灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價中的應用研究

摘要灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價過程中，能夠在大量指標中方便地找出決定煙葉質量的主要因子和發(fā)現(xiàn)新的決定因素。分析了灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價中的應用優(yōu)勢，并對其在煙葉內(nèi)在質量和外觀質量評價過程中的應用進行綜述。

關鍵詞灰色系統(tǒng)理論；內(nèi)在質量；外觀質量

中圖分類號S572文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01181-03

作者簡介楊丙釗（1973-），男，河南臨潁人，從事煙葉生產(chǎn)與管理研究。

煙草是一種重要的經(jīng)濟作物，是國民經(jīng)濟的重要組成部分，煙葉質量決定著卷煙產(chǎn)品的優(yōu)劣，因此煙葉質量評價在煙草科學研究中起著基礎性的作用。隨著我國煙草重組整合后的快速發(fā)展，對我國煙葉原料產(chǎn)區(qū)的布局調整也產(chǎn)生了重大的影響，建立有效的煙葉質量評價體系是目前煙草科學研究中的重要內(nèi)容。灰色系統(tǒng)理論通過灰色關聯(lián)分析方法對煙葉質量各相關指標進行分析和綜合評價，可為協(xié)調煙葉化學成分，改善煙葉質量和找出新的質量評價指標提供理論依據(jù)，在煙葉質量評價方面得到廣泛的應用。

1 灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價方面的優(yōu)勢

灰色系統(tǒng)理論在煙草科學研究中的各個方面都起著重要的作用，廣泛地應用在煙草育種、煙草生態(tài)環(huán)境、煙草肥料配方、煙草栽培措施等方面。通常采用相關分析、回歸分析和通徑分析等統(tǒng)計方法來找出決定煙草質量因子間的主從關系，這些方法需要大量的原始數(shù)據(jù)，計算工作量很大，并要求數(shù)據(jù)有一定的統(tǒng)計規(guī)律，且服從于一定的理論分布，在很多情況下，難以有效地應用上述統(tǒng)計方法。而灰色理論系統(tǒng)中的灰色關聯(lián)分析法是一種比較常用的建立在灰色系統(tǒng)理論基礎上的一種定量評價方法，它根據(jù)評價因素之間發(fā)展態(tài)勢的相似或相異程度，來衡量評價因素之間的關聯(lián)程度[1]，克服了大量樣本和典型概率分布的局限性，且簡便易行。通過灰色關聯(lián)分析，能夠找出影響煙草質量的主導因子，為優(yōu)質烤煙質量標準體系的建立提供重要的依據(jù)[2]。

2灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價中的應用

煙葉質量是反映和體現(xiàn)煙葉必要性狀均衡情況的綜合性概念，它包括外觀質量和內(nèi)在質量。煙葉的可用性最終由其內(nèi)在質量決定[3]，科學合理地評價烤煙的內(nèi)在質量能在一定程度上較好地反映其可用性；外觀質量與內(nèi)在質量有密切聯(lián)系，是其物質基礎——煙葉化學成分在煙氣和外部的表現(xiàn)，這種表現(xiàn)具有規(guī)律性和普遍性。因此，在實際生產(chǎn)中一般是依據(jù)原煙的各項外觀質量表征來綜合判斷煙葉可用性。

2.1煙葉內(nèi)在質量評價煙葉化學成分是評價煙葉品質的“內(nèi)在”標準，煙葉主要化學成分是煙葉品質鑒定的重要指標，是外觀質量和內(nèi)在質量在外觀特征和煙氣特征上的表象[4]。只有對煙葉的化學成分進行深入細致的研究，找出各種化學成分的性質及其與煙葉品質的關系，才能科學具體地對煙草品質進行評價，并為通過協(xié)調煙葉化學成分改善煙葉質量提供依據(jù)。

