張玉琴，李青山，王傳義，譚效磊，許家來(lái)，楊舉田，孫 陽(yáng)，陳常瑜，徐秀紅*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所/農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266101；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.山東臨沂煙草有限公司，山東 臨沂 276000；4.山東煙草研究院，山東 濟(jì)南 250098；5.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 青島 266109)

【研究意義】田間收獲的鮮煙葉必須經(jīng)過(guò)烘烤才能體現(xiàn)和固定其優(yōu)良品質(zhì)，成為商品煙葉[1]。煙葉烘烤特性與煙葉烤后質(zhì)量的形成有著極為密切的關(guān)系[2]。煙葉烘烤特性是指煙葉在烘烤過(guò)程中表現(xiàn)出的變黃和脫水的速度及同步程度，變黃后是否容易定色等特性，包括易烤性和耐烤性[3]。容易變黃，變黃和脫水協(xié)調(diào)的煙葉易烤性好，反之易烤性差。葉片變黃快且維持不變褐的時(shí)間越長(zhǎng)，其耐烤性越好，烘烤特性越好[1]。對(duì)煙葉烘烤特性的研究，在國(guó)內(nèi)外一直深受重視。【前人研究進(jìn)展】目前，對(duì)煙葉烘烤特性的研究[4-5]多數(shù)集中在水分含量、色素含量的變化上，對(duì)烘烤特性量化指標(biāo)的研究主要通過(guò)暗箱試驗(yàn)易烤性和耐烤性來(lái)表述，顏色、結(jié)構(gòu)等指標(biāo)與不同成熟度鮮煙葉烘烤特性之間客觀對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究鮮有報(bào)道[6]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】煙葉外觀顏色是類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素兩者之間含量彼此消長(zhǎng)的反映[7]，通過(guò)色差計(jì)測(cè)定煙葉顏色參數(shù)能較準(zhǔn)確地反映煙葉外觀的顏色變化。因此，本研究從分析顏色參數(shù)與成熟度、成熟度與烘烤特性的關(guān)系入手，探討顏色參數(shù)作為煙葉烘烤特性判別指標(biāo)的可行性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】旨在為煙葉能夠適時(shí)采收和提高煙葉烘烤品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年在山東省沂水現(xiàn)代煙草科技園進(jìn)行。供試品種為NC102，部位為中部葉。土壤類(lèi)型為褐土，肥力中等。畝純氮施用量控制在82.5 kg/hm2，氮磷鉀比例為1∶1.1∶2.8。施用太陽(yáng)島復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2)35 kg/667m2、豆餅20 kg/667m2、硫酸鉀15 kg/667m2、磷酸二銨5 kg/667m2。施肥方法為60 %肥料作為基肥施用，其余于移栽30 d后追施。煙田行距1.2 m，株距0.5 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的煙田作為試驗(yàn)田，按照面積劃分為3個(gè)小區(qū)，各小區(qū)選取具有代表性的一行煙株作為定位行；各定位行選取具有代表性的3株煙作為定位株；各定位煙株，選取第10～11葉位的葉片作為定位葉。

取樣方法：于打頂后第20天開(kāi)始第一個(gè)處理，每隔6～8 d進(jìn)行下一個(gè)處理，共設(shè)4個(gè)處理。田間測(cè)定顏色參數(shù)，并選取與定位株長(zhǎng)勢(shì)相似的煙株，采摘與定位葉相同葉位的煙葉，一部分用于做暗箱試驗(yàn)，一部分按照“8點(diǎn)式精準(zhǔn)密集烘烤工藝”進(jìn)行科學(xué)烘烤。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 顏色參數(shù)的測(cè)定 顏色參數(shù)測(cè)定采用CR-10型全自動(dòng)色差計(jì)測(cè)量。L值為亮度值，0為黑色，100為白色，表示由黑到白的變化；a值為紅度值，正值時(shí)為紅色，負(fù)值時(shí)為綠色，表示由綠到紅的變化；b值為黃度值，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色，表示由藍(lán)到黃的變化；色相角(H°)是顏色的基本特征，其在0°～360°連續(xù)變化，0°是紅色，90°是黃色，180°是綠色，270°是藍(lán)色；飽和度(C)又稱(chēng)純度，表示含色的多少，低飽和度意味著色澤稀疏暗淡，而高飽和度則表示飽滿(mǎn)、強(qiáng)烈的顏色，其值為0～60。色相角和飽和度由L、a和b通過(guò)相應(yīng)公式求得，色相角(H°)=arctan(b/a)，飽和度(C)=(a2+b2)1/2。正背面顏色參數(shù)的測(cè)定方法一致，取葉中部距離煙葉主脈5 cm處的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)測(cè)量，每半片葉等距離測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，取6個(gè)點(diǎn)的平均值作為該葉片的顏色參數(shù)值。

