煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)與卷煙感官質(zhì)量的相關(guān)性研究

郭華誠(chéng) 張?jiān)氯A 李陽光 許克靜

(河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450016)

卷煙作為特殊嗜好品，感官質(zhì)量是衡量其吸食品質(zhì)的重要因素，感官質(zhì)量及吸食品質(zhì)的優(yōu)劣，很大程度上取決于煙絲中的香味物質(zhì)[1-2]。香味物質(zhì)主要包括生產(chǎn)過程中的外加香以及煙絲本身所含的致香物質(zhì)兩部分，其含量配比及相互作用決定了卷煙香氣，即決定了卷煙的感官質(zhì)量[3-4]。王文靜等[5]對(duì)不同地區(qū)煙葉中的中性致香成分含量進(jìn)行了分析，運(yùn)用同時(shí)蒸餾萃取前處理方法，以乙酸苯乙酯為內(nèi)標(biāo)，對(duì)分別種植在中國(guó)河南、湖北、廣東等地具備不同生態(tài)條件特征的煙草中性致香物質(zhì)進(jìn)行GC-MS/SIM分析和研究，最終準(zhǔn)確測(cè)定了卷煙中β-紫羅蘭酮、糠醇等34種中性香味成分；朱忠等[6]對(duì)中上部不同成熟度烤煙煙葉的主要化學(xué)成分和香味物質(zhì)組成關(guān)系進(jìn)行了研究，研究結(jié)果以中性香味成分含量作為主要考量指標(biāo)，并采用同時(shí)蒸餾萃取裝置結(jié)合毛細(xì)管GC及GC/MS對(duì)香味成分進(jìn)行分離、定性和定量，分析測(cè)定了異佛爾酮、氧化異佛爾酮、β-大馬酮、β-二氫大馬酮等22種重要香味成分，結(jié)果表明，大多數(shù)香味物質(zhì)的含量及所測(cè)物質(zhì)中醛類、酮類、醇類的總量都隨著成熟度的增加而呈增加的趨勢(shì)。香氣成分的種類及含量直接影響卷煙的香氣量、諧調(diào)性、余味、雜氣、刺激性等感官指標(biāo)。鑒于此，通過對(duì)致香物質(zhì)含量進(jìn)行定性定量分析，厘清煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)與類型卷煙感官質(zhì)量的相關(guān)性，對(duì)卷煙煙絲的質(zhì)量評(píng)價(jià)及卷煙配方維護(hù)具有重要意義。

卷煙配方維護(hù)是卷煙生產(chǎn)質(zhì)量控制中的重要一環(huán)，配方維護(hù)需要根據(jù)成品卷煙的香氣、余味、諧調(diào)性、雜氣和刺激性等指標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。傳統(tǒng)的維護(hù)方式是通過專業(yè)的評(píng)吸人員對(duì)煙草進(jìn)行感官評(píng)吸，憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)卷煙的感官質(zhì)量給予打分；打分結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)分值對(duì)比一致則說明產(chǎn)品穩(wěn)定，否則就需要修改產(chǎn)品的配方、工藝等參數(shù)。由于需要人員參與，這就難免引入人為的主觀誤差。為了改善現(xiàn)有的配方維護(hù)方法，消除人為誤差，獲得更精準(zhǔn)的配方維護(hù)結(jié)果，本研究對(duì)中國(guó)市場(chǎng)價(jià)為每條200～300元的卷煙(30個(gè)樣品)煙絲進(jìn)行致香成分分析及卷煙的感官質(zhì)量評(píng)吸，并對(duì)致香成分與感官評(píng)價(jià)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性分析研究，旨在厘清煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)與類型卷煙感官質(zhì)量的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。依據(jù)官能團(tuán)的不同，可將致香成分分為醛類、酮類、醇類、酚類、呋喃類、酯和內(nèi)酯類和氮雜環(huán)類7類[8-10]。為深入并細(xì)化致香成分與感官質(zhì)量的相關(guān)性分析，本研究嘗試從卷煙煙絲中致香物質(zhì)基團(tuán)的角度來探析影響卷煙感官質(zhì)量的關(guān)鍵因素，從而進(jìn)一步提高卷煙配方維護(hù)的精準(zhǔn)性，并為優(yōu)質(zhì)卷煙配方設(shè)計(jì)提供方法指導(dǎo)與理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料

