不同裝煙方式烤后煙感官評價(jià)與電子鼻綜合分析

矯海楠　王傳義　徐秀紅等

摘要： 為科學(xué)系統(tǒng)評價(jià)密集烤房烤后煙葉的香氣質(zhì)量，建立一種感官評吸與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，對煙竿、煙夾、煙筐、大箱4種裝煙方式的烤后煙葉進(jìn)行化學(xué)成分分析、電子鼻無損檢測和感官評吸。結(jié)果表明，利用主成分分析法、線性判別分析法能無損檢測并顯著區(qū)分不同裝煙方式烤后煙葉的香氣成分，煙夾烘烤與大箱烘烤差異最為顯著。感官評吸也顯示4種裝煙方式以煙夾烘烤的烤后煙葉質(zhì)量檔次最佳，掛竿、煙筐次之，大箱烘烤最差，電子鼻分析結(jié)果與感官評吸結(jié)果相符合，利用電子鼻與感官評吸綜合分析可更科學(xué)評價(jià)密集烤房不同裝煙方式烤后煙香氣質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 裝煙方式；香氣質(zhì)量；感官評吸；電子鼻分析

中圖分類號： TS47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0290-03

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前，煙葉質(zhì)量評價(jià)主要依靠感官評吸，但由于評價(jià)人對煙葉的敏感性不同，導(dǎo)致結(jié)果受主觀因素影響較大，不能完全真實(shí)地反映其香氣質(zhì)量 [1]。煙葉的致香成分分析主要采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）測定法；但GC-MS不僅檢測周期長、成本高，且所得具體致香成分的數(shù)據(jù)很難和樣本整體信息及煙葉評吸質(zhì)量聯(lián)系起來，缺乏說服力。電子鼻是一個(gè)新穎的以傳感器陣列形式分析、識(shí)別和檢測復(fù)雜氣味和揮發(fā)性成分的電化學(xué)傳感系統(tǒng)。它得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性或定量結(jié)果，而是樣品中揮發(fā)性成分的整體信息，也稱“指紋信息” [2]。Yang等利用電子鼻對富含香豆素的日本綠茶進(jìn)行風(fēng)味研究，結(jié)果顯示，電子鼻可以正確區(qū)分7種不同香豆素含量的綠茶，并評價(jià)其風(fēng)味特點(diǎn) [3]。近年來，國內(nèi)外應(yīng)用電子鼻研究評價(jià)酒類、水果和茶葉等農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)時(shí)也大多局限于單純的電子鼻區(qū)別或鑒別，電子鼻與感官質(zhì)量的綜合分析較少 [4-9]。我國對于電子鼻的應(yīng)用起步較晚，在食品工業(yè)上最早應(yīng)用，對于煙草的應(yīng)用僅僅局限于香料配方和真假煙鑒別上 [8-9]，對于初烤煙葉的應(yīng)用較少。

隨著現(xiàn)代煙草業(yè)的發(fā)展，過去普通烤房已逐漸被淘汰，取而代之的是更為節(jié)能、省工、整體烘烤質(zhì)量佳的密集烤房 [10-11]；但密集烤房由于強(qiáng)制通風(fēng)等原因?qū)е缕湎銡饧坝头置黠@不如過去的普通烤房 [12]。通過裝煙方式及烘烤工藝的改進(jìn)來改善和提高烤后煙葉香氣成為當(dāng)前煙草調(diào)制加工研究的熱點(diǎn)。有關(guān)密集烤房裝煙方式研究雖有報(bào)道，但大多局限于單純的煙葉致香成分含量高低的比較，不能代表樣品的整體性，缺乏整體性數(shù)據(jù)分析方法 [13-16]。

本試驗(yàn)利用電子鼻無損檢測技術(shù)對不同裝煙方式烤后煙葉的致香成分進(jìn)行主成分和線性判別分析，并與主要化學(xué)成分檢測和感官評吸質(zhì)量相結(jié)合，以探求更為科學(xué)的香氣整體評價(jià)方式，為評吸質(zhì)量提供數(shù)理統(tǒng)計(jì)輔助分析方法，客觀地評價(jià)不同裝煙方式烤后煙葉質(zhì)量。

1 材料與方法

1 1 材料與設(shè)備

供試品種為NC55，供試材料為山東諸城市瑯埠煙站同一地塊、長勢整齊一致、統(tǒng)一采收二棚煙葉。烘烤設(shè)備為裝煙室大小為270 cm×800 cm的標(biāo)準(zhǔn)化密集烤房。

