烤烟叶片色素含量的高光谱预测模型研究

研究烤烟叶片的高光谱曲线特征,探索建立烤烟色素含量的高光谱预测模型,以促进高光谱技术在现代烟草农业中的发展。采用大田试验,分析了不同光质条件下,烤烟叶片光谱的特征。利用相关分析方法,确定了21个光谱参数与色素含量的相关性,并建立了叶片色素含量的高光谱线性与非线性模拟方程。不同光质处理下,烟叶叶片光谱曲线相似,在可见光与近红外短波区域差异比较明显,而在近红外长波区域基本没有差异。光谱参数G_NDVI和TCARI分别与叶绿素、类胡萝卜素含量之间有较好的相关性,并建立了预测模型。经精度检验的结果显示,模型能较好的预测烤烟色素含量。光谱参数G_NDVI和TCARI能有效检测烤烟色素含量,为高光谱技术在不同生态区域的应用提供理论依据。      

混合果粉中营养成分的快速检测

以菠萝原粉、芒果原粉和椰子原粉为原料,配制比例不同的菠萝椰子混合果粉和芒果椰子混合果粉,测定其营养成分。采用偏最小二乘法建立近红外和红外光谱数据与菠萝椰子混合果粉和芒果椰子混合果粉中营养成分含量的模型。利用近红外光谱数据建立的2种混合果粉中总糖、蛋白质、总酸、灰分含量的模型校正、交叉验证、预测的相关系数都大于0.95;利用红外光谱数据建立的2种混合果粉中总糖、蛋白质、总酸、灰分含量的模型校正、交叉验证、预测的相关系数都大于0.80,且近红外和红外光谱所建模型的校正、交叉验证、预测的均方根误差都小于0.2。结果表明:近红外光谱技术和红外光谱技术用于菠萝椰子混合果粉和芒果椰子混合果粉中营养成分的快速检测都是可行的,且利用近红外光谱数据所建的模型更优,预测更准确。     

烤烟烟碱近红外定量模型的适用性

为考察烤烟烟碱近红外光谱定量模型在不同省份烤烟归属判别中的适用性,以贵州烤烟样品建立了烟碱的近红外定量模型,并通过对不同产区烤烟样品进行的主成分分析、马氏距离判断及模型预测结果相对误差分析确定了贵州模型的适用性。结果表明:(1)云南昭通、云南楚雄、云南保山、四川德昌的全部烤烟样品及湖南郴州的部分烤烟样品可适用于贵州模型,相对误差较小,主要在-5%～5%之间;福建三明、河南宝丰以及广东梅州的烤烟样品不适用于贵州模型,相对误差较大,大部分样品超出-5%～5%的范围。(2)将西南云贵川地区烤烟样品合并建模并与贵州模型进行比较,发现合并模型优于贵州模型,两种模型的校正均方根误差(RMSEC)分别为0.072 6和0.079 9;合并模型对云南四川样品和贵州样品的预测能力优于贵州模型,两种模型对烤烟样品的预测均方根误差(RMSEP)分别为0.076 0、0.079 9和0.109 0、0.084 6。合并模型增强了对云南、四川、贵州烤烟样品的预测能力,该研究结果为提高烤烟烟碱近红外光谱定量模型的适用性提供了参考。     

利用可见-近红外光谱鉴定不同香型风格烤烟的方法

为实现对烤烟香型风格的快速判别,应用可见-近红外光谱技术对浓香型、中间香型、清香型3种烤烟样品进行光谱采集,获得烟叶内在化学成分的特征光谱信息。选取全波段特征光谱经均值归一化、Savitzky-Golay卷积平滑、多元散射校正和标准正态变换等优化预处理,采用主成分分析(PCA)对光谱数据进行聚类分析,并结合偏最小二乘判别分析(PLSDA)建立了3种香型风格烤烟定性判别模型。结果表明,建立的PLS-DA模型的校正集和验证集的正确识别率均达到100%,模型性能良好,说明利用可见-近红外光谱技术对不同香型风格烤烟具有很好的分类和鉴别效果,为实现烤烟不同香型风格的快速、准确判别提供了一种新方法。     

