再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分因子分析

熊 珍，米 蘭，秦 瑜，胡 群，邱 曄（中煙施偉策（云南）再造煙葉有限公司，云南玉溪 653100）

再造煙葉是以廢棄的煙梗、煙末、煙灰及碎片作為主要原料，經(jīng)現(xiàn)代提取分離工藝和改良后的造紙技術(shù)加工而成的［1－4］。再造煙葉生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛，種類(lèi)繁多，化學(xué)成分差異較大。而原料化學(xué)成分的波動(dòng)勢(shì)必會(huì)給產(chǎn)品品質(zhì)帶來(lái)影響，因此，在生產(chǎn)中，穩(wěn)定和控制再造煙葉生產(chǎn)原料的質(zhì)量對(duì)確保再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)至關(guān)重要［5］。

郝建輝等［6］用蒸餾萃取/氣相色譜質(zhì)譜檢測(cè)了采取生產(chǎn)造紙法再造煙葉所用的24種再造煙葉原料的揮發(fā)性成分，再用DPS軟件進(jìn)行模糊聚類(lèi)分析。結(jié)果表明，煙梗和煙碎片能明顯地分開(kāi)，各自聚為一類(lèi)，并且同一地區(qū)的原料相似程度越接近。衛(wèi)青等［7］對(duì)再造煙葉原料的化學(xué)成分與感官質(zhì)量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明化學(xué)成分與感官質(zhì)量具有相關(guān)性。而目前對(duì)造紙法再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分的因子分析未見(jiàn)報(bào)道。所謂因子分析即減少變量個(gè)數(shù)來(lái)描述多個(gè)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系［8］。但是，曾有學(xué)者采用因子分析法對(duì)優(yōu)質(zhì)煙草原料的化學(xué)成分進(jìn)行研究［9－10］，而再造煙葉生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛，種類(lèi)繁多，等級(jí)混雜，均質(zhì)化程度低，純凈度差，同批次及批次間原料質(zhì)量不穩(wěn)定，單品種原料數(shù)量少［11－14］，原料的受控難度非常大。因此，想要較好地對(duì)其進(jìn)行研究，應(yīng)充分了解再造煙葉生產(chǎn)原料的特征，才能根據(jù)原料特性，開(kāi)發(fā)預(yù)處理清潔生產(chǎn)新工藝，形成獨(dú)具特色的預(yù)處理清潔生產(chǎn)集成技術(shù)，最終設(shè)計(jì)出符合不同風(fēng)格的再造煙葉產(chǎn)品，使之與卷煙產(chǎn)品相匹配，并且有效提高卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。為此，筆者對(duì)云南省內(nèi)主要煙區(qū)的再造煙葉生產(chǎn)原料中煙葉碎片的化學(xué)成分進(jìn)行因子分析和聚類(lèi)分析［15］，為再造煙葉生產(chǎn)原料的使用和配方的維護(hù)提供理論依據(jù)，也為今后再造煙葉生產(chǎn)原料預(yù)處理加工提供一種有效的方式。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料 研究材料來(lái)自中煙施偉策（云南）再造煙葉有限公司存庫(kù)的39種碎片。樣品選擇覆蓋云南的主要煙區(qū)，具有代表性。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 主要化學(xué)成分的測(cè)定。按照 YC/T 31－1996［16］對(duì)樣品水分進(jìn)行測(cè)定;按照YC/T 159－2002［17］對(duì)總糖和還原糖進(jìn)行測(cè)定;按照YC/OT 161－2002［18］對(duì)總氮進(jìn)行測(cè)定;按照YC/T 23355－2009［19］對(duì)煙堿進(jìn)行測(cè)定;按照 YC/T 162 －2011［20］對(duì)氯進(jìn)行測(cè)定;按照 YC/T 173 － 2003［21］對(duì)鉀進(jìn)行測(cè)定。將所測(cè)化學(xué)成分轉(zhuǎn)化成百分率。

1．2．2 分析方法。運(yùn)用SPSS 19．0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析和因子分析;采用Minitab 16對(duì)主要的化學(xué)成分進(jìn)行聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 化學(xué)成分描述性統(tǒng)計(jì) 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)樣品的總糖（X1）、還原糖（X2）、煙堿（X3）、總氮（X4）、硝酸鹽（X5）、鉀（X6）、氯（X7）、兩糖比（X8）、糖堿比（X9）、氮堿比（X10）和鉀氯比（X11）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。一般認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)烤煙要求總糖含量18% ～24%，還原糖含量16% ～22%，總氮含量1．5% ～2．2%，煙堿含量2．0% ～3．5%，糖堿比6 ～10，鉀離子含量大于2%，氯離子含量小于 0．6%［22］。

