云南不同品种烟叶主要化学指标与其感官质量的灰色关联分析

　　摘要：采用灰色系统理论提出的一种新的分析方法——关联度分析法，对烟叶主要化学成分与其感官质量进行了灰色关联分析。结果表明：糖碱比与香气质、香气量、杂气、余味和刺激性关联度最大，糖差与灰色的关联度最大，K2O与燃烧性中的关联度最大，总糖与与劲头的关联度最大，烟碱和总氮与整个评吸指标的关联度相对都是较小的。说明糖碱比与糖差对感官质量的评价影响最为明显，烟碱和总氮在对感官质量的评价作用相对较小。灰色关联分析用于烟叶质量分析可能是一种较为有效的方法。

　　关键词：烟叶；化学成分；感官质量；灰色关联分析

　　寻求高质量的烟叶是烟叶种植者和烟叶使用者共同的目标。朱尊权先生认为用“可用性”[[1]]来评价烟叶的工业使用价值更合适，可用性包括外观因素、物理特性、评吸项目、化学成成份、安全性5个方面。其中烟叶的化学成分是决定其质量的重要因素[2]。为了初步建立了烤烟质量评价指标体系，以便摆脱过去单纯的经验和技术分析，实现了多元化和定量化，从而提高烟叶质量评价的科学性和评价结果的科学性、准确性，研究烟叶化学指标主要采用相关性分析、定性分析、聚类分析和多元回归分析[3，4，5，6]。本文探讨了灰色关联分析方法在烟草内在质量评价上的应用。

　　1 资料来源与数据的初始化处理

　　对2004年云南省十一地州十五个县的烤烟进行随机采样，进行化学成分分析，总计采样358份，分析的化学成分主要为总糖，还原糖含量，烟碱含量，总氮含量，蛋白质含量，K2O含量。通过化学成分衍生出化学成份均匀性指标糖差，糖碱比，氮碱比。香气质、香气量、余味、杂气、刺激性、劲头、燃烧性、灰色等感官评吸指标由郑州烟草研究院对送检烟样进行品吸后的评分。

　　按灰色关联分析的要求，将9个烟草品种和8个感官评吸指标、6个化学成分以及3个化学成份均匀性指标视为一总体，即灰色系统，设香气质、香气量、余味、杂气、刺激性、劲头、燃烧性、灰色为参考数列y1 、y2、y3…y7、y8，总糖，还原糖含量，烟碱含量，总氮含量，蛋白质含量，K2O含量，糖差，糖碱比，氮碱比分别为比较数列x1 、x2、x3…x8、x9 ，将分析结果各品种化学成分、化学成份均匀性指标及感官评吸指标平均值列入表1。
本研究所有数据处理采用DPS数据处理系统(Data Processing System)进行处理[7]。
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表1 各化学成分、化学成份均匀性指标及感官评吸指标平均值
Table 1 The average value of chemical and its compositional uniformity and the sensory evaluation index
品种总糖还原糖烟碱%总氮%蛋白质糖差K2O%糖碱比氮碱比香气质香气量余味杂气刺激性劲头燃烧性灰色
k32625.50 20.00 3.15 3.21 9.70 5.50 26.10 10.14 1.48 11.20 15.78 15.67 10.02 7.45 8.48 3.67 3.60
k34621.24 17.97 4.06 2.27 9.63 3.27 1.96 5.78 0.59 11.19 16.00 15.64 10.45 7.59 8.41 3.36 3.24
k35822.31 18.79 4.07 2.38 10.31 3.52 1.91 6.45 0.61 10.95 15.73 15.33 10.16 7.40 8.20 3.30 3.12
RG1121.91 17.82 4.33 2.35 9.79 4.09 1.87 5.57 0.57 10.56 15.49 14.96 9.91 7.26 8.29 3.37 3.27
RG1711.81 10.16 4.94 3.22 14.54 1.65 2.53 2.63 0.67 10.55 15.50 15.23 9.95 7.00 7.70 3.14 2.78
云烟31720.48 17.13 4.11 2.40 10.42 3.35 2.02 5.90 0.61 10.80 15.74 15.37 10.19 7.34 8.10 3.25 3.03
云烟8525.66 21.06 3.47 2.07 9.07 4.60 1.80 11.65 0.67 11.23 15.87 15.66 10.51 7.64 8.34 17.05 3.24
云烟8726.22 22.17 3.35 2.06 9.10 4.06 1.77 9.90 0.67 11.02 15.78 15.51 10.28 7.58 8.37 3.21 3.08
红大19.27 15.64 3.13 2.24 10.40 3.63 1.78 9.60 0.89 11.48 16.13 15.86 10.83 7.84 8.61 3.42 3.38

