清香型卷煙特征指紋圖譜的建立

殷　飛宋詩清 張曉鳴

(1. 江南大學食品學院，江蘇 無錫　214122；2. 上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海　201418)

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清香型卷煙特征指紋圖譜的建立

殷飛1宋詩清 張曉鳴

(1. 江南大學食品學院，江蘇 無錫214122；2. 上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海201418)

利用GC—MS 和電子鼻指紋圖譜技術對清香型卷煙的品質和風格特色進行質量控制，分別采用同時蒸餾萃取(SDE)結合GC—MS方法及電子鼻，構建清香型卷煙的致香物質標準指紋圖譜和電子鼻雷達指紋圖譜，并選取非清香型卷煙樣品對指紋圖譜進行分析，相似度計算結果表明：6個批次的清香型卷煙樣品與該標準指紋圖譜的相似度極高，程度相似度都在85%以上，而6種非清香型卷煙與該標準指紋圖譜的相似度較低。說明清香型與非清香型卷煙的品質和風格特色具有明顯差異。通過與建立的電子鼻雷達指紋圖譜進行比較，6種非清香型卷煙在統計質量控制分析(SQC)圖中都位于可接受區域以外，在宏觀上進一步闡明清香型與非清香型卷煙的差異明顯，與相似度計算結果一致。綜上表明，清香型卷煙的SED/GC—MS 指紋圖譜和電子鼻雷達指紋圖譜具有較好可用性，能夠用于辨別清香型卷煙以及可進行控制質量和特色風格的穩定性。

卷煙；致香物質；指紋圖譜；GC—MS；電子鼻

目前，中國卷煙產品類別劃分主要包括清香型、中間型、濃香型及混合型的卷煙香型風格，但這些類別更多的是一種感官劃分或人為劃分，是一些能體會到感受到而又說不清或定量不了的相對模糊的概念。且評吸者的主觀因素會對感官評價結果產生較大影響，使得評價結果容易產生誤差。因此，探尋客觀公正的卷煙類別劃分方法就顯得尤為重要。

目前，由于現代儀器分析技術的迅速發展，“指紋圖譜”技術也取得了長足發展。現代色譜指紋圖譜是指先將樣品經過適當前處理，如液液萃取、同時蒸餾萃取(SDE)、固相微萃取(SPME)等，然后利用氣相色譜、氣質聯用或液相色譜等分析其中的成分，之后再借以化學計量學、統計學、應用數學等統計學方法而建立的用于鑒別樣品品質與衡量質量穩定性的一種模式[1]。早期，該技術主要是以中藥材為載體，建立了“中藥指紋技術”，應用于中藥材質量控制中[2-4]。近年來，指紋圖譜在在酒類[5]及茶葉[6]等多個領域得到應用。

在煙草行業中，色譜指紋圖譜技術的研究也在逐漸興起，如在卷煙香精香料質量控制[7-9]、卷煙質量控制[10-11]、真假卷煙鑒別[12-13]中的研究與應用。利用指紋圖譜技術的“整體性”和“模糊性”[14]的特點，可對清香型卷煙的質量和特色風格進行鑒定和控制。

另外，作為一種新型氣味分析儀器，電子鼻克服了傳統色譜指紋分析方法的局限性，以其獨特的系統、模糊分析特點，能全面和快速地檢測氣味的整體信息，用于不同個體之間的總體評判。電子鼻中傳感器的靈敏度達10-6～10-9級，因而能更加充分地模擬復雜的鼻子[15]。此外，電子鼻還采用了人工智能技術，能夠快速地科學化、系統化進行質量檢測、鑒別、判斷及分析[16]，可以作為傳統分析方法的補充，從宏觀上進行產品質量的控制和檢測，目前利用電子鼻建立清香型卷煙的質量評價標準還未見報道。

因此，本研究擬以市場公認的某品牌清香型卷煙為研究對象，采用SDE/GC—MS方法建立清香型卷煙的色譜特征指紋圖譜；同時以電子鼻分析為輔，建立清香型卷煙的電子鼻雷達特征指紋圖譜，以期為清香型卷煙的特色風格定位及質量控制提供重要參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

