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1、云南大学学报(自然科学版)，2010，32(S1):81 86CN 53 1045/NISSN 0258 7971Journal of Yunnan University楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价?董高峰，张强，向明，张天剑，邱晔，简斌(云南烟草科学研究院，云南 昆明650106)摘要:对楚雄烟区 87 个烟叶样品为供试材料，对烤烟中 13 种主要化学成分进行了相关分析和因子分析，并对因子得分进行了描述统计分析 结果表明:烤烟主要化学成分间存在显著或极显著的相关性;因子分析提取了 5 个主因子代表了 13 个化学成分 87 23%的信息量;等级为 C3F 的烟叶综合得分的平均值要
2、高于 B2F 和X2F关键词:烤烟;化学成分;因子分析中图分类号:TS 424文献标识码:A文章编号:0258 7971(2010)S1 0081 06烟叶品质是烟叶内多种化学成分综合作用的结果，烟叶的化学成分决定烟叶的品质水平 因此烟叶化学成分是评判烟叶质量的主要指标1，但烟叶化学成分纷繁复杂，如何选择合理的化学成分来反映烟叶的质量信息，是准确表征烟叶的质量特点的重要基础 因子分析法是将具有关联关系的多个变量通过线性组合形成互不相关的一些新变量，并使新变量保持原变量变异的绝大部分信息的一种多元统计分析方法，不仅减少了变量个数，而且再现了变量之间的内在联系2 因子分析在烤烟多种性状的统计分析3
3、 和质量评价4 8 中得到了广泛应用 本文对楚雄烟区的烤烟主要化学成分进行了因子分析，以期分析影响楚雄烟区烤烟质量的主要化学成分，为楚雄烟区烤烟的生产和利用提供理论参考1材料与方法1 1材料选取云南省楚雄州 2008 年生产具的有代表性的当地主栽品种云烟 85 和云烟 87 初烤烟叶 87 份，等级为 X2F，C3F，B2F，每个等级 29 份，每个样品选取 3 kg 将所选样品的 13 个指标总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯离子、淀粉、挥发酸、挥发碱、钾离子、总灰分、石油醚提取物、多酚、蛋白质，分别用 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12和X13表示1 2
4、测定项目与分析方法1 2 1主要化学成分的测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯离子、淀粉、挥发酸、挥发碱、钾离子、总灰分、石油醚提取物、多酚、蛋白质的测定参考王瑞新9、肖协忠10 等的方法1 2 2分析方法运用 SPSS12 0 统计软件对主要化学成分进行相关分析和因子分析，并计算出因子得分和综合得分2结果与分析2 1楚雄烟区烤烟主要化学成分的相关性分析由表 1 可知总糖、淀粉和还原糖等含碳化合物之间极显著正相关，总氮、烟碱、挥发碱、多酚和蛋白质之间极显著正相关 总糖、淀粉和还原糖等含碳化合物分别与总氮、烟碱和蛋白质等含氮化合物之间极显著负相关 挥发酸分别与总糖、淀粉和还原糖等含碳化合物极显著正相
5、关，与总氮、烟碱和蛋白质等含氮化合物之间极显著负相关，而挥发酸正好与之相反 挥发酸与挥发碱极显著负相关，与总灰分显著正相关 挥发碱与总灰分、多酚极显著负相关 氯离子与淀粉显著负相关，与烟碱和挥发碱显*收稿日期:2010 04 30基金项目:云南中烟工业公司科技资助项目(2006YL01 2)作者简介:董高峰(1983 )，男，河南人，硕士，主要从事卷烟原料研究 E mail:dgfeng2009163 com通讯作者:张强(1969 )，男，工程师，主要从事烟叶原料研究28云南大学学报(自然科学版)第 32 卷著正相关 钾离子与总氮、烟碱、淀粉、挥发碱、石油醚提取物、多酚和蛋白质极显著负相关，
6、与挥发酸和总灰分极显著正相关 以上分析也表明，楚雄烟区烤烟化学成分之间存在一定的相关性，可作因子分析2 2楚雄烤烟主要化学成分因子分析对楚雄烟区烤烟主要化学成分进行因子分析，利用主成分分析法提取特征值大于 0 60 的因子，并进行 4 次方最大正交旋转，其中 KMO 值为 0 76，说明可以进行因子分析2 由表2 可知，提取出5 个公因子，并且这 5 个公因子的累计贡献率为 87 23%由表 3可知，第一个因子主要反映的是总糖、还原糖、总氮、烟碱、挥发碱、石油醚提取物和蛋白质的信息，并且总氮、烟碱、挥发碱、石油醚提取物和蛋白质在第一个因子上具有较大的正载荷值，说明这 5 个变量具有相似的变化趋
7、势，相互之间呈正相关;第 1个因子主要由含碳化合物和含氮化合物组成，可称其为碳氮因子，其对烟叶化学成分的贡献率为41 90%第 2 个因子主要反映的是淀粉、钾和总灰分的信息，钾和灰分有较大的负载荷值，而淀粉有较大的正载荷值，钾、灰分与淀粉之间负相关，第 2个因子对烟叶化学成分的贡献率为 20 71%第 3个因子主要反映的是氯离子的信息，其对烟叶化学成分的贡献率为 9 00%第 4 个因子主要反映的分别是多酚的信息，其对烟叶化学成分的贡献率为8 79%第 5 个因子主要反映的是挥发酸的信息，其自对烟叶化学成分的贡献率为 6 83%表 2公因子、特征值及贡献率Tab 2 Principal com
