CN102920005A - 一种烟叶原料分类和分组方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烟叶原料分类和分组方法,采集烟草种植地的生态信息,提取所述生态信息的主成分,采用聚类分析法对提取得到的主成分进行聚类分析,获得分类结果,并对分类结果进行验证;烟叶原料分类后,采集烟叶原料化学成分指标,提取所述化学成分指标的主成分,采用聚类分析法进行聚类分析,得到分组结果,并对分组结果进行验证。本发明针对烟叶原料作为农产品的特点,依据其生长的生态信息进行分类,同时考虑了其作为工业化产品加工的原料,依据其化学成分在类内进行分组。这种分类分组方法能科学合理地为卷烟配方设计、打叶复烤、分组加工模块的构建提供指导和支撑。有利于提高卷烟产品的品质,能够更加科学、合理地利用烟叶原材料。
Description
技术领域
本发明属于烟草利用领域,具体涉及一种烟叶分类方法以及烟叶分组方法。
背景技术
烟叶原料是卷烟的基础材料、是卷烟生产的第一车间,由于不同地区的海拔、气温、光照等烟叶生长因素的不同,土壤、水肥等生长条件的不同,以及烟叶品种和生长部位因素的不同,同等级烟叶原料的质量差异较大,如何合理使用,科学地进行烟叶原料的分类分组一直是烟叶作为工业加工原材料研究的重点、难点问题之一。
中国专利CN1830335A揭示了将若干具有相同或相近风格特点的不同等级烟叶按照一定的比例组合在一起,使之成为卷烟配方中具有一定作用或用途的配方模块进行打叶复烤,该项专利主要是针对打叶复烤过程的分组加工问题,同时还存在组合标准是否科学合理的问题。中国专利CN101129214A揭示了一种卷烟配方分组方法,是依据原料的质量特性和在配方中所起的作用,将烟叶原料分为不同的模块,根据配方烟叶原料的主要化学成分来进行卷烟配方原料的分组模块设计,该项专利主要针对卷烟配方,而且还存在主要化学成分相同或相近而质量等风格特征截然不同的情况。
因此,需要一种能科学合理地对烟叶原料进行分类、分组的方法,有效克服现有技术或方法的不足,这种方法能针对烟叶原料农产品和作为工业化产品加工原料的特点,本发明就充分考虑了这两个方面,对烟叶原料进行分类和分组。
发明内容
鉴于此,本发明目的在于提供一种将烟叶原料科学、合理地归类方法,同时,对同一类烟叶原料进一步细分为组的分组方法。
为解决以上技术问题,本发明提供的技术方案是,提供一种烟叶原料分类方法,采集烟草种植地的生态信息,提取所述生态信息的主成分,采用聚类分析法对提取得到的主成分进行聚类分析,获得分类结果,并对分类结果进行验证。
优选地,所述生态信息包括海拔、日照、积温、平均气温、全年降水量、月降水量、经度和/或纬度。
进一步地,所述验证是以外观质量、物理特性、感官质量为依据,以类内差异要小于类间差异为标准。
优选地,所述烟叶原料包括烤烟、晾烟、晒烟。
本发明还提供了一种烟叶原料分组方法,将烟叶原料分类后,采集烟叶原料化学成分指标,提取所述化学成分指标的主成分,采用聚类分析法进行聚类分析,得到分组结果,并对分组结果进行验证。
优选地,所述化学成分指标包括基本指标、吸味指标以及燃烧性指标。
更优选地,所述基本指标包括水溶性总糖、总植物碱、蛋白质、还原糖、总氮。
更优选地,所述吸味指标包括总挥发碱、石油醚提取物总量、醚提取酸性总量、醚提取中性总量、醚提取碱性总量、PH值。
更优选地,所述燃烧性指标包括钾、硝酸根、灰分、氯、硫酸根、水溶性灰分碱度。
进一步地,所述验证采用三点评吸法,验证的标准为组内差异要小于组间差异。
本发明针对烟叶原料作为农产品的特点,依据其生长的生态信息进行分类,同时考虑了其作为工业化产品加工的原料,依据其化学成分在类内进行分组。这种分类分组方法能科学合理地为卷烟配方设计、打叶复烤、分组加工模块的构建提供指导和支撑。有利于提高卷烟产品的品质,能够更加科学、合理地利用烟叶原材料。
