烤烟红花大金元品种烟叶色度值特征分析

李雨芮 ，李佛琳 ，杨文奎 ，廖正兰 ，樊娇红 ，何 芳 ，饶 智

（1.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2.红云红河烟草（集团）有限责任公司，云南 昆明 650202）

《GB 2635—1992 烤烟》中烟叶颜色的定义为同一型烟叶经过调制后烟叶的相关色彩、色彩饱和度和色值的状态。烟叶颜色是烟叶内在化学品质最直观的外在表现，烟叶的部位、产地、品种、成熟度、烘烤工艺、醇化时间都对烟叶颜色的变化规律有着重要的影响[1-5]。目前，针对烟叶颜色的研究包括烟叶颜色与化学品质之间的关系，如各色素比例[6]、常规化学成分[7]、致香成分[8]、能量代谢[9]等关键因素与烟叶颜色之间的关联性，还有外部条件如烘烤、醇化等工艺条件对烟叶颜色的影响[5,10]。对烟叶颜色进行研究对于烟叶成熟过程中颜色变化规律、烟叶烘烤工艺的优化、烟叶等级鉴别与分级工艺提升、烟叶风格特色认定等有重要意义。但是，前人对烟叶颜色及其变化规律的研究，仅依靠人眼进行辨别而得出，这可能存在一定的主观局限性，所以，通过计算机和算法对色彩进行量化后，再对烟叶颜色指标进行分析，能够提高研究的科学性。目前，基于CIELAB 颜色空间理论的研究已经在植物叶片颜色分析[11]、茶叶[12]、葡萄酒[13]、大豆[14]、甘薯[15]等领域得到了广泛的应用。多行业多领域的大量研究已经证明，CIELAB 颜色空间理论对实际物体表面颜色的表述较RGB 空间更接近人眼实际观察到的颜色[16]。所以，任夏等[17]基于CIELAB 颜色空间理论，应用色差仪对烟叶颜色进行定量表征，发现该方法与人工感官评价烟叶颜色的结果基本一致。这也为烟叶色度指标量化研究创造了条件。

红花大金元品种（简称红大）是从大金元品种的自然变异株中选择，经过云南省烟草农业科学研究院系统选育而成的云南特色优质品种[18]。红大品种因为具有突出的、不可替代的香型特点而深受卷烟企业的青睐[19]。目前，已有研究只是对该品种内在化学成分特征进行了探讨与分析，但针对红大烟叶颜色的探索还较少。为此，本研究以红大C3F 等级的烟叶为研究对象，探究云南省红大品种烟叶正反面、不同区位的具体色度值特征，旨在为进一步深入了解红花大金元品种特征提供一定的参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2022 年选取来自云南省昆明、保山、大理、曲靖、红河共5 个产区的红花大金元品种初烤烟叶，按照国家烤烟分级标准，挑选出具有代表性的且等级为C3F 的初烤烟叶各1 kg 作为试验样品。

1.2 试验方法

利用NH310 型色差仪（3NH）对样品进行检测。测定的色度学指标主要包括明度值（L*）、红绿色度值（a*，正值代表红度，负值代表绿度）、黄蓝色度值（b*，正值代表黄度，负值代表蓝度）。从5 个产区的5 份试验样品中各抽取20 片（共100 片）无破损无病斑的代表性叶片作为试验对象进行测量，在每片烟叶叶尖、叶中和叶基部对称选取6 个点，选点时避开叶脉，具体方法可参考魏春阳等[20]的方法。烟叶正反面的色差通过明度值差（ΔL）、红度值差（Δa）、黄度值差（Δb）以及烟叶的正反面色差（ΔE）来比较。

NBS 是色差（ΔE）的单位，1 个NBS 大约是人类视觉识别阈值的5 倍，由NBS 色差单位与颜色差别感觉程度对照表（表1）可知色差值与视觉感受之间的对应关系[21]。

