濃香型烤煙煙葉化學成分與煙氣化學成分的關(guān)聯(lián)度

程昌合，王唯唯，趙銘欽，岳 恒，孫翠紅

（1.浙江中煙工業(yè)有限責任公司,浙江 杭州 310009；2.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院,河南 鄭州 450002）

濃香型烤煙煙葉化學成分與煙氣化學成分的關(guān)聯(lián)度

程昌合1，王唯唯2，趙銘欽2，岳 恒2，孫翠紅2

（1.浙江中煙工業(yè)有限責任公司,浙江 杭州 310009；2.河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院,河南 鄭州 450002）

以濃香型主產(chǎn)煙區(qū)烤煙樣本為材料,采用因子分析和灰色關(guān)聯(lián)分析法,研究烤煙煙葉化學成分與煙氣化學成分的關(guān)系。結(jié)果表明,總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯6種煙葉化學成分劃分為碳氮因子、鉀因子和氯因子,對煙氣化學成分影響較大的2個潛在因子是碳氮因子和鉀因子,3個因子模型解釋了試驗數(shù)據(jù)總方差的89.774%；灰色關(guān)聯(lián)分析表明,氯因子對煙氣總粒相物、焦油和一氧化碳影響最大,其次是碳氮因子,而鉀因子與煙氣煙堿的關(guān)聯(lián)度最大,其次為碳氮因子。

濃香型；烤煙；煙葉化學成分；煙氣化學成分；因子分析；灰色關(guān)聯(lián)分析

濃香型烤煙煙葉的各種化學成分含量異于其他香型烤煙煙葉,進而對煙葉的外觀質(zhì)量以及物理特性產(chǎn)生影響,導致不同香型烤煙煙氣的化學成分的含量及組成產(chǎn)生差異,最終影響卷煙的吸食口感?？緹煙煔獬Ｒ?guī)化學成分包括總粒相物、焦油量、煙氣煙堿、煙氣水分以及一氧化碳,前三者屬于主流煙氣的粒相成分,而一氧化碳則為氣相成分。關(guān)于主流煙氣化學成分的研究,多數(shù)集中在成品卷煙主流煙氣成分的研究,且研究側(cè)重于有害成分的測定及其降低措施上［1-11］,而烤煙單料煙主流煙氣成分的研究甚少報道。作者以8個濃香型煙產(chǎn)區(qū)58個點的烤煙C3F等級單料煙化學成分為研究對象,采用因子分析和灰色關(guān)聯(lián)分析等分析方法嘗試揭示濃香型單料烤煙各指標間相互關(guān)系及彼此間的影響程度,為卷煙工業(yè)煙葉原料使用及卷煙安全性評價提供依據(jù)。

l 材料與方法

1.1 材料

2012年,采集河南、安徽、山東、湖南、江西、廣東、廣西、陜西8個濃香型煙葉主產(chǎn)區(qū)具有代表性的中橘三 （C3F）等級的初烤煙葉樣品132個,品種為當?shù)乜緹熤髟云贩N （K326、NC89等）,同時采集的煙葉原料統(tǒng)一加工,統(tǒng)一編碼,單一原料卷制,不加香加料。煙支卷制規(guī)格為：長度70 mm,圓周長24.5 mm。

1.2 檢測方法

烤煙煙葉中總糖 （X1）、還原糖 （X2）、總氮（X3）、煙堿 （X4）、氯 （X5）和鉀 （X6）等含量測定分別參見YC/T 159-2002,YC/T 161-2002,YC/T 160-2002,YC/T 162-2002和YC/T 173-2003。

在溫度 （22±1）℃和相對濕度為60%±2%的恒溫恒濕箱中平衡含水率72 h,挑選在平均重量± 0.15 g,平均吸阻±49 Pa范圍內(nèi)的煙支用作煙氣分析樣品。按照GB/T 9069-2004的方法測定總粒相物、焦油、抽吸口數(shù)。按照GB/T 23355-2009卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法、GB/T 23203.1-2008卷煙總粒相物中水分的測定第 l部分氣相色譜法和GB/T 23356-2009卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定散射紅外法中規(guī)定的方法分別測定煙氣煙堿量、煙氣水分和一氧化碳釋放量。煙氣成分按照GB/T 19609-2004進行檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件和Excel 2003進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙常規(guī)化學成分與單料卷煙主流煙氣成分

