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基于主成分分析的烟叶质量评价模型鲁绍坤;王毅;李正风;张家伟;贺冬仙【摘要】为了建立一个满足卷烟工业配方需求的烟叶质量评价模型.选取来自中国、美国、巴西、津巴布韦的37个烟叶样进行化学成分分析和评吸鉴定.同时由卷烟配方专家对样本数据进行工业评分;使用前3个主成分与工业评分的结果进行多元回归分析,由此生成回归方程为烟叶质量评价模型Total=1.045 PCI+6.357 PC2-5.461 PC3-159.185,使用红塔烟叶质量数据库中的数据对此模型进行验证,结果表明.该模型有效率达到81.18%,可以作为卷烟配方的辅助工具使用.【期刊名称】《贵州农业科学》【年(卷),期】2010(038)002【总页数】4页(P67-69,72)【关键词】主成分分析;烟叶质量;评价模型;回归分析【作者】鲁绍坤;王毅;李正风;张家伟;贺冬仙【作者单位】中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083;云南农业大学基础与信息工程学院,云南,650201;红塔集团技术中心,云南,玉溪,653100;红塔集团技术中心,云南,玉溪,653100;红塔集团技术中心,云南,玉溪,653100;中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】S572烟叶质量是烟叶本身的内在特性与工业可用性的统一体。
在农业生产过程中，一般可从烟叶外观质量、内在化学成分、评吸质量、物理特性及使用安全性等方面对烟叶原料进行评价[1-3]。
单一的对烟叶某种特性进行评价，评价结果无法直接用于卷烟配方[4-5]。
一方面，卷烟工业评价烟叶原料的标准是，所选择的烟叶原料应符合卷烟产品的风格特征，所选择烟叶原料与产品配方中的其他原料配伍性良好。
换句话说，烟叶原料的工业评价标准为原料是否具有可用性。
对于上述评价结果，无法直接回答原料的可用性问题[6]；另一方面，由于烟叶外观质量、内在化学成分、评吸质量、物理特性等指标属于具有相关性的指标，直接将所有指标的评价结果累加在一起将造成最终评价结果与实际工业生产的需求不符[7〗。
烟叶质量分析与评价传统的烟叶质量评价方法主要是依据于对烟叶外观质量的评价，外观质量评价属于感官性的评价，会受评价者的烟叶分级水平和个人评价眼光的影响，这些因素可能会对烟叶质量评价带来一些波动。
目前，工业企业对烟叶质量的评价，通常是采用外观质量评价、感官评吸和常规化学成分三方面综合评价的方法，而没有将烟叶的物理特性作为烟叶质量评价的一个重要因素。
烟叶的物理特性是指影响烟叶质量以及工艺加工的一些物理方面的特性，主要包括叶片大小、叶片厚度、燃烧性、填充性、单位面积重量、含梗率等。
物理特性直接影响着烟叶化学成分、加工性能、产品风格，成本及其他经济指标，譬如，烟叶烟碱含量正比于烟叶长度，而烟叶糖含量、糖碱比、氮碱比均反比于烟叶长度；优质烟叶的适宜长度不应小于50cm，日本的研究指出，烟叶长度大于70cm后品质下降；叶片厚度与烟叶内多项化学成分指标均具有相关性。
由此可见，烟叶的外观质量和物理特性是表征烟叶质量的重要指标。
所以，正确合理地评价各产区烟叶质量，应从烟叶的外观质量、物理特性、化学成分、内在质量等方面进行评价。
1．外观质量烟叶外观质量即烟叶外在的特征特性，是指人们感官可以做出判断的质量特征，它是烟叶分级的重要依据。
目前，对烟叶外观质量的判断主要通过眼观、手摸、鼻闻等方法。
与烤烟内在质量密切相关的外观因素主要有：成熟度、部位、颜色、叶片结构、身份、色度网、油分、宽度、长度、残伤与破损等。
宽度、长度、残伤与破损为定量描述外，其他指标多为定性描述指标。
2．内在质量烟叶的内在质量是指烟叶燃烧时，吸烟者对香气、吃味的综合(：）感受，它与烟叶的化学成分密切相关。
一般来说，评吸质量好的样品还原糖含量较高，总氮含量较低，烟碱含量适中，k2o含量较高，两糖差值小，蛋白质含量较低，糖碱比、钾氯比、氮碱比均较高，烟叶的内在质量是判断烟叶质量好坏的主要依据，主要包括香气、杂气、吃味、劲头、刺激性、浓度、余味等。
3．化学成分烟叶的化学成分与其他植物一样，可分为两大类：一类为有机化合物，一类为无机化合物，目前烟叶中鉴定的化学成分已达3000种以上。
