万明宇 刘威

摘 要：为了优化烟叶打叶复烤的参数优化，探讨不同产区烟叶打叶复烤加工过程质量的差异，选取福建、河南、湖南、吉林、江西、辽宁、山东和四川8个批次烟叶，分析了一润水分、一润温度、二润水分、二润温度等12项过程质量指标，并采用主成分分析法提取了2个主成分，基于综合得分进行聚类。结果表明：（1）最终提取的2个主成分累计贡献率达到91.84%。（2）以平方欧氏距离10作为分类标准，可以将所有产地分为3类，第1类为河南、山东、辽宁，第2类为湖南、江西、吉林，第3类为福建和四川。

关键词：打叶复烤;过程质量;主成分分析;聚类分析;归类

中图分类号 S572文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）22-0125-04

Abstract：In order to optimize the parameters of threshing and redrying effectively，the quality differences of the process of threshing and redrying in different production areas were discussed，and the processed quality indexes were classified.Eight batches of tobacco leaves from Fujian，Henan，Hunan，Jilin，Jiangxi，Liaoning，Shandong and Sichuan were selected to analyze 12 process quality indexes such as 1st Moistening leaves moisture，1st Moistening leaves temperature，2nd Moistening leaves moisture，2nd Moistening leaves temperature，and two principal components were extracted by principal component analysis，and clustering was carried out based on the comprehensive score.The results showed that：（1） the cumulative contribution rate of the two principal components was 91.84%.（2） If the Euclidean distance of 10 square is used as the classification standard，all producing areas can be divided into three categories，the first category is Henan，Shandong，Liaoning，the second category is Hunan，Jiangxi，Jilin，and the third category is Fujian and Sichuan.

Key words：Threshing and redrying;Quality of process;Principal component analysis;Cluster analysis;Cluster analysis

打葉复烤工艺是卷烟生产加工前的重要流程，打叶复烤加工质量与烟叶回潮、润叶温度、水分、到打叶工艺条件等存在着复杂的关系。在工艺优化方面，以前的方法是运用正交试验的方法，主要研究单个因素对质量造成的影响以及影响单个质量指标的因素。但打叶复烤工艺因素繁多、关系复杂，组合数量非常大，各个质量指标还存在相互联系，很难选出最优的加工工艺参数。当前，对于多而复杂的片烟结构指标可以通过灰色聚类分析来选取片烟结构中具有代表性的指标。但是该方法存在一定的主观性，灰色聚类方法的结果受到样本关联性的影响，同时还与临界值的选择有关系。临界值越大，同类指标的关联性就会越强，但分类也会增多，临界值小情况正好相反[1]。

在实际加工过程中，不同产区原料的加工质量也不尽相同。不同产区烤烟加工过程质量特征的区域归类对打叶复烤生产方向和卷烟企业合理利用烟叶原料有一定的指导作用。以往在烤烟烟叶外观区域特征评价指标[2-3]、外观质量特征区域归类[4-5]方面的研究较多，而有关烤烟烟叶外观特征区域归类的研究则尚未见报道。另外，主成分分析和聚类分析方法已用于区分不同产地烤烟烟叶的物理特性、化学成分和近红外光谱等[6-8]，但用其分析不同产区加工过程质量特征鲜见报道。为此，本研究以不同产地烤烟烟叶的各项过程质量特征作为变量，应用主成分分析和聚类分析方法，实现不同区域烤烟加工过程质量的归类与划分，旨在为打叶复烤加工参数工艺优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器设备 材料取自2018年烟季某工业企业打叶复烤加工的8个C挑生产等级，分别来自福建、河南、湖南、吉林、江西、辽宁、山东和四川。布拉本德MT-C型电子型自动水分测定仪，Cardwell叶片振动分选机，Cardwell叶含梗检测机，RX29罗太普振筛，电子天平（0～100g，感量0.001g），电子台秤（0～100g，感量0.1g），手持红外线温度计电子测温仪（-50～380℃，感量0.1℃）。

1.2 检测方法 在各产地批次加工稳定后按有关行业标准对12项过程质量指标进行检测，其中一润水分、一润温度、二润水分、二润温度、烤前水分、下机温度每2h取样检测1每次，下机水分每30min取样检测1次，大片率、大中片率、碎片岁末率及叶含率1h取样检测1次。

