基于主成分分析和聚類分析的再造煙葉綜合品質(zhì)評價

王麗芳 劉澤 何科毅 劉杰 段宜杉 左雯

【摘要】為探究再造煙葉綜合品質(zhì)評價的關(guān)鍵指標(biāo)，并建立品質(zhì)評價方法體系，選取不同類型的再造煙葉共12種，對其進行了理化指標(biāo)、致香成分的測定和感官質(zhì)量的評價。針對測定結(jié)果，運用相關(guān)性分析、主成分分析，篩選出再造煙葉品質(zhì)評價的10個關(guān)鍵性指標(biāo)，對數(shù)據(jù)進行分析處理后，得到再造煙葉綜合評價模型，可對再造煙葉綜合品質(zhì)進行量化。結(jié)合聚類分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)綜合評價模型有效，且與感官評價結(jié)果一致。本文的研究結(jié)果為再造煙葉綜合品質(zhì)的量化評價和加工工藝研究提供了較為科學(xué)的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】再造煙葉；主成分分析；相關(guān)性分析；聚類分析；品質(zhì)評價

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.036

【基金項目】本論文課題由紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司科技項目《制絲過程再造煙葉精細化加工及品控關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用》（HYHH2021GY11）資助。

Comprehensive Quality Evaluation of Reconstructed Tobacco Leaves Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis

WANG Lifang1， LIU Ze2， HE Keyi1， LIU Jie1， DUAN Yishan1， ZUO Wen1*

（1.Honghe Cigarette Factory of Hongyun Honghe Tobacco〔Group〕Co.， Ltd.， Mile 652300， China； 2.Yunnan Tobacco Industry Co.， Ltd.， Kunming 650224， China）

Abstract： In order to explore the key indicators for comprehensive quality evaluation of reconstituted tobacco leaves and establish a quality evaluation method system， a total of 12 different types of reconstituted tobacco leaves were selected， and their physical and chemical indicators， aroma components， and sensory quality were measured. Based on the measurement results， correlation analysis and principal component analysis were used to select 10 key indicators for evaluating the quality of reconstituted tobacco leaves. After analyzing and processing the data， a comprehensive evaluation model for reconstituted tobacco leaves has been obtained， which can quantify the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves. Based on the clustering analysis results， it was found that the comprehensive evaluation model is effective and consistent with the sensory evaluation results. The research results of this article provide a scientific theoretical basis and scientific basis for the quantitative evaluation of the comprehensive quality of reconstituted tobacco leaves and the study of processing technology.

Keywords： reconstituted tobacco； principal component analysis； relevance analysis； cluster analysis； quality evaluation

再造煙葉是利用廢棄的煙梗、煙葉碎片、煙末等煙草原料，經(jīng)浸提、濃縮、分離、打漿、磨漿、抄造、烘干等過程，制成性能優(yōu)良的天然煙葉薄片，用作卷煙填充物[1]。在卷煙生產(chǎn)過程中，外摻再造煙葉是降低卷煙成本、提高卷煙內(nèi)在品質(zhì)的重要手段。近年來再造煙葉生產(chǎn)公司以及卷煙生產(chǎn)工廠已針對如何提升再造煙葉在卷煙加工過程中的作用發(fā)揮，積極開展相關(guān)研究。但針對不同類型再造煙葉的品質(zhì)分析和評價體系的研究鮮有報道，是各供應(yīng)商和卷煙生產(chǎn)廠在再造煙葉加工工藝提升過程中的瓶頸和痛點，因此分析再造煙葉的品質(zhì)評價指標(biāo)并建立品質(zhì)評價體系具有重要意義。

1.1各類型再造煙葉的感官評價分析

試驗材料為我廠在用的共12種再造煙葉產(chǎn)品，其中6種再造煙葉來源于供應(yīng)商A（編號為A1～A6），6種再造煙葉來源于供應(yīng)商B（編號為B1～B6）。

將再造煙葉卷制為煙支，并由9名質(zhì)量評吸人員分別進行感官評價，對卷煙風(fēng)格特征、香氣、雜氣、刺激性和余味進行打分，滿分為10分，風(fēng)格特征為特殊香型和常規(guī)型。單項評分取所有評委打分的平均值。結(jié)果如表1所示。

