基于香氣貢獻(xiàn)值的卷煙輔助調(diào)香模型

許式強(qiáng)，張麗娜，儲(chǔ)國(guó)海，高 陽(yáng)，許利平，吳兆明

浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，杭州市西湖區(qū)科海路118 號(hào) 310024

香氣是人的嗅覺器官所感受到的令人舒適、愉快的氣味［1-2］，卷煙的香氣輪廓就是卷煙燃燒后所表現(xiàn)出的所有香氣的總和，它有如卷煙的“指紋”一樣，詳細(xì)地描述出卷煙的風(fēng)格特征。調(diào)香師調(diào)配的香精添加到卷煙后可增加卷煙的某種或某些香氣，從另一角度來(lái)講，調(diào)香可讓卷煙增加調(diào)香師所期望的香氣。這些新增加的香氣，就是香精對(duì)卷煙的香氣貢獻(xiàn)。因此，可以將各香原料或香基加入卷煙后對(duì)某一香韻和總體香氣量的增值程度定義為其對(duì)卷煙的香氣貢獻(xiàn)值。

煙草香精香料配方設(shè)計(jì)是各類型卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的重要內(nèi)容［3］。調(diào)香師根據(jù)葉組配方的表現(xiàn)、煙用材料的特點(diǎn)以及目標(biāo)產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)格要求，選擇適當(dāng)?shù)南阍掀贩N并確定適當(dāng)比例，形成香精香料配方，施加后賦予卷煙特征的香氣風(fēng)格并修飾、改善煙草品質(zhì)［4］。傳統(tǒng)的卷煙調(diào)香整個(gè)過程主要依靠調(diào)香師的經(jīng)驗(yàn)和喜好，沒有一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)，每一個(gè)配方的適用性，都需要通過反復(fù)多次實(shí)物添加和評(píng)吸驗(yàn)證，這不但對(duì)調(diào)香師水平要求高，而且調(diào)香過程試驗(yàn)量大，周期長(zhǎng)［5］。近幾年，有關(guān)卷煙目標(biāo)化、智能化調(diào)香研究報(bào)道較多［5-8］，主要是通過建立香味定量描述數(shù)據(jù)庫(kù)并利用GC/MS 聯(lián)用技術(shù)、色譜指紋圖譜技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立智能輔助調(diào)香系統(tǒng)，為計(jì)算機(jī)輔助調(diào)香提供依據(jù)。也有人提出基于具有特定功能的“結(jié)構(gòu)化組分”，針對(duì)目標(biāo)卷煙進(jìn)行組分組合、搭配篩選及修飾來(lái)進(jìn)行調(diào)香［9］，但也只是處于初步研究階段，并沒有可實(shí)際操作的方法。在數(shù)字調(diào)香方面，國(guó)外已有利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行調(diào)香的程序，如Cabella 的EXDIS［10］以及Brugger 編寫的PERFORM 程 序、Maleeny 編寫的INFORM Ⅱ和Mitron 編制的FORMPACK 程序［11］，國(guó)內(nèi)也已開發(fā)出基于Windows 系統(tǒng)的perwin 調(diào)香軟件［12］和全自動(dòng)智能調(diào)香機(jī)［13］。上述研究需利用編程軟件、專業(yè)儀器分析和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行，針對(duì)性強(qiáng)，應(yīng)用面狹窄。香味輪廓法是卷煙香氣風(fēng)格特征評(píng)價(jià)常用方法，在分析卷煙口感特征、香氣特征方面優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)調(diào)香工作具有重要意義［14-15］。因此，以香味輪廓法為基礎(chǔ)，建立了以香氣貢獻(xiàn)值為依據(jù)的卷煙輔助調(diào)香模型，通過香原料的香氣貢獻(xiàn)值預(yù)測(cè)所調(diào)香精香料最終的香氣表現(xiàn)，減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)，簡(jiǎn)化了調(diào)香過程，可為提高卷煙調(diào)香的效率提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

