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烟叶质量评价方法优选与实证研究

胡建军

   烟叶原料是支撑中国烟草发展尤其是中式卷烟发展的基础,科学而准确地评价烟叶质量有助于指导烟叶原料的生产、采购和工业应用。然而,烟叶原料质量评价本身是一项复杂的系统工程,没有系统的烟叶质量评价方法体系,客观上将影响烟叶质量评价的科学性和有效性,导致烟叶质量评价的盲目性。因此,建立系统的烟叶质量评价方法,对准确地分析和认识烟叶质量的内在规律,简明扼要地提取烟叶质量的本质特征,清晰地展示烟叶质量的系统结构,科学地描绘烟叶质量系统的形成规律和变异特点,不仅具有理论意义,也具有现实意义。本研究综合了烟草原料学、烟草化学、烟草加工工程、化学计量学、系统工程、现代统计分析和数据挖掘等学科的理论与方法,形成寓于实践的烟叶质量评价方法体系,并以湖南和云南烤烟烟叶检测分析数据为样本,对所建立的烟叶质量评价方法进行了优化和实证研究。主要研究结果如下: (1)根据烟叶质量评价的阶梯层次性,从方法学的角度,创新性地建立了包括烟叶质量探索性、解析性、预测性和综合性评价的方法体系,阐明了各评价层次的基本思路、主要评价内容和具体评价方法,并对所建立的评价方法进行了优化和实证研究,优选出了分别在烟叶质量探索性、解析性、预测性和综合性评价中应用可取得良好效果的评价方法,为科学评价烟叶质量提供了方法与理论依据。 (2)提出了一种新的灰色关联度分析方法,即基于品质工程原理的灰色关联信噪比分析法,综合平衡了关联系数的均匀性和平均值对灰色关联度的影响,并通过应用实例证明了新方法的有效性。 (3)首次将有着强大统计和作图功能的R软件及其编程语言,全面应用于烟叶质量评价,并取得了较好的应用效果,为应用现代最新统计分析方法和数据挖掘技术对烟叶质量进行系统评价开辟了新的手段; (4)首次将稳健性统计量、箱线图、优势分析、分类与回归树、广义加法模型、多元自适应样条回归模型、两阶段聚类法、稳健性设计、鲁棒MM回归、鲁棒LTS回归、局布(Loess)回归等11种现代统计分析和数据挖掘方法全面应用于烟叶质量评价,优化和实证研究表明: ①在烟叶质量探索性评价中,综合应用稳健性统计量和箱线图,既能够准确描述烟叶质量的主体信息特征,又不会忽略对非主体信息的充分挖掘; ②在烟叶质量解析性评价中,应用优势分析能够准确地识别烟叶各理化特性对烟叶质量的线性相对重要性,应用分类与回归树分析能够识别基于线性和非线性关系的烟叶理化特性的重要性,通过广义加法模型的偏拟合图可以清晰地展示烟叶质量与各理化特性间的线性和非线性关系; ③在烟叶质量预测性评价中,多元自适应样条回归模型取得了较好的预测效果。作为分段线性回归,模型依赖的假设较少,既便于对模型的解释,又可以自动筛选关键变量,具有较好的应用前景; ④在烟叶质量综合性评价中,两阶段聚类法适用于任何类型的变量,能自动确定最佳的类别数,并可以自动给出各评价指标在聚类中的重要性,有利于明确各聚类的重要性状、变异特点和类型间的分类特性,具有较好的应用前景; ⑤应用应用稳健性设计对加工工序质量进行综合评价,能准确识别影响工序加工质量的重要因素、调节因素、稳健因素,次要因素,有利于提高并稳定加工质量。 (5)全面系统地解析了烤烟质量与各类理化特性间的整体相互关系,结果表明:烟叶主要物理特性对外观质量的影响大于主要化学成分的影响;烟叶主要化学成分对评吸质量和主要烟气成分的影响大于主要物理特性的影响,而烟叶外观质量对评吸质量和主要烟气成分的影响最小;影响烟叶外观质量和评吸质量的因素远比影响主要烟气成分的因素复杂:烟叶的理化特性对烟叶质量的影响程度存在明显的地域性,不同产地的烟叶特色具有不可模仿性。 (6)全面系统地解析了湖南烤烟单一质量与各理化特性间的线性和非线性关系,结果表明:可用于表征烟叶质量的关键理化指标有:总氮、还原糖、烟碱、有机钾、氮碱比、糖碱比、钾氯比、单叶重、叶片厚度、叶宽、叶片结构、身份、光滑与微青程度等;烟叶大部分香味成分与评吸质量之间存在显著的线性关系,也有部分香味成分与评吸质量之间存在明显的非线性关系;烟叶大部分香味成分与评吸质量之间在明显的正相关关系,但也有部分香味成分与评吸质量之间存在明显的负相关关系。 (7)建立了拟合和预测效果较好的烤烟烟气焦油量预测性评价模型和烤烟香气质量预测性评价模型,以及综合评价效果较好的烤烟烟叶化学品质综合评价模型、烤烟品种可用性灰色综合评价模型和基于两阶段聚类法烤烟外观质量综合评价模型。……   
[关键词]:烤烟;质量评价;方法优选
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:湖南农业大学2009年