卷煙：中國(guó)市場(chǎng)價(jià)為每條200～300元的。

1.1.2 儀器

同時(shí)蒸餾提取器：型號(hào)SDE，鄭州市科技玻璃儀器廠；

氣—質(zhì)聯(lián)用分析儀：GC 7890A/MS 5975C型，美國(guó)Agilent公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品香味成分的分析方法 采用同時(shí)蒸餾萃取方法(SDE)提取各卷煙煙絲中的香味物質(zhì)，稱取30 g(精確至0.1 mg)煙末樣品放入同時(shí)蒸餾萃取裝置一端的1 000 mL圓底燒瓶中，加入30 g氯化鈉和350 mL蒸餾水，用控溫電熱套加熱，裝置的另一端為盛有60 mL的CH2Cl2的濃縮瓶，水浴加熱，同時(shí)蒸餾萃取2.5 h，結(jié)束后，加入1 mL 內(nèi)標(biāo)乙酸苯乙酯溶液(0.755 0 mg/mL)，將其濃縮至1.0 mL，轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，并進(jìn)行GC-MS分析[11]。利用NIST08譜庫(kù)對(duì)卷煙煙絲中各香味成分進(jìn)行定性分析。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析，致香成分檢測(cè)結(jié)果取均值。

對(duì)影響卷煙感官質(zhì)量的各類致香物質(zhì)含量應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件做主成分分析，首先進(jìn)行Bartlett 球形度檢驗(yàn)，KMO的檢驗(yàn)值為0.527，KMO值>0.5，且P<0.01，因此可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析。

1.2.2 樣品的感官評(píng)價(jià)方法 分別取30個(gè)卷煙樣品，將卷煙在恒溫恒濕箱中平衡48 h。卷煙感官評(píng)吸鑒定由黃金葉生產(chǎn)制造中心感官評(píng)吸評(píng)委依據(jù)GB 5606.4—2005評(píng)價(jià)方法從香氣、諧調(diào)、雜氣、刺激性以及余味方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)吸指標(biāo)與致香成分的基本統(tǒng)計(jì)

煙絲中的香味成分和卷煙感官評(píng)吸及數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表1、2。

由表2、3可以看出，除酮類、酚類和醛類物質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值的分布偏度較大外，其他評(píng)價(jià)指標(biāo)值的分布基本上符合正態(tài)分布。從標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)看，卷煙煙絲中主要致香成分含量的評(píng)價(jià)指標(biāo)值都較大，而卷煙感官質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)值都較小。

2.2 評(píng)吸指標(biāo)與致香成分的相關(guān)性

評(píng)吸指標(biāo)與致香成分的相關(guān)性計(jì)算依據(jù)Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式獲取相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值，根據(jù)相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，說明相關(guān)性越強(qiáng)的原則，可進(jìn)一步運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行檢驗(yàn)分析。不同卷煙煙絲中的各類致香物質(zhì)與感官質(zhì)量的雙變量相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析(Bivariate)結(jié)果見表3。

表1 卷煙樣品致香成分指標(biāo)值的描述統(tǒng)計(jì)量Table 1 Descriptive statistics of incense-causing component index values of cigarette samples (n=30)

表2 卷煙樣品感官評(píng)吸質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)值的描述統(tǒng)計(jì)量Table 2 Descriptive statistics of sensory evaluation index values of cigarette samples (n=30)

表3不同卷煙煙絲中各類致香物質(zhì)與評(píng)吸質(zhì)量間的相關(guān)性?

Table 3 Correlation between all kinds of aromatic substances in different cigarette filaments and smoking quality evaluation

致香類別香氣質(zhì)香氣量濃度刺激性雜氣余味總香味量0.49??0.38?0.230.150.29?0.21新植二烯0.190.52??0.180.230.280.19酮類 0.28?0.180.26-0.050.020.08醛類 0.190.030.100.06-0.050.02醇類 0.070.080.16-0.030.090.06酯類 0.53??0.33?0.210.150.190.15呋喃類 0.090.180.11-0.080.03-0.08酚類 0.51??0.41??0.280.160.270.27氮雜環(huán)類0.120.030.15-0.25-0.19-0.28

? *表示顯著水平為5%，**表示顯著水平為1%。

從表3可看出，香氣與卷煙煙絲中總香味含量、酯類、酮類、酚類和新植二烯致香物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；總香味含量與雜氣呈顯著正相關(guān)；刺激性和余味與各類致香物質(zhì)不具有相關(guān)性。這些相關(guān)性對(duì)指導(dǎo)卷煙配方的研制和維護(hù)有重要的參考價(jià)值。

2.3 致香成分與評(píng)吸指標(biāo)的逐步回歸分析

分別以測(cè)定的致香物質(zhì)總香味量、新植二烯、酮類、醛類、醇類、酯類、呋喃類、酚類和氮雜環(huán)類為自變量X1～X9，以評(píng)吸指標(biāo)中的香氣(Y1)、諧調(diào)(Y2)、刺激性(Y3)、雜氣(Y4)和余味(Y5)為因變量，進(jìn)行逐步回歸分析，得到回歸方程并進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)。

Y1=2.723 1+0.008 1X1+0.066 5X3+0.024 1X6+0.021 7X8(R=0.962 3)，

(1)

Y2=0.174 9+0.000 9X1+0.005 6X2+0.002 6X6+0.059 9X8(R=0.953 8)。

(2)