未加香加料“利群”品牌煙絲（經(jīng)過500 kg/h 中試驗(yàn)線處理）、未加香加料目標(biāo)葉組配方煙絲均由浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供。

乙基麥芽酚（99.7%，北京天利海香精香料有限公司）；葉醇、肉桂油、乙酸異戊酯（食用香精級(jí)）以及香莢蘭豆酊、可可提取物、吐魯浸膏（廣州華芳煙草香料有限公司）；食用酒精（一級(jí)，杭州捷敏香精香料有限公司）。

XS204 電子天平［感量0.000 1 g，梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司］；KBF720 恒溫恒濕箱（德國(guó)Binder 公司）；CiJector 注射加香機(jī)（德國(guó)Burghart 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙加香實(shí)驗(yàn)

將乙基麥芽酚、葉醇、肉桂油和乙酸異戊酯分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%（95%乙醇水溶液稀釋）的母液。以一定添加比例用注射加香機(jī)加入卷制好的未加香加料“利群”煙支中，在溫度（22±2）℃、相對(duì)濕度（60±5）%的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡48 h。

1.2.2 卷煙感官質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

組織浙江中煙技術(shù)中心感官評(píng)吸專家（具有專業(yè)資格證）7 人以上，按照卷煙感官技術(shù)要求，參照香味輪廓法［14］，以未加香加料“利群”煙支作為空白對(duì)照樣進(jìn)行針對(duì)性定量描述，見表1。本研究中的評(píng)價(jià)方法與香味輪廓法相比有如下區(qū)別:①質(zhì)量特征指標(biāo)減少豐富性和勁頭兩項(xiàng)，增加諧調(diào)、透發(fā)和成團(tuán)性3 項(xiàng)；②香氣風(fēng)格指標(biāo)減少花香，增加煙草本香。分值判定上質(zhì)量特征分值分為-2、-1、0、1 和2 分，分別對(duì)應(yīng)品質(zhì)降低較為明顯、品質(zhì)降低不明顯、品質(zhì)無(wú)明顯改善、品質(zhì)得到一定改善和品質(zhì)得到較好改善。總香氣貢獻(xiàn)值以葉組配方香氣總量（計(jì)為10 分）為基準(zhǔn)對(duì)樣品香氣總量增值打分；各香韻貢獻(xiàn)值分值按其占總香氣量的比值進(jìn)行單項(xiàng)打分。

1.2.3 香氣貢獻(xiàn)值匹配度

香原料或香基加入卷煙中后，某一香型的香氣貢獻(xiàn)實(shí)際評(píng)價(jià)結(jié)果與根據(jù)輔助調(diào)香模型預(yù)測(cè)的結(jié)果及產(chǎn)品目標(biāo)值肯定存在一定差距。為了評(píng)價(jià)其相似度，在本研究中，將實(shí)際評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)值數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)值的相似程度定義為香氣貢獻(xiàn)值匹配度，用b 表示，并按照公式（1）計(jì)算。

式中:b—香氣貢獻(xiàn)值匹配度，%；a2—香氣貢獻(xiàn)實(shí)際評(píng)價(jià)值，指香原料或香基加入卷煙中后實(shí)際感官評(píng)價(jià)的香氣貢獻(xiàn)值；a1—香氣貢獻(xiàn)預(yù)測(cè)值，指根據(jù)香氣貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)（已根據(jù)浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)有的香原料庫(kù)初步建立了各香原料和香基在基準(zhǔn)卷煙中3 個(gè)添加梯度以上的香氣貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)）預(yù)測(cè)最接近目標(biāo)值的香原料或香基添加比例對(duì)應(yīng)的香氣貢獻(xiàn)值；a0—香氣貢獻(xiàn)目標(biāo)值，指目標(biāo)配方所需的各香韻的香氣貢獻(xiàn)值（配方人員根據(jù)目標(biāo)葉組配方評(píng)吸結(jié)果與卷煙產(chǎn)品品質(zhì)要求相比的差距而提出的增加值）。