8、ponents，eigenvalue and of varibality因子旋转前旋转后特征值贡献率/%累计贡献率/%特征值贡献率/%累计贡献率/%fac15 7544 2344 235 4541 9041 90fac22 6620 4564 692 6920 7162 62fac31 179 0273 711 179 0071 61fac41 158 8482 551 148 7980 40fac50 614 6987 230 896 8387 232 3楚雄烤烟主要化学成分因子得分的描述统计分析利用回归模型计算 7 个主因子的得分(见表 4)，其数学模型分别为:表 3楚雄烤烟主要化学成分因
9、子载荷矩阵Tab 3 Rotated factor matrix of main chemical componentsof flue cured tobacco in Chuxiong指标fac1fac2fac3fac4fac5总糖0 738 40 552 60 056 90 062 40 127 5还原糖0 730 20 481 30 184 30 151 50 088 0总氮0 913 90 071 20 022 80 340 70 047 7烟碱0 887 90 328 30 220 50 023 30 022 6氯离子0 054 20 117 20 964 30 040 70 060
10、 5淀粉0 203 90 828 40 141 30 246 10 142 7挥发酸0 377 70 154 10 079 30 082 50 884 8挥发碱0 882 50 307 90 218 30 032 50 034 8钾离子0 458 30 670 90 020 50 187 80 165 9总灰分0 359 10 838 30 081 90 230 50 072 3石油醚提取物0 843 80 022 10 062 90 329 80 002 5多酚0 446 60 208 90 133 80 668 80 129 8蛋白质0 727 10 165 70 224 00 533 8
11、0 059 038第 S1 期董高峰等:楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价表 4楚雄烤烟主要化学成分因子得分系数矩阵Tab 4 Component score coefficient matrix of flue cured tobacco in Chuxiong指标fac1fac2fac3fac4fac5总糖0 140 10 229 00 060 80 004 90 099 0还原糖0 190 50 179 90 154 70 239 10 018 0总氮0 138 00 006 40 045 70 193 60 004 8烟碱0 202 60 119 40 185 20 194 10
12、 178 9氯离子0 007 40 058 80 826 80 002 60 0150淀粉0 026 10 327 50 122 70 240 30 089 5挥发酸0 063 10 009 80 000 90 103 71 056 5挥发碱0 197 00 109 80 181 90 177 10 156 8钾离子0 037 10 227 00 011 30 107 80 135 6总灰分0 050 10 308 60 084 00 089 60 153 5石油醚提取物0 270 60 034 40 034 40 536 10 264 6多酚0 008 80 034 20 083 00 57
13、2 20 067 0蛋白质0 051 10 112 90 231 30 480 80 146 1fac1=0 140 1X10 190 5X2+0 138 0X3+0 202 6X4 0 007 4X5 0 026 1X6+0 063 1X7+0 197 0X80 037 1X90 050 1X10+0 270 6X110 008 8X12+0 051 1X13，fac2=0 229 0X1+0 179 9X2 0 006 4X3+0 119 4X40 058 8X5+0 327 5X6+0 009 8X7+0 109 8X80 227 0X90 308 6X10+0 034 4X11+0 0
14、34 2X120 112 9X13，fac3=0 060 8X1+0 154 7X2 0 045 7X3+0 185 2X4+0 826 8X5 0 122 7X6 0 000 9X7+0 181 9X8+0 011 3X9+0 084 0X100 034 4X11+0 083 0X120 231 3X13，fac4=0 004 9X1+0 239 1X2+0 193 6X30 194 1X4+0 002 6X5 0 240 3X6 0 103 7X70 177 1X80 107 8X90 089 6X100 536 1X11+0 572 2X12+0 480 8X13，fac5=0 099