1 2 試驗(yàn)儀器

儀器為德國 Airsense 公司生產(chǎn)的PEN 3 型便攜式電子鼻，主要包括以下硬件部分： 傳感器陣列（ 包含10個(gè)傳感器，具體屬性見表1）、采樣及清洗通道、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)。電子鼻獲取的數(shù)據(jù)為傳感器的電導(dǎo)率 G 與基準(zhǔn)氣體通過時(shí)傳感器的電導(dǎo)率 G0 的比值。

1 3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：（1）煙竿烘烤，煙竿長度145 cm；（2）煙夾烘烤，梳式煙夾，長132 cm、外寬14 cm、內(nèi)寬10 cm；（3）煙筐烘烤，煙筐規(guī)格30 cm×43 cm×50 cm；（4）大箱烘烤，大箱規(guī)格260 cm×80 cm×180 cm。每種裝煙方式按各自的適宜裝煙密度進(jìn)行配置和配套烘烤，各處理烤后煙樣品標(biāo)記竿均放在各烤房的中層中間位置。

1 4 試驗(yàn)方法

主要化學(xué)成分測定方法：煙堿、鉀、氯含量測定分別參照GB 23225—2008、YC/T 173—2003（使用ICP-OES測定）、YC/T 153—2001進(jìn)行，總氮、總糖、還原糖含量測定均參照YC/T 33—1996進(jìn)行。

電子鼻檢測：取各裝煙方式處理烘烤后B2F等級煙葉，分別稱取煙末樣品5 g，置于300 mL三角燒瓶中，封口膜密封，每個(gè)試驗(yàn)樣品重復(fù)3 次，放置30 min。電子鼻的測定條件：傳感器自清洗時(shí)間100 s，傳感器歸零時(shí)間10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，進(jìn)樣流量300 mL/min，分析采樣時(shí)間60 s。

煙葉感官質(zhì)量評吸由農(nóng)業(yè)部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心按照標(biāo)準(zhǔn)YC/T 138—1998進(jìn)行評價(jià)。

1 5 數(shù)據(jù)分析

對于電子鼻樣品區(qū)分分析，提取10個(gè)傳感器的特征值，然后利用電子鼻自帶 WinMuster 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和線性判別式分析。對電子鼻不同傳感器貢獻(xiàn)率，主要采用Loadings分析。對評吸結(jié)果使用SPSS 19 0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2 1 不同裝煙方式烤后煙葉的主要化學(xué)成分

從表2可以看出，密集烤房掛竿烘烤后的煙葉煙堿含量最高，大箱烘烤次之，而煙夾和散葉筐烤后煙葉較低。在糖含量方面，煙夾的總糖和還原糖含量明顯高于其他處理，而煙竿處理雖然總糖含量較低，但其還原糖含量較高。此外，除了煙竿處理氯含量和煙夾處理鉀含量較高外，其他處理鉀、氯含量差異不明顯。

2 2 不同裝煙方式烤后煙葉電子鼻檢測

2 2 1 主成分分析法分析不同裝煙方式烤后煙葉香氣成分 主成分分析法（principle component analysis，PCA）是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，是將提取的傳感器多指標(biāo)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和降維，并對降維后的特征向量進(jìn)行線性分析，最后在PCA分析圖上呈現(xiàn)主要的兩維圖。橫（PC1）、縱（PC2）坐標(biāo)分別表示在PCA轉(zhuǎn)換中得到的第1主成分和第2主成分貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率越大，說明主要成分可以較好地反映原多指標(biāo)信息。若樣品在橫坐標(biāo)距離越大，說明它們的差異越大；而2個(gè)樣品在縱坐標(biāo)距離即使很大，但由于第2主成分貢獻(xiàn)率很小，所以2個(gè)樣品間的實(shí)際差異也不會(huì)很明顯 [17]。從圖1可以看出，2個(gè)主成分貢獻(xiàn)率分別是90 81%（PC1）和8 38%（PC2），總貢獻(xiàn)率為99 19%，能夠較好地呈現(xiàn)樣品特征，從2個(gè)主軸上看，呈現(xiàn)較好的單向趨勢。從橫坐標(biāo)的位置上看，煙夾與煙筐、大箱、煙竿處理距離較遠(yuǎn)，說明煙夾樣品香氣成分與其他3項(xiàng)差異較大。由于縱軸PC2貢獻(xiàn)率僅為8 38%，即使煙筐距離大箱和煙竿在縱軸上較遠(yuǎn)，也并不一定能說明煙筐跟大箱和掛竿之間有明顯差異，而大箱和掛竿之間在PCA分析中則沒有明顯差異。