由表1可知，再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分的平均值或低于或高于優(yōu)質(zhì)煙葉化學(xué)成分指標(biāo)。其原因?yàn)樵僭鞜熑~原料均為打葉復(fù)烤和卷煙加工過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)品，等級(jí)混雜、年份不一、單品種原料較少等，化學(xué)成分勢(shì)必存在差異。就峰度和偏度來(lái)說(shuō)，總糖、總氮、鉀、氯和氮堿比的峰度小于0，數(shù)據(jù)分布為平闊峰，數(shù)據(jù)較正態(tài)分布分散，其余指標(biāo)峰度大于0，數(shù)據(jù)分布為尖峰;氮堿比的偏度小于0，為左偏峰，其余指標(biāo)大于0，為右偏峰。

表1 化學(xué)成分的描述統(tǒng)計(jì)分析

2．2 化學(xué)成分相關(guān)性分析 由表2可知，總糖與還原糖、總氮、鉀、氯和氮堿比在0．01水平顯著正相關(guān)，而與總氮在0.01水平顯著負(fù)相關(guān)，與其他化學(xué)成分在相關(guān)性;還原糖與鉀、氯和氮堿比在0．01水平顯著正相關(guān)，與總氮在0．05水平負(fù)相關(guān)，而與硝酸鹽在0．05水平正相關(guān)，與其他化學(xué)成分呈相關(guān)性;煙堿與總氮在0．05水平顯著正相關(guān)，而與硝酸鹽、鉀、氯、糖堿比和氮堿比在0．01水平顯著負(fù)相關(guān)，與其余化學(xué)成分呈相關(guān)性。由此可知，再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分之間存在一定的相關(guān)性，可作因子分析。

2．3 化學(xué)成分因子分析 對(duì)總體化學(xué)成分進(jìn)行因子分析。利用主要成分分析提取特征值大于1．00的因子，并且進(jìn)行四次方最大正交旋轉(zhuǎn)，其中KMO值為0．70，說(shuō)明可以進(jìn)行因子分析。

由表3可知，提取出4個(gè)主要成分因子，并且這4個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率為86．645%。由表4可知，第1個(gè)因子主要反映總糖、還原糖、總氮、鉀、糖堿比的信息，除了總氮為負(fù)載荷值，總糖、還原糖、鉀和氮堿比為正載荷值，說(shuō)明這5個(gè)變量相互之間具有相關(guān)性，第1個(gè)因子對(duì)原料化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率為38．538%;第2個(gè)因子主要反映煙堿和氮堿比的信息，煙堿為負(fù)載荷值，氮堿比為正載荷值，而煙堿和氮堿比在0.01水平顯著負(fù)相關(guān);第3個(gè)因子對(duì)原料化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率為15．283%，主要反映鉀氯比的信息;第4個(gè)因子主要反映兩糖比的信息，其對(duì)原料化學(xué)成分的貢獻(xiàn)率為9．572%。

表3 主成分、特征值及貢獻(xiàn)率

表4 化學(xué)成分旋轉(zhuǎn)成份矩陣

表5 化學(xué)成份因子得分系數(shù)矩陣

根據(jù)化學(xué)成分的得分系數(shù)矩陣（表5），計(jì)算4個(gè)主因子得分。4個(gè)主因子得分?jǐn)?shù)學(xué)模型如下:

根據(jù)4個(gè)因子的貢獻(xiàn)率和因子得分，可建立再造煙葉原料綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)建模。

最終得出再造煙葉云南地區(qū)主要化學(xué)成分因子得分情況（選取各地部分樣品或平均值）。

由綜合得分的高低來(lái)評(píng)價(jià)化學(xué)品質(zhì)，即得分值越高，化學(xué)品質(zhì)越好，而得分越低，化學(xué)品質(zhì)越差。由表6可知，玉溪、昭通、大理碎片綜合得分在前三，碎片化學(xué)品質(zhì)綜合得分較高，碎片品質(zhì)最好。

表6 不同地區(qū)再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分因子得分

總體原料按照地區(qū)取樣或求取平均值，然后采用聚類(lèi)分析中的最短距離對(duì)樣品進(jìn)行分析。由圖1可知，各地區(qū)化學(xué)成分存在差異性，文山地區(qū)因子得分最低。結(jié)合聚類(lèi)結(jié)果，可知文山地區(qū)獨(dú)自成為一類(lèi);楚雄和昆明差異較小，聚為一類(lèi)。由圖1和表6可知，昆明和楚雄的因子得分較接近，而其他地區(qū)差異性較小。對(duì)不同地區(qū)再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其結(jié)果與化學(xué)成分的聚類(lèi)分析基本一致。

