不同貯葉條件下葉組主要致香成分含量的逐步判別分析

夏鶯鶯 柴張棋 樊杰 張奇

摘要 為探索配方葉組（云煙某品牌）的最佳貯葉工藝條件，通過正交試驗(yàn)研究了不同貯葉工藝條件對葉組感官質(zhì)量與致香物質(zhì)含量的影響，并采用逐步判別分析方法建立了葉組在不同貯葉工藝條件下感官質(zhì)量與致香物質(zhì)含量的函數(shù)判別預(yù)測模型。結(jié)果表明：不同貯葉條件對配方葉組感官質(zhì)量的影響明顯，最佳工藝條件為45 ℃、85%，24 h。壬二烯醛、香葉醇、巨豆三烯酮A、二氫獼猴桃內(nèi)酯4個(gè)變量代入判別函數(shù)，通過判別函數(shù)方差分析可知判別函數(shù)具有顯著意義。用自身驗(yàn)證法和交互檢驗(yàn)法對原樣品進(jìn)行回判，回判準(zhǔn)確率均為100%，新樣品的判別準(zhǔn)確率為91.6%。基于葉組主要揮發(fā)性致香成分含量的判別分析模型具有較高的穩(wěn)定性，可用于貯葉質(zhì)量特征的判斷。

關(guān)鍵詞 貯葉;致香成分;逐步判別分析

中圖分類號 TS 41+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2022）02-0190-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.052

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Stepwise Discriminant Analysis of the Contents of Main Aroma Components in Different Conditions of Strip Bulking in Tobacco Blends

XIA Ying-ying，CHAI Zhang-qi，F(xiàn)AN Jie et al

（Technology R&D Center， Shanxi Kunming Tobacco Co.， Ltd.， Taiyuan，Shanxi 030032）

Abstract In order to explore the optimum strip bulking conditions of tobacco blends of Yunyan， the effects of different conditions of strip bulking on the sensory quality and thecontents of main aroma components of tobacco blends of Yunyan were studied by using the orthogonal experiment. The function discriminant prediction model for the sensory quality and contents of main aroma components in the tobacco blends of Yunyan under different strip bulking conditions was established based on stepwise discriminatory analysis. The results showed that different strip bulking conditions had the obvious effects on the sensory quality of tobacco blends. The optimum strip bulking conditions were 45 ℃，85%，24 h. The four aroma components in tobacco were screened out and included in the discriminant function， including nonadienal，geraniol，megastigmatrienone Aand dihydroactinidiolide. According to thevariance analysis of the discriminant function， it was found that the discriminant function had significant meaning. The original samples were re-discriminated by using the methods of self and mutual test， the discrimination accuracy reached 100%. The discrimination accuracy for new samples was up to 91.6%.The discriminant analysis model for the contents of main aroma components in the tobacco blends had better stability，so it could be used to identify the qualitycharacteristics of strip bulking.

Key words Strip bulking;Aroma components;Stepwise discriminant analysis

作者簡介 夏鶯鶯（1973—），女，安徽和縣人，工程師，從事煙草加工工藝研究。*通信作者，工程師，從事煙草加工工藝研究。

收稿日期 2021-05-26;修回日期 2021-06-30

近年來，隨著制絲精細(xì)化加工的要求，人們越來越重視貯葉工序?qū)?nèi)在化學(xué)成分和感官質(zhì)量的影響[1-3]。傳統(tǒng)用常規(guī)化學(xué)成分含量衡量煙草及其制品的品質(zhì)已不夠全面、科學(xué)，隨著化學(xué)分析手段的改進(jìn)，應(yīng)用現(xiàn)代分析技術(shù)揭示卷煙制絲過程中煙草制品的主要致香物質(zhì)、感官質(zhì)量與工藝參數(shù)之間的相關(guān)性成為可能。

逐步判別分析是根據(jù)事物特點(diǎn)的變量值和它們所屬的類，求出判別函數(shù)，再根據(jù)判別函數(shù)對未知所屬類別的事物進(jìn)行分類的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。它在地質(zhì)學(xué)、醫(yī)學(xué)、財(cái)經(jīng)、生物種類鑒別等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[4-9]。在烤煙香型和產(chǎn)地鑒定中，采用逐步判別分析方法構(gòu)建烤煙化學(xué)成分的判別分析模型具有較高的穩(wěn)定性、回顧性和前瞻性[10-11]。然而，貯葉工藝條件與煙草致香物質(zhì)、感官質(zhì)量之間的關(guān)系以及逐步判別分析方法在制絲工藝中的應(yīng)用研究鮮見報(bào)道。筆者從不同貯葉條件的全配方葉組（云煙某品牌）主要致香物質(zhì)含量角度，采用逐步判別分析方法建立了不同工藝條件下貯葉樣品的感官質(zhì)量指標(biāo)與致香物質(zhì)含量的函數(shù)判別預(yù)測模型，旨在為不同貯葉工藝的葉組感官特征研究、致香物質(zhì)的判斷以及云煙品牌最優(yōu)貯葉工藝參數(shù)探索提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

