不同裝煙方式烤后煙感官評價與電子鼻綜合分析

矯海楠　王傳義　徐秀紅等

摘要： 為科學系統評價密集烤房烤后煙葉的香氣質量，建立一種感官評吸與數理統計相結合的方法，對煙竿、煙夾、煙筐、大箱4種裝煙方式的烤后煙葉進行化學成分分析、電子鼻無損檢測和感官評吸。結果表明，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量檔次最佳，掛竿、煙筐次之，大箱烘烤最差，電子鼻分析結果與感官評吸結果相符合，利用電子鼻與感官評吸綜合分析可更科學評價密集烤房不同裝煙方式烤后煙香氣質量。

關鍵詞： 裝煙方式；香氣質量；感官評吸；電子鼻分析

中圖分類號： TS47 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0290-03

煙草是一種重要的經濟作物，目前，煙葉質量評價主要依靠感官評吸，但由于評價人對煙葉的敏感性不同，導致結果受主觀因素影響較大，不能完全真實地反映其香氣質量 [1]。煙葉的致香成分分析主要采用氣相色譜質譜聯用（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據很難和樣本整體信息及煙葉評吸質量聯系起來，缺乏說服力。電子鼻是一個新穎的以傳感器陣列形式分析、識別和檢測復雜氣味和揮發性成分的電化學傳感系統。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果，而是樣品中揮發性成分的整體信息，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行風味研究，結果顯示，電子鼻可以正確區分7種不同香豆素含量的綠茶，并評價其風味特點 [3]。近年來，國內外應用電子鼻研究評價酒類、水果和茶葉等農產品品質時也大多局限于單純的電子鼻區別或鑒別，電子鼻與感官質量的綜合分析較少 [4-9]。我國對于電子鼻的應用起步較晚，在食品工業上最早應用，對于煙草的應用僅僅局限于香料配方和真假煙鑒別上 [8-9]，對于初烤煙葉的應用較少。

隨著現代煙草業的發展，過去普通烤房已逐漸被淘汰，取而代之的是更為節能、省工、整體烘烤質量佳的密集烤房 [10-11]；但密集烤房由于強制通風等原因導致其香氣及油分明顯不如過去的普通烤房 [12]。通過裝煙方式及烘烤工藝的改進來改善和提高烤后煙葉香氣成為當前煙草調制加工研究的熱點。有關密集烤房裝煙方式研究雖有報道，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，缺乏整體性數據分析方法 [13-16]。

本試驗利用電子鼻無損檢測技術對不同裝煙方式烤后煙葉的致香成分進行主成分和線性判別分析，并與主要化學成分檢測和感官評吸質量相結合，以探求更為科學的香氣整體評價方式，為評吸質量提供數理統計輔助分析方法，客觀地評價不同裝煙方式烤后煙葉質量。

1 材料與方法

1 1 材料與設備

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、統一采收二棚煙葉。烘烤設備為裝煙室大小為270 cm×800 cm的標準化密集烤房。

1 2 試驗儀器

儀器為德國 Airsense 公司生產的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個傳感器，具體屬性見表1）、采樣及清洗通道、數據采集系統及計算機。電子鼻獲取的數據為傳感器的電導率 G 與基準氣體通過時傳感器的電導率 G0 的比值。

1 3 試驗設計

試驗設置4個處理：（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、內寬10 cm；（3）煙筐烘烤，煙筐規格30 cm×43 cm×50 cm；（4）大箱烘烤，大箱規格260 cm×80 cm×180 cm。每種裝煙方式按各自的適宜裝煙密度進行配置和配套烘烤，各處理烤后煙樣品標記竿均放在各烤房的中層中間位置。

1 4 試驗方法

主要化學成分測定方法：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進行，總氮、總糖、還原糖含量測定均參照YC/T 33—1996進行。

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，每個試驗樣品重復3 次，放置30 min。電子鼻的測定條件：傳感器自清洗時間100 s，傳感器歸零時間10 s，樣品準備時間5 s，進樣流量300 mL/min，分析采樣時間60 s。

煙葉感官質量評吸由農業部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心按照標準YC/T 138—1998進行評價。

1 5 數據分析

對于電子鼻樣品區分分析，提取10個傳感器的特征值，然后利用電子鼻自帶 WinMuster 軟件對數據進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率，主要采用Loadings分析。對評吸結果使用SPSS 19 0進行方差分析。

