云南烟区烤烟品种的物理指标分析

云南烟区烤烟品种的物理指标分析

草坪的质量评价主要包括内部质量、外观质量和感官质量。在烟草的种植、流通和加工过程中,外观质量的评定更为常见。目前国内外对外观质量主要是采用感官评定。由于各种主观、客观因素的影响,感官评定在客观性、科学性、一致性等方面有其不足之处,所以研究开发外观质量测试技术是一项很有意义的工作。我国实行烟草专卖体制,强制性的42级国家烤烟分级标准是烟叶分级的依据,烟叶的颜色是烤烟烟叶质量评价的重要指标。定性的研究表明,烟叶的颜色与其化学成分和感官评吸质量有显著的相关性,色泽的好坏直接表征了烤烟烟叶的质量和等级。由于评定因素多,判断指标模糊,所以与一般农产品质量检测相比,烤烟烟叶的质量检测要复杂得多。扬-赫姆霍尔滋学说(Young-Helmblots)的三色学说是以颜色混合的物理学规律为依据而发展的。色光中存在3种最基本的色光,它们的颜色分别为红色、绿色和蓝色。这三种色光既是白光分解后得到的主要色光又是混合色光的主要成分,并且能与人眼视网膜细胞的光谱响应区间相匹配,符合人眼的视觉生理效应。这3种色光以不同比例混合,几乎可以得到自然界中的一切色光,混合色域最大,而且这三种色光具有独立性,其中一种原色不能由另外的原色光混合而成,因此红、绿、蓝被称为色光三原色。为了统一认识,1931年国际照明委员会(CIE)规定了三原色各自的波长板λR=700.0nm、λG=546.1nm、λB=435.8nn。在色彩学研究中,为了便于定性分析,常将白光看成是由红、绿、蓝三原色等量相加而合成的,其R、G、B理论值设定为标准的(255,255,255)。本研究对烟叶颜色的测定就根据CIE色度学理论进行的,CIE1976明度指数L*、色品指数a*、b*均匀颜色空间是CIE1931标准色度学系统的非线性变换,它将XYZ直角坐标颜色空间转换为柱面极坐标,将三刺激值X、Y、Z转换成与眼睛视觉相一致的明度指数L*和色品指数a*、色调角h*,其中a*、b*与色调、饱和度的感觉相一致。为尽量避免各种因素对烟叶颜色测定及分级工作带来的不同程度的误差,计算机图像处理技术、人工神经网络技术和模糊信息处理技术等已被逐渐引入烟草行业在烟叶杂物剔除、烟叶形状特征提取、烟叶自动分级等方面进行研究,并取得一定成果,从而促使烟叶分级由传统的依靠人工向借助计算机、由定性向定量、由经验化向理论化发展。但针对烟叶颜色的定量检测,很少有此方面的报道。为了在烟叶生产过程中避开众多人为因素的影响,客观、真实地反映出烟叶的质量,这对于提高烟叶生产的效率、烟叶生产过程中的质量控制,保护烟农与国家利益都具有非常重要的意义。所以,本研究就颜色指标与烟叶其他物理指标的相关进行探讨,为实现烟叶分级自动化奠定一定的基础。1材料和方法1.1供试仪器与器材2010年在云南烟草科学研究院进行试验,试验的烤烟烟叶来自云南曲靖、大理、红河、昆明、临沧、普洱、文山、玉溪、昭通共计9个地区;烤烟品种是K326;部位包括上、中、下部烟叶(B2F、C3F、X2F)。供试试验仪器与器材包括分析天平(感量:0.0001g);打孔器(18mm);电子拉力机,济南德瑞克生产,型号DRK100B;厚度仪,德国KARL生产;耐破度仪,四川长江造纸仪器有限责任公司生产,型号BPW-2,测量范围(0-300)kPa,准确度级1;定量冲样器,四川长江造纸仪器有限责任公司生产,型号BTQ-1,取样面积100cm2;烟丝填充值测定仪,德国BORGWALT公司生产;恒温恒湿箱;烘箱;卷尺;剪刀;CR-400色彩色差仪(KONICAMINOLTA)。