15、0X1 0 018 0X2+0 004 8X3+0 178 9X40 015 0X5 0 089 5X6+1 056 5X7+0 156 8X80 135 6X90 153 5X10+0 264 6X11+0 067 0X120 146 1X13再根据以上 5 个主因子的贡献率和因子得分，建立楚雄烟区烟叶综合评价数学模型:F=0 419 fac1+0 207 1 fac2+0 09 fac3+0 087 9 fac4+0 068 3 fac5表 5 即为楚雄烟区烟叶化学成分因子得分和根据所建立的模型计算出的烟叶综合得分(F)的描述统计分析 由表 5 可以看出，3 个等级的综合平均得分大小依次为
16、:C3F B2F X2F;3 个等级的综合平均得分的变异系数为:X2F C3F B2F提出的 5 个公因子中因子 4 的平均值和变异系数为负值，由因子 4 的回归方程可以看出除还原糖、总氮、氯离子、多酚和蛋白质的系数为正值外，其余各个指标的系数均为负值，并且离子、多酚的含量较小，这造成了因子 4 的平均值为负值3结果与讨论烤烟主要化学成分相关分析表明烤烟主要化学成分间存在着不同程度的相关性 含氮化合物与其他化学成分的相关性恰好与含碳化合物相反，并且含氮化合物和含碳化合物极显著负相关6，7，这可能是烟株中的碳氮代谢相互竞争10 的关系造成的 氯离子与烟碱和挥发碱显著正相关，这可能是氯离子可以促进
17、烟叶对氮的吸收造成的11 通过对楚雄烟区烤烟主要化学成分进行因子分析得到 5 个主因子，其中碳氮因子占原变量总方差的比例高于其他因子，说明其在化学成分中的作48云南大学学报(自然科学版)第 32 卷用最大，对烤烟品质的影响最显著，即烤烟的品质表 5主要化学成分因子得分Tab 5 Chemical components factor scores in Chuxiong等级指标fac1fac2fac3fac4fac5FB2F平均1 880 350 190 070 090 88标准差0 680 571 160 761 040 23变异36 30160 68622 701 097 551 132 3
18、626 65变幅0 23 6 681 20 2 171 44 2 931 38 2 251 66 1 990 49 2 43C3F平均1 481 230 310 020 130 91标准差0 810 760 880 991 020 33变异54 9161 84284 174 350 96785 8436 05变幅3 56 5 362 43 2 711 69 2 723 02 2 021 58 2 451 59 2 11X2F平均1 320 480 180 050 110 67标准差0 591 270 851 060 950 26变异44 86262 19470 841 988 08887 35
19、38 37变幅1 01 1 642 93 3 111 43 2 282 86 2 282 13 2 800 17 2 04主要由烟叶中碳氮化合物的平衡和协调程度决定10;同时楚雄烟区由于山地较多，地势起伏不平坡度变化大12，在雨季土壤养分容易流失，需要注意养分的补充 因此在实际生产中要注意氮肥的使用和水肥的耦合，使烟叶中碳氮化合物之间比例达到良好平衡对楚雄烟叶综合评价时可知，第 1 个因子的平均得分要高于中、下部叶，可能是由于上部叶含氮化合物的量要高于中、下部叶，而上部叶的糖含量又相对低于或者接近于中、下部叶13 14，从而使上部叶中的碳氮比较适宜造成的 因此，在实际生产中不仅要注意整个烟株的
20、碳氮代谢平衡，同时也应注意调节烟株不同部位的碳氮代谢的平衡第 2 个因子为钾离子、淀粉、总灰分组成，第 3个因子为氯因子，这 2 个因子对烟叶化学成分的总贡献率为 29 71%由于钾、氯和淀粉都影响烟叶的燃烧速度和燃烧的完全性11，14 15，因此在烟叶生产中应注意淀粉的转化和钾、氯离子的调控以及适宜的钾氯比从化学成分方面对楚雄烤烟进行综合评价表明，中部烟叶的综合得分要稍高于上部烟叶，下部烟叶最低 这是可能是由于中、下部烟叶的因子 1即碳氮因子的得分较低造成的，因此在评价和利用烟叶时，不仅要考虑追求一个或几个化学指标的对烟叶质量的影响，还从整体上考虑烟叶内部化学成分的协调和平衡问题，不能因为片
21、面强调和追求一个或几个化学成分指标的含量而造成烟叶整体质量的下降参考文献:1 闫克玉，袁志永，吴殿信 烤烟质量评价指标体系研究 J 郑州轻工业学院学报:自然科学版，2001，16(4):57-61 2 章文波，陈红艳 实用数据统计分析及 SPSS 12 0 应用 M 北京:人民邮电出版社，2006:229-257 3 史跃伟，王志红，王佚，等 烤烟新品种(系)主要化学成分的因子分析J 安徽农业科学，2008(25):10 958-10 959，10 962 4 毕淑峰 烤烟主要化学成分的因子分析J 安徽农业科学，2004，32(2):342-343 5 于建军，杨寒文，毕庆文，等 烤烟酸性成分
22、的因子分析及综合评价 J 浙江农业科学，2009(3):629-632 6 毕庆文，于建军，汪健，等 清江流域烤烟类胡萝卜素降解产物的因子分析和综合评价J 中国烟草科学，2009，30(6):25-29 7 于建军，戴慧娟，李爱军，等 金攀西烤烟主要化学成分与评吸质量的灰色关联度分析 J 河南农业大学学报，2007，41(6):605-610 8 于建军，戴慧娟，李爱军，等 鄂西南烤烟主要化学成分因子分析及综合评价 J 甘肃农业大学，2008，4358第 S1 期董高峰等:楚雄烤烟主要化学成分的因子分析和综合评价(1):98-101 9 王瑞新 烟草化学 M 北京:中国农业出版社，2003，1