具体实施方式
本实施例以烟叶原料种植区29个代表点的相同年份、相同等级的烤烟烟叶分类分组为例进行说明。
步骤1):主成分分析法多指标压缩
一般来说,描述烟叶原料种植区生态特性的指标较多,既要考虑地理方面,又要兼顾气象方面。为此,选取了海拔、日照、≥10℃积温、5月、7月、9月平均气温、全年降水量、5~9月降水量、经度以及纬度10个有代表性的指标,分别记为X1,X2,…,X10,具体数据见表1。
表1代表点生态特性指标值
。
使用DPS软件对烟叶原料种植区代表点生态特性的指标样本观测值进行主成分分析,提取主成分Zj,计算结果见表2~4。其中,表2为计算得到的各成分的特征值、贡献率以及累计贡献率。从中可知,前4个成分的累计贡献率已经达到了88.81%,阈值>85%,所以选取Z1为第1主成分、Z2为第2主成分、Z3为第3主成分和Z4为第4主成分,该4个主成分基本上保留了原来指标X1,X2,…,X10的信息。表3为烟叶原料种植区10个生态特性指标在上述4个主成分的载荷值,载荷值反映了所取主成分与各原始指标之间的相关关系,反映了各指标对选出的主成分所起的作用。表4为各烟叶原料种植区代表点在前4个主成分的得分值,可以用这4个综合指标代替10个原指标,其得分值作为新指标的样本值。
表2各成分的特征值和贡献率
。
表34个主成分的载荷值
。
表4各种植区代表点在主成分上的得分值
编号 | 代表点 | Z1 | Z2 | Z3 | Z4 |
1 | 昆明 | -3.192 | -1.549 | -0.73 | 0.105 |
2 | 玉溪 | -2.833 | -1.258 | 0.055 | 0.069 |
3 | 曲靖 | -3.073 | -1.142 | -1.199 | -0.188 |
4 | 大理 | -3.246 | -1.429 | -0.744 | 0.056 |
5 | 保山 | -3.047 | -1.438 | 0.049 | 0.232 |
6 | 红河 | -1.545 | -0.926 | 2.857 | 0.514 |
7 | 毕节 | -2.022 | 0.335 | -1.95 | -0.956 |
8 | 攀枝花 | -2.076 | -0.703 | 3.363 | 1.007 |
9 | 贵阳 | -0.831 | 0.461 | -0.594 | -0.738 |
10 | 兴义 | -1.102 | -0.578 | -0.218 | -0.22 |
11 | 凯里 | -0.145 | 0.746 | -0.122 | -0.768 |
12 | 长沙 | 2.527 | -1.046 | -1.326 | -0.02 |
13 | 郴州 | 2.296 | -1.391 | -0.542 | 0.013 |
14 | 龙岩 | 2.635 | -2.223 | 0.772 | 0.699 |
15 | 南平 | 2.659 | -1.269 | 0.344 | 0.338 |
16 | 泰宁 | 2.496 | -1.61 | -1.342 | 0.084 |
17 | 赣州 | 2.044 | -1.26 | 0.609 | 0.343 |
18 | 南雄 | 2.37 | -1.5 | 0.698 | 0.384 |
19 | 芜湖 | 2.33 | -1.16 | -1.591 | 0.330 |
20 | 恩施 | 0.334 | 0.985 | -0.986 | -0.719 |
21 | 宜昌 | 0.761 | 1.678 | 0.793 | -0.406 |
22 | 万县 | 0.854 | 1.965 | 1.109 | -0.476 |