1.3.2 烘烤特性的測(cè)定 選取與定位葉成熟度一致的煙葉進(jìn)行暗箱試驗(yàn)[3](在黑暗、不通風(fēng)、室溫環(huán)境下)和烘烤試驗(yàn)。烘烤工藝參照“8點(diǎn)式精準(zhǔn)密集烘烤工藝”。通過(guò)暗箱試驗(yàn)，每隔12 h記錄1次葉片的變黃程度和變褐程度。變黃時(shí)間代表煙葉的易烤性，以煙葉達(dá)到全黃所需的時(shí)間為準(zhǔn)。變黃時(shí)間越短易烤性越好，反之易烤性較差。變褐時(shí)間代表煙葉的耐烤性，以煙葉由全黃至葉片褐變?nèi)傻臅r(shí)間為準(zhǔn)。變褐時(shí)間越長(zhǎng)耐烤性越好，反之耐烤性較差。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖，利用SPSS 23進(jìn)行判別分析。

判別分析是用于判斷樣品所屬類(lèi)別的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。它是根據(jù)已知類(lèi)別的樣品與其若干個(gè)觀測(cè)量的關(guān)系對(duì)樣品分類(lèi)建立模型，從而能夠?qū)π聵悠放袛嗥渌鶎兕?lèi)別。判別分析的目的是得到體現(xiàn)分類(lèi)的函數(shù)關(guān)系式，即判別式函數(shù)，并使得到的判別式函數(shù)在對(duì)觀測(cè)量進(jìn)行判別其所屬類(lèi)別時(shí)的錯(cuò)判率最小。試驗(yàn)觀測(cè)變量采用Fisher判別方法進(jìn)行分類(lèi)[8]，判別式函數(shù)的一般形式[9]是Yik=a0k+a1kxi1+ … +apkxip。

其中，Yik是第i個(gè)樣品的第k個(gè)判別式函數(shù)，p是觀測(cè)變量的數(shù)量，ajk是第k個(gè)判別式函數(shù)的系數(shù)，xij是第i個(gè)樣品的第j個(gè)觀測(cè)變量。判別分析所獲得的判別式函數(shù)的個(gè)數(shù)取p和(類(lèi)別數(shù)-1)中的較小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙顏色參數(shù)與成熟度的關(guān)系

2.1.1 鮮煙葉成熟過(guò)程中顏色參數(shù)的變化 從圖1可知，鮮煙葉成熟過(guò)程中，正背面各顏色參數(shù)的變化趨勢(shì)基本一致。隨著成熟度的提高，煙葉正背面L值均呈不斷增大的趨勢(shì)，背面L值一直高于正面。鮮煙葉正背面a值均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，正背面a值達(dá)到最大值的成熟度不同，且煙葉背面a值一直高于正面。鮮煙葉正背面b值均呈不斷增大的趨勢(shì)，M1～M2煙葉正背面b值差異不明顯，從M3開(kāi)始，正面大于背面，兩者之間差異趨于增大。隨著成熟度的提高，鮮煙葉正背面H°值大致呈不斷減小的趨勢(shì)，M1～M3煙葉正面H°值均大于背面。H°值越來(lái)越接近90°，說(shuō)明煙葉的顏色正由綠色向黃色轉(zhuǎn)化。隨著成熟度的提高，鮮煙葉正背面C值均呈不斷增大的趨勢(shì)，正背面C值的差值越來(lái)越大。