23、49-158 10 肖协忠 烟草化学 M 北京:中国农业科技出版社，1997，248-277 11 韩锦峰，史宏志，官春云，等 不同施氮水平和氮素来源烟叶碳氮比及其与碳氮代谢的关系J 中国烟草学报，1996(1):19-25 12 黄元炯，傅瑜，董志坚，等 河南烟叶营养元素和还原糖、烟碱含量及其与评吸质量的相关性J 中国烟草科学，1999(1):3-7 13 鲁永新，王恩超，张映翠，等 楚雄州烤烟的种植生态区划 J 烟草科技，2009(2):19-25 14 程昌新，王金平，卢秀萍，等 云南省不同地区烤烟化学成分的多变量分析J 郑州轻工业学院学报:自然科学版，2007，22(1):31-35
24、15 毕淑峰 云南烤烟评吸质量与化学成分的关系研究 J 黄山学院学报，2005，7(3):61-63 16 徐亚中 决定烟叶燃烧性的因素和物质 J 烟草科技，1987(2)，37-40Factor analysis and comprehensive evaluation of main chemical componentsin flue cured tobacco of Chuxiong tobacco growing areaDONG Gao-feng，ZHANG Qiang，XIANG Ming，ZHANG Tiang-jian，QIU Ye，JIAN Bin(Yunnan Acade
25、my of Tobacco Science，Kunming 650106，China)Abstracts:Eighty seven flue cured tobacco leaves samples collected from Chuxiong tobacco growing ar-ea，thirteen principal chemical components in these samples were analyzed by using factor analysis The resultsindicated that:The main chemical components in f
26、lue cured tobacco leaves were significantly or extremely sig-nificantly correlated with the others 87 23%information of thirteen indexes of chemical components could be ob-tained by the factor analysis of the five main components The average scores of synthesis factor of C3F were high-er than B2F an
27、d X2FKey words:flue cured tobacco;chemical components;factor analysis (上接第 80 页)The design and optimization of cigarette top flavoring formulabased on BP neural networkTIAN Li-mei1，ZHANG Qiang，SHI Jian-quan2，HE Zhi-jun1，SUN Zhi-yong1，WANG Li-min1，YANG Lei2(1 Yunnan Academy of Tobacco Science，Kunming
28、 650106，China;2 Hongyun Honghe Tobacco(Group)Co，Ltd，Kunming 650202，China)Abstract:To optimize cigarette top flavoring formula，based on the methods of modern mathematical statisticsand nonlinear systems information processing，a series methods are introduced，which included the design of ex-periment，the establishment of BP neural networks models，the optimization and verification of model，and so onCompared with traditional methods，these methods would enhance the working efficiencyKey words:cigarette;top flavoring formula;design and optimization;BP neural network68云南大学学报(自然科学版)第 32 卷