烤煙紅花大金元品種煙葉色度值特征分析

李雨芮 ，李佛琳 ，楊文奎 ，廖正蘭 ，樊嬌紅 ，何 芳 ，饒 智

（1.云南農業大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，云南 昆明 650202）

《GB 2635—1992 烤煙》中煙葉顏色的定義為同一型煙葉經過調制后煙葉的相關色彩、色彩飽和度和色值的狀態。煙葉顏色是煙葉內在化學品質最直觀的外在表現，煙葉的部位、產地、品種、成熟度、烘烤工藝、醇化時間都對煙葉顏色的變化規律有著重要的影響[1-5]。目前，針對煙葉顏色的研究包括煙葉顏色與化學品質之間的關系，如各色素比例[6]、常規化學成分[7]、致香成分[8]、能量代謝[9]等關鍵因素與煙葉顏色之間的關聯性，還有外部條件如烘烤、醇化等工藝條件對煙葉顏色的影響[5,10]。對煙葉顏色進行研究對于煙葉成熟過程中顏色變化規律、煙葉烘烤工藝的優化、煙葉等級鑒別與分級工藝提升、煙葉風格特色認定等有重要意義。但是，前人對煙葉顏色及其變化規律的研究，僅依靠人眼進行辨別而得出，這可能存在一定的主觀局限性，所以，通過計算機和算法對色彩進行量化后，再對煙葉顏色指標進行分析，能夠提高研究的科學性。目前，基于CIELAB 顏色空間理論的研究已經在植物葉片顏色分析[11]、茶葉[12]、葡萄酒[13]、大豆[14]、甘薯[15]等領域得到了廣泛的應用。多行業多領域的大量研究已經證明，CIELAB 顏色空間理論對實際物體表面顏色的表述較RGB 空間更接近人眼實際觀察到的顏色[16]。所以，任夏等[17]基于CIELAB 顏色空間理論，應用色差儀對煙葉顏色進行定量表征，發現該方法與人工感官評價煙葉顏色的結果基本一致。這也為煙葉色度指標量化研究創造了條件。

紅花大金元品種（簡稱紅大）是從大金元品種的自然變異株中選擇，經過云南省煙草農業科學研究院系統選育而成的云南特色優質品種[18]。紅大品種因為具有突出的、不可替代的香型特點而深受卷煙企業的青睞[19]。目前，已有研究只是對該品種內在化學成分特征進行了探討與分析，但針對紅大煙葉顏色的探索還較少。為此，本研究以紅大C3F 等級的煙葉為研究對象，探究云南省紅大品種煙葉正反面、不同區位的具體色度值特征，旨在為進一步深入了解紅花大金元品種特征提供一定的參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

2022 年選取來自云南省昆明、保山、大理、曲靖、紅河共5 個產區的紅花大金元品種初烤煙葉，按照國家烤煙分級標準，挑選出具有代表性的且等級為C3F 的初烤煙葉各1 kg 作為試驗樣品。

1.2 試驗方法

利用NH310 型色差儀（3NH）對樣品進行檢測。測定的色度學指標主要包括明度值（L*）、紅綠色度值（a*，正值代表紅度，負值代表綠度）、黃藍色度值（b*，正值代表黃度，負值代表藍度）。從5 個產區的5 份試驗樣品中各抽取20 片（共100 片）無破損無病斑的代表性葉片作為試驗對象進行測量，在每片煙葉葉尖、葉中和葉基部對稱選取6 個點，選點時避開葉脈，具體方法可參考魏春陽等[20]的方法。煙葉正反面的色差通過明度值差（ΔL）、紅度值差（Δa）、黃度值差（Δb）以及煙葉的正反面色差（ΔE）來比較。

NBS 是色差（ΔE）的單位，1 個NBS 大約是人類視覺識別閾值的5 倍，由NBS 色差單位與顏色差別感覺程度對照表（表1）可知色差值與視覺感受之間的對應關系[21]。