圖1 鮮煙葉成熟過(guò)程中顏色參數(shù)的變化Fig.1 Changes of color parameters during maturation of fresh tobacco leaves

表1 顏色參數(shù)與成熟度的相關(guān)性

注：*表示在0.05 水平(雙側(cè))上具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，**表示在0.01 水平(雙側(cè))上具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.1.2 顏色參數(shù)與成熟度的相關(guān)性 由表1可知，煙葉正面顏色參數(shù)(L、b、C、H°)與成熟度的正相關(guān)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，背面顏色參數(shù)(L、b、C)與成熟度的正相關(guān)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明顏色參數(shù)(L、b、C)可以用來(lái)判別成熟度。

2.2 鮮煙葉成熟過(guò)程中烘烤特性的變化

2.2.1 鮮煙葉烘烤特性 從圖2可知，不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性不同。隨著成熟度的提高，煙葉在暗箱中的變黃和變褐時(shí)間均呈不斷減小的趨勢(shì)。變黃時(shí)間逐漸縮短，說(shuō)明煙葉越來(lái)越易烤，變褐時(shí)間越來(lái)越短，說(shuō)明煙葉越來(lái)越不耐烤。按照暗箱試驗(yàn)的變黃和變褐時(shí)間來(lái)確定易烤性和耐烤性的標(biāo)準(zhǔn)[3]為：中部葉變黃時(shí)間72～84 h時(shí)易烤性較好，84～108 h時(shí)易烤性中等，108 h以上時(shí)易烤性較差；中部葉變褐時(shí)間120 h以上時(shí)耐烤性較好，84～120 h時(shí)耐烤性中等，84 h以下時(shí)耐烤性較差。在易烤性上，M4>M3>M2>M1；在耐烤性上，M1>M2>M3>M4，綜合考慮易烤性和耐烤性，以M3的烘烤特性最好。

2.2.2 不同成熟度煙葉的烤后煙外觀質(zhì)量 從表2～3可以看出，隨著成熟度的提高，烤后煙葉的成熟度、身份、油分、色度和結(jié)構(gòu)都有所改善，在品質(zhì)因素上M3>M4>M2>M1。從橘色比例、雜色比例、微帶青比例來(lái)比較，M3>M4>M2>M1。綜合烤后煙外觀質(zhì)量情況，M3成熟度處理的烤后煙質(zhì)量最好，這與M3烘烤特性最好相吻合。

圖2 不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性Fig.2 Curing characteristics of fresh tobacco leaves with different maturity

表2 烤后煙外觀質(zhì)量—品質(zhì)因素

表3 烤后煙外觀質(zhì)量—組別比例

2.3 煙葉成熟度的判別

2.3.1 判別函數(shù)的建立 在烤煙成熟過(guò)程中設(shè)定了4個(gè)不同成熟度M1～M4。以與烤煙成熟度有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C這3個(gè)變量對(duì)M1～M4進(jìn)行區(qū)分。從表4可以看出，L值、b值和C值在4個(gè)成熟度組別間的均值都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可以利用這3個(gè)觀測(cè)變量對(duì)成熟度分組進(jìn)行判別分析。表5反映了判別函數(shù)的特征值、解釋方差的比例和典型相關(guān)系數(shù)。判別函數(shù)1解釋了97.1 %的方差，判別函數(shù)2解釋了2.8 %的方差，3個(gè)判別函數(shù)解釋了全部方差。對(duì)3個(gè)判別函數(shù)進(jìn)行Wilk’s Lambda的顯著性檢驗(yàn)，從表6可以看出，1至3判別函數(shù)的聯(lián)合檢驗(yàn)效果在0.01水平上有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，判別函數(shù)3在0.05水平?jīng)]有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此起到判別作用的為前2個(gè)函數(shù)。