表1 NBS 单位与颜色差别感觉程度对照Tab.1 Comparison of NBS and a sense of chromatic aberration

1.3 数据分析

数据利用Microsoft Excel 2019 和IBM SPSS Statistics 26进行统计分析；采用OriginPro 2021 软件绘图；采用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 烟叶正反面色度指标分析

2.1.1 烟叶正反面色度指标描述统计分析 由表2 可知，红花大金元C3F 烟叶正面L*分布在66.05～77.90，a*分布在9.44～16.21，b*分布在41.35～52.58；烟叶背面L*分布在70.22～78.62，a*分布在8.41～13.23，b*分布在35.90～44.34。烟叶正面a*和b*都高于烟叶背面，而烟叶背面L*高于烟叶正面。烟叶正面与背面的色度值变异系数均为a*的变异系数最大，b*变异系数次之，L*变异系数最小，说明不同烟叶之间L*和b*的差异较小，而a*则存在较大的变异。

表2 烟叶正、反面表面颜色描述统计分析Tab.2 Statistical analysis of color description of front and back sides of tobacco leaf

2.1.2 不同产区与烟叶正反面色度指标分析 由表3 可知，烟叶正面L*和a*指标昆明和大理产区显著高于保山和曲靖产区，保山、曲靖产区显著高于红河产区（P<0.05）；保山产区烟叶的b*显著高于昆明、红河产区。烟叶背面大理产区烟叶的L*显著高于曲靖、昆明、保山和红河产区，曲靖产区显著高于红河产区；红河产区的烟叶a*显著高于保山、曲靖产区，昆明、保山、曲靖产区的烟叶显著高于大理产区（P<0.05）；保山产区烟叶的b*显著高于其余4 个产区，其余4 个产区间烟叶的b*无显著差异。从差异分析的结果可以看出，不同产地对a*和L*的影响较大，对b*的影响较小。不同产区烟叶色度值差值统计如图1 所示。

图1 不同产区烟叶色度值差值统计Fig.1 Statistics of chromaticity value difference of tobacco leaves in different production areas

表3 烟叶正面、反面产地间色度指标差异比较Tab.3 Difference comparison of chroma indexes of front and back sides of tobacco leaves in different production areas

由图1 可知，各产地的Δb 相近，而ΔL 和Δa 在5 个产区之间存在明显的差异。Δa 最大的产区为大理，ΔL 最大的产区为红河，而昆明产区的烟叶ΔL和Δa 都为5 个产区中最低。5 个产区的ΔE 从大到小依次为：曲靖、保山、红河、大理、昆明。其中，昆明产区烟叶的ΔE 低于其他4 个产区，而曲靖、保山、红河、大理烟叶的ΔE 在8.10～8.16，差异不大。对照表1 可知，5 个产区烟叶的ΔE 都大于6 个NBS 单位，色差感觉强烈，说明云南5 个产区的C3F 烟叶正反面色差在视觉上感受的差异都较大，但昆明产区烟叶的ΔE 相对其余4 个产区更小，说明其烟叶正反面颜色较其余4 个产区的烟叶更为一致。

2.2 烟叶不同区位颜色色度指标分析

2.2.1 烟叶不同区位色度指标描述统计分析 由表4可知，红花大金元C3F烟叶尖部L*分布在66.42～77.36，a*分布在8.79～17.35，b*分布在35.30～52.15；烟叶中部L*分布在65.04～79.48，a*分布在7.71～16.72，b*分布在35.39～53.65；烟叶基部L*分布在66.13～79.53，a*分布在8.72～17.12，b*分布在33.76～54.62。同一叶面烟叶尖部、中部、基部的a*、b*、L*差异不大。各区位的a*变异系数最大，b*次之，L*变异系数最小，表明在区位相同的情况下，不同产区间烟叶颜色的变异主要来源于a*。同时该规律与表2 中烟叶正面和反面的变异系数规律相符。

表4 烟叶叶尖部、叶中部、叶基部表面颜色描述统计分析Tab.4 Description and statistical analysis of leaf tip，center，and base surface color of tobacco leaves