23 | 彭水 | 0.853 | 1.835 | 0.604 | -0.785 |
24 | 达州 | 0.447 | 1.968 | 0.515 | -0.600 |
25 | 广元 | -0.49 | 3.716 | -1.566 | 4.093 |
26 | 安康 | -0.25 | 2.157 | 0.354 | -0.524 |
27 | 汉中 | -0.74 | 2.001 | -0.529 | -0.647 |
28 | 吉首 | 0.915 | 1.247 | 0.378 | -0.690 |
29 | 常德 | 1.061 | 1.384 | 0.940 | -0.530 |
。
步骤2):分类及验证
对表4中主成分新样本值进行烟叶原料种植区代表点的聚类分析,即模糊C均值聚类,根据其隶属度U,见表5,来判定每个样品的归属,每一行中隶属度最大的归为一类。从中可知,1、2、3、4、5、6、7、8、10为第一类,12、13、14、15、16、17、18、19为第二类,9、11、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29为第三类,即,昆明、玉溪、曲靖、大理、保山、红河、毕节、攀枝花、兴义为第一类,长沙、郴州、龙岩、南平、泰宁、赣州、南雄、芜湖为第一类,贵阳、凯里、恩施、宜昌、万县、彭水、达州、广元、安康、汉中、吉首、常德为第三类。
表5各种植区代表点的隶属度
。
针对上分类结果,从烟叶原料的外观质量、物理特性、感官质量等几个方面对分类结果进行验证,结果见表6。从表中可知,每一类样品类内差异较小,类间差异明显,说明分类结果科学合理。
表6种植区代表点烤烟质量量化分值及风格特征
。
步骤3):分组及验证
以步骤2)中分类的第一类种植区代表点为例,依据其化学成分进行分组。烟叶化学成分复杂,可达数千种之多。本实施例选取常用的几种描述烟叶化学成分的指标,即基本指标:水溶性总糖、总植物碱、蛋白质、还原糖、总氮,吸味指标:总挥发碱、石油醚提取物总量、醚提取酸性总量、醚提取中性总量、醚提取碱性总量、PH值,以及燃烧性指标:钾、硝酸根、灰分、氯、硫酸根、水溶性灰分碱度,分别记为X1,X2,…,X17,具体数据见表7。采用步骤1)相同的方法进行主成分分析法多指标压缩,计算得到各主成分的得分值,采用步骤2)相同的方法进行聚类分析,即分组,具体结果见表8~10。
表7第一类种植区代表点烟叶样品的化学成分
。
对第一类烟叶原料种植区代表点烟叶样品化学成分指标的样本观测值进行主成分分析,提取主成分Zj,计算结果见表8~10。其中,表8为计算得到的各成分的特征值、贡献率以及累计贡献率,从中可知,前4个成分的累计贡献率已经达到了86.78%,阈值>85%,所以选取Z1为第1主成分、Z2为第2主成分、Z3为第3主成分和Z4为第4主成分,该4个主成分基本上保留了原化学成分指标X1,X2,…,X17的信息。表9为第一类种植区代表点烟叶样品17化学指标在上述4个主成分的载荷值,载荷值反映了所取主成分与各原始指标之间的相关关系,反映了各指标对选出的主成分所起的作用。表10为第一类烟叶原料种植区代表点烟叶样品在前4个主成分的得分值,可以用这4个综合指标代替17个原指标,其得分值作为新指标的样本值。
表8各成分的特征值和贡献率
。
表9 4个主成分的载荷值
。
表10第一类种植区代表点烟叶样品在主成分上的得分值
编号 | 产地 | Z1 | Z2 | Z3 | Z4 |
1 | 昆明 | 2.055 | 1.697 | -1.022 | -0.482 |
2 | 玉溪 | 0.903 | 1.206 | -2.287 | 1.100 |
3 | 曲靖 | 3.621 | -3.001 | 1.501 | -1.237 |