烟叶质量的评价分析在我国经济发展的过程中，农业的发展给我国的经济发展带来了非常大的帮助。
在我国农业发展的过程中，经济农作物的发展起到了非常大的推动作用。
作为我国重要的经济农作物之一，烟草的发展一直是我国农业行业的关注重点。
烟草行业的发展在很大程度上决定了我国经济的发展。
因此在我国经济作物的发展过程中，烟草的质量问题一直是我国农业行业关注的焦点。
烟草行业的发展在很大程度上是由于烟叶质量决定的。
目前我国烟草行业正在进行相应的整合重组，这样的改变就会对我国的整个烟草行业布局产生很大的影响。
因此为了有效的适应我国烟草行业的整合要求，文章主要针对烟叶质量的相关评价进行阐述以及分析，希望通过文章的阐述以及分析能够有效的提升我国烟叶的质量评定，同时也为我国烟草经济作物的进一步发展以及创新贡献力量。
标签：烟叶；化学成分；质量评价；指标体系；质量提升在我國的农作物当中，烟草的经济价值非常的高，因此在我国的农业领域，烟草的经济地位也非常的高。
但是在我国目前的烟草行业中，卷烟企业需求的烟草大多数需要从外国进口，在同等级烟草质量的前提下，我国的烟草公司通常会选择进口烟叶。
这样的环境下，我国的烟叶治疗标准就显得尤为重要。
目前我国已经在建立健全烟叶质量的相关评价标准以及体系。
在我国十一五规划当中，烟草行业的科技发展战略已经被列入我国攻坚的重要内容。
因此我国目前在烟草行业中，最重要的工作就是要研究和分析烟叶的质量评价体系，同时要规范烟叶的评判标准。
通常意义上来讲，烟叶的质量主要指的是烟叶的可用性以及烟叶的合意性。
烟叶的质量主要就是衡量烟叶对于整个烟草行业的经济价值。
烟叶的质量评价结果在很大程度上决定了烟叶在烟草行业的利用价值以及经济价值。
当前我国有非常多的烟叶质量评价体系，主要的评定标准有四个，首先是烟叶的质量评价；其次是烟叶的化学成分评价，再次是烟叶的烟气品质相关评价，最后是烟叶的外观评价。
下面进行详细的论述以及分析。
1 我国烟草行业中烟叶的质量评价内容在烟叶质量评定的过程中，我们通常采用烟叶的物理特性以及化学特性的方法来进行烟叶质量的好坏判定。
烟叶质量分析与评价烟草是我国重要的经济作物，但是烟叶的质量却是影响烟草产业发展的重要因素之一。
因此，烟叶质量分析与评价是非常重要的，只有做好了这一工作，才能保证烟草产业的健康发展。
一、烟叶质量分析1.化学分析烟叶的化学成分主要有烟碱、烟酸、糖类、蛋白质、灰分等。
其中，烟碱、烟酸是烟叶的主要有效成分，糖类是烟叶的营养源，蛋白质是烟叶的构成成分，灰分则是指烘烤后剩余的无机物。
因此，化学分析可以确定烟叶中关键成分的含量，以及判断烤烟的成熟度和烟叶的质量。
2.物理分析烟叶的物理性质分析主要有烟叶的长度、宽度、厚度等，对于委托验货或者烟厂收购烟叶来说，物理分析是不可或缺的。
物理分析可以为烟叶加工提供重要参考和依据，特别是对于烟包装的规格、烟丝轻重量的控制和烟丝的加工和混合等，物理分析起着关键作用。
3.感官分析烟草的口感、气味和外观是评价烟叶质量的重要指标。
感官分析是一种凭借人的感官器官直接感受的方法来评定产品质量。
具体来说，包括外貌鉴定、香味鉴定、烟气感官评价、烟香凝缩物分析等环节。
而感官评价是众数人们购买烟草产品的决策依据之一，因此感官分析对于烟叶的质量评定是非常重要的。
二、烟叶质量评价在烟叶质量评价中，要全方位考虑烟叶的品质、数量和价格，对于市场销售来说有着至关重要的意义。
1.风味风味是烟草产品的重要质量指标之一，它能直接影响消费者的感觉和满意度。
因为风味与烟酸、糖类和其他成分之间的相互配合有着密不可分的关系，所以只有高品质的烟叶才能产生出好的口感和吸味。
2.外观烟草产品外观包括烟叶形状、颜色、杂质、烟叶纤维状态等。
外观对于烟草产品在市场上的销售和造型有着至关重要的影响，要想确保在市场竞争中占有优势，就需要重视烟草产品外观数量的保障。
3.烟丝品质烟丝品质是衡量烟叶产品的一种指标，主要包括烟丝长度、宽度、重量、吸味、香味、灰度等。
4.香气香气是烟草产品的重要品质指标之一，它能够直接吸引消费者的购买行为。