近红外光谱法测定烤烟的填充值

为探索用近红外光谱快速检测烤烟填充值的可行性,选取有代表性的94个河南烤烟样品,采用偏最小二乘法(Partial Least Square,PLS)将近红外光谱数据与其填充值的实测值进行拟合,建立填充值预测模型,考察了光谱预处理方法和光谱范围对建模效果的影响,并进行了内部交叉验证、外部验证和模型精度检验。结果表明:1标准正态变量变换(Standard normal variate,SNV)结合一阶导数法的光谱预处理方法和全谱范围适合构建填充值的近红外模型;2模型的决定系数达0.960,均方根校正误差(Root mean square error of calibration,RMSEC)为0.094,内部交叉验证和外部验证均表明模型预测值和实测值呈极显著相关;3模型精密度检验的相对标准偏差3%。填充值近红外预测模型的重复性好,准确性较高,适于批量烤烟填充值的快速检测。     

烤烟叶面积系数与冠层反射光谱指数的定量关系

为明确烤烟叶面积系数(LAD与冠层光谱特征之间的关系,测定了不同LAI的烤烟冠层光谱反射率,并对LAI与冠层反射光谱指数之间的定量关系进行了分析.结果表明:烤烟LAI与其冠层反射光谱中可见光波段的反射率呈负相关,与近红外波段的反射率呈显著正相关,单波段中1100 nm处的反射率与LAI相关系数(r=0.816)最大;利用两波段组成的植被指数与LAI的相关系数几乎全部达到了显著水平,其中以归一化植被指数NDVI(1100,600)与LAI的相关系数(r=0.895)最大.利用该参数建立的预测LAI模型在本实验条件下有较好的预测性.     

基于近红外光谱分析技术结合化学计量学方法的初烤烟叶霉变预测研究

为建立基于烟叶麦角甾醇含量结合近红外光谱分析技术的初烤烟叶霉变预警模型,以2015年和2016年云南5个地区2个等级（B2F和C3F）初烤烟叶为研究对象,调节烟叶含水率为18%,在28℃,RH 80%条件下以30天为实验周期,进行烟叶霉变实验。每3天取一次样,采集近红外光谱数据并检测样品麦角甾醇含量。建立第0d初烤烟叶样品近红外光谱主成分监测模型并提取Hotelling T2统计量,预测第3天至30天初烤烟叶样品近红外光谱数据的Hotelling T2统计量,对比分析肉眼观察和近红外类模型对烟叶霉变的预警效果。结果表明:1）烟叶霉变过程中,麦角甾醇含量逐渐增加后逐渐降低,当肉眼可见时,麦角甾醇含量较初始值增加4.66~23.38倍;2）基于上述监测模型,13个霉变烟叶样品中,提前预警天数为6天的样品2个,提前预警天数3天的样品7个,当天预警的样品4个,7个未发生霉变烟叶在30天的监测周期内均未出现预警,预测准确率100%。以上结果表明该方法能方便快速地实现对初烤烟叶霉变的预警,具有较好的实用价值。      

不同施氮量条件下烤烟叶面积系数与冠层光谱参数的相关性

为明确氮肥施用量对烤烟叶面积系数(LAI)和冠层光谱参数的影响,测定了不同氮肥施用量条件下烤烟不同生育期的冠层光谱特征和LAI,对二者随施氮量的变化进行了分析,并利用相关分析和回归分析确定了二者的相关性.结果表明:在一定的施氮量范围内,施氮量增加对烤烟LAI有明显的促进效应,但在打顶期的效应不及团棵期和旺长期明显;一定范围内随施氮量增加,烤烟冠层光谱中可见光波段的反射率降低,而近红外波段的反射率提高;可见光范围内500,550,600,650和670 nm处反射率与LAI呈极显著负相关,近红外区域内780和800 nm处反射率与LAI呈显著正相关,1050和1100 nm处反射率与LAI呈极显著正相关,与LAI相关性最强的植被指数为NDVI(1050,550),用其构建的回归模型预测效果较好.     

蜂蜜颜色对近红外光谱检测模型建立的影响

实验针对影响蜂蜜近红外光谱检测模型建立的颜色因素进行了研究.通过对不同颜色蜂蜜在可见光区的吸收光谱与光密度值的比较,对蜂蜜样品的颜色进行分类;在此基础上,对不同颜色蜂蜜建立的水分、还原糖和蔗糖近红外光谱检测模型的预测效果进行了分析.结果表明,蜂蜜颜色与可见光谱存在一定的相关性.以不同颜色蜂蜜混合建立蜂蜜水分、还原糖、蔗糖含量的定标模型相关性能较高,预测相关系数和预测均方根误差均符合要求.     