4 | 大理 | -2.572 | -1.554 | 0.001 | 0.406 |
5 | 保山 | -2.542 | -2.123 | 0.286 | 1.485 |
6 | 红河 | 2.140 | -0.528 | -1.914 | -0.344 |
7 | 毕节 | 0.000 | 0.588 | 0.882 | 1.155 |
8 | 攀枝花 | -4.206 | 0.874 | -0.422 | -2.348 |
10 | 兴义 | 0.599 | 2.840 | 2.975 | 0.265 |
。
根据表9中主成分新样本值进行第一类种植区代表点烟叶样品的聚类分析,即分组,根据其隶属度U,见表11,来判定每个样品的归属,每一行中隶属度最大的归为一组。从中可知,编号4、5、8为第一组,编号1、2、3、6为第二组,编号7、10为第三组。
针对上述分组结果,采用三点评吸法进行组内组外样品差别评吸,结果表明,组内样品无明显差异,组外差异较明显,说明分组科学合理。
第二类和第三类的分组采用上述相同的方法。从而得到选定烟叶原料的分类分组结果。
表11第一类种植区代表点烟叶样品的隶属度
编号 | 代表点 | U1 | U2 | U3 |
1 | 昆明 | 0.161 | 0.591 | 0.248 |
2 | 玉溪 | 0.263 | 0.450 | 0.287 |
3 | 曲靖 | 0.317 | 0.344 | 0.339 |
4 | 大理 | 0.849 | 0.070 | 0.081 |
5 | 保山 | 0.564 | 0.197 | 0.239 |
6 | 红河 | 0.200 | 0.594 | 0.206 |
7 | 毕节 | 0.255 | 0.220 | 0.524 |
8 | 攀枝花 | 0.346 | 0.331 | 0.323 |
10 | 兴义 | 0.247 | 0.264 | 0.489 |
。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟叶原料分类方法,其特征在于,采集烟草种植地的生态信息,提取所述生态信息的主成分,采用聚类分析法对提取得到的主成分进行聚类分析,获得分类结果,并对分类结果进行验证。
2.根据权利要求1所述的烟叶原料分类方法,其特征在于,所述生态信息包括海拔、日照、积温、平均气温、全年降水量、月降水量、经度和/或纬度。
3.根据权利要求1所述的烟叶原料分类方法,其特征在于,所述验证是以外观质量、物理特性、感官质量为依据,以类内差异要小于类间差异为标准。
4.根据权利要求1所述的烟叶原料分类方法,其特征在于,所述烟叶原料包括烤烟、晾烟、晒烟。
5.一种包括以上任一权利要求所述分类方法的烟叶原料分组方法,其特征在于,烟叶原料分类后,采集烟叶原料化学成分指标,提取所述化学成分指标的主成分,采用聚类分析法进行聚类分析,得到分组结果,并对分组结果进行验证。
6.根据权利要求5所述的烟叶原料分组方法,其特征在于,所述化学成分指标包括基本指标、吸味指标以及燃烧性指标。
7.根据权利要求6所述的烟叶原料分组方法,其特征在于,所述基本指标包括水溶性总糖、总植物碱、蛋白质、还原糖、总氮。
8.根据权利要求6所述的烟叶原料分组方法,其特征在于,所述吸味指标包括总挥发碱、石油醚提取物总量、醚提取酸性总量、醚提取中性总量、醚提取碱性总量、PH值。
9.根据权利要求6所述的烟叶原料分组方法,其特征在于,所述燃烧性指标包括钾、硝酸根、灰分、氯、硫酸根、水溶性灰分碱度。
10.根据权利要求5所述的烟叶原料分组方法,其特征在于,所述验证采用三点评吸法,验证的标准为组内差异要小于组间差异。
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