1.2测试方法1.2.1各指标测定指标将所有样品检测19个物理特性指标,分别为拉力、抗张强度、延伸率、单叶重、梗重、含梗率、叶质重、填充值、含水率、长度和宽度(计算长宽比)、厚度、阴燃时间、颜色指标(5个)L*、a*、b*、彩度C*、色调角h*。1.2.2样品制备1.2.3试样张力和填充厚度的测定单叶重、含梗率、叶长和叶宽(计算长宽比)、叶质重、阴燃时间采用吉文书等的方法测定。平衡含水率采用蔡健荣等的方法测定。(1)拉力、抗张强度、延伸率的测定。采用恒速拉伸法,取3片烟叶,需要在烟叶的中部两侧中间位置,避开主脉和支脉,剪成10mm×40mm的长条。仪器采用电子拉力机,调整仪器的拉伸速率至100(±5)mm/min。将夹头调整到30(±1)mm,输入样品的长度、宽度和厚度,将试样夹在夹头上,注意不应用手接触试验区域,建议在处理试样时佩戴一次性或轻质棉手套,夹紧试样,并且不产生明显的应变,进行力清零和位移清零。保证试样平行于所施加的张力方向。开始试验直至试样断裂,记录所施加的最大抗张力。记录断裂时的伸长(单位为mm),从仪器直接读出裂断时的伸长率(单位为百分数);从仪器直接读出裂断时的抗张强度。(2)叶片厚度的测定。采用层积厚度法测定(德国KARL),仪器采用厚度仪,取10片烟叶,用直径18mm的打孔器,对每片烟叶沿着主脉均匀的在左右两侧各打3个孔,每片烟叶共打6个孔,每个圆片均不应有洞眼或破损,避开主脉和支脉,左右两边的3个圆片均正面朝上分别层叠起来,用厚度仪测定层叠起来的圆片厚度值,每片烟叶是一个重复,共10个重复。抬起厚度仪测量头,在测量头和铁台间插入烟叶圆片,轻轻控制速率,放倒测量头至圆片表面,2min后记录厚度值,精确至0.001mm。重复测定其余烟叶,在2个或者多个试样的连续读数期间,应保证工作台处于无尘状态。(3)填充值测定。填充值参考张建平等的测定。1.2.4试样的检测和分析(1)样品的制备。每个样品选择10片选具有代表性的烟叶,先取1片烟叶将其平放在实验台上,正面朝上使其自然展平。避开主脉和支脉,在平分主脉3等分处两侧对应的位置,均匀的各选择3个点,每片烟叶6个点,每个点为圆形,直径不小于22mm。(2)仪器的校准和调节。取下试样叠的保护层,不要用手触摸试样的测试区。输入白色校正板数据,放在白色校正板上进行校正,电源灯闪3次,鸣叫表示校正通过。(3)测定。按照仪器的操作方法和工作标准操作仪器,测定第1张试样的CIELAB值(包括明度指数L*;色品指数a*、b*;彩度C*ab(简称C*);色调角h*ab(简称h*)),读取并记录测定值,应准确至0.01单位。取下已测试样,根据相同的方法以此类推,直至10片烟叶测定完毕。2结果与分析2.1烟用材料的指标从表1可以看出,9个地区19个指标的变异系数(CV)。比较来看,CV较大的指标有:拉力、抗张强度、单叶重、梗重、叶质重、厚度、阴燃时间、a*;CV中等的指标有:延伸率、含梗率、宽度、长宽比;CV较小的指标有:填充值、含水率、长度、L*、b*、C*、h*。CV较大的指标说明在某一地区烟叶上、中、下3个部位,所测定的指标波动较大,稳定性较差,如拉力、抗张强度、阴燃时间等。而CV较小的指标说明在某一地区烟叶上、中、下3个部位,所测定的指标波动较小,稳定性较好,如颜色指标、填充值等。2.2烟色指标测定的稳定性和重现性从表2可以看出,所有地区各指标总体上的CV,比较CV得知,颜色指标中除了a*外,其他的4个指标均处在最低水平,说明了不同地区、不同部位的烟叶,测定颜色指标还是比较稳定的、波动性较小、重现性较高的。总体样本的19个物理指标CV还是在可接受范围的。