　　2 结果计算与分析
　　按灰色关联分析的要求，将各化学成分、化学成份均匀性指标以及评吸指标平均值做如下计算。

　　2.1原始数据的顸处理

　　按公式：
　　　　　　
　　对表l数据做标准差标准化处理，其中为各原始数据，为同一化学成分或化学成份均匀性指标平均值，为同一化学成分或化学成份均匀性指标标准差，为原始数据标准化处理后结果(见表2)。

表2 原始数据标准化处理
Table 2 The standard treatment of the original data
品种总糖还原糖烟碱%总氮%蛋白质糖差K2O%糖碱比氮碱比香气质香气量余味杂气刺激性劲头燃烧性灰色
k3260.880.61-1.141.69-0.381.672.670.902.520.65-0.020.72-0.79-0.010.76-0.261.75
k346-0.080.030.35-0.45-0.42-0.44-0.33-0.59-0.560.611.060.620.650.550.51-0.330.20
k3580.160.260.37-0.20-0.01-0.21-0.34-0.36-0.49-0.15-0.24-0.51-0.32-0.23-0.29-0.34-0.32
RG110.07-0.010.79-0.27-0.320.33-0.34-0.66-0.63-1.39-1.40-1.85-1.16-0.800.05-0.330.33
RG17-2.21-2.191.791.702.54-1.99-0.26-1.67-0.28-1.42-1.35-0.87-1.02-1.86-2.20-0.38-1.80
云烟317-0.25-0.210.43-0.150.05-0.37-0.33-0.55-0.49-0.63-0.19-0.36-0.22-0.48-0.68-0.35-0.71
云烟850.920.91-0.62-0.89-0.760.82-0.351.41-0.280.720.450.680.850.770.252.670.22
云烟871.051.23-0.80-0.92-0.740.30-0.360.82-0.280.070.010.160.090.500.34-0.36-0.48
红大-0.53-0.63-1.17-0.510.04-0.10-0.350.710.481.531.681.421.921.571.27-0.320.81

　　2.2 求参考数列与比较数列的差值根据表2求出x0与xi各对应点的绝对差值，即 ,将求出的差值列入表3－10。
表3 香气质差值
Table 3 The quality difference of the aroma component
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.22690.68950.31211.45590.79760.37280.19380.97872.0530
K3460.04740.57660.41611.37460.77150.41880.18511.15772.1568
K3581.79780.25670.51932.17933.20991.05951.34390.87222.6974
RG111.03341.05420.04581.12063.12080.47421.61760.99162.0399
RG171.03111.02940.14001.06093.95550.68101.48560.80821.4831
红大1.01721.05230.05841.71330.57160.25820.09110.23091.6283
云烟852.01060.94060.18721.04201.15570.30111.07710.42381.8807
云烟870.24321.20080.21220.72120.25240.07450.69030.74860.8124
云烟3171.86581.16530.33660.75931.13680.13811.00470.34801.0456

表4 香气量差值
Table 4 The quantity difference of the aroma component
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.89991.13660.40291.46570.86740.05910.46541.03622.2070
K3460.62561.02360.50691.38440.84130.01310.45681.21512.3107
K3581.12490.70370.61012.18923.14010.62761.07230.81472.8514
RG111.70641.50130.04511.13043.05100.04231.34590.93412.1938
RG170.35821.47640.23091.07073.88560.24911.21390.75081.6370
红大1.69011.49940.03241.72310.64140.17370.36280.28841.7822
云烟852.68351.38760.09641.05191.08580.13080.80540.36632.0347
云烟870.91621.64780.12130.73100.32230.35740.96200.80610.9663
云烟3172.53871.61230.24570.76921.06700.29380.73300.29051.1995