烤烟主要物理指标的近红外模型研究

为了用近红外光谱分析技术快速测定烤烟的主要物理指标(叶面密度、填充值、厚度、平衡含水率和抗张力),采用近红外漫反射光谱法(NIDRS)和化学计量学方法建立了烤烟主要物理指标的近红外数学模型。结果表明,烤烟叶面密度、厚度、抗张力、填充值和平衡含水率模型预测均方差(RMSEP)分别为0.553,0.0169,0.149,0.234和0.277,平均相对偏差分别为7.82%,8.36%,10.88%,4.18%和2.83%,预测值和标准值之间没有显著性差异,可用于批量样品的快速检测。     

云南烤烟的烟气成分与烟叶化学成分的相关分析

为了分析云南烤烟化学成分与烟气成分的相互关系,采集了586个云南烤烟样品的22个化学成分和4个烟气成分,在MATLAB 5.0平台下,以22个化学成分构建的275个交互项数值为自变量,烟气成分数值为因变量,建立二次多项式逐步回归模型。模型分析结果显示,烟叶中的燃烧性成分与烟气成分呈显著相关关系;烟气总粒相物、焦油及烟碱量与烟叶中的碱性成分呈显著相关关系。     

不同移栽期对秦烟96产量和品质的影响

为了确定烤烟最佳移栽时间,以秦烟96为供试材料,采用田间小区试验调查了移栽期对烤烟产量和品质的影响。结果表明,移栽期向后推迟,烤烟产量、均价、产值和中上等烟比例均表现出先升高后降低的趋势。移栽期改变对烤烟化学成分影响显著,且不同叶位存在一定差异。与对照相比,化学成分适宜程度因叶位而不同,移栽期延后,4个叶位,烟叶化学品质均先升高后降低;同时,腰叶、下二棚叶化学品质优于顶叶、上二棚叶。秦烟96在洛南烟区的适宜移栽时间为5月10日,适宜的移栽期有利于烤烟生长发育,进而提高烟叶产量和品质。     

湖北烤烟主要化学成分年度间稳定性分析

采用统计分析方法,对湖北烟区18 个植烟县的2005-2009 年共计234 个初烤烟叶B2F、C3F、X2F 样品的主要化学成分进行了稳定性分析。结果表明：（1）湖北烤烟化学成分平均值基本都在优质烟的适宜值范围内,总糖、还原糖、总氮的变异较小,氯、钾氯比、糖碱比的变异较大。（2）湖北烤烟主要化学成分变异性在各年度表现不同,各年份各部位等级烟叶主要化学成分含量变异不同。总体来看,年度内氯、两糖差的变异较大,总氮、还原糖、总糖的变化较小。（3）湖北烤烟B2F 等级年度间总糖、总氮、钾、氮碱比、糖碱比达到极显著差异;烟碱、钾氯比达到显著差异。C3F 等级年度间总糖、总氮、氮碱比、糖碱比、钾氯比达到极显著差异;烟碱、氯达到显著差异。中上部烟叶的烟碱呈下降趋势,钾含量呈上升趋势。X2F 等级年度间总糖、总氮、钾、糖碱比、钾氯比达到极显著差异;烟碱、氯、氮碱比达到显著差异。     

山东烟区烤烟化学成分含量变化及聚类分析

采用聚类分析方法,对山东22个植烟县169个乡镇3年共计464个烤烟初烤烟叶C3F样品的化学成分进行了分析和评价。结果表明：山东烟区烤烟化学成分的平均值基本都在优质烟的适宜值范围内,说明山东烟区各项化学成分协调,是烤烟的优质产区;用聚类分析方法将山东烟区分为5类,即中糖中碱中氯区、低糖高碱中氯区、高糖中碱中氯区、高糖低碱中氯区、高糖中碱低氯区,多元方差分析和多重比较表明,各类间差异明显。     