2 2 2 線性判別法分析不同裝煙方式烤后煙葉香氣成分 線性判別法（linear discriminant analysis，LDA）是研究樣品所屬類型的一種統(tǒng)計(jì)方法。LDA分析利用了所有傳感器信號，以提高分類的準(zhǔn)確性，更加注重樣品空間分布狀態(tài)及彼此的距離分析 [18]。從圖2可以看出，在LDA分析中，線性判別函數(shù)LD1和LD2的貢獻(xiàn)率分別是79 23%和16 20%，總貢獻(xiàn)率為95 43%?？梢院芎玫貙?個(gè)樣品區(qū)分開，且以煙夾與大箱的差異最為顯著，煙夾和煙筐則主要通過LD2來區(qū)分（縱坐標(biāo)跨度），可認(rèn)定分析的有效性。2 2 3 電子鼻不同傳感器貢獻(xiàn)率分析 Lodings分析可用來分析電子鼻各傳感器的貢獻(xiàn)率，幫助區(qū)分各傳感器的重要性。傳感器距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，其負(fù)載參數(shù)值就越大，說明傳感器貢獻(xiàn)越大，反之則貢獻(xiàn)越小。從圖3可以看出，W5S傳感器在第1、第2主成分上的貢獻(xiàn)率都較大，W1W（對無機(jī)硫化物靈敏）傳感器對第1主成分貢獻(xiàn)率最大，W5S（對氮氧化物靈敏）傳感器次之；W2S（對醇類、醛酮類靈敏）傳感器對第2主成分貢獻(xiàn)最大，W5S、W1S（對甲基類靈敏）、W3S（對長鏈烷烴和芳香族靈敏）傳感器次之；而其他傳感器距離原點(diǎn)較近，且有部分傳感器重合，說明其貢獻(xiàn)率較小，可以忽略不計(jì)。

2 3 不同裝煙方式烤后煙葉的感官評吸質(zhì)量

從各處理煙葉感官評吸結(jié)果（表4）：（1）煙夾烘烤的香氣質(zhì)極顯著高于大箱烘烤，顯著高于煙筐烘烤，而掛竿烘烤與其他3個(gè)處理差異不明顯；（2）從香氣量上看，煙夾烘烤顯著高于煙筐和大箱烘烤；（3）在余味得分上，煙夾和掛竿烘烤顯著高于大箱烘烤，與煙筐烘烤差異不顯著；（4）煙夾處理的雜氣極顯著高于大箱處理，且顯著高于其他2個(gè)處理，而大箱處理顯著低于其余3個(gè)處理；（5）從刺激性來看，煙夾和掛竿烘烤顯著高于大箱烘烤，與煙筐烘烤差異不顯著；（6）在評吸總得分上，煙夾烘烤極顯著高于其他3個(gè)處理，大箱烘烤極顯著

低于其他3個(gè)處理，而掛竿和煙筐烘烤差異不顯著；（7）綜合質(zhì)量檔次上，煙夾烘烤得分極顯著高于大箱烘烤，與其他2種方式?jīng)]有顯著差異，大箱烘烤顯著低于掛竿和煙筐烘烤，且以煙夾烘烤的質(zhì)量檔次為“中等+”，大箱烘烤為“中等-”，掛竿和煙筐烘烤均為“中等”。