A品牌卷煙：清香型，云南紅塔集團，選取20個不同的加工批次；

卷煙樣品a～f：非清香型，購于煙草專賣店；

正十七烷內標：純度≥99%，美國Sigma公司；

二氯甲烷：色譜純，國藥集團化學試劑有限公司；

氯化鈉、無水硫酸鈉：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2試驗儀器

GC-MS：Agilent7890A-5975C型，美國安捷倫公司；

同時蒸餾萃取裝置：HB-KJ型，天長市長城玻璃儀器制造廠；

旋轉蒸發儀：RE-5299型，上海亞榮生化儀器廠；

分析天平：BS214S型，德國Sartorius公司；

水浴鍋：HH-1型，南京曉曉儀器設備有限公司；

電熱套：ZNHW-II型，上海越眾儀器設備有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1前處理過程參照文獻[17]，修改如下：稱取煙絲樣品重量為25 g(精確至0.01 g)，同時蒸餾萃取結束在旋轉蒸發儀中旋干后，加入1 mL二氯甲烷復溶，過0.22 μm濾膜于進樣瓶中，再加入10 μL 9.98 mg/mL的十七烷內標，混勻，進GC—MS分析；

1.3.2GC—MS分析色譜柱：DB-5MS(J&W 122-5532：30 m×250 μm×0.25 μm)；分析條件：參照文獻[18]。

1.4相對保留時間和相對峰面積的計算

參照文獻[17]。

1.5指紋圖譜的相似度分析

以相關系數、夾角余弦、歐氏距離及程度相似度為指標進行相似度評價。

1.6數據處理

運用SPSS 18.0和EXCEL軟件進行數據的統計分析。

2　結果與討論

2.1清香型卷煙SDE/GC—MS色譜指紋圖譜的建立

2.1.1內標物的確定加入內標的目的主要是在利用組分的相對峰面積(Sr)進行一些量化數據的計算時，可以減少由前處理方法重現性和儀器精密度問題帶來的誤差。選擇正十七烷作為內標物，在1.3.2的色譜試驗條件下測定加入內標物的樣品，其保留時間為53.93 min，出峰位置、峰形、分離度和穩定性均較好，且不與樣品峰重疊，可以作為該樣品的內參照峰。

2.1.2方法學的考察

(1) 重復性考察：同一個清香型卷煙樣品按照確定好的前處理方法進行處理后，在最優的相同的色譜條件下進行 GC—MS 分析，重復5次，記錄總離子流圖，5次重復統計有83個共有峰，利用內標物對揮發性成分進行半定量計算。然后分別對卷煙的共有峰的保留時間和物質半定量計算結果進行統計分析，見表1。計算共有峰半定量結果的相對標準偏差(RSD)，由表1可知，物質峰的RSD大于10%的有8個，5%～10%的有 25個，小于5%的有50個，說明該方法的重現性較好，能夠滿足建立指紋圖譜的要求。

(2) 穩定性考察：同一清香型卷煙樣品按照確定好的前處理方法完成處理后，在優化好的色譜條件下進行 GC—MS分析，分別于0，2，4，8，16，24 h進樣，考察樣品在24 h內的穩定性，見表1。計算共有峰半定量結果的RSD，結果顯示物質峰的RSD大于10%的有7個，5%～10%的有26個，小于5 %的有50個，表明該方法的穩定性較好，能夠滿足指紋圖譜建立的要求。

(3) 精密度考察：同一清香型卷煙樣品按照確定好的前處理方法進行處理后，在優化好的色譜條件下進行 GC—MS分析，對處理好的同一樣品，連續GC—MS分析5次，結果見表1。結果顯示物質峰的RSD大于10%的有2個，5%～10%的有39個，小于5 %的有44個，說明該方法的精密度也較高，可以滿足指紋圖譜建立的要求。

2.1.3清香型卷煙揮發性物質標準指紋圖譜的建立選取6個不同批次的清香型卷煙樣品，按照確定好的相同前處理方法進行處理，采用GC—MS進行揮發性物質分析，結果發現6個樣品具有83個共有峰(除正十七烷內標)，其共有峰率為100%。計算共有指紋峰的相對保留時間和相對峰面積，并按保留時間的大小順序列表見表2，將這83個共有色譜峰作為特征指紋峰。為了消除83個共有的揮發性物質中存在極值的影響，可以采用中位數法計算6個樣品的揮發性物質的相對峰面積，將得到的中位數作為該清香型揮發性物質的標準指紋圖譜。

2.1.4清香型卷煙指紋圖譜的相似度分析為了對所構建的清香型卷煙的標準色譜指紋圖譜進行穩定性及可用性分析，將來自于不同批次、銷售區域不同的6個清香型卷煙樣品看作以共有峰的個數為維數，以相對峰面積為對應數值的空間向量，計算比較6個樣品指紋圖譜與標準指紋圖譜的相似度結果，見表3。