表1表明,煙葉常規(guī)化學成分樣本間存在較為廣泛的變異,其中氯變異系數(shù)52.39%最大,還原糖的變異系數(shù)16.91%最小,其余各指標的變異系數(shù)介于兩者之間?？偟?、氯和鉀含量的數(shù)據(jù)分布表現(xiàn)為右偏態(tài)尖頂峰,還原糖和煙堿的數(shù)據(jù)分布表現(xiàn)為左偏態(tài)平闊峰。4種主流煙氣成分中煙堿變異系數(shù)36.94%最大,高于其他3種成分的變異系數(shù)。

表1 濃香型煙產(chǎn)區(qū)烤煙常規(guī)化學成分與單料卷煙主流煙氣成分

2.2 烤煙常規(guī)化學成分的公因子

利用SPSS軟件對濃香型烤煙樣品的原始數(shù)據(jù)進行因子分析,采用主成分分析法提取特征值＞0.7的因子,并進行方差最大正交旋轉(zhuǎn)（Varrimax）。共提取3個因子,累積貢獻率為89.774% （表2）,且KMO的統(tǒng)計量為0.795,＞0.5,說明進行因子分析的適用性較好,因此可以對原始數(shù)據(jù)進行因子分析。

表2 濃香型烤煙常規(guī)化學成分的3個公因子

因子載荷 （表3）表明了烤煙的化學成分與因子間的關(guān)聯(lián)程度,第1個因子占有變量總方差的51.348%,總糖、還原糖在第1個因子上具有較高的正荷載,而總氮和煙堿在第1個因子 （因子1）上則具有較高的負荷載,說明了總糖和還原糖與第1個因子呈正相關(guān),而總氮和煙堿呈負相關(guān),因此,第1個因子可以被稱為碳氮因子。第2個因子（因子2）占有變量總方差的20.640%,該因子主要由鉀決定,稱為鉀因子。第3個因子 （因子3）占有變量總方差的17.790%,氯有較高的正荷載,可稱為氯因子?？緹?種化學成分根據(jù)因子荷載可以劃分為3個有確切意義的營養(yǎng)因子。公因子方差給出該模型對各變量所能解釋的方差比例,還原糖、鉀和氯在90%以上,其余均大于70%,說明該模型在闡明以因子形式表現(xiàn)的變量間的關(guān)聯(lián)時,可信度高。

表3 濃香型烤煙常規(guī)化學成分因子載荷矩陣與公因子方差

2.3 烤煙常規(guī)化學成分公因子與煙氣成分的關(guān)聯(lián)性

分析研究煙葉化學成分與煙氣化學成分之間的關(guān)系,灰色關(guān)聯(lián)分析法分析結(jié)果準確且效果良好［12-14］。由于煙葉化學成分和煙氣化學成分2個系統(tǒng)之間的關(guān)系以及系統(tǒng)中不同成分之間的關(guān)系都是灰的［15］,因此采用灰色關(guān)聯(lián)法分析煙葉化學成分與煙氣化學成分。

將所有烤煙樣品視為一個灰色系統(tǒng),根據(jù)因素數(shù)列的幾何形狀發(fā)展態(tài)勢的接近程度來衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的大小。每項化學指標看作系統(tǒng)中的一個因素,借助回歸模型計算3個主因子的得分 （F1, F2,F3）：

F1=-0.301X1-0.275X2+0.369X3+0.295X4+ 0.184X5-0.206X6；

F2=-0.006X1+0.205X2+0.351X3+0.016X4+ 0.887X5-0.047X6；

F3=0.043X1+0.184X2-0.029X3-0.032X4-0.060X5+1.056X6。

式中,X1,X2,X3,X4,X5,X6為原始變量的標準化值。

將求得的因子得分作為比較數(shù)列 （子序列）,以煙氣各項指標作為參考數(shù)列 （母序列）數(shù)據(jù)做標準化處理,按照下式計算焦油量與烤煙質(zhì)量評價指標間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) （Loi（k））：

