基于香氣貢獻值的卷煙輔助調香模型

許式強，張麗娜，儲國海，高 陽，許利平，吳兆明

浙江中煙工業有限責任公司技術中心，杭州市西湖區科海路118 號 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出的所有香氣的總和，它有如卷煙的“指紋”一樣，詳細地描述出卷煙的風格特征。調香師調配的香精添加到卷煙后可增加卷煙的某種或某些香氣，從另一角度來講，調香可讓卷煙增加調香師所期望的香氣。這些新增加的香氣，就是香精對卷煙的香氣貢獻。因此，可以將各香原料或香基加入卷煙后對某一香韻和總體香氣量的增值程度定義為其對卷煙的香氣貢獻值。

煙草香精香料配方設計是各類型卷煙產品設計開發的重要內容［3］。調香師根據葉組配方的表現、煙用材料的特點以及目標產品的品質和風格要求，選擇適當的香原料品種并確定適當比例，形成香精香料配方，施加后賦予卷煙特征的香氣風格并修飾、改善煙草品質［4］。傳統的卷煙調香整個過程主要依靠調香師的經驗和喜好，沒有一個量化的標準可以依據，每一個配方的適用性，都需要通過反復多次實物添加和評吸驗證，這不但對調香師水平要求高，而且調香過程試驗量大，周期長［5］。近幾年，有關卷煙目標化、智能化調香研究報道較多［5-8］，主要是通過建立香味定量描述數據庫并利用GC/MS 聯用技術、色譜指紋圖譜技術和化學計量學方法建立智能輔助調香系統，為計算機輔助調香提供依據。也有人提出基于具有特定功能的“結構化組分”，針對目標卷煙進行組分組合、搭配篩選及修飾來進行調香［9］，但也只是處于初步研究階段，并沒有可實際操作的方法。在數字調香方面，國外已有利用計算機軟件進行調香的程序，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］，國內也已開發出基于Windows 系統的perwin 調香軟件［12］和全自動智能調香機［13］。上述研究需利用編程軟件、專業儀器分析和數據分析進行，針對性強，應用面狹窄。香味輪廓法是卷煙香氣風格特征評價常用方法，在分析卷煙口感特征、香氣特征方面優勢明顯，對調香工作具有重要意義［14-15］。因此，以香味輪廓法為基礎，建立了以香氣貢獻值為依據的卷煙輔助調香模型，通過香原料的香氣貢獻值預測所調香精香料最終的香氣表現，減少了實驗次數，簡化了調香過程，可為提高卷煙調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（經過500 kg/h 中試驗線處理）、未加香加料目標葉組配方煙絲均由浙江中煙工業有限責任公司提供。

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）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，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Binder 公司）；CiJector 注射加香機（德國Burghart 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙加香實驗

將乙基麥芽酚、葉醇、肉桂油和乙酸異戊酯分別配制成質量分數為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加入卷制好的未加香加料“利群”煙支中，在溫度（22±2）℃、相對濕度（60±5）%的恒溫恒濕箱內平衡48 h。

1.2.2 卷煙感官質量評價方法

組織浙江中煙技術中心感官評吸專家（具有專業資格證）7 人以上，按照卷煙感官技術要求，參照香味輪廓法［14］，以未加香加料“利群”煙支作為空白對照樣進行針對性定量描述，見表1。本研究中的評價方法與香味輪廓法相比有如下區別:①質量特征指標減少豐富性和勁頭兩項，增加諧調、透發和成團性3 項；②香氣風格指標減少花香，增加煙草本香。分值判定上質量特征分值分為-2、-1、0、1 和2 分，分別對應品質降低較為明顯、品質降低不明顯、品質無明顯改善、品質得到一定改善和品質得到較好改善。總香氣貢獻值以葉組配方香氣總量（計為10 分）為基準對樣品香氣總量增值打分；各香韻貢獻值分值按其占總香氣量的比值進行單項打分。

1.2.3 香氣貢獻值匹配度

香原料或香基加入卷煙中后，某一香型的香氣貢獻實際評價結果與根據輔助調香模型預測的結果及產品目標值肯定存在一定差距。為了評價其相似度，在本研究中，將實際評價的貢獻值數據與模型預測值的相似程度定義為香氣貢獻值匹配度，用b 表示，并按照公式（1）計算。