表1 NBS 單位與顏色差別感覺程度對照Tab.1 Comparison of NBS and a sense of chromatic aberration

1.3 數據分析

數據利用Microsoft Excel 2019 和IBM SPSS Statistics 26進行統計分析；采用OriginPro 2021 軟件繪圖；采用LSD 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 煙葉正反面色度指標分析

2.1.1 煙葉正反面色度指標描述統計分析 由表2 可知，紅花大金元C3F 煙葉正面L*分布在66.05～77.90，a*分布在9.44～16.21，b*分布在41.35～52.58；煙葉背面L*分布在70.22～78.62，a*分布在8.41～13.23，b*分布在35.90～44.34。煙葉正面a*和b*都高于煙葉背面，而煙葉背面L*高于煙葉正面。煙葉正面與背面的色度值變異系數均為a*的變異系數最大，b*變異系數次之，L*變異系數最小，說明不同煙葉之間L*和b*的差異較小，而a*則存在較大的變異。

表2 煙葉正、反面表面顏色描述統計分析Tab.2 Statistical analysis of color description of front and back sides of tobacco leaf

2.1.2 不同產區與煙葉正反面色度指標分析 由表3 可知，煙葉正面L*和a*指標昆明和大理產區顯著高于保山和曲靖產區，保山、曲靖產區顯著高于紅河產區（P<0.05）；保山產區煙葉的b*顯著高于昆明、紅河產區。煙葉背面大理產區煙葉的L*顯著高于曲靖、昆明、保山和紅河產區，曲靖產區顯著高于紅河產區；紅河產區的煙葉a*顯著高于保山、曲靖產區，昆明、保山、曲靖產區的煙葉顯著高于大理產區（P<0.05）；保山產區煙葉的b*顯著高于其余4 個產區，其余4 個產區間煙葉的b*無顯著差異。從差異分析的結果可以看出，不同產地對a*和L*的影響較大，對b*的影響較小。不同產區煙葉色度值差值統計如圖1 所示。

圖1 不同產區煙葉色度值差值統計Fig.1 Statistics of chromaticity value difference of tobacco leaves in different production areas

表3 煙葉正面、反面產地間色度指標差異比較Tab.3 Difference comparison of chroma indexes of front and back sides of tobacco leaves in different production areas

由圖1 可知，各產地的Δb 相近，而ΔL 和Δa 在5 個產區之間存在明顯的差異。Δa 最大的產區為大理，ΔL 最大的產區為紅河，而昆明產區的煙葉ΔL和Δa 都為5 個產區中最低。5 個產區的ΔE 從大到小依次為：曲靖、保山、紅河、大理、昆明。其中，昆明產區煙葉的ΔE 低于其他4 個產區，而曲靖、保山、紅河、大理煙葉的ΔE 在8.10～8.16，差異不大。對照表1 可知，5 個產區煙葉的ΔE 都大于6 個NBS 單位，色差感覺強烈，說明云南5 個產區的C3F 煙葉正反面色差在視覺上感受的差異都較大，但昆明產區煙葉的ΔE 相對其余4 個產區更小，說明其煙葉正反面顏色較其余4 個產區的煙葉更為一致。

2.2 煙葉不同區位顏色色度指標分析

2.2.1 煙葉不同區位色度指標描述統計分析 由表4可知，紅花大金元C3F煙葉尖部L*分布在66.42～77.36，a*分布在8.79～17.35，b*分布在35.30～52.15；煙葉中部L*分布在65.04～79.48，a*分布在7.71～16.72，b*分布在35.39～53.65；煙葉基部L*分布在66.13～79.53，a*分布在8.72～17.12，b*分布在33.76～54.62。同一葉面煙葉尖部、中部、基部的a*、b*、L*差異不大。各區位的a*變異系數最大，b*次之，L*變異系數最小，表明在區位相同的情況下，不同產區間煙葉顏色的變異主要來源于a*。同時該規律與表2 中煙葉正面和反面的變異系數規律相符。

表4 煙葉葉尖部、葉中部、葉基部表面顏色描述統計分析Tab.4 Description and statistical analysis of leaf tip，center，and base surface color of tobacco leaves

