基于GC/MS的烤煙香型識別研究

呂中顯 牛路路 彭軍倉

摘要 [目的]研究基于GC/MS的烤煙香型識別。[方法]通過GC/MS的方法研究濃香型烤煙與中間香型烤煙中性致香物質(zhì)的差異。[結(jié)果]用GC/MS的方法共鑒定出烤煙中25種中性致香物質(zhì)，用兩獨立樣本的T測驗檢驗出17種物質(zhì)的P≤0.05，用這17種中性致香物質(zhì)建立PCA模型，兩類型烤煙被完全分在2個區(qū)域。通過ROC曲線驗證模型的魯棒性，曲線下面積為1.000。[結(jié)論]此方法可以用于烤煙的香型識別。

關(guān)鍵詞 中性致香物質(zhì)；烤煙；香型；GC/MS

中圖分類號 TS41+1 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0179-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.052

Abstract [Objective] The research aimed to study the identification of fluecured tobacco based on GC/MS.[Method] The difference of neutral aroma components between full flavor fluecured tobacco and middleflavored fluecured tobacco was studied by the gas chromatography/mass spectrometry （GC/MS）.[Result] A total of 25 neutral aroma substances in fluecured tobacco were identified by GC/MS. Two independent samples of the T test were used to test P ≤ 0.05 for 17 substances. The PCA model was established using these 17 neutral aroma substances， and the two types of fluecured tobacco were completely divided into two regions.The robustness of the model was verified by the ROC curve with a curved area of 1.000.[Conclusion]This method can be used for the scent identification of fluecured tobacco.

Key words Neutral aroma substances；Fluecured tobacco；Scent type；GC/MS

烤煙的香型鑒評，由于受主觀因素的制約，往往會出現(xiàn)同一樣品在不同地點、時間、人員的鑒評結(jié)果相去甚遠的情況，因此建立一個客觀的、可重復(fù)驗證的、數(shù)字化的香型評價方法就顯得尤為重要[1-2]。中性致香物質(zhì)是烤煙中的重要化學(xué)成分，與烤煙香型密切相關(guān)，不同香型烤煙的香氣質(zhì)量有很大差異，中性致香物質(zhì)可以作為烤煙香型鑒評的指標(biāo)[3-4]。該研究通過GC/MS獲取不同香型烤煙中性致香物質(zhì)的含量，并用此建立PCA識別模型，以期為烤煙的香型鑒評提供更穩(wěn)定的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

該試驗于2012年采集了10個省份的47個烤煙樣品進行分析，其來自河南、江西、湖南、山東、廣東、陜西、廣西、安徽、江西的27個烤煙樣品代表濃香型煙葉，貴州的20個烤煙樣品代表中間香型煙葉[5]。烤煙樣品均為C3F，樣品合格率在85%以上。有研究表明，生態(tài)條件對致香物質(zhì)含量的影響大于品種，因此該研究僅考慮生態(tài)條件，而不考慮品種因素[6]。樣品信息見表1。

1.2 中性致香物質(zhì)的測定

該試驗中性致香物質(zhì)的提取及定性定量分析：在前處理采用水蒸氣蒸餾-二氯甲烷溶劑萃取法。裝置的一端接盛有20.0 g烤后煙葉粉末及1 500 mL水的2 000 mL平底燒瓶，使用電爐加熱；裝置的另一端接盛有40.0 mL二氯甲烷的100 mL燒瓶，并加入乙酸苯乙酯內(nèi)標(biāo)溶液1 mL，該端在水浴鍋上加熱，水浴溫度為55 ℃。同時蒸餾萃取進行5.0 h。蒸餾萃取完成后，用10 mL蒸餾水沖洗冷凝管并入二氯甲烷溶液，將二氯甲烷水溶液轉(zhuǎn)入125 mL分液漏斗中用5%的硫酸溶液5 mL洗去堿性成分，將二氯甲烷溶液濃縮至1.0 mL，供儀器分析用。