上述分析結(jié)果表明，香氣與致香物質(zhì)總香味量、酮類、酯類和酚類存在著極顯著的線性關(guān)系；諧調(diào)和致香物質(zhì)總香味量、新植二烯、酯類和酚類存在著極顯著的線性關(guān)系。這兩個(gè)預(yù)測(cè)模型為預(yù)測(cè)和估計(jì)香氣和諧調(diào)性提供了參考依據(jù)。

2.4 各類致香物質(zhì)主成分分析

根據(jù)方差累計(jì)貢獻(xiàn)率>80%的原則[12]，提取了4個(gè)主成分，其特征值分別為5.162，1.836，0.795，0.702，各個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為53.2%，13.5%，8.9%，7.8%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)83.4%，即包含了煙葉致香成分83.4%的信息。各主成分貢獻(xiàn)率依據(jù)主成分分析中前K個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率，計(jì)算公式為：前K個(gè)因子特征根的值之和與所有因子特征根的總和的比值。各類致香成分的主成分分析結(jié)果見表4。

表4 各主成分特征值和貢獻(xiàn)率Table 4 Characteristic values and contribution rates of each principal component

對(duì)因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，利用所設(shè)定的方差極大法得到結(jié)果見表5。由表5可知，不同類別的致香物質(zhì)對(duì)卷煙香味影響差距較為明顯，其中，新植二烯、醇類和氮雜環(huán)類致香物質(zhì)對(duì)卷煙香味影響較小，在具體葉組配方時(shí)，可根據(jù)不同致香物質(zhì)的種類、含量及重要程度進(jìn)行卷煙香味調(diào)節(jié)。

根據(jù)表5中各主成分在各個(gè)變量上的載荷，可以得出由主成分系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化變量組成的前4個(gè)主成分的表達(dá)式：

F1=0.858X1+0.018X2+0.853X3+0.817X4-0.086X5+0.689X6+0.438X7+0.887X8+0.432X9，

(3)

表5 主成分因子旋轉(zhuǎn)后的載荷矩陣Table 5 Load matrix after principal component factor rotation

F2=0.139X1+0.796X2-0.01X3+0.169X4+0.134X5+0.326X6+0.158X7-0.171X8+0.493X9，

(4)

F3=0.399X1+0.158X2+0.082X3-0.201X4+0.799X5+0.103X6-0.058X7+0.011X8+0.051X9，

(5)

F4=0.119X1-0.015X2-0.038X3+0.172X4-0.101X5+0.425X6-0.889X7-0.213X8-0.099X9。

(6)

從關(guān)系表達(dá)式可看出，總香味含量、醛類、酚類和酮類在第1 主成分上有較高的正載荷，說明第1主成分可以體現(xiàn)這些指標(biāo)的信息；氮雜環(huán)類和新植二烯對(duì)第2主成分影響較大；總香味含量和醇類對(duì)第3主成分影響較大；對(duì)第4主成分影響較大的是呋喃類和酯類。

3 結(jié)論

(1) 不同卷煙煙絲中致香成分和評(píng)吸質(zhì)量之間具有一定的相關(guān)性，其中，卷煙評(píng)吸指標(biāo)香氣和雜氣與所含的總香味物質(zhì)以及大部分香味物質(zhì)呈顯著正相關(guān)；刺激性和余味與各類致香物質(zhì)不具有相關(guān)性。由此，在追求卷煙煙香的同時(shí)，要充分考慮致香物質(zhì)附帶的雜氣對(duì)卷煙感官質(zhì)量的負(fù)面影響，針對(duì)不同葉組配方可通過精確的量化配比試驗(yàn)，確定卷煙的最佳致香狀態(tài)。

(2) 對(duì)致香成分和評(píng)吸指標(biāo)進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，得到香氣和諧調(diào)的2個(gè)預(yù)測(cè)模型方程，經(jīng)顯著性測(cè)驗(yàn)均達(dá)到了極顯著水平，均可為預(yù)測(cè)和估計(jì)卷煙香氣和諧調(diào)性提供參考依據(jù)。另外，總香味含量、酮類、新植二烯、酚類和醛類作為影響卷煙感官質(zhì)量的主要影響因子，總香味含量對(duì)感官質(zhì)量的影響尤為關(guān)鍵。該結(jié)果對(duì)卷煙產(chǎn)品維護(hù)及新型卷煙配方的設(shè)計(jì)具有積極意義。

煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)與類型卷煙感官質(zhì)量相關(guān)性研究有助于為卷煙配方制定及維護(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定卷煙產(chǎn)品的感官質(zhì)量和吸食品質(zhì)的目的。但當(dāng)前尚未能形成煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，如能構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，將有助于排除因不同評(píng)吸人員感官差異造成的卷煙產(chǎn)品香味不穩(wěn)定因素，這也是下一步研究的方向。