通過關聯(lián)分析方法，能夠在大量樣本中找出烤煙質量評價體系中的主要影響指標，為改善各地煙葉質量提供理論依據(jù)。譚仲夏通過關聯(lián)度分析法，對云南385份烤煙樣品主要化學成分與其感官質量進行了灰色關聯(lián)分析，在其建立的烤煙質量評價指標體系中，參考煙葉的主要化學成分含量應以糖堿比和糖差為控制指標，其他為參考指標[5]；分析了煙草內(nèi)在質量與綜合評分之間的關聯(lián)度，得到糖差與綜合評分之間的關聯(lián)度最高[6]，為云南優(yōu)質烤煙質量標準體系建立提供了重要的依據(jù)。張曉兵等對云南8個主產(chǎn)煙區(qū)44個煙葉樣品的煙堿、鉀、氯、總氮、總糖、糖堿比和鉀氯比與“利群”牌卷煙的煙葉原料要求進行了灰色關聯(lián)分析和感官質量評價，結果各個產(chǎn)區(qū)煙葉樣品與“利群”牌卷煙煙葉原料要求的灰色關聯(lián)度與評吸結果基本一致[7]。丁曼旎等采用灰色關聯(lián)分析研究了河南省444個烤煙樣品的感官質量與8個常規(guī)化學指標的相關關系，發(fā)現(xiàn)煙葉常規(guī)化學成分含量和感官質量評價的9項指標有著不同程度的相關關系，并找出了與煙葉感官質量評價關系密切的4個化學成分指標[8]。

于建軍等應用因子分析法對金攀西29份烤煙主要化學成分進行因子分析，將因子得分與評吸結果進行灰色關聯(lián)度分析，發(fā)現(xiàn)碳氮化合物在化學成分中的作用最大，對烤煙品質的影響最顯著，鉀和氯對煙葉的燃燒性有重要影響，對煙葉評吸質量有重要作用[9]。許寒春等為了探索卷煙質量穩(wěn)定性的多指標綜合評價方法，采用因子分析和灰色關聯(lián)聚類相結合的方法對同一品牌15批次卷煙產(chǎn)品的總糖、還原糖、總煙堿、總揮發(fā)堿、鉀和氯含量檢測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，并按臨界值進行了聚類分析，其結果可以根據(jù)常規(guī)化學成分指標為同一品牌不同批次卷煙產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性評價提供參考[10]。汪孝國等應用灰色關聯(lián)分析法對煙葉質量可用性指數(shù)進行評價，對三門峽煙區(qū)126份烤煙樣品的9項化學指標進行了分析測試，得出該區(qū)40%的煙葉樣品糖含量和糖堿比值明顯偏高，其余化學成分含量和比例基本協(xié)調，烤煙質量可用性屬于中級和較高級，產(chǎn)區(qū)以陜縣和盧氏為最佳，部位間表現(xiàn)為上部葉大于中下部葉，年際間烤煙可用性基本穩(wěn)定[11]。

煙葉化學成分中不同的物質與煙葉香氣質量等評吸指標密切相關，通過關聯(lián)分析方法能夠進一步表明各種物質與烤煙質量的相關度。嚴錦申等采用灰色關聯(lián)度分析法研究了河南平頂山煙葉常規(guī)化學成分含量與卷煙香氣質量的關系，結果表明，總糖、還原糖含量與香氣質、香氣量的灰色關聯(lián)度均較大，它們對香氣質量會產(chǎn)生較大的影響；而總氮含量與香氣質、香氣量的灰色關聯(lián)度均最小，它對香氣質量會產(chǎn)生很小的影響[12]。焦芳嬋等對7個烤煙品種的7個主要化學成分與香氣質進行了灰色關聯(lián)度分析，找出各化學成分與香氣質的灰色關聯(lián)度大小依次為：煙堿、淀粉、總氮、鉀、還原糖、糖堿比、氮堿比，可以為通過協(xié)調煙葉化學成分改善煙葉香氣質提供依據(jù)[13]。李許濤等通過聚類分析得出葉縣各取樣點煙葉與津巴布韋烤煙的化學成分最接近，質量最好；并利用灰色關聯(lián)度分析得出對平頂山烤煙吸食質量影響較大的化學成分是煙堿和總糖[14]。耿宗澤等采用因子分析與廣義灰色關聯(lián)相結合的方法對不同烤煙產(chǎn)區(qū)上部葉化學成分進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)與福建邵武產(chǎn)區(qū)烤煙上半部葉化學成分最接近的地區(qū)為云南宜良，其次是廣東南雄，化學成分差異最大的是云南華寧[15]。通過因子分析法可以解決烤煙化學成分評價指標的多重共線性問題；以灰色絕對關聯(lián)度為依據(jù)，結合烤煙感官質量評定可以評價不同烤煙產(chǎn)區(qū)化學成分的相似性。