材料為云煙某品牌全配方葉組煙葉。

設(shè)備：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（7890A/5975C）;全自動固相萃取及在線定量濃縮聯(lián)用裝置（SPE-濃縮儀）;高、低溫循環(huán)槽（鄭州凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司，型號KPGD-5120）;萬分之一天平（賽多利斯）;熱風(fēng)循環(huán)式精密烘箱（德國BIND公司，型號FED240）;程控箱式電阻爐（杭州卓馳儀器有限公司，型號SXL-1314）;恒溫恒濕箱（德國BIND公司，型號KBF240）;同時(shí)蒸餾萃取裝置（河南鄭州）。

1.2 檢測方法

將煙葉樣品磨碎，過40目篩子，置于平衡箱中在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%條件下平衡24 h，準(zhǔn)確稱取平衡后的煙末樣品25.0 g，置入同時(shí)蒸餾萃取裝置中，并加入固定量的內(nèi)標(biāo)化合物（乙酸苯甲酯）;以二氯甲烷為溶劑，對煙末連續(xù)動態(tài)萃取2 h，所得提取物經(jīng)干燥后濃縮定容至1.0 mL。濃縮液使用Agilent 6890N/5975氣質(zhì)聯(lián)用分析儀分析，所得圖譜經(jīng)計(jì)算機(jī)譜庫（NIST05，Wiley275）檢索[12]。

色譜柱：彈性石英毛細(xì)管柱HP-FFAP（50 m×200 μm×0.3 μm）;進(jìn)樣口溫度250 ℃;FID溫度250 ℃;載氣為He;恒流方式，流量1.0 mL/min;H 2，30 mL/min;空氣，400 mL/min;尾吹氣N 2，30 mL/ min。

升溫程序：設(shè)定初始溫度為70 ℃，保溫1 min;然后，以2 ℃/min的速率升至175 ℃，保溫20 min;再以1 ℃/min的速率升至200 ℃，保溫60 min。進(jìn)樣量2 μL;分流比為10∶1;傳輸線溫度220 ℃; 電離方式EI源;電離能量70 eV;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;溶劑延遲時(shí)間6 min。定性分析采用譜庫NIST08。由于缺乏標(biāo)樣，定量分析結(jié)果為香味物質(zhì)的相對含量，具體分析成分見表1。計(jì)算公式如下：

m x=A x/A 內(nèi)標(biāo)×215 μg/mL×1 mL

式中，m x為香味物質(zhì)的相對含量;

A x為香味物質(zhì)的峰面積;

A 內(nèi)標(biāo)為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積;

215 μg/mL為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的濃度;1 mL為樣品的體積。

1.3 全配方葉組（云煙某品牌）評吸質(zhì)量的量化評定

參照YC/T138和HTTS/QPM3-17標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，建立了云煙某品牌全配方葉組評吸質(zhì)量指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同貯葉條件的工藝參數(shù)（表2），然后將不同貯葉條件下葉組的致香物質(zhì)數(shù)據(jù)與感官評價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行分析，將評吸結(jié)果分為好（評吸總分50分以上）、中（評吸總分45～50分）、差（評吸總分45分以下）的樣本進(jìn)行分類。使用SPSS 15.0軟件，按照統(tǒng)計(jì)量Wilks λ最小值原則選擇變量，進(jìn)行逐步判別分析并建立判別方程。然后，進(jìn)行訓(xùn)練樣本的回判，計(jì)算回判準(zhǔn)確率;將每一個(gè)樣本從訓(xùn)練集中去掉，再按同樣方法判別分析，進(jìn)行內(nèi)部交叉驗(yàn)證分析，驗(yàn)證所建立方程的穩(wěn)定性;最后，采用外部驗(yàn)證樣本驗(yàn)證判別方程的判別效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 各貯葉條件樣品感官質(zhì)量

全配方葉組經(jīng)9種貯葉條件工藝處理后，分別對每種工藝條件處理后的樣品和未處理樣品進(jìn)行對比評吸，結(jié)果見表3～4。由表3～4可知，加工前樣品煙氣“清香”特征明顯，煙氣濃度和豐滿程度較好，舌面有滯舌感，木質(zhì)氣略顯，煙氣干燥感和刺激感強(qiáng)。經(jīng)過9種不同貯葉條件工藝處理后葉組的感官質(zhì)量綜合指標(biāo)均有所提高，其中樣品2（45 ℃、55%、24 h），樣品5（25 ℃、70%、14 h），樣品7（45 ℃、85%、14 h）貯葉條件下的樣品優(yōu)于原樣及其他工藝條件下的樣品。經(jīng)過這3種貯葉工藝處理后，煙氣濕潤度較好，圓潤感提升，較處理前樣品煙香更柔綿細(xì)膩，清晰度提升且回甜較為豐富。