2.2.2 不同產區煙葉各區位色度指標分析 由表5 可知，在區位相同的情況下，各色度指標在產區之間存在顯著差異；在產區相同的情況下，色度指標在不同區位間無顯著差異。通過比較表5 的數據可知，昆明產區煙葉的L*較大，a*、b*較小；保山產區為L*較小，a*、b*較大；大理產區為L*值最大，a*最小，b*較小；曲靖產區為L*較小，a*、b*較大；紅河產區為L*最小，a*、b*最大。煙葉尖部、中部和基部的各項色度指標分布規律基本相似，都為L*最大，b*次之，a*最小，煙葉基部的色度指標在不同產區之間的差異更加明顯。

表5 煙葉區位在產區間色度指標差異比較Tab.5 Difference comparison of chroma indexes of tobacco leaf location in different production areas

由圖2 可知，同一區位、同一產區煙葉的Δb 與ΔE 數值大小相近；相同產區的煙葉尖部與基部的ΔE 數值大小相近。在5 個產區中，昆明產區的煙葉尖部、中部和基部的Δa、ΔL 最小，而紅河產區的煙葉各部位正反面Δa、ΔL 最大。結合表5 和圖2可以看出，L*和a*的差異主要存在于產地間，而b*的差異主要存在于煙葉正反面之間。

圖2 各葉位不同產區煙葉色度值差值統計Fig.2 Statistics of chromaticity value difference of tobacco leaves in different parts of tobacco leaves in different production areas

2.3 煙葉色度指標可視化分析

2.3.1 煙葉色度指標的空間分布情況 以a*和b*作為X 軸、Y 軸的坐標，L*作為Z 軸坐標，將測定的所有煙葉正面以及背面的不同部位點繪制于3D 散點圖中，如圖3 所示。從圖3 可以看出，供試煙葉樣品的明度較高，在66.05～78.62，表明煙葉整體的光澤較好。煙葉正面與煙葉背面的色度值存在明顯的差異，煙葉正面總體色度分布在煙葉背面色度的下方，說明煙葉正面的明度總體較煙葉背面的明度要低。從圖上坐標點的分布可以看出，L*與a*、b*都存在一定的負相關關系。

圖3 煙葉色度空間分布Fig.3 Spatial distribution of chromaticity value of tobacco leaves

2.3.2 煙葉色品可視化分析 圖4 為煙葉各點的色品分布，色品分布圖是通過計算機將色度值（L*、a*、b*）分布范圍的背景轉變為可視的顏色，其各點分布下的坐標背景色即為各煙葉在同一明度下煙葉的顏色表征，通過色品圖可以更加直觀地表示煙葉顏色的差異及變化規律。由圖4 可知，煙葉正反面的顏色總體分布在橘色的區域內，這與C3F 等級的色度相符合。從圖4 還可以看出，云南省5 個地區的紅花大金元煙葉的a*與b*存在正相關關系。綜合圖3、4 中各點的分布情況來看，煙葉正反面的色度指標存在明顯的差異，而同一葉面不同區位間的色度指標差異不明顯。

圖4 煙葉色品分布Fig.4 Chromaticity distribution of tobacco leaves

3 結論與討論

CIELAB 顏色空間中的任何一個顏色，都可以分解為3 個正交的獨立參數L*、a*和b*，其中，L*體現顏色的明暗和層次，a*和b*體現顏色的色彩[11]，理論上CIELAB 顏色空間更能夠準確地表達人視覺所感受到的顏色。目前，我國煙草分級中對煙葉顏色的認定主要也還是通過人工來進行區分，應用CIELAB 顏色空間理論對定級后的煙葉顏色進行量化，其所得的色度值將更能體現出同一等級煙葉顏色的特征。煙葉表面顏色是對煙葉定級的一個重要參考指標，徐小青等[22]的研究中，C3F 煙葉的顏色判定色域包含淺橘黃、金黃和深黃等。根據人工分級的經驗，C3F 煙葉在顏色上的定級標準為：煙葉顏色在視覺上的反映為顏色橘黃但不夠飽滿，均勻度尚可，視覺色彩反映一般[23]。本研究表明，紅大煙葉無論煙葉正面還是煙葉背面的a*值均為正值，即煙葉在紅綠色度中偏向紅色度；b*值也均為正值，說明煙葉在黃藍色度中，偏向黃色度，且在同一葉片的同一位點的b*均比a*大，說明煙葉顏色表現為偏黃的橘色，這與C3F 煙葉的等級顏色特征相符合，說明色度值能夠較好地反映C3F 煙葉的外觀顏色特征。