2 結(jié)果與討論

2.1 基于香氣貢獻(xiàn)值的輔助調(diào)香模型

2.1.1 設(shè)定的香氣基準(zhǔn)值

“利群”煙絲的評(píng)價(jià)結(jié)論為香氣量中等略偏少，香氣諧調(diào)，稍有木質(zhì)雜氣，略有些毛刺，余味尚干凈，香氣以煙草本香為主。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，此葉組比較適合用作加香加料試驗(yàn)的載體。因此選取該煙絲作為加香加料評(píng)價(jià)的載體，設(shè)定香韻表現(xiàn)為煙草本香，香氣分值為10 分，此香氣量作為后續(xù)香氣貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)值。

2.1.2 確定的香韻

香韻是用來(lái)描述發(fā)香物質(zhì)（包括加香產(chǎn)品）所表現(xiàn)出來(lái)的某種香氣韻調(diào)［16］，如果香、辛香等，香精香料添加到煙草制品中，會(huì)增加煙草制品的某種或某些香韻，增加的香韻即為該香原料的香氣貢獻(xiàn)，參考《中式卷煙風(fēng)格感官評(píng)價(jià)方法》［17-18］，結(jié)合“利群”產(chǎn)品風(fēng)格特征，確定以煙草本香、果香、辛香等14 種香韻作為基準(zhǔn)香韻，見表1。

2.1.3 香氣貢獻(xiàn)值的評(píng)價(jià)結(jié)果

以“利群”煙絲為母體，添加各種香原料（可以是單體香料或功能性香基），評(píng)價(jià)其增加的香韻；打分原則是以母體香氣量為10 分作為基準(zhǔn)，增加的香氣量為衡量尺度，各種增加的香韻分別計(jì)分，最終形成該香原料香氣貢獻(xiàn)值的輪廓圖。本研究中，選用7 種香原料分別以3 種添加比例加入“利群”煙絲母體中進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。

為更直觀地展現(xiàn)各香原料加入“利群”煙絲中的香氣貢獻(xiàn)，對(duì)7 種香原料各選取某一添加比例加入母體煙絲中，其香氣貢獻(xiàn)值的雷達(dá)圖見圖1a～圖1g。

表1 不同香原料不同添加量時(shí)香氣貢獻(xiàn)值評(píng)價(jià)結(jié)果 （分）

由圖1 可知，乙酸異戊酯對(duì)果香和甜香香韻有香氣貢獻(xiàn)，且對(duì)果香香氣貢獻(xiàn)值較大；肉桂油對(duì)辛香和甜香香韻有香氣貢獻(xiàn)，且對(duì)辛香香氣貢獻(xiàn)值較為顯著；葉醇對(duì)青香香韻香氣貢獻(xiàn)值顯著；乙基麥芽酚對(duì)焦甜香和甜香香韻有香氣貢獻(xiàn)，其中對(duì)焦甜香貢獻(xiàn)值最大；香莢蘭豆酊對(duì)奶香和豆香香韻均有較大香氣貢獻(xiàn)；可可提取物對(duì)烘焙香、焦甜香、甜香、可可香和膏香均有香氣貢獻(xiàn)，其中對(duì)可可香和焦甜香香氣貢獻(xiàn)值顯著；吐魯浸膏對(duì)甜香和膏香有香氣貢獻(xiàn)，其中對(duì)膏香香氣貢獻(xiàn)值最大。

2.1.4 確定的修正因子

圖1 7 種香原料某一濃度下的香氣貢獻(xiàn)值雷達(dá)圖

在進(jìn)行調(diào)香時(shí)，本研究中所選的葉組配方與目標(biāo)葉組配方不盡相同，兩個(gè)配方的香氣表現(xiàn)存在不確定性的差異。因此，有必要引入一個(gè)修正因子（h）在兩者之間進(jìn)行修正:

式中:S目標(biāo)葉組—目標(biāo)葉組的香氣量；S基準(zhǔn)葉組—基準(zhǔn)葉組的香氣量。

2.1.5 香氣貢獻(xiàn)值數(shù)學(xué)模型

通過對(duì)各種香原料香氣輪廓的評(píng)價(jià)，可以得到香原料的香氣貢獻(xiàn)值，以f（x）表示某一香韻的香氣貢獻(xiàn)值，x 表示具體香韻。因此，可以建立香精的香氣貢獻(xiàn)值的數(shù)學(xué)模型:

2.2 輔助調(diào)香模型的驗(yàn)證結(jié)果

2.2.1 香原料按比例組合后的香氣貢獻(xiàn)值匹配度驗(yàn)證結(jié)果

選取乙酸異戊酯、肉桂油、葉醇和乙基麥芽酚，分別以3.0、1.0、3.0 和300.0 mg/kg 的添加比例組合成1#香基；選取乙酸異戊酯、香莢蘭豆酊、乙基麥芽酚和可可提取物，分別以2.0、8.0、100.0 和300.0 mg/kg 的添加比例組合成2#香基；選取乙酸異戊酯、香莢蘭豆酊、吐魯浸膏、可可提取物，分別以1.0、10.0、100.0、100.0 mg/kg 的添加比例組合成3#香基。將1#～3#香基分別加入“利群”煙絲中，卷制成煙支。模型預(yù)測(cè)與實(shí)際評(píng)價(jià)對(duì)比結(jié)果見表2。

按香氣貢獻(xiàn)值的數(shù)學(xué)模型，由4 種香原料按一定比例組成的香精配方，其對(duì)香氣的貢獻(xiàn)值與理論貢獻(xiàn)值雷達(dá)圖（圖2a～圖2c）的對(duì)比發(fā)現(xiàn):1#～3#香基的香韻表現(xiàn)與其香原料的香韻存在較好的匹配性，香原料的香韻可以在香精中得到良好表征。同時(shí)也可以從香原料的香韻表現(xiàn)，大致預(yù)測(cè)出其在香精中的香韻表現(xiàn)。

2.2.2 香氣貢獻(xiàn)值預(yù)測(cè)模型在卷煙香精配方中的應(yīng)用

未加香加料目標(biāo)葉組配方經(jīng)感官評(píng)價(jià)后，計(jì)算得修正因子h=1.1，即該葉組配方煙草本香為11.0 分。目標(biāo)配方要求在此基礎(chǔ)上增加果香1.5分、焦甜香3.0 分、辛香2.5 分、青香2.5 分、甜香2.5分、可可香2.5 分、膏香1.5 分、烘焙香1.0 分。從表1 中可選擇符合目標(biāo)配方要求的香原料及其添加比例:

表2 1#～3#香基的香氣貢獻(xiàn)值匹配度

圖2 預(yù)測(cè)模型與實(shí)際評(píng)價(jià)香氣貢獻(xiàn)值匹配度雷達(dá)圖

由此得出的理論目標(biāo)配方為乙酸異戊酯2.0 mg/kg、肉桂油1.0 mg/kg、葉醇2.0 mg/kg、乙基麥芽酚200 mg/kg、可可提取物300 mg/kg、吐魯浸膏50 mg/kg 及溶劑若干。將香料理論目標(biāo)配方加入該葉組配方煙絲中的感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

根據(jù)以上配方對(duì)各香原料添加量微調(diào)后，得出的最終香精配方果香、焦甜香、辛香、青香、甜香、可可香、膏香、烘焙香各香氣均衡豐富，煙氣細(xì)膩柔和，余味干凈，回甜明顯，總體能較好滿足目標(biāo)配方要求。由表3 可知，基于香原料的香氣貢獻(xiàn)值數(shù)學(xué)模型可以較好地表征出香精的香氣貢獻(xiàn)值，兩者之間的匹配度較好。

表3 基于數(shù)學(xué)模型建立的香料理論目標(biāo)配方與實(shí)際評(píng)價(jià)的匹配度

3 小結(jié)與討論

（1）本輔助調(diào)香模型可對(duì)香精配方的香氣表現(xiàn)進(jìn)行定性和定量表征。在卷煙香精配方設(shè)計(jì)時(shí)，采用此模型進(jìn)行香精配方的香氣風(fēng)格預(yù)測(cè)，可大大減少調(diào)配試驗(yàn)次數(shù)，提高卷煙調(diào)香效率。