主成分分析和聚类分析在烟叶质量评价中的应用马京民;刘国顺;时向东;魏跃伟;鲁喜梅;李亚娟;叶协锋【期刊名称】《烟草科技》【年(卷),期】2009(000)007【摘要】采用主成分分析和聚类分析方法,结合外观质量和化学成分指标,对河南省信阳烟区45个烤烟样品进行了质量评价.结果表明,信阳烟区烟叶整体外观质量较好,油分、色度、正反色差和叶面均匀度稍差;化学成分多数指标符合优质烟叶的要求,但总氮和钾含量偏低,淀粉含量稍高.45个样品的聚类分析结果分为3个类别,综合了8个外观质量指标和8个化学成分指标,剔除了16个指标之间的重复信息.【总页数】4页(P57-60)【作者】马京民;刘国顺;时向东;魏跃伟;鲁喜梅;李亚娟;叶协锋【作者单位】河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南省烟草公司信阳市公司,河南省信阳市南京路28号,464000;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002;河南农业大学烟草学院,国家烟草栽培生理生化研究基地,郑州市文化路95号,450002【正文语种】中文【中图分类】S11+4,S572【相关文献】1.主成分分析结合Fisher最优分割法在烟叶分切中的应用 [J], 龙明海;资文华;华一崑;王跃昆;林楠;汪显国2.应用主成分分析和聚类分析评价烤烟叶位间质量差异 [J], 邵惠芳;陈红丽;杨永锋;焦桂珍;殷全玉3.主成分分析和聚类分析在烟叶全面质量评价中的应用 [J], 吕鹏辉;叶协锋;岳东林;范方兵;田盛国;李艳杰;卢剑;邹惠宇;周汉红4.云南烟区原料差异化烟叶的质量评价及近红外检测技术在烟叶收购中的应用初探[J], 徐洁;彭漫江;常寿荣;罗华元;饶智;王胱霖;李伟;朱海滨5.聚类分析与主成分分析在辽宁省城市竞争力综合评价中的应用 [J], 曲畅;赵凯鸽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
工业等级烟叶质量的主成分分析和聚类分析评价作者：王玉胜扈强梁荣左安建李旭华金保锋叶为民来源：《安徽农业科学》2014年第27期摘要 [目的]对不同工业等级的烟叶进行初步质量评价。
[方法]选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个烟叶质量指标，以SPSS软件为工具，运用主成分分析法和Q型聚类分析对韶关市始兴县14个不同工业等级标准的烟叶质量进行评价。
[结果]分析表明，按累积贡献率≥85%的标准，筛选出化学成分因子、感官质量因子、烟气成分因子共3个主成分，其对变异的累积贡献率达95.04%。
不同等级的烤烟烟叶的综合评价得分差异明显，其中MO1、CF1、MF2 3个等级烟叶质量得分高于其他等级烟叶，而XO2、XF2、XO3 3个等级烟叶质量得分则低于其他等级烟叶。
聚类分析结果表明，14个不同等级样品分为3类，其中第1类有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2；第2类有MO1、MF1、CF1，第3类有XF2、XO3、XF3。
[结论]研究可为工业等级烟叶质量评价提供参考。
关键词烤烟；主成分分析；聚类分析；工业等级中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）27-09518-02The Evaluation of Principal Components Analysis and Cluster Analysis on Industrial Grading of Fluecured TobaccoWANG Yusheng， HU Qiang， LIANG Rong et al（China Tobacco Guangdong Industrial Co. Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510145）Abstract [Objective] The quality of different industrial grading tobacco was evaluated. [Method] Selecting 10 tobacco quality indicators， such as total sugar， Shmuck value， ratio of sugar to nicotine， aroma quantity， aroma quality， mixed gas， irritation， maturity degree， identity，oil， using SPSS software as tool， adopting principle component analysis method and Q type cluster analysis， tobacco quality of 14 industrial grading criteria in Shixing County， Shaoguan City was evaluated. [Result] The results showed that three principal components with accumulative contribution rate over 85% were obtained， named chemical component， sensory component and smoke component， their accumulative contribution rate over 95.04%. The comprehensive scores of the fluecured tobacco leafs were different obviously. The quality evaluation of MO1， CF1， MF2 were better than others ； The quality evaluation of XO2， XF2， XO3 were poorer than others. The results of Q cluster analysis showed， these samples were divided into three categories， the first category included CF2， MO2， CO1， MO3， MF2， MF3， CO2， ML2； The secondcategory included MO1， MF1， CF1； The third category included XF2， XO3， XF3. [Conclusion] The study can provide reference for industrial grading tobacco quality evaluation.Key words Fluecured tobacco； Principal component analysis； Cluster analysis； Industrial grading卷烟高端产品的发展需要对烟叶原料进行等级细分，工业分级已成为高端产品发展的主流，同时，工业分级对于满足卷烟产品加工需要，提高烟叶等级纯度和烤烟原料可用性具有重要意义[1-2]。
工业分级是在烟叶复烤前根据卷烟工业需要，在不违背烤烟国家分级标准的前提下，借鉴国内外先进分级标准，通过引入更切合实际应用的外观识别因子以达到烟叶外观质量和内在品质的最大限度统一[3-4]。
几乎每个烟草卷烟工业企业都会依据自身品牌特性，选择适合自己工艺特点的烟叶原料，如红塔集团从2006年开始建立烟叶工业分级体系，2009年已经由72个工业等级发展为83个工业等级，精挑细选后的烟叶原料为红塔集团品牌发展奠定了坚实的基础，也为其产品结构提升提供了有力的保障。
提升产品结构、发展高端产品成为各卷烟品牌发展的首要任务，而高端的产品对烟叶原料提出了更高的要求，烟叶工业分级体系的构建，为这一目标的实现提供了一条有效途径，如何对工业等级的烟叶进行评价，更是尤为重要。
笔者选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个烟叶质量指标，以SPSS软件为工具，运用主成分分析和聚类分析方法对韶关市始兴县不同工业等级的烟叶进行初步质量评价，以期能够为工业等级烟叶质量评价提供帮助。
1 材料与方法1.1 烟叶样品与指标试验选取的烟叶样品是不同工业分级标准等级的烟叶样品。