1.3 数据分析 利用Excel 2016统计各指标均值和标准偏差的描述性统计，利用SPSS 20.0统计软件对获得的数据进行相关分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 打叶复烤过程质量指标的变异性 过程质量指标的最小值、最大值、均值、标准差和变异系数情况见表2。所选8个产地的下机水分最小为11.7%、最大为11.92%、均值为11.8%，均满足《YC/T147-2010打叶烟叶质量检验》质量标准。从表2可以看出，冷房水分、下机水分属弱变异，各产第差异性较小;一润水分、一润温度、二润水分、二润温度、烤前水分，大中片率和叶中含梗率属中变异，表明各产地烟叶过程质量有所不同;大中片率和碎片岁末率变异较大，各产地之间有明显差别。

2.2 打叶复烤过程质量指标的相关性 由表3可知，过程质量特征指标之间存在显著或极显著相关。为避免特征指标所反映的信息重叠，拟采用主成分分析方法提取影响烟叶外观特征的主成分。

2.3 打叶复烤过程质量指标主成分分析 主成分分析方法是将众多的变量转变成较少的因子来表示，并且这些因子包含了原变量提供的大部分信息[6]。利用SPSS 19.0软件进行主成分分析，前2个主成分的累计贡献率达到91.84%，基本能够反映全部数据的绝大部分信息（见表4）。

因子载荷反映各指标对主成分的贡献大小[6]，根据各指标的成分矩阵画出打叶复烤过程质量的主成分得分图见图1、表5。由图1可知，大片、大中片、一润温度、碎片岁末、烤前水分、二润水分、一润水分在第一个主成分F1起重要作用;下机水分、下机温度、二润温度在第二个主成分F2起重要作用，而下机水分、下机温度对主成分F1无影响;碎片岁末、冷房水分对主成分F2无影响。

将大中片率、大片率、一润温度、碎片岁末率、烤前水分、二润水分、一润水分、冷房水分、下机温度、下机水分、二润温度、叶中含梗率相对量的标准化数据分别记为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12。第一主成F1贡献率78.35%，F1=-0.97X1-0.97X2+0.87X3+0.87X4+0.73X5+0.58X6+0.47X7-0.19X8+0.42X11。第二主成F2贡献率13.48%，F2=-0.16X1+0.20X2+0.32X3-0.43X5-0.43X6-0.43X7+0.9X9-0.89X10+0.86X11+0.33X12。由此可以计算出第一主成分和第二主成分的得分，如表6所示。

2.4 不同产地的打叶复烤过程质量指标聚类分析 将主成分的得分代替原始数据进行系统聚类分析的方法已广泛应用于烟草行业[6-10]。根据表6中主成分的得分，对2种干燥方式不同产地加工的过程质量主成分进行聚類分析，方法为瓦尔德算法，得出聚类谱系图。从图2可以看出，在欧式距离为10处，可以把8个产地分为以下3类：第1类为河南、山东、辽宁，这类烟叶在加工时在一、二润水分相对较高、大中片率稍低、碎片岁末率稍低;第2类为湖南、江西、吉林，这类烟叶大片率稍高、大中片率较高，润叶水分温度适中;第3类为福建和四川，这类烟叶润叶水分温度稍低、大中片率稍高但大片率稍低。

3 结论

采用主成分分析法分析配丝前后烟丝质量变化以及配送后不同机台烟丝质量的均匀性，方法可行，而且具有直观、可测量的优势。通过计算主成分分析数据降维后各质量点之间的截距，可以判定质量的接近程度。通过对一润水分、温度等12项过程质量指标的主成分分析，可以较好地对不同产区的烟叶进行聚类区分，说明不同地区的烟叶具有不同的过程特征。提取出的2个主成分，累计贡献率91.84%。从各项指标的重要性来看，第一主成分贡献率78.35%，下机温度与水分、叶含梗率对其无影响，为不重要特征;第二主成分贡献率中冷防水分的载荷向量位于原点，为不重要的特征。通过对主成分得分进行聚类，最终将8个产区烟叶聚为以下3类：第1类为河南、山东、辽宁;第2类为湖南、江西、吉林;第3类为福建和四川。

参考文献

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（责编：张宏民）