2.3不同区域19个物理指标之间的相关分析2.3.1其他物理指标相关分析从表3可以看出,各指标间呈现以下主要相关性特征:(1)拉力与叶质重、厚度呈极显著正相关;与延伸率、与a*呈显著正相关;与长宽比呈极显著负相关;与宽度、L*、h*呈显著负相关;而与其他物理指标相关性较小。(2)抗张强度与延伸率呈显著正相关;与叶质重、厚度呈极显著负相关;与a*呈显著负相关;而与其他物理指标相关性较小。(3)单叶重与梗重、叶质重、长度、厚度呈极显著正相关;与a*呈显著正相关;与L*呈显著负相关。(4)梗重与长度呈极显著正相关;与宽度呈显著正相关。(5)含梗率与厚度到显著负相关。(6)叶质重与厚度、a*呈极显著正相关;与宽度、长宽比、L*、h*呈极显著负相关。(7)填充值与含水率呈显著负相关。(8)含水率与长度、阴燃时间呈显著正相关。(9)长度与宽度呈极显著正相关。(10)宽度与长宽比呈极显著正相关;与厚度呈极显著负相关。(11)长宽比与L*、h*呈显著正相关;与厚度、a*呈极显著负相关。(12)厚度与a*呈极显著正相关;与L*、h*呈极显著负相关。(13)L*与b*、h*呈极显著正相关;与C*呈显著正相关;与a*呈极显著负相关。(14)a*与h*呈极显著负相关;与b*呈显著负相关。(15)b*与C*、h*呈极显著正相关。2.3.2各因素对总体假设t检验把所有达到显著性、极显著性的相关系数,按照线性相关程度分3个等级:简单相关系数|r|<0.5为低度相关,0.5<|r|<0.7为中度相关,|r|>0.7为高度相关,如表4中,(1)为高度相关,(2)为中度相关,正常为低度相关,对3组相关系数分别进行ρ=0.5,ρ=0.5并ρ=0.7,ρ=0.7的总体假设t检验,如表4,结果显示,4次总体假设t检验结果都是p<0.05,说明划分的3个相关程度等级是有效的。根据表4可以看出:单叶重与梗重、宽度与长宽比、叶质重与厚度、L*与h*、b*与C*为高度正相关。L*与a*、a*与h*为高度负相关。2.3.3高度相关分析L*与厚度、叶质重为中度负相关。a*与厚度、叶质重为中度正相关;a*与L*为高度负相关。b*与L*为中度正相关。C*与b*为高度正相关。h*与L*为高度正相关;h*与b*为中度正相关;h*与a*为高度负相关;h*与厚度、叶质重为中度负相关。3物理指标基本统计量小、稳定性较高,但以4.本试验结果表明,从每个地区19个物理指标的基本统计量来看,CV较大的指标有:拉力、抗张强度、单叶重、梗重、叶质重、厚度、阴燃时间、a*;CV中等的指标有:延伸率、含梗率、宽度、长宽比;CV较小的指标有:填充值、含水率、长度、L*、b*、C*、h*。CV较大的指标说明在某一地区烟叶上、中、下3个部位,所测定的指标波动较大,稳定性较差,如拉力、抗张强度、阴燃时间等。而CV较小的指标说明在某一地区烟叶上、中、下3个部位,所测定的指标波动较小、稳定性较好,如颜色指标、填充值等。从总体样本19个物理指标的基本统计量来看,所有地区各指标总体上的统计量,比较CV得知,颜色指标中除了a*外,其他的4个指标均处在最低水平,说明了不同地区,不同部位的烟叶,颜色指标测定还是比较稳定的、波动性较小、重现性较高的。总体样本的19个物理指标CV还是在可接受范围的。L*与厚度、叶质重呈极显著负相关,为中度负相关。a*与厚度、叶质重呈极显著正相关,为中度正相关;a*与L*呈极显著负相关,为高度负相关。b*与L*呈极显著正相关,为中度正相关。C*与b*呈极显著正相关,为高度正相关。h*与L*呈极显著正相关,为高度正相关;与b*呈极显著正相关,为中度正相关;与a*呈极显著负相关,为高度负相关;与厚度、叶质重呈极显著负相关,为中度负相关。从试验结果可以看出,利用色差仪测定烤烟烟叶的颜色指