该工业等级烟叶是为根据广东中烟的卷烟工业需求而设计的，其设计原则是：①满足配方打叶、模块组合加工要求，满足“双喜”高端品牌对烟叶原料的需求。
②简单易操作。
③从等级名称上能较直观地反映烟叶的质量情况及使用方向。
该烟叶工业等级设计的方法是：①按“双喜”品牌配方的特点并结合广东中烟每年调入烟叶常用等级将烟叶的部位分为4个，分别是X（下二棚）、C（中部）、M（上二棚薄叶）、B（上二棚）。
②按烟叶基本色分成4个组，分别是L（柠檬黄）、O（浅橘黄）、F（橘黄/深橘黄）、R（红棕色）。
③依据烟叶综合质量，分3个档次：好（1）、中等（2）、一般（3）。
④成熟度分5个档次：非常成熟、成熟、欠熟、过熟、假熟。
⑤其他品质因素如油分、色度、加工性能（成丝性等），使烟叶的内在质量、外观特征都得到较好的体现，并达到简单易懂，便于操作的目的。
该试验选取2012年广东省韶关市始兴县14个不同工业分级标准等级的烟叶样品，分别是CF1、CF2、CO1、CO2、MF1、MF2、ML2、MF3、MO1、MO2、MO3、XF2、XO2、XO3。
各等级中，第1个字母代表烟叶部位，第2个字母代表烟叶颜色，数字编号分别代表烟叶综合质量好中差3个档次，3个质量档次主要是根据成熟度、均匀度、油分、身份、长度、残伤等因子进行综合确定。
样品等级由广东中烟专职评级人员按照工业化分级标准进行，等级合格率达到 85% 以上。
每个样品取2 kg，用于烟叶外观质量、化学成分、感官质量指标鉴定，选取总糖、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份、油分10个指标进行分析。
其中外观质量的鉴定根据GB 263592分级标准[5]，并结合采用专家咨询法；化学成分的测定依据王瑞新等的方法[6]；感官质量评价依据于建军的方法[3]，并结合专家咨询法。
1.2 分析方法利用SPSS17.0软件，采用主成分分析法对分析指标进行了分析，求出特征根和特征向量，选出几个较大的特征根及相应的特征向量，使其累积贡献率达到90%以上，使研究的性状数量得到简化，从而得出主成分分析的结果，并运用SPSS软件中的Q型聚类分析对不同工业等级烟叶进行聚类分析[7-9]。
2 结果与分析2.1 工业等级烟叶质量的主成分分析根据特征值大于1的原则[7-8]提取了3个主成分（表1），其特征值分别为：404、2.91、2.55，各个主成分的方差贡献率分别为40.44%、2906%、25.54%，累积贡献率达95.04%，代表了烟叶质量的95.04%的信息。
2.2 工业等级烟叶质量的聚类分析利用统计软件SPSS17.0 提供的方法进行Q 型聚类分析，得到的聚类结果见表4。
从表4可以看出，第Ⅰ类有8个样品，分别有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标介于第2类和第3类之间；第2类有MO1、MF1、CF1等级，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标高于第1类和第3类的指标；第3类有XF2、XO3、XF3 3个样品，这一类总糖含量、施木克值、糖碱比、香气量、香气质、杂气、刺激性、成熟度、身份等指标低于第1类和第2类的指标；油分在这3类中差别不明显。
根据以上的分类结果，可将这14个依据工业化分级标准做成等级样品的烟叶投入打叶复烤车间进行配方打叶加工。
3 结论与讨论该试验运用主成分分析法对不同工业等级的烟叶样品进行质量评价，结果表明，所选取的10个分析指标可归纳为3个主成分因子，即化学成分因子、感官质量成分因子、外观质量成分因子，这3个主成分对总变异的累积贡献率达9504%，基本反映了烤烟烟叶质量的全部信息。
由分析结果可知，不同等级的烤烟烟叶的综合评价得分差异明显，其中MO1、CF1、MF2 3个等级烟叶质量得分高于其他等级烟叶，而XO2、XF2、XO3 3个等级烟叶质量得分则低于其他等级烟叶。
因此，通过质量得分评价，对卷烟工业企业如何使用不同等级烟叶提供了参考。
该研究运用Q型聚类分析对不同工业等级的烟叶样品进行聚类，将14个不同等级样品分为3类，其中第1类有CF2、MO2、CO1、MO3、MF2、MF3、CO2、ML2；第2类有MO1、MF1、CF1，第3类有XF2、XO3、XF3。