表5余味差值
Table 5 The difference of the lingering odor
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.16080.70020.66951.92471.34240.10990.23400.88971.9461
K3460.11350.58720.77341.84341.31630.15600.22541.06862.0498
K3581.86390.26730.87662.64822.66510.79671.30370.96122.5905
RG110.96731.06490.31161.58952.57600.21141.57731.08061.9329
RG171.09721.04000.49741.52973.41060.41821.44530.89731.3761
红大0.95111.06300.29892.18211.11640.00460.13130.14181.5213
云烟851.94450.95120.17011.51090.61080.03831.03680.51291.7738
云烟870.17711.21140.14521.19010.79730.18830.73050.65960.7054
云烟3171.79971.17590.02081.22820.59200.12470.96440.43700.9386

表6杂气差值
Table 6 The difference of the offensive odor
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3261.67610.72970.48131.22601.19270.03300.06360.95332.4450
K3461.40180.61680.58521.14471.16660.01310.05501.13232.5487
K3580.34860.29680.68841.94952.81480.65371.47410.89753.0894
RG112.48261.09440.12340.89082.72570.06841.74771.01692.4318
RG170.41811.06960.30920.83103.56030.27531.61570.83361.8750
红大2.46641.09250.11071.48340.96670.14760.03910.20552.0202
云烟853.45980.98070.01810.81220.76050.10461.20720.44922.2727
云烟871.69241.24100.04300.49140.64760.33130.56020.72321.2043
云烟3173.31501.20550.16740.52950.74170.26761.13480.37341.4375

表7刺激性差值
Table 7 The difference of mucosa irritation
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.89510.62740.39100.87250.35020.22210.14890.54272.0946
K3460.62080.51450.49490.79120.32420.26820.14030.72172.1984
K3581.12960.19460.59811.59593.65720.90881.38881.30812.7390
RG111.70160.99210.03310.53723.56810.32351.66241.42752.0815
RG170.36290.96730.21890.47754.40280.53031.53041.24421.5247
红大1.68540.99020.02041.12990.12430.10750.04620.20511.6699
云烟852.67880.87850.10840.45871.60300.15041.12200.85981.9223
云烟870.91141.13870.13330.13780.19490.07620.64540.31260.8540
云烟3172.53401.10320.25770.17601.58420.01261.04950.78401.0872

表8劲头差值
Table 8 The difference of the impact of cigarette smoke
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.11940.58710.45500.02160.01580.42190.67260.70721.7947
K3460.15500.47420.55900.05970.01030.46800.66390.88611.8985
K3581.90540.15420.66220.74513.99171.10860.86511.14372.4391
RG110.92590.95180.09710.31363.90260.52331.13881.26311.7816
RG171.13870.92690.28290.37344.73720.73021.00671.07981.2248
红大0.90960.94990.08450.27900.21020.30730.56990.04061.3700
云烟851.90300.83810.04440.39221.93740.35030.59830.69531.6224
云烟870.13561.09840.06930.71300.52930.12361.16910.47710.5541
云烟3171.75821.06290.19370.67491.91860.18730.52590.61950.7873

表9燃烧性差值
Table 9 The difference of the flammability
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3261.14330.24740.50260.39681.83800.09951.74731.40710.2114
K3460.86900.36030.60660.31551.81190.14561.75591.58600.3152
K3580.88140.68030.70981.12022.16950.78623.28500.44380.8558
RG111.94980.11730.14470.06152.08040.20093.55860.56320.1983
RG170.11480.09250.33050.00182.91510.40783.42660.37990.3585
红大1.93360.11540.13210.65421.61200.01511.85000.65930.2133
云烟852.92700.00370.00330.01700.11530.02793.01810.00460.0391
云烟871.15960.26390.02170.33791.29280.19881.25081.17701.0292
云烟3172.78220.22840.14610.29970.09640.13512.94570.08040.7960

表10灰色差值
Table10 The difference of the grey
品种△1△2△3△4△5△6△7△8△9
k 3260.87260.28180.48160.26050.41720.45840.70131.52631.3355
K3461.14690.16880.58550.34180.39110.50450.69271.70531.4393
K3582.89740.15110.68870.46303.59021.14510.83640.32451.9800
RG110.06610.64640.12370.59573.50120.55981.11000.44391.3224
RG172.13070.62160.30950.65554.33580.76670.97800.26060.7656
红大0.08240.64460.11100.00310.19120.34390.59860.77850.9108
云烟850.91110.53280.01780.67431.53600.38680.56950.12381.1632
云烟870.85630.79300.04270.99510.12790.16011.19781.29620.0949
云烟3170.76630.75750.16710.95701.51720.22380.49710.19960.3281