結(jié)果表明，供應(yīng)商B生產(chǎn)的再造煙葉，整體得分偏高，主要體現(xiàn)在香氣充足，雜氣較少。有特殊香味的再造煙葉，整體香氣量充足，且舒適感較好，但受評吸人員主觀性影響較大。

1.2再造煙葉的理化成分、致香成分分析

對12種類型再造煙葉定量、厚度、抗張強度等六項物理指標(biāo)進行檢測，并對結(jié)果進行方差分析。結(jié)果顯示，僅厚度和含水率P值<0.05，說明不同供應(yīng)商生產(chǎn)的再造煙葉厚度和含水率存在顯著差異。相較供應(yīng)商A生產(chǎn)的再造煙葉，供應(yīng)商B生產(chǎn)的再造煙葉各項指標(biāo)更為穩(wěn)定，其抗張強度更高、熱水可溶性更低，適合弱加工。

化學(xué)指標(biāo)檢測內(nèi)容包括常規(guī)化學(xué)、無機陰離子、無機陽離子、細胞壁物質(zhì)。分別對四項指標(biāo)進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅無機陰離子與供應(yīng)商之間的方差分析P值<0.05，說明不同供應(yīng)商生產(chǎn)的再造煙葉無機陰離子有顯著差異。而通過對各類型再造煙葉的65種致香成分進行分析，發(fā)現(xiàn)共22種物質(zhì)與供應(yīng)商之間存在顯著性差異。

1.3各類型再造煙葉指標(biāo)的主成分分析

在進行主成分分析前，首先運用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法，對致香成分、物理指標(biāo)、常規(guī)化學(xué)等指標(biāo)間的相關(guān)性進行分析，結(jié)果顯示，有69對指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)P≤0.05，說明指標(biāo)間有較強的相關(guān)性。剔除相關(guān)性較小的指標(biāo)，采用主成分分析法進行分析。由主成分分析表2可知，前4個主成分特征值均大于1，累計貢獻率為91.40%。其中第1主成分特征值為3.278，方差貢獻率為36.40%，第2主成分特征值為2.367，方差貢獻率為26.30%。

根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣，構(gòu)建因子得分計算公式和綜合評價公式。

使用再造煙葉綜合品質(zhì)評價公式（5），分別計算12種不同類型的再造煙葉品質(zhì)綜合得分，發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商B生產(chǎn)的再造煙葉整體評價得分靠前，與感官質(zhì)量評價打分結(jié)果較為一致。

1.4各類型再造煙葉指標(biāo)的聚類分析

使用再造煙葉品質(zhì)綜合得分代替原始數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)聚類分析，得出聚類譜系圖。如圖1所示，在歐式距離為5時，可以將12種再造煙葉分為4類。

使用感官質(zhì)量的得分對12種再造煙葉進行系統(tǒng)聚類分析，得出聚類譜系圖。如圖2所示，在歐式距離為5時，可以將12種再造煙葉分為3類，與主成分得分聚類分析結(jié)果相一致，表明基于主成分分析法構(gòu)建的再造煙葉綜合評價模型具有良好的適用性，具有直觀、可測量的優(yōu)勢。

本研究通過對12種不同類型的再造煙葉理化指標(biāo)進行檢測，發(fā)現(xiàn)不同供應(yīng)商生產(chǎn)的再造煙葉各項指標(biāo)之間存在顯著差異，采用主成分分析對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行簡化，最終確定了以10個指標(biāo)為關(guān)鍵指標(biāo)的再造煙葉品質(zhì)特性評價模型。該模型可整合多項指標(biāo)，將再造煙葉品質(zhì)特性進行量化和分類，能較好地對再造煙葉進行綜合評價，評價結(jié)果與感官質(zhì)量得分結(jié)果一致，為再造煙葉生產(chǎn)工藝研究提供參考，也為卷煙加工過程中不同品質(zhì)特性的再造煙葉分組加工提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

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【作者簡介】

王麗芳，女，1991年出生，助理工程師，學(xué)士，研究方向為卷煙工藝質(zhì)量。

通訊作者：左雯，男，1987年出生，工程師，碩士，研究方向為卷煙工藝質(zhì)量。郵箱：zuowen_33@163.com。

（編輯：于淼）