淀粉、糖類及焦油含量等指標能夠直接影響煙葉評吸質量，通過灰色關聯(lián)度分析能夠確定各種指標與煙葉質量的相關性，能夠確定影響煙葉質量的主要因子。王劍等通過運用多重比較和灰色關聯(lián)度分析方法，研究了涼山烤煙淀粉含量狀況及與其感官質量的關系，發(fā)現(xiàn)涼山煙區(qū)煙葉淀粉含量對勁頭和評吸總分的影響最大，不同部位的煙葉淀粉含量也有較大的差異，與國際優(yōu)質煙葉淀粉含量的要求還有一定的差距[16]。黃飛燕等應用最優(yōu)曲線回歸擬合和灰色關聯(lián)度等分析方法，研究了烤煙品種K326在大理州的糖含量狀況及其與評吸質量的關系，發(fā)現(xiàn)K326中糖含量與評吸質量關系密切，其中總糖和還原糖比值與評吸質量的關系最為密切[17]。高志強等采用簡單相關、典型相關和灰色關聯(lián)度分析方法，研究了烤煙生物堿與煙葉評吸質量評價指標間的關系，結果表明，烤煙煙葉中的煙堿與香氣量、濃度、刺激性存在極顯著的正相關[18]。鄧小華等對湖南主產(chǎn)煙區(qū)烤煙外觀質量、物理特性、化學成分、評吸質量與焦油量進行了灰色關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)烤煙質量不同評價指標對焦油的影響是不一樣的，成熟度、葉片厚度、煙堿、燃燒性分別是外觀質量評價指標、物理特性評價指標、化學成分評價指標、評吸質量評價指標中對焦油影響最大的因素，同時也說明灰色關聯(lián)分析在煙葉質量分析上具有一定的應用潛力[19]。但彭玉富等采用灰色關聯(lián)分析法對煙葉化學成分與焦油量進行分析，結果表明，用這些復合指標來研究煙葉成分與煙氣的關系，帶有一定的片面性和局限性，說明灰色系統(tǒng)理論在煙葉質量評價應用過程中還要繼續(xù)深入探索和改良[20]。

2.2煙葉外觀質量評價煙葉外觀質量即煙葉外在的特征特性是指人們感官可以作出判斷的質量方面，煙葉的物理特性是指影響煙葉質量以及工藝加工的一些物理方面的特性。目前以眼觀、手摸、鼻聞等方法對煙葉部位、顏色、葉片結構、身份、色度、寬度、長度、殘傷破損等外在質量因素進行感官判定，這些因素與煙葉質量都有密切關系。將外觀質量與煙葉內(nèi)在化學成分相結合，通過灰色系統(tǒng)理論進行數(shù)據(jù)分析，能夠更準確地利用外觀質量反映出煙葉內(nèi)在質量的優(yōu)劣。