海拔[24]、氣候[25]等生態環境的差異很容易造成煙葉品質上的不同，這也為不同產地間煙葉的色度指標變化提供了一定的化學基礎。董高峰等[26]的研究也表明，哪怕將煙葉產地細化至同一個省內的某個地區，該地區內的不同產地的生態差異也會造成煙葉顏色的差異。本研究中，雖然5 個產區紅大C3F 煙葉顏色煙葉ΔE 的值都較大，但不同產區之間的ΔE 差異并不顯著，這與張永安等[27]的研究結果存在差異，這是因為正、反面Δa 和ΔL 在不同產地間存在較大的差異，但Δb 在產地間無明顯差異，卻在數值上大于Δa 和ΔL，所以，根據Δa、Δb、ΔL 所算出的色差值受b*的影響較大。將紅大C3F 煙葉正、反面的差異細化到各色度指標在不同產地之間的差異，就發現a*產地間變異最大，b*次之，L*較小。影響煙葉色差差異大小的色度指標主要是正、反面黃度值差（Δb）的大小，而通過研究發現，產地之間的差異對紅度（a*）、明度（L*）的影響較大，而對黃度（b*）的影響較小。

近年來，基于不同區位對煙葉的研究已經有了初步的進展[28-29]。同一葉面的不同區位的煙葉品質會有所差異，劉超等[30]通過將烤煙葉面分切為葉尖部、葉中部、葉基部，并對不同區位感官質量等進行對比發現，濃香型煙葉的不同部位在香氣量、柔細度、余味、雜氣和刺激性都存在顯著或極顯著的差異。同時，郝賢偉等[31]研究發現，煙葉的化學成分和感官質量存在的差異對煙葉顏色也存在影響。本研究通過對比發現，同一葉面的不同區位之間各色度值變化并沒有顯著的差異，這說明煙葉不同區位間的化學品質差異并不能顯著地影響同一葉面煙葉顏色的分布。紅大C3F 煙葉不同區位間色度值差異不顯著，但煙葉正、反兩面之間具有明顯的色差，并且造成煙葉正、反面色差的主要色度指標是b*。煙葉正面與反面的色度指標分布規律總是呈現出相似的規律，這與柳均等[32]的研究結果相似。經過可視化分析，能夠知道云南紅花大金元C3F 煙葉的色度指標分布在偏黃的橘色區域中，這與C3F 等級煙葉的分級標準相符合，且煙葉正、反面的紅度與黃度之間都存在正相關的關系。從整體規律來看，煙葉的a*在不同產地之間存在差異，而b*在煙葉正面與背面之間存在差異。不同產地煙葉同一位點的ΔL（煙葉正、反面明度值差）存在差異。

紅花大金元品種作為云南省的特色烤煙品種，研究其色度指標分布特征能夠進一步探明紅花大金元的品種顏色分布特性，從而更深入地了解紅花大金元品種的品質特征。本研究目前只對紅花大金元品種C3F 一個等級的煙葉進行了分析，而該品種其余等級的煙葉色度值的特征情況還需進一步探討。

本研究結果表明，云南5 個產區的紅大C3F 煙葉的各色度指標所代表的煙葉顏色與人工分級中對C3F 等級煙葉描述的色度情況相符合，說明CIELAB顏色空間理論能較好地表述煙葉顏色。5個產區的煙葉正反面都能感覺到有強烈的色差，而昆明產區的煙葉相對其余4 個產區的煙葉正反面色差最小，煙葉顏色較為一致。造成煙葉正反面色差的主要色度指標是b*。紅大C3F 煙葉的L*和a*具有顯著的地域差異，而b*受產地的影響較小。