6個清香型卷煙樣品的歐氏距離在12.465 9～27.175 1，相關系數在0.998 2～0.999 9，夾角余弦也在0.998 2～0.999 9，程度相似度在0.885 3～0.895 2。說明6個清香型卷煙樣品的相似度較高，該清香型卷煙的標準指紋圖譜的可應用性應該較強。

不同類型卷煙的風格特色一般都不相同，煙葉質量和致香成分也不相同。為了考察及驗證該標準指紋圖譜對清香型卷煙和其他風格卷煙的可用性和準確性，分別選取6種非清香型的卷煙樣品進行SDE/GC—MS分析，計算相似度，見表3。通過對所選取的非清香型卷煙樣品的指紋圖譜相似度進行計算，無論是相關系數、夾角余弦還是歐式距離都不在清香型卷煙指紋圖譜的相似度范圍內，表明該指紋圖譜可以用于判斷清香型和非清香型卷煙的類別。

表1　方法學考察的試驗結果

表2　清香型卷煙揮發性物質標準指紋圖譜

續表2

序號名稱相對保留時間相對峰面積123456中位數45巨豆三烯酮0.86321.46223.90024.77925.38325.40425.04524.91246異松油烯0.8770.7820.9210.9480.9120.9110.9600.91647柏木腦0.8910.7730.8270.8451.3710.8640.9030.85548巨豆三烯酮0.8943.6304.4914.5835.3224.9434.5634.57349十六烷0.8970.2230.4780.4270.6700.2810.427503-羥基-β-大馬酮0.9000.2810.5020.3830.8300.7660.6730.58851巨豆三烯酮0.90922.69325.19625.53328.68428.75825.52125.52752檸檬酸三乙酯0.9501.1301.2341.1221.3651.6131.2431.23953十七烷1.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.00054十七醛1.0120.4480.4890.4380.4980.4670.4890.47855肉豆蔻酸甲酯1.0230.5360.5240.4950.7260.5940.5760.55656三甲基萘醌1.0410.4890.7250.5260.6580.7540.65857苯甲酸芐酯1.0531.6471.7121.5412.1621.8031.5251.67958菲1.0540.8291.1061.1171.1861.3581.1221.11959肉豆蔻酸1.0640.8221.7870.4651.2902.2071.7291.51060螺巖蘭草酮1.0802.7372.9462.7423.7983.8923.4933.21961肉豆蔻酸乙酯1.0910.6871.2210.6600.8790.8780.8790.87962十八烷1.0980.5500.6150.5360.6820.6400.5760.59563喇叭烯1.1091.4161.7401.1051.7591.6371.7591.68864新植二烯1.139458.591510.494489.122528.214538.404471.929499.80865十七三烯酸甲酯1.1821.6681.6271.2441.9791.5131.2441.57066金合歡基丙酮1.1953.0033.1432.7663.6853.7423.5183.33168棕櫚酸甲酯1.21319.65421.93218.56525.08825.21123.24522.58869植物呋喃1.2463.7795.0993.3955.3455.1525.5655.12670棕櫚酸1.25625.17435.72914.10853.71669.87050.85443.29171棕櫚酸乙酯1.2745.7436.2784.7767.5526.3315.6096.01072黑松醇1.2991.3341.5091.2262.0722.0422.0271.76873亞油酸甲酯1.3555.2937.7604.4897.2987.7147.0847.19174亞麻酸甲酯1.3599.59812.3447.98113.83512.69710.72511.534759-十八烯酸甲酯1.3620.9393.0591.7242.8271.1631.7241.72476硬脂酸甲酯1.3862.7533.0572.2754.4464.4263.7063.38177亞麻酸1.3942.8903.7962.4227.08617.7147.0455.42178亞麻酸乙酯1.4153.5423.5062.4874.8033.3954.2313.52479油酸酰胺1.59720.84125.43028.58726.08626.54626.74726.31680硬脂酰胺1.6232.8873.3874.0763.8207.5263.8203.82081二十五烷1.7350.6630.6841.0201.4350.6450.9500.81782二十七烷1.8751.1151.2830.8161.7462.2101.7271.50583角鯊烯1.9050.1750.1990.1290.3300.3520.1590.18784二十八烷1.9280.1820.1740.0890.3430.4820.4380.263歐氏距離19.594213.500827.175112.465920.090413.5824相關系數0.99950.99980.99820.99990.99880.9997夾角余弦0.99940.99980.99820.99990.99880.9997程度相似度0.89190.89500.88530.89520.88780.8873

