測精度提高了3.4％；香氣量GM(1,N))-BP神經網絡預測模型的模擬精度、預測精度分別達到95.13％、98.20％，比單純GM

17、(1,N)模型的預測精度提高了2.16％。當網絡結構為1-3-1時，香氣質GM(1,N)-BP神經網絡預測模型的預測精度最高；當網絡結構為1-9-1時，香氣量GMq(1,N)-BP神經網絡預測模型的預測精度最高。 18.采用時間序列分析法，建立了卷煙煙氣焦油量的預測模型。結果表明，所建立的卷煙煙氣焦油量的ARMA(2，2)預測模型，模型預測精度達到了99.51％，平均相對誤差為0.49％，屬于一級(優(yōu)等)模型，預測精度優(yōu)于因果模