不同生态条件下烤烟化学成分的相似性研究

对9个生态烟区3个部位烤烟样品的4个区位(叶尖、叶中、叶基和叶缘)的主要化学成分进行了分析研究。结果表明,不同部位中烟叶化学成分含量在不同生态产区间有显著性差异,有的达到极显著。根据欧氏距离的大小,3个部位有代表性的等级烟叶化学成分性状可以分为5类。由于同类中样品间的欧氏距离越小,其相似性越强,因此同类中各区位烟叶样品的化学成分含量具有较强的相似性;而不同类别间主要化学成分则存在显著性差异。     

烤烟不同部位烟叶主要化学成分与感官质量的关系

选取我国主产烟区161份烤烟样本,研究了不同部位烟叶主要化学成分与感官质量的关系.结果表明:各部位烟叶化学成分含量总体适宜,总体评吸质量较好,评吸总分变异系数较低.各主要化学成分及评吸总分在不同部位间的差异均达到了显著水平.对评吸总分与主要化学成分进行灰色关联分析,结果表明:对烟叶总体评吸质量影响最显著的化学指标为氛、烟碱、还原糖.随着评吸总分的增加,各个部位烟叶的烟碱含量呈现先增加后降低的趋势,中部叶还原糖含量随着评吸总分的增加逐渐增加,钾含量和钾氯比对评吸总分具有较大的正效应,而氛含量则具有较大的负效应.     

基于主成分和聚类分析的烤烟化学品质综合评价

为对烤烟化学品质进行综合评价,应用DPS数据处理系统软件,对53个烤烟样本的13项化学指标进行主成分分析,按累积贡献率90%提取6个主成分,求得烤烟样本的6个主成分得分及综合得分,并对综合得分以欧氏距离为衡量烟叶样本间差异大小的指标,采用重心法进行系统聚类,再按距离系数0.3截取,将53个烟叶样本分为5类。结果表明:第1类综合化学品质最好,其综合得分≥1.34;第2类综合化学品质较好,其综合得分为0.50～0.93;第3类综合化学品质中等,其综合得分为0.00～0.44;第4类综合化学品质稍差,其综合得分为0.20～-0.79;第5类综合化学品质差,其综合得分≤-0.91。     

云南宣威初烤烟叶外观质量性状与内在品质的关系

为了探索烟叶外观品质因素与其主要化学成分和感官评吸质量的关系,采集了云南宣威中部烟叶样品127份,进行了烟叶外观质量和感官评吸鉴定,并测定了其主要化学成分.结果表明云南宣威烟叶颜色、油分与其主要化学成分相关性较强,而成熟度、身份与其主要化学成分的相关性次之.随烟叶颜色加深,烟碱含量增加,烟叶淀粉含量降低;随烟叶油分增加,总糖含量降低,淀粉含量提高.烟叶成熟度、颜色、身份与其感官评吸质量相关性较弱,烟叶油分与其感官评吸质量相关性较强.烟叶颜色对烟气浓度的直接贡献最大;烟叶油分对烟叶香型得分、烟气成团性、烟气干燥感、甜度、香气质、香气量、余味、杂气和评吸总分的直接贡献最大;烟叶成熟度对烟气柔和性和刺激性的直接贡献最大.在云南宣威,身份"适中一"至"适中"、油分"有"至"有+"的烟叶内在质量最好,油分多少是影响烟叶感官评吸质量的首要因素.     

河南烤烟主产区烟叶化学成分的比较分析

对河南4个烟区(豫中、豫西、豫南、豫东)、3个等级(B2F,C3F,X2F)共计120个烤烟样本的主要化学成分进行了分析和评价,并与巴西、津巴布韦烤烟品质相比较.结果表明:1)河南烤烟普遍存在烟叶钾含量较低,淀粉含量较高等问题,提高烟叶含钾量,降低淀粉含量,已成为河南烟叶生产中亟待解决的突出问题.2)不同产区相比较,豫南烤烟总植物碱含量较高;豫西烤烟钾含量偏低,还原糖含量略高,钾氯比偏低;豫中烤烟淀粉含量偏高;豫东烤烟钾氯比偏低,可用性较差.     

烤烟外观品质因素与其内在质量的关系研究综述

分别综述了我国近几年烤烟烟叶主要外观品质因素与其化学成分、燃烧性、安全性以及感官质量之间关系的研究结果,总结了影响烤烟内在质量的主要外观品质因素,提出了外观质量与其内在品质关系的进一步研究方向。