2 結果與分析

2 1 不同裝煙方式烤后煙葉的主要化學成分

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）是一種多元統計方法，是將提取的傳感器多指標信息進行轉換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分析，最后在PCA分析圖上呈現主要的兩維圖。橫（PC1）、縱（PC2）坐標分別表示在PCA轉換中得到的第1主成分和第2主成分貢獻率，貢獻率越大，說明主要成分可以較好地反映原多指標信息。若樣品在橫坐標距離越大，說明它們的差異越大；而2個樣品在縱坐標距離即使很大，但由于第2主成分貢獻率很小，所以2個樣品間的實際差異也不會很明顯 [17]。從圖1可以看出，2個主成分貢獻率分別是90 81%（PC1）和8 38%（PC2），總貢獻率為99 19%，能夠較好地呈現樣品特征，從2個主軸上看，呈現較好的單向趨勢。從橫坐標的位置上看，煙夾與煙筐、大箱、煙竿處理距離較遠，說明煙夾樣品香氣成分與其他3項差異較大。由于縱軸PC2貢獻率僅為8 38%，即使煙筐距離大箱和煙竿在縱軸上較遠，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計方法。LDA分析利用了所有傳感器信號，以提高分類的準確性，更加注重樣品空間分布狀態及彼此的距離分析 [18]。從圖2可以看出，在LDA分析中，線性判別函數LD1和LD2的貢獻率分別是79 23%和16 20%，總貢獻率為95 43%。可以很好地將4個樣品區分開，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來區分（縱坐標跨度），可認定分析的有效性。2 2 3 電子鼻不同傳感器貢獻率分析 Lodings分析可用來分析電子鼻各傳感器的貢獻率，幫助區分各傳感器的重要性。傳感器距離原點越遠，其負載參數值就越大，說明傳感器貢獻越大，反之則貢獻越小。從圖3可以看出，W5S傳感器在第1、第2主成分上的貢獻率都較大，W1W（對無機硫化物靈敏）傳感器對第1主成分貢獻率最大，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較近，且有部分傳感器重合，說明其貢獻率較小，可以忽略不計。

2 3 不同裝煙方式烤后煙葉的感官評吸質量

從各處理煙葉感官評吸結果（表4）：（1）煙夾烘烤的香氣質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個處理，而大箱處理顯著低于其余3個處理；（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個處理，大箱烘烤極顯著

低于其他3個處理，而掛竿和煙筐烘烤差異不顯著；（7）綜合質量檔次上，煙夾烘烤得分極顯著高于大箱烘烤，與其他2種方式沒有顯著差異，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 討論與結論

密集烤房較傳統的普通烤房由于強制通風等原因經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，煙葉生理生化反應較為完全 [10-11]。從化學分析結果上看，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，導致煙葉排濕不順暢，棕色化反應程度高，影響煙葉外觀質量和化學成分協調性 [10-13]。評吸綜合質量檔次也以煙夾為最佳，掛竿和煙筐次之，大箱最差，本結論與徐秀紅等的研究結果 [19]相符。雖然大箱烘烤的評吸質量較差，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總量 [14]，其結果與本試驗結果有所不同，說明煙葉中的中性致香成分并不都提升煙葉的香吃味，某些成分可能會削弱煙葉的香吃味，有必要繼續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成分總數達8 400多種 [20]，目前能夠確定其成分的有4 000多種，但這些化學成分對香氣的貢獻程度則不同。近年來，對于香氣貢獻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硫化物類傳感器對烤后煙葉的香氣成分較為敏感。相關研究表明，醇類、醛酮類物質有平衡酸堿、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，可以通過進一步細化氮氧化物傳感器等技術進行探索；而無機硫化物在相關煙葉香氣的研究中則鮮有報道，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率在第1、第2主成分上均明顯高于大箱烘烤，這與評吸結果相符，二者的評吸質量檔次分別為“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，這也與評吸結果大致相吻合，二者評吸質量檔次均為中等。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，而本研究結果則說明電子鼻在研究煙葉香氣質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合，可有效提高相互間的真實性和可靠性，為電子鼻在煙草上的進一步應用提供借鑒。