2.2.2 不同产区烟叶各区位色度指标分析 由表5 可知，在区位相同的情况下，各色度指标在产区之间存在显著差异；在产区相同的情况下，色度指标在不同区位间无显著差异。通过比较表5 的数据可知，昆明产区烟叶的L*较大，a*、b*较小；保山产区为L*较小，a*、b*较大；大理产区为L*值最大，a*最小，b*较小；曲靖产区为L*较小，a*、b*较大；红河产区为L*最小，a*、b*最大。烟叶尖部、中部和基部的各项色度指标分布规律基本相似，都为L*最大，b*次之，a*最小，烟叶基部的色度指标在不同产区之间的差异更加明显。

表5 烟叶区位在产区间色度指标差异比较Tab.5 Difference comparison of chroma indexes of tobacco leaf location in different production areas

由图2 可知，同一区位、同一产区烟叶的Δb 与ΔE 数值大小相近；相同产区的烟叶尖部与基部的ΔE 数值大小相近。在5 个产区中，昆明产区的烟叶尖部、中部和基部的Δa、ΔL 最小，而红河产区的烟叶各部位正反面Δa、ΔL 最大。结合表5 和图2可以看出，L*和a*的差异主要存在于产地间，而b*的差异主要存在于烟叶正反面之间。

图2 各叶位不同产区烟叶色度值差值统计Fig.2 Statistics of chromaticity value difference of tobacco leaves in different parts of tobacco leaves in different production areas

2.3 烟叶色度指标可视化分析

2.3.1 烟叶色度指标的空间分布情况 以a*和b*作为X 轴、Y 轴的坐标，L*作为Z 轴坐标，将测定的所有烟叶正面以及背面的不同部位点绘制于3D 散点图中，如图3 所示。从图3 可以看出，供试烟叶样品的明度较高，在66.05～78.62，表明烟叶整体的光泽较好。烟叶正面与烟叶背面的色度值存在明显的差异，烟叶正面总体色度分布在烟叶背面色度的下方，说明烟叶正面的明度总体较烟叶背面的明度要低。从图上坐标点的分布可以看出，L*与a*、b*都存在一定的负相关关系。

图3 烟叶色度空间分布Fig.3 Spatial distribution of chromaticity value of tobacco leaves

2.3.2 烟叶色品可视化分析 图4 为烟叶各点的色品分布，色品分布图是通过计算机将色度值（L*、a*、b*）分布范围的背景转变为可视的颜色，其各点分布下的坐标背景色即为各烟叶在同一明度下烟叶的颜色表征，通过色品图可以更加直观地表示烟叶颜色的差异及变化规律。由图4 可知，烟叶正反面的颜色总体分布在橘色的区域内，这与C3F 等级的色度相符合。从图4 还可以看出，云南省5 个地区的红花大金元烟叶的a*与b*存在正相关关系。综合图3、4 中各点的分布情况来看，烟叶正反面的色度指标存在明显的差异，而同一叶面不同区位间的色度指标差异不明显。

图4 烟叶色品分布Fig.4 Chromaticity distribution of tobacco leaves

3 结论与讨论

CIELAB 颜色空间中的任何一个颜色，都可以分解为3 个正交的独立参数L*、a*和b*，其中，L*体现颜色的明暗和层次，a*和b*体现颜色的色彩[11]，理论上CIELAB 颜色空间更能够准确地表达人视觉所感受到的颜色。目前，我国烟草分级中对烟叶颜色的认定主要也还是通过人工来进行区分，应用CIELAB 颜色空间理论对定级后的烟叶颜色进行量化，其所得的色度值将更能体现出同一等级烟叶颜色的特征。烟叶表面颜色是对烟叶定级的一个重要参考指标，徐小青等[22]的研究中，C3F 烟叶的颜色判定色域包含浅橘黄、金黄和深黄等。根据人工分级的经验，C3F 烟叶在颜色上的定级标准为：烟叶颜色在视觉上的反映为颜色橘黄但不够饱满，均匀度尚可，视觉色彩反映一般[23]。本研究表明，红大烟叶无论烟叶正面还是烟叶背面的a*值均为正值，即烟叶在红绿色度中偏向红色度；b*值也均为正值，说明烟叶在黄蓝色度中，偏向黄色度，且在同一叶片的同一位点的b*均比a*大，说明烟叶颜色表现为偏黄的橘色，这与C3F 烟叶的等级颜色特征相符合，说明色度值能够较好地反映C3F 烟叶的外观颜色特征。