表3　不同風格卷煙指紋圖譜的相似度評價

2.2電子鼻雷達指紋圖譜的建立

2.2.1雷達指紋圖譜分析圖1為上述6個清香型卷煙以及新增加的12個不同批次的清香型卷煙樣品的電子鼻雷達指紋圖譜。由圖1可知，卷煙樣品A1到A20分別在18根傳感器上的響應值變化不大，20個卷煙樣品雷達圖譜幾乎完全吻合，因此，通過電子鼻分析可以準確快速的反映不同卷煙樣品的整體風味輪廓，宏觀上可以作為評價未知樣品是否屬于清香型卷煙。

2.2.2清香型卷煙雷達指紋圖譜的應用在實際應用中，另外一種用于快速判斷樣品質量的評價手段是統計質量控制模型，即利用標準樣品來建立樣品的統計質量控制分析(SQC)。SQC計算的是占樣品總數量95%的樣品分布的置信區間，因此SQC圖中給出的就是置信區間為95%計算所得到的閾值區間，它和所測樣品的分布是有關的，對于同一樣品，如果測定值越集中則閾值區間就越小，樣品所具有的相似特性就越多。本研究將清香型卷煙樣品作為質量控制的基礎，找出清香型卷煙正態分布的置信區間，最后作出質控圖判斷待測卷煙是否在質量控制的范圍內，若位于可接受閾值之外，則被識別為風格類型異常的樣品。

A1～A20代表20個不同批次清香型卷煙

試驗中，以清香型卷煙樣品作為標準樣品建立質量控制模型，用此SQC模型對6種非清香型卷煙進行分析，結果見圖2。由圖2可知，非清香型卷煙樣品a～f的6種樣品都位于可接受閾值外(投影在陰影區域之外)，此結果與消費者感官評價定位的實際情況吻合。由此可知，可以根據SQC模型對清香型卷煙進行鑒定及質量控制。

s. 清香型卷煙　a～f. 6種非清香型卷煙

3　結論

本試驗采用SDE/GC—MS方法，以中位數為指標構建了清香型卷煙揮發性物質的標準指紋圖譜。通過相似度分析，6批次清香型卷煙樣品與標準指紋圖譜的相似度較高。同時又選取6種中國產的非清香型卷煙樣品對建立的清香型卷煙標準指紋圖譜進行驗證，結果表明6種非清香型卷煙樣品的相似度值都不在清香型卷煙指紋圖譜的相似度范圍內，說明該清香型卷煙的標準指紋圖譜對樣品判斷的準確性較高。最后，通過電子鼻分析建立了清香型卷煙的電子鼻雷達指紋圖譜，對選取的6種國產非清香型卷煙樣品進行判斷，發現6種非清香型卷煙在SQC圖中都位于可接受區域以外，在宏觀上進一步闡明清香型與非清香型卷煙的差異明顯，與相似度計算結果一致。綜上表明，清香型卷煙的SED/GC—MS指紋圖譜和電子鼻雷達指紋圖譜具有較好實用性，能夠用于辨別清香型卷煙的特征及進行質量和特色風格的穩定性控制，具有較好的應用前景。

然而，該標準指紋圖譜僅僅對清香型卷煙的整體風格特色進行了分析，后續研究中還需據清香型卷煙更具體的內在質量指標建立標準指紋圖譜，如香氣風格、勁頭等標準指紋圖譜的構建等，以期對清香型卷煙進行更深層次的質量控制。

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The establishment of characteristic fingerprints of faint-scent cigarettes

YING Fei12SONGShi-qing21ZHANGXiao-ming1

(1.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.SchoolofPerfumeandAromaTechnology,ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai201418,China)

In order to test the quality and characteristics of faint-scent cigarettes by the technology of GC—MS and electronic nose fingerprint, the method of SDE combined with GC—MS and electronic nose were used to construct their standard and radar fingerprints. Samples of non faint-scent cigarettes were selected to study the standard fingerprint. Results of similarity calculation showed that six batches of faint-scent cigarettes had a much higher similarity with the standard fingerprint, and the extent similarity was more than 85%, while the other six batches of non faint-scent ones had a lower similarity. This indicated that the faint-scent and non faint-scent cigarettes marked difference in quality and characteristics. Moreover, compared with electronic nose radar fingerprint, six batches of non faint-scent cigarettes were located the outside acceptable area of SQC, and this was accordant with the result of similarity calculation. In conclusion, SDE/GC—MS and electronic nose fingerprint is feasible and can be used for the quality and characteristics control of faint-scent cigarettes.

faint-scent cigarettes; aroma component; fingerprint; GC—MS; electronic nose

殷飛，男，江南大學在讀博士研究生。

張曉鳴 (1965-)，男，江南大學教授，博士。

E-mail:xmzhang@jiangnan.edu.cn

2016—06—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.08.008