（2）本次驗(yàn)證所用的香原料香型單一，線性關(guān)系顯著，香氣貢獻(xiàn)值匹配度較高，按模型預(yù)測(cè)的配方能較好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求；但對(duì)于香型復(fù)雜的香基，如吐魯浸膏等天然提取成分，線性關(guān)系顯著性不強(qiáng)（膏香香韻香氣貢獻(xiàn)值匹配度只有32.7%）。這是由于香原料間會(huì)不斷發(fā)生緩慢的、十分復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)［19］，存在諧香等情況，在客觀上造成了本模型的誤差，也是本模型需優(yōu)化與改進(jìn)的方向。

綜上，本模型的基礎(chǔ)是香味輪廓的表征，只有香味輪廓描述得更加詳細(xì)、準(zhǔn)確，模型的適用性才會(huì)更好。因此，需要建立一個(gè)基于大數(shù)據(jù)量的香氣貢獻(xiàn)值數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)為確保數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定性，建議組成7 人以上固定卷煙評(píng)吸團(tuán)隊(duì)完成該數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。

［1］林翔云.調(diào)香術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］孫寶國(guó).食用調(diào)香術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］許建營(yíng).煙草工藝與調(diào)香技術(shù)［M］.北京:中國(guó)紡織出版社，2007.

［4］吳慶之.煙用調(diào)香的技術(shù)基礎(chǔ)［J］.煙草科技，1999（4）:46-48.

［5］孫瓊，盧紅兵，李燕春，等.GC-MS結(jié)合智能輔助調(diào)香軟件對(duì)煙用香精的仿香研究［J］.香精香料化妝品，2014，18（2）:7-11.

［6］何瑞華.化學(xué)組成及香韻雙向漸進(jìn)模擬煙用香精及還原方法研究［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2013.

［7］楊蕊.GC/MS 結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助調(diào)香系統(tǒng)在煙用香精配方解析中的應(yīng)用［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2006.

［8］趙劍超，鐘科軍，楊彥寧，等.氣相色譜-質(zhì)譜法結(jié)合智能調(diào)香輔助軟件對(duì)未知香精定性及香味分析［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（2）:202-206.

［9］尹開云.卷煙調(diào)香前沿理論和技術(shù):結(jié)構(gòu)化組分調(diào)香初論［EB/OL］.（2009）［2014-08-12］.http://www.doc88.com/p-301948386249.html.

［10］Cabella P.Computer applications in food flavor research［J］.Analytica Chimica Acta,1990,235:215-219.

［11］Allured S E.The computer as the Perfumer's helper［J］.Perfumer &Flavorist,1991,16（5）:27-33.

［12］孫偉.Windows 環(huán)境下香精配方計(jì)算機(jī)化的開發(fā)研究［J］.微型電腦應(yīng)用，1996（1）:56-59.

［13］張翮輝，江青茵，曹志凱，等.一種全自動(dòng)智能調(diào)香機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.香精香料化妝品，2008（6）:5-7.

［14］翁昔陽(yáng)，劉藝，許建銘，等.香味輪廓分析法在卷煙評(píng)香中的應(yīng)用［C］//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)煙草化學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.海口:中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2005:468-472.

［15］邵干輝，袁慶釗，溫東奇，等.國(guó)內(nèi)國(guó)際品牌卷煙香味特征和致香成分比較分析［J］.廣東科技，2008（20）:43-46.

［16］謝劍平.煙草香原料技術(shù)原理與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［17］YC/T 497—2014 卷煙 中式卷煙風(fēng)格感官評(píng)價(jià)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［18］武怡，曾曉鷹，朱保昆，等.中式卷煙風(fēng)格感官評(píng)價(jià)方法區(qū)域適應(yīng)性分析［J］.煙草科技，2012（9）:5-9.

［19］Reineccius G.Flavor chemistry and technology［M］.2nd ed.Boca Raton:Taylor &Rracis Group,2005.