海拔[24]、气候[25]等生态环境的差异很容易造成烟叶品质上的不同，这也为不同产地间烟叶的色度指标变化提供了一定的化学基础。董高峰等[26]的研究也表明，哪怕将烟叶产地细化至同一个省内的某个地区，该地区内的不同产地的生态差异也会造成烟叶颜色的差异。本研究中，虽然5 个产区红大C3F 烟叶颜色烟叶ΔE 的值都较大，但不同产区之间的ΔE 差异并不显著，这与张永安等[27]的研究结果存在差异，这是因为正、反面Δa 和ΔL 在不同产地间存在较大的差异，但Δb 在产地间无明显差异，却在数值上大于Δa 和ΔL，所以，根据Δa、Δb、ΔL 所算出的色差值受b*的影响较大。将红大C3F 烟叶正、反面的差异细化到各色度指标在不同产地之间的差异，就发现a*产地间变异最大，b*次之，L*较小。影响烟叶色差差异大小的色度指标主要是正、反面黄度值差（Δb）的大小，而通过研究发现，产地之间的差异对红度（a*）、明度（L*）的影响较大，而对黄度（b*）的影响较小。

近年来，基于不同区位对烟叶的研究已经有了初步的进展[28-29]。同一叶面的不同区位的烟叶品质会有所差异，刘超等[30]通过将烤烟叶面分切为叶尖部、叶中部、叶基部，并对不同区位感官质量等进行对比发现，浓香型烟叶的不同部位在香气量、柔细度、余味、杂气和刺激性都存在显著或极显著的差异。同时，郝贤伟等[31]研究发现，烟叶的化学成分和感官质量存在的差异对烟叶颜色也存在影响。本研究通过对比发现，同一叶面的不同区位之间各色度值变化并没有显著的差异，这说明烟叶不同区位间的化学品质差异并不能显著地影响同一叶面烟叶颜色的分布。红大C3F 烟叶不同区位间色度值差异不显著，但烟叶正、反两面之间具有明显的色差，并且造成烟叶正、反面色差的主要色度指标是b*。烟叶正面与反面的色度指标分布规律总是呈现出相似的规律，这与柳均等[32]的研究结果相似。经过可视化分析，能够知道云南红花大金元C3F 烟叶的色度指标分布在偏黄的橘色区域中，这与C3F 等级烟叶的分级标准相符合，且烟叶正、反面的红度与黄度之间都存在正相关的关系。从整体规律来看，烟叶的a*在不同产地之间存在差异，而b*在烟叶正面与背面之间存在差异。不同产地烟叶同一位点的ΔL（烟叶正、反面明度值差）存在差异。

红花大金元品种作为云南省的特色烤烟品种，研究其色度指标分布特征能够进一步探明红花大金元的品种颜色分布特性，从而更深入地了解红花大金元品种的品质特征。本研究目前只对红花大金元品种C3F 一个等级的烟叶进行了分析，而该品种其余等级的烟叶色度值的特征情况还需进一步探讨。

本研究结果表明，云南5 个产区的红大C3F 烟叶的各色度指标所代表的烟叶颜色与人工分级中对C3F 等级烟叶描述的色度情况相符合，说明CIELAB颜色空间理论能较好地表述烟叶颜色。5个产区的烟叶正反面都能感觉到有强烈的色差，而昆明产区的烟叶相对其余4 个产区的烟叶正反面色差最小，烟叶颜色较为一致。造成烟叶正反面色差的主要色度指标是b*。红大C3F 烟叶的L*和a*具有显著的地域差异，而b*受产地的影响较小。