3 結(jié)論

（1）相關(guān)性分析表明，再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分之間存在相關(guān)性。總糖與還原糖、總氮、鉀、氯和氮堿比在0．01水平顯著正相關(guān)，而與總氮在0．01水平顯著負(fù)相關(guān)，與其他化學(xué)成分呈相關(guān)性。還原糖與鉀、氯和氮堿比在0．01水平顯著正相關(guān)，與總氮在0．05水平負(fù)相關(guān)，而與硝酸鹽呈正相關(guān)，與其他化學(xué)成分呈相關(guān)性;煙堿與總氮在0．05水平顯著正相關(guān)，而與硝酸鹽、鉀、氯、糖堿比和氮堿比在0．01水平顯著負(fù)相關(guān)，與其余化學(xué)成分呈不顯著相關(guān)性。

（2）對(duì)再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分因子進(jìn)行分析，得到4個(gè)主因子。這4個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率為86．65%。第1因子的累積貢獻(xiàn)率為35．54%，說(shuō)明第1因子（總糖、還原糖、總氮、鉀、糖堿比）對(duì)再造煙葉原料主要化學(xué)成分的影響最大，相互之間存在0．05水平顯著相關(guān)性，而且總糖與還原糖對(duì)再造煙葉的內(nèi)在感官質(zhì)量有0．05水平顯著相關(guān)性［7］。

（3）利用因子分析法，對(duì)不同地區(qū)再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其結(jié)果與化學(xué)成分的聚類(lèi)分析基本一致。因此，利用因子分析法對(duì)再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分進(jìn)行分析是可行的。因子分析法可應(yīng)用于再造煙葉生產(chǎn)原料品質(zhì)的控制。

［1］邱曄，盧偉，王建，等．造紙法煙草薄片對(duì)卷煙一氧化碳釋放量影響研究［J］．云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（S1）:130 －133．

［2］劉晶，邱曄，王建，等．國(guó)內(nèi)外造紙法再造煙葉纖維形態(tài)分析［J］．中華紙業(yè)，2012，33（16）:10 －13．

［3］戴路，陶豐，袁凱龍，等．造紙法再造煙葉的研究進(jìn)展［J］．中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，2013，28（1）:65 －69．

［4］韓文佳，趙傳山．造紙法煙草薄片發(fā)展現(xiàn)狀［J］．黑龍江造紙，2007，35（4）:47 －49．

［5］閻克玉，袁志永，吳殿信，等．烤煙質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］．鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，16（4）:57 －61．

［6］郝建輝，王海濤，張碰元，等．聚類(lèi)分析技術(shù)在造紙法再造煙葉生產(chǎn)原料配方中的應(yīng)用［J］．中國(guó)煙草科學(xué)，2010，31（4）:72 －75．

［7］衛(wèi)青，施建在，鄭彬，等．造紙法再造煙葉生產(chǎn)原料化學(xué)成分與感官質(zhì)量間關(guān)系的研究［J］．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（12）:264 －268．

［8］畢淑峰．烤煙主要化學(xué)成分的因子分析［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32（2）:342 －343．

［9］于建軍，郭瑋，畢慶文，等．烤煙主要化學(xué)成分因子分析和綜合評(píng)價(jià)［J］．浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22（2）:244 －248．

［10］董高峰，張強(qiáng)，向明，等．楚雄烤煙主要化學(xué)成分的因子分析和綜合評(píng)價(jià)［J］．云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（S1）:81 －86．

［11］張杰．造紙法煙草薄片生產(chǎn)中原料輸送、配方、收塵一體化設(shè)想［J］．硅谷，2010（23）:122－123．

［12］畢可健，黃建軍．自衡振動(dòng)與風(fēng)選聯(lián)合裝置在煙草薄片生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．中國(guó)設(shè)備工程，1997（11）:20．

［13］楊偉平，何振峰，周軍，等．不適用煙葉在造紙法再造煙葉中的應(yīng)用研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（27）:9544－9545．

［14］楊天樂(lè)．烤煙不適用煙葉處理工作的現(xiàn)狀與思考［J］．現(xiàn)代園藝，2014（5）:16．

［15］肖炳光，張燕春，盧秀萍，等．烤煙品種主成分分析和聚類(lèi)分析［J］．種子，2000（2）:27－29．

［16］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．煙草及煙草制品試樣的制備和水分測(cè)定烘箱法:YC/T 31 －1996［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996．

［17］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．煙草及煙草制品水溶性糖的測(cè)定連續(xù)流動(dòng)法:YC/T 159 －2002［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

［18］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．煙草及煙草制品總氮的測(cè)定連續(xù)流動(dòng)法:YC/T 161 －2002［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

［19］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．卷煙總粒相物中煙堿的測(cè)定氣相色譜法:GB/T 23355 －2009［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［20］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．煙草及煙草制品氯的測(cè)定連續(xù)流動(dòng)法:YC/T 162 －2011［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

［21］全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)．煙草及煙草制品鉀的測(cè)定火焰光度法:YC/T 173 －2003［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

［22］劉春奎，王建民，李葆，等．云南煙區(qū)烤煙品種K326主要化學(xué)成分特點(diǎn)分析［J］．鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（25）:44 －48．