3 討論與結(jié)論

密集烤房較傳統(tǒng)的普通烤房由于強(qiáng)制通風(fēng)等原因經(jīng)常造成煙葉香氣不足，油分較少，而密集烤房中煙夾烘烤與掛竿烘烤相比，煙夾裝煙密度大，煙葉間隙略小，水分散失較慢，煙葉生理生化反應(yīng)較為完全 [10-11]。從化學(xué)分析結(jié)果上看，煙夾烘烤較其他3種方式還原糖含量較高，且含氮量適中，其香氣吃味較醇和，在4種裝煙方式中香吃味較好，這也與評吸結(jié)果相符。而大箱烘烤由于裝煙密度過大，且煙葉排列較為散亂，在烘烤過程中容易倒伏，導(dǎo)致煙葉排濕不順暢，棕色化反應(yīng)程度高，影響煙葉外觀質(zhì)量和化學(xué)成分協(xié)調(diào)性 [10-13]。評吸綜合質(zhì)量檔次也以煙夾為最佳，掛竿和煙筐次之，大箱最差，本結(jié)論與徐秀紅等的研究結(jié)果 [19]相符。雖然大箱烘烤的評吸質(zhì)量較差，但是其雜氣顯著低于其他幾種處理，說明大箱烘烤還是能夠起到改善煙葉青雜氣的作用。盧賢仁等研究了幾種不同裝煙方式的中性致香物質(zhì)總量 [14]，其結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果有所不同，說明煙葉中的中性致香成分并不都提升煙葉的香吃味，某些成分可能會(huì)削弱煙葉的香吃味，有必要繼續(xù)深入研究主要致香成分的功能及相互作用。

煙葉和煙氣中的化學(xué)成分總數(shù)達(dá)8 400多種 [20]，目前能夠確定其成分的有4 000多種，但這些化學(xué)成分對香氣的貢獻(xiàn)程度則不同。近年來，對于香氣貢獻(xiàn)的研究也僅僅局限于香氣的定量檢測分析上，通過Loadings分析不同裝煙方式的烤后煙葉樣品，可以確定氮氧化物類傳感器，醇類、醛酮類傳感器和無機(jī)硫化物類傳感器對烤后煙葉的香氣成分較為敏感。相關(guān)研究表明，醇類、醛酮類物質(zhì)有平衡酸堿、醇和煙氣的作用，對于煙葉的香吃味有較大的提升作用，但是由于氮氧化物范圍較廣，無法確定其中哪些致香成分有提升作用，可以通過進(jìn)一步細(xì)化氮氧化物傳感器等技術(shù)進(jìn)行探索；而無機(jī)硫化物在相關(guān)煙葉香氣的研究中則鮮有報(bào)道，這可以為烤后煙葉致香成分的研究提供新思路。

從PCA和LDA分析結(jié)果可以看出，煙夾烘烤和大箱烘烤的差異最為明顯，煙夾烘烤的香氣貢獻(xiàn)率在第1、第2主成分上均明顯高于大箱烘烤，這與評吸結(jié)果相符，二者的評吸質(zhì)量檔次分別為“中等+”和“中等-”。而煙竿烘烤和煙筐烘烤在PCA分析中主要差異在第2主成分，但由于第2主成分貢獻(xiàn)率較低（8 38%），所以并不能說明二者的差異顯著性，這也與評吸結(jié)果大致相吻合，二者評吸質(zhì)量檔次均為中等。在以往的電子鼻檢測中，其作用大多是單純的證明樣品間氣味的差異性，而本研究結(jié)果則說明電子鼻在研究煙葉香氣質(zhì)量中可作為樣品整體性分析的輔助手段，與感官評吸等其他研究方式相結(jié)合，可有效提高相互間的真實(shí)性和可靠性，為電子鼻在煙草上的進(jìn)一步應(yīng)用提供借鑒。

化學(xué)成分分析及評吸結(jié)果表明，密集烤房不同裝煙方式烤后煙葉質(zhì)量以煙夾烘烤的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性為最佳，大箱烘烤最差，4種裝煙方式烤后煙葉的評吸質(zhì)量以煙夾質(zhì)量檔次為最高，煙竿、煙筐次之，大箱最低。經(jīng)電子鼻無損檢測，密集烤房不同裝煙方式下烤后煙葉的香氣成分對氮氧化物傳感器，醇類、醛酮類傳感器和無機(jī)硫化物傳感器最為敏感，可以以這3類傳感器作為烤后煙葉電子鼻的傳感器陣列。PCA和LDA分析表明，電子鼻能夠明顯區(qū)分出4種裝煙方式的烤后煙葉香氣成分，且煙夾烘烤和大箱烘烤分別與其他2處理差異最為顯著，PCA和LDA分析結(jié)果與感官評吸結(jié)果相吻合，說明電子鼻分析可以作為一種煙葉香氣質(zhì)量評價(jià)的輔助手段，為感官評吸提供科學(xué)分析的依據(jù)。

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