孫建生等檢測了76種國內(nèi)烤煙煙葉樣品的物理化學指標，并通過對檢測數(shù)據(jù)進行簡單相關分析、灰色關聯(lián)度分析和典型相關分析，確定了煙葉物理特性指標的穩(wěn)定性強于化學成分指標，技術措施可以調控烤煙風格特色；烤煙煙葉總糖、還原糖與葉面密度、葉片厚度、含梗率間的關系最為密切，淀粉含量也能在一定程度上反映或影響烤煙的葉面密度，為通過化學成分間接評價煙草的物理特性提供依據(jù)[21]。陳偉等采用逐步回歸、通徑分析和灰色關聯(lián)度分析方法，對烤煙煙堿含量與物理性狀進行關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)單葉重與煙堿含量關系最密切，含梗率和長寬比與煙堿含量的關聯(lián)度則較小，單葉重和葉面密度與煙堿含量呈極顯著正相關，單葉面積對煙堿含量有負效應貢獻，探討了煙葉物理性狀對煙堿含量的影響效果及主次關系，為構建煙堿調控技術體系提供關鍵的物理性狀選擇指標[22]。

王娟等將抗張強度與外觀質量、物理特性、化學成分和評吸質量進行了灰色關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)各評價指標與抗張強度存在較為顯著的相關性，說明抗張強度應該作為一項重要的煙葉質量評價指標[23]。王建民等對國內(nèi)外烤煙煙葉樣品的各項化學與吸濕性指標進行了灰色關聯(lián)度分析，確定了煙葉的吸濕、解濕含水率與其化學指標之間的關系具有較強的一致性，烤煙煙葉總糖、還原糖及pH與其吸濕性間的關系最為密切，煙堿、總氮、氯、鉀含量也能在一定程度上反映或影響烤煙的吸濕性[24]。馬林等采用灰色關聯(lián)分析探討了煙絲的糖組分含量與持濕能力之間的關系，發(fā)現(xiàn)煙絲糖組分中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖及糖總量與持濕能力呈正相關，其中果糖的影響最顯著，麥芽糖影響最小[25]。楊超等通過灰色關聯(lián)分析了四川省主產(chǎn)煙區(qū)中部煙葉烤煙顏色與感官質量關系，發(fā)現(xiàn)烤煙的顏色分值與雜氣呈顯著相關，而與其他感官質量指標相關性不大，烤煙雜氣與顏色分值的關聯(lián)度最大，對顏色分值的影響最大，其次為香氣量、香氣質，最小的為余味[26]。

3討論

烤煙質量包括外觀、化學、物理、評吸和安全性等諸方面，其中煙葉的化學成分是決定其質量的重要因素[27]。測定煙葉化學成分的過程中，不僅受人為誤差的影響，還受到取樣時間、地點、生態(tài)條件等多因素影響，研究結果也不盡相同。建立健全烤煙質量評價指標體系，不能靠單純的經(jīng)驗和技術分析，而要實現(xiàn)大量指標的綜合分析及定性定量分析，提高煙葉質量評價的科學性及評價結果的準確性。

相比傳統(tǒng)的數(shù)理化統(tǒng)計方法，在綜合評價煙葉質量過程中，特別是煙葉常規(guī)化學成分指標與感官質量指標相關性分析、煙葉樣品物理化學指標與原料特色相關性分析及影響煙葉質量主要指標篩選中，灰色關聯(lián)分析要求數(shù)據(jù)少，不特別要求線性關系和典型的概率分布，評價結果有針對性。且灰色系統(tǒng)理論中權重的產(chǎn)生是由變異系數(shù)賦權法客觀得到，在一定程度上減少了評價過程中人為的主觀因素。但在關聯(lián)分析過程中，應盡可能擴大各種指標的范圍，修正各個參數(shù)指標上下限，根據(jù)實際情況篩選主要影響因子，在注重主要影響因子的同時，也要兼顧其他指標的協(xié)調，提高煙葉質量評價的準確性和合理性。

采用灰色關聯(lián)分析，找出與煙葉質量關系最為密切的指標，進而提出調控措施，是提高煙葉質量評價作用的有效途徑。

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