式中：Loi（k）為在時刻t=k時母序列X0與子序列Xj的關(guān)聯(lián)系數(shù)；Δoi（k）表示k時刻兩比較 序 列 的 絕 對 差,即 Δoi（k） = χ0（k）-χi（k） ( 1≤i≤m)絕對差,Δmaχ與 Δmin分別表示所有比較序列各個時刻絕對差中的最大值和最小值；ρ為分辨系數(shù),一般取值0.1～0.5,綜合各點的關(guān)聯(lián)系數(shù),由下式求出子序列與母序列的關(guān)聯(lián)度 （r0i）：

按照灰色關(guān)聯(lián)分析原則,灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) （或關(guān)聯(lián)度）大的數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)系最為密切,灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) （或關(guān)聯(lián)度）小的數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)系較為疏遠,以此建立關(guān)聯(lián)序列［16］,分別對總粒相物、煙氣煙堿、焦油和一氧化碳做灰色關(guān)聯(lián)度分析,結(jié)果見表4。

表4 濃香型煙產(chǎn)區(qū)烤煙常規(guī)化學成分因子得分與煙氣成分的灰色關(guān)聯(lián)分析

在各因子對煙氣成分的關(guān)聯(lián)排序中,碳氮因子、氯因子和鉀因子對總粒相物、一氧化碳和焦油量的關(guān)聯(lián)排序一致,都是氯因子最優(yōu),碳氮因子次之,二者均優(yōu)于鉀因子,而對煙氣煙堿則表現(xiàn)為鉀因子最優(yōu)、碳氮因子次之。綜上可知煙葉中潛在因子氯因子和碳氮因子的變化對煙氣化學成分中總粒相物、焦油和一氧化碳的形成具有較大的影響,而鉀因子和氯因子對煙氣煙堿的形成影響較大。

3 小結(jié)與討論

采用因子分析法對濃香型烤煙煙葉6種常規(guī)化學成分進行分析研究,共提取3個主因子,分別為碳氮因子、鉀因子和氯因子。碳氮因子占變量總方差的51.350%,高于其他2因子的占有比例。分別對多種烤煙成分進行因子分析,提取的主因子中碳氮因子所占的變量總方差最高,高于其他因子［17-20］。

通過因子分析法提取的3個主因子的因子得分與煙氣化學成分的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明,對煙氣總粒相物、焦油和一氧化碳影響最大的因子是氯因子,其次為碳氮因子,鉀因子的影響最小；對煙氣煙堿影響最大的是鉀因子,其次為碳氮因子,氯因子的影響最小。鉀含量的增加不僅可以提高煙葉的燃燒性,同時能降低煙葉燃燒時的溫度,起到降低煙氣有害成分含量的作用［21］；氯含量與燃燒性呈負相關(guān),會降低煙葉的燃燒速度,進而使其有害成分增加［22］。依據(jù)各因子對煙氣化學成分的影響程度按大小順序進行排列,有目的性地減少卷煙煙氣有害成分的釋放。由于氯因子和碳氮因子對卷煙煙氣有害成分的影響較大,在卷煙配方調(diào)整和質(zhì)量控制時應優(yōu)先考慮這2個因子。

煙氣化學成分的釋放量及比例組成與煙葉化學成分之間存在著較強的相關(guān)性,但是常規(guī)化學成分只是影響煙氣成分的眾多重要因素中的1個因素,輔材、環(huán)境條件、煙絲物理特性等因素也都會影響煙氣成分的形成,對于煙氣成分的形成以及與化學成分間的相互關(guān)系有待進一步的研究。

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（責任編輯：張才德）

S 572

：A

：0528-9017（2014）04-0555-03

文獻著錄格式：程昌合,王唯唯,趙銘欽,等.濃香型烤煙煙葉化學成分與煙氣化學成分的關(guān)聯(lián)度 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學,2014（4）：555-558.

2014-02-09

國家煙草專賣局濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大項目 （110201101001）

程昌合 （1981-）,男,工程師,從事煙葉原料和葉組配方研究工作。通信作者：趙銘欽。