化學成分分析及評吸結果表明，密集烤房不同裝煙方式烤后煙葉質量以煙夾烘烤的化學成分協調性為最佳，大箱烘烤最差，4種裝煙方式烤后煙葉的評吸質量以煙夾質量檔次為最高，煙竿、煙筐次之，大箱最低。經電子鼻無損檢測，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分析結果與感官評吸結果相吻合，說明電子鼻分析可以作為一種煙葉香氣質量評價的輔助手段，為感官評吸提供科學分析的依據。

[HS2 2][HT8 5H]參考文獻： [HJ1 3mm]

[1] 崔國民，師進霖，楊子娟，等 初烤煙葉評吸質量主成分分析[J] 安徽農業科學，2012，40（19）：10271-10272， 10278

[2]Haugen J E，Chanie E，Westad F，et al Rapid control of smoked Atlantic salmon （Salmo salar） quality by electronic nose： Correlation with classical evaluation methods[J] Sensors and Actuators B-Chemical，2006，116（1/2）：72-77

[3]Yang Z Y，Dong F，Shimizu K，et al Identification of coumarin-enriched Japanese green teas and their particular flavor using electronic nose[J] Journal of Food Engineering， 2009，92（3）：312-316

[4]周亦斌，王 俊 基于電子鼻的番茄成熟度及貯藏時間評價的研究[J] 農業工程學報，2005，21（4）：113-117

[5] Saevels S，Lammertyn J，Berna A Z，et al An electronic nose and a mass spectrometry-based electronic nose for assessing apple quality during shelf Life[J] Postharvest Biology and Technology， 2004，31（1）： 9-19

[6]Natale C D，Macagnano A，Martinelli E，et al The evaluation of quality of postharvest oranges and apples by means of an electronic nose[J] Sensors and Actuators，2001，78：26-31

[HJ1 3mm]

[7] Natale C D，Zude-Sasse M，Macagnano A，et al Outer product analysis of electronic nose and visible spectra：application to the measurementof peach fruit characteristics[J] Analytica Chimica Acta，2002，459：107-117

[8]于宏曉，徐海濤，馬 強，等 電子鼻氣味指紋數據對煙絲加香質量的評價[J] 中國煙草科學，2010，31（2）：63-66

[9]毛友安，劉 巍，黃建國，等 用電子鼻檢測技術比較卷煙煙絲揮發性組分整體性質的研究[J] 化學傳感器，2007，27（4）：36-42

[10] 宮長榮，潘建斌，宋朝鵬 我國煙葉烘烤設備的演變與研究進展[J] 煙草科技，2005（11）：34-37

[11]宋朝鵬，陳江華，許自成，等 我國烤房的建設現狀與發展方向[J] 中國煙草學報，2009，15（3）：83-86

[12]潘文杰，謝已書，李章海，等 不同烘烤方式烘烤過程中煙葉表面烷烴類物質變化的研究[J] 安徽農業大學學報，2011，38（3）：469-473

[13]賀方云，吳 峰，耿富卿，等 不同烘烤方式對烤煙香氣成分的影響[J] 貴州農業科學，2012，40（5）：60-63

[14]盧賢仁，陳芝波，向章敏，等 密集烘烤不同裝煙方式對烤后煙葉中性致香物質含量的影響[J] 貴州農業科學，2012，40（12）：66-69

[15]劉 闖，陳振國，李進平，等 不同裝煙方式對煙葉揮發性性致香物質含量的影響[J] 云南農業大學學報：自然科學版，2011，26（1）：70-74

[16] 賀 帆，王 濤，樊軍輝，等 裝煙密度對密集烘烤中上部煙葉香氣質量的影響[J] 江西農業大學學報，2013，35（1）：33-37， 48

[17]唐曉偉，張萬清，耿利華，等 電子鼻評價甜瓜成熟度及風味的研究[J] 中國農學通報，2010，26（21）：75-80

[18]宋 偉，劉 璐，支永海，等 電子鼻判別不同儲藏條件下糙米品質的研究[J] 食品科學，2010，31（24）：360-365

[19]徐秀紅，王林立，王傳義，等 密集烤房不同裝煙方式對煙葉質量及效益的影響[J] 中國煙草科學，2010，31（6）：72-74

[20]史宏志，劉國順，楊惠娟，等 煙草香味學[M] 北京：中國農業出版社，1998