GC/MS條件：DB-5MS毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為高純氦，流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；進樣方式為分流進樣，分流比為30∶1；程序升溫條件：初始溫度50 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min升溫至80 ℃，再以3 ℃/min升溫至230 ℃，保持16 min，最后以12 ℃/min升至250 ℃，保持20 min。質(zhì)譜條件：電離方式為EI+；離子化電壓為70 ev；離子源溫度180 ℃；傳輸線溫度260 ℃；譜圖檢索為WILEY、NIST譜庫進行檢索。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 12.0對數(shù)據(jù)進行非參秩和檢驗，采用simca-p建立主成分分析（PCA）模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣本的中性致香物質(zhì)分析

通過NIST色譜檢索共查出25種物質(zhì)，包括類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨酸產(chǎn)物及新植二烯，這些物質(zhì)均為烤煙的中性致香物質(zhì)[7]。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以后，非參秩和檢驗用來檢驗濃香型和中間香型烤煙的差異，如表2所示，17種物質(zhì)P值<0.05，這些物質(zhì)可能是區(qū)分濃香型和中間香型烤煙的特征成分。除6-甲基-5-庚烯-2醇、芳樟醇之外，其余類胡蘿卜素類中性致香物質(zhì)均以濃香型烤煙含量較高，尤其是二氫獼猴桃內(nèi)酯，是中間香型烤煙含量的4倍。而中間香型烤煙含有較高的棕色化反應(yīng)產(chǎn)物，尤其是糠醛，是濃香型烤煙含量的2倍。

2.2 模式識別和功能分析

PCA是一種無師監(jiān)督模式識別，常用于多元統(tǒng)計。PCA通過降維的方式實現(xiàn)對大量復(fù)雜對象的異同的可視化，結(jié)果通過得分圖顯示[8-9]。利用特征成分建立PCA模型。得分圖顯示（圖1），濃香型煙葉和清香型煙葉被完全地分在2個區(qū)域。ROC曲線（Receiver-operator characteristic）用來檢驗PCA模型的魯棒性（robustness）。ROC曲線以敏感性為縱坐標(biāo)、1-特異性為橫坐標(biāo)繪制成曲線，曲線下面積（AUC）越大，識別準(zhǔn)確性越高。利用交叉驗證預(yù)測Y的值建立ROC曲線，AUC為1.000（圖2），表明PCA模型有很好的識別能力。

大馬酮、巨豆三烯酮、茄酮是在不同香型烤煙中均為含量較高的中性致香物質(zhì)[10]，有研究表明，這3種中性致香物質(zhì)受生態(tài)因素影響較大[11]，且在不同香型烤煙中含量差異達到顯著水平[12]。該研究中不同香型烤煙這3類物質(zhì)的含量均有較大差異。

質(zhì)體色素是煙葉中重要的香氣前體物，其降解產(chǎn)物對煙葉的質(zhì)量和風(fēng)格有很大的影響[13]，有研究者認(rèn)為，濃香型烤煙類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量較低[14]；也有研究表明，濃香型烤煙中含量較多的為分子量相對較大的香氣物質(zhì)[15]。但鑒于濃香型烤煙有較明顯的顆粒感，且類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的相對分子量往往較大，筆者認(rèn)為濃香型烤煙應(yīng)該含有較高的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物，該研究也證明了這一點。

中間香型烤煙產(chǎn)區(qū)（貴州中海拔地區(qū)）的晝夜溫差相對較大，還原糖含量相對較高[5]，這可能是其美拉德反應(yīng)產(chǎn)物相對較高的原因。

3 總結(jié)

該研究通過GC/MS的方法獲取不同香型烤煙烤后樣的中性致香物質(zhì)。17種物質(zhì)被選擇用來建立PCA模型，且曲線下面積達1.000，表明此模型有很好的識別能力。

值得注意的是，該模型并不能完全取代評吸評價。香型是人對烤煙燃燒產(chǎn)生的煙氣的整體感受，中性致香物質(zhì)僅是烤煙中一個重要的化學(xué)成分，并不能代表整體，但此模型在烤煙香型評鑒、產(chǎn)地識別方面有重要的參考意義。

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