表4 組平均值的同等檢驗(yàn)

表5 典型判別函數(shù)的特征值

表6 判別函數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

表7 典型判別函數(shù)系數(shù)

表8 分類(lèi)結(jié)果的交叉驗(yàn)證

圖3 判別函數(shù)的組質(zhì)心圖Fig.3 Group centroids of canonical discriminant functions

從表7的標(biāo)準(zhǔn)化判別函數(shù)系數(shù)可以看出預(yù)測(cè)變量在組成判別函數(shù)時(shí)的相對(duì)貢獻(xiàn)，b值對(duì)判別函數(shù)貢獻(xiàn)較大。根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)化判別函數(shù)系數(shù)，即Fisher判別函數(shù)系數(shù)，獲得Fisher判別函數(shù)F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649,F2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。圖3反映了判別函數(shù)在各組的重心，可以看出4組在第1判別函數(shù)上的重心明顯不同，第1判別函數(shù)可以明顯地區(qū)分4組，而第2判別函數(shù)區(qū)分4組的效果并不十分明顯。在應(yīng)用判別函數(shù)做分類(lèi)判別時(shí)，根據(jù)判別函數(shù)計(jì)算每個(gè)樣品的判別得分，對(duì)照典型判別的領(lǐng)域圖將樣品進(jìn)行分類(lèi)。

2.3.2 判別函數(shù)的交叉驗(yàn)證 利用建立的判別函數(shù)對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，從表8可以看出，對(duì)原始已分組個(gè)案進(jìn)行分類(lèi)的正確率為100.00 %。針對(duì)分析中的個(gè)案進(jìn)行交叉驗(yàn)證，在交叉驗(yàn)證中，每個(gè)個(gè)案都由那些從該個(gè)案以外的所有個(gè)案派生的函數(shù)進(jìn)行分類(lèi)，交叉分類(lèi)的總正確率為83.33 %。

3 討 論

試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在烤煙鮮煙葉成熟過(guò)程中，隨著成熟度的提高，煙葉正背面顏色參數(shù)L、b、C值均呈不斷增大的趨勢(shì)，且與成熟度都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。煙葉a值為先增大后減小，H°值總體呈不斷減小的趨勢(shì)。這與張軍剛[10]、李青山[11]的研究結(jié)果一致。

影響煙葉烘烤特性的因素主要有遺傳因素、土壤類(lèi)型、田間栽培管理措施、氣候、煙葉著生部位以及煙葉成熟度等[12-13]。試驗(yàn)以煙葉暗箱試驗(yàn)變黃時(shí)間和變褐時(shí)間作為判定煙葉易烤性和耐烤性的量化指標(biāo)[3]，發(fā)現(xiàn)不同成熟度鮮煙葉的烘烤特性不一樣。在一定范圍內(nèi)，隨著成熟度的提高，煙葉易烤性越來(lái)越好，但耐烤性卻趨于變差。結(jié)合烤后煙外觀質(zhì)量綜合分析，烤煙煙葉在成熟過(guò)程中某個(gè)成熟度階段的烘烤特性相對(duì)其他階段是較好的，這與朱先志[14]等的研究結(jié)果一致。

以鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C值為觀測(cè)指標(biāo)建立判別函數(shù)，能夠區(qū)分不同成熟度鮮煙葉，這與霍開(kāi)玲[15]、張軍剛[10]等的研究結(jié)果一致。顏色參數(shù)可以作為判斷鮮煙葉成熟度和烘烤特性的輔助指標(biāo)。

4 結(jié) 論

通過(guò)鮮煙葉正面顏色參數(shù)L、b、C3個(gè)觀測(cè)變量建立了成熟度分組Fisher判別式函數(shù)：F1=-1.065L+4.892b-2.830C-3.649，F(xiàn)2=1.790L-1.707b+0.624C-49.326。判別函數(shù)能很好地區(qū)分不同成熟度鮮煙葉，可以作為鮮煙葉烘烤特性的輔助判別指標(biāo)。

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