式中:b—香氣貢獻值匹配度，%；a2—香氣貢獻實際評價值，指香原料或香基加入卷煙中后實際感官評價的香氣貢獻值；a1—香氣貢獻預測值，指根據香氣貢獻值評價數據庫（已根據浙江中煙工業有限責任公司現有的香原料庫初步建立了各香原料和香基在基準卷煙中3 個添加梯度以上的香氣貢獻數據庫）預測最接近目標值的香原料或香基添加比例對應的香氣貢獻值；a0—香氣貢獻目標值，指目標配方所需的各香韻的香氣貢獻值（配方人員根據目標葉組配方評吸結果與卷煙產品品質要求相比的差距而提出的增加值）。

2 結果與討論

2.1 基于香氣貢獻值的輔助調香模型

2.1.1 設定的香氣基準值

“利群”煙絲的評價結論為香氣量中等略偏少，香氣諧調，稍有木質雜氣，略有些毛刺，余味尚干凈，香氣以煙草本香為主。評價結果表明，此葉組比較適合用作加香加料試驗的載體。因此選取該煙絲作為加香加料評價的載體，設定香韻表現為煙草本香，香氣分值為10 分，此香氣量作為后續香氣貢獻值評價的基準值。

2.1.2 確定的香韻

香韻是用來描述發香物質（包括加香產品）所表現出來的某種香氣韻調［16］，如果香、辛香等，香精香料添加到煙草制品中，會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，參考《中式卷煙風格感官評價方法》［17-18］，結合“利群”產品風格特征，確定以煙草本香、果香、辛香等14 種香韻作為基準香韻，見表1。

2.1.3 香氣貢獻值的評價結果

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），評價其增加的香韻；打分原則是以母體香氣量為10 分作為基準，增加的香氣量為衡量尺度，各種增加的香韻分別計分，最終形成該香原料香氣貢獻值的輪廓圖。本研究中，選用7 種香原料分別以3 種添加比例加入“利群”煙絲母體中進行評價，結果見表1。

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

表1 不同香原料不同添加量時香氣貢獻值評價結果 （分）

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

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值雷達圖

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

式中:S目標葉組—目標葉組的香氣量；S基準葉組—基準葉組的香氣量。

2.1.5 香氣貢獻值數學模型

通過對各種香原料香氣輪廓的評價，可以得到香原料的香氣貢獻值，以f（x）表示某一香韻的香氣貢獻值，x 表示具體香韻。因此，可以建立香精的香氣貢獻值的數學模型:

2.2 輔助調香模型的驗證結果

2.2.1 香原料按比例組合后的香氣貢獻值匹配度驗證結果

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。模型預測與實際評價對比結果見表2。

按香氣貢獻值的數學模型，由4 種香原料按一定比例組成的香精配方，其對香氣的貢獻值與理論貢獻值雷達圖（圖2a～圖2c）的對比發現:1#～3#香基的香韻表現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。同時也可以從香原料的香韻表現，大致預測出其在香精中的香韻表現。

2.2.2 香氣貢獻值預測模型在卷煙香精配方中的應用

未加香加料目標葉組配方經感官評價后，計算得修正因子h=1.1，即該葉組配方煙草本香為11.0 分。目標配方要求在此基礎上增加果香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#香基的香氣貢獻值匹配度

圖2 預測模型與實際評價香氣貢獻值匹配度雷達圖

由此得出的理論目標配方為乙酸異戊酯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。將香料理論目標配方加入該葉組配方煙絲中的感官評價結果見表3。

根據以上配方對各香原料添加量微調后，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，煙氣細膩柔和，余味干凈，回甜明顯，總體能較好滿足目標配方要求。由表3 可知，基于香原料的香氣貢獻值數學模型可以較好地表征出香精的香氣貢獻值，兩者之間的匹配度較好。

表3 基于數學模型建立的香料理論目標配方與實際評價的匹配度

3 小結與討論

（1）本輔助調香模型可對香精配方的香氣表現進行定性和定量表征。在卷煙香精配方設計時，采用此模型進行香精配方的香氣風格預測，可大大減少調配試驗次數，提高卷煙調香效率。

（2）本次驗證所用的香原料香型單一，線性關系顯著，香氣貢獻值匹配度較高，按模型預測的配方能較好地實現目標要求；但對于香型復雜的香基，如吐魯浸膏等天然提取成分，線性關系顯著性不強（膏香香韻香氣貢獻值匹配度只有32.7%）。這是由于香原料間會不斷發生緩慢的、十分復雜的化學反應［19］，存在諧香等情況，在客觀上造成了本模型的誤差，也是本模型需優化與改進的方向。

綜上，本模型的基礎是香味輪廓的表征，只有香味輪廓描述得更加詳細、準確，模型的適用性才會更好。因此，需要建立一個基于大數據量的香氣貢獻值數據庫。同時為確保數據庫的穩定性，建議組成7 人以上固定卷煙評吸團隊完成該數據庫的建立。

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