　　2.3 求关联系数从表3－10可得表11：

表11 各评吸指标的二级最小差值和二级最大差值
Table 11 The secondary minor and maximum difference of the sensory evaluation index
评吸指标
香气质0.045783.95546
香气量0.013083.88561
余味0.004623.41065
杂气0.013083.56034
刺激性0.012554.40279
劲头0.010264.73722
燃烧性0.001793.55862
灰色0.003074.33581


　　将表3－表10的差值带入公式：

　　为分辨系数，取0与1之间的数，一般取＝0.5求得各化学成分或化学成份均匀性指标与各评吸指标之间的关联系数。

　　2.4 求关联度将求得的关联系数值代入下面公式：

　　求得主要化学成分指标与各评吸指标的关联度见表12

表12主要化学成分指标与评吸指标的关联度
Table 12 The correlation of main chemical component and the evaluation index
项目总糖还原糖烟碱%总氮%蛋白质糖差K2O%糖碱比氮碱比
香气质0.761980.765680.616340.662510.662700.782180.707630.815640.73420
香气量0.704870.711540.614200.649840.676770.729030.695750.74209  0.70611
余味0.703360.699970.564800.613340.603550.727450.684500.747760.71322
杂气0.696450.699850.625450.622350.655900.720900.687230.728270.69353
刺激0.790800.793300.638660.668920.697660.812450.712550.838640.73886
劲头0.841770.831460.668260.710950.702660.839490.749770.831280.75968
燃烧性0.720700.711830.633050.740610.770010.746260.849220.734740.77395
灰色0.771560.757720.677700.752270.702920.855620.788230.803200.80052


　　在关联分析中，因子的重要性用关联度表示。关联度越大，表示因子越重要。糖碱比与香气质、香气量、杂气、余味和刺激性关联度最大，关联系数分别为0.8156、0.74209、0.7282、0.7477、0.8386。也意味糖碱比对以上5个评吸指标影响最明显。
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　　总糖对于劲头的影响也是居于9种化学成分之首，关联系数达到0.84177，其次对于劲头较为明显的是糖差和还原糖，K2O对于劲头的关联度较烟碱、蛋白质和总氮明显。

　　糖差对于评吸指标的影响相对也是比较明显，与灰色的关联度最大，在与香气质、香气量、劲头、杂气和刺激性关联度居糖碱比之后，与燃烧性和劲头关联度也是居于前列，说明糖差对评吸指标的影响是相当明显，是一个重要的化学成份均匀性指标。

　　Bain(1930)、Affoe(1940)、Peretrson(1963)的研究均表明烟叶化学成分中以钾离子对烟叶燃烧性影响最大，Horler(1993)也获得了类似的结果。从灰色关联也得出同样的结果。K2O在燃烧性中的关联度最大，其次对燃烧性较为明显的有氮碱比、总氮和蛋白质。K2O在与其余的评吸指标关联程度上表现一般。

　　烟碱在对整个评吸指标的关联度相对都是最小的，总氮在整个评吸指标的关联度也是相对较小。表示烟碱和总氮对于评吸指标的影响相对不甚明显。

　　蛋白质在燃烧性上的关联度较大，与其余的评吸指标关联程度一般或较小，说明蛋白质对评吸指标的影响总体较总糖和还原糖小。

　　3 结论与讨论

　　1、为了找出决定烟草内在质量因子间的主从关系，多年来，通常采用相关分析、回归分析和通径分析等统计方法。而这些方法需要大量的原始数据，计算工作量很大，并要求数据有一定的统计规律，且服从于一定的理论分布，因此，在很多情况下，难以有效地应用上述统计方法。而灰色关联分析方法能够克服这种局限性，且简便易行[8]。通过灰色关联分析，找出影响烟草质量的主导因子，为云南优质烤烟质量标准体系建立提供重要的依据。

　　2、烟草化学成分及化学均匀指标有多个，本文仅对9个化学成分及化学均匀指标进行初步探讨，有关其它成分诸如氯、淀粉、石油醚提取物及挥发性碱的含量等尚待进一步研究。

　　3、通过关联分析，在建立烤烟质量评价指标体系中，参考烟叶的主要化学成分含量应该以糖碱比和糖差为控制指标，其它为参考指标。这与通常应用的评价指标是相符合。

参考文献

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