2.2 判斷函數(shù)的建立

對云煙某品牌配方葉組的84種揮發(fā)性致香物質(zhì)進(jìn)行逐步判別分析，結(jié)果見表5。從表5可以看出，用于判別分析的變量并不是越多越好。變量個(gè)數(shù)增多，不僅會增大計(jì)算量，而且可能會使判別樣品的訓(xùn)練次數(shù)增加，從而降低精確度，所以建立高質(zhì)量的判別函數(shù)必須從眾多的自變量中挑選出對函數(shù)起顯著作用的變量。最終有4個(gè)變量引入判別函數(shù)，剔除了80個(gè)變量。這4個(gè)變量分別為壬二烯醛（X 23）、香葉醇（X 44）、巨豆三烯酮A（X 59）、二氫獼猴桃內(nèi)酯（X 65）。這4種揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分對卷煙感官品質(zhì)的影響分析[13]見表6，最終得到2個(gè)感官質(zhì)量的典型判別函數(shù)。感官評吸質(zhì)量好的判別公式為F 1=846.178X 23-31.49X 44+300.004X 59-461.919X 65-239.639;

感官評吸質(zhì)量中的判別公式為F 2= -12.567X 23-5.626X 44+1.372X 59+36.952X 65-5.991。

由表7可知，判別函數(shù)F 1、F 2特征值分別為1 961.140和2.096，典型相關(guān)系數(shù)分別為0.998和0.823，特征值分析顯示第1個(gè)判別函數(shù)解釋了所有變異的99.9%，第2個(gè)判別函數(shù)解釋了所有變異的0.1%。由表8可知，Wilks’Lambda表格用來檢驗(yàn)各個(gè)判別函數(shù)有無統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著意義，基于P值均小于0.01可推斷出這2個(gè)判別函數(shù)的判別作用都顯著成立。以篩選的4個(gè)變量組成的判別函數(shù)可以顯著區(qū)分不同感官質(zhì)量指標(biāo)的差異。進(jìn)行判別時(shí)，將樣本的這4種致香物質(zhì)指標(biāo)代入4個(gè)判別函數(shù)計(jì)算函數(shù)值，哪個(gè)函數(shù)值最大就說明試樣可能屬于哪種感官模型。

從圖1可以看出，不同感官質(zhì)量的樣本在空間上能夠很好地區(qū)分開來。感官質(zhì)量好的樣本與其他類別的差異較為明顯，且主要是函數(shù)1上的區(qū)別。

2.3 判別效果檢驗(yàn)

對于判別分析，所建立的判別函數(shù)用來判別時(shí)的準(zhǔn)確率是至關(guān)重要的。采用自身驗(yàn)證法和交互驗(yàn)證法對原樣品進(jìn)行回判，結(jié)果見表9。由表9可知，自身驗(yàn)證的正確率為100%，交互驗(yàn)證的正確率為91.6%，說明該分類有一定的準(zhǔn)確性，判別分析的預(yù)測結(jié)果較好，可用于實(shí)際情況。

3 結(jié)論

該試驗(yàn)結(jié)果也表明，壬二烯醛、香葉醇、巨豆三烯酮A、二氫獼猴桃內(nèi)酯4種揮發(fā)性致香物質(zhì)含量對卷煙質(zhì)量和風(fēng)格有重要的影響，而不同感官模型又有各自的顯著特征。

（1）判別函數(shù)1以二氫獼猴桃內(nèi)酯為代表的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物綜合感官質(zhì)量好為顯著特征，其中二氫獼猴桃酯在較低加入量的條件下對卷煙具有明顯掩蓋雜氣、提升煙葉香氣質(zhì)、增加煙葉香氣量的效果，在吸用煙草時(shí)可起到消除刺激性的作用，對人體不會產(chǎn)生有害副作用[14];巨豆三烯酮具有煙草香和辛香底韻，能增強(qiáng)煙香，改善吸味，調(diào)和煙氣，減少刺激性作用，對人體不會產(chǎn)生有害的副作用[15]。因此，這4種致香物質(zhì)組成的判別線性函數(shù)1是3種貯葉工藝條件（45 ℃，55%，24 h;25 ℃，70%，14 h;45 ℃，85%，14 h）與其他工藝條件的顯著區(qū)別特征。

（2）判別函數(shù)2以香葉醇為代表的醇類物質(zhì)綜合感官質(zhì)量中為顯著特征。香葉醇可以增加卷煙的玫瑰香氣、甜香，可以改善、修飾香煙的香味和抽吸口感[16]。因此，這4種致香物質(zhì)組成的判別線性函數(shù)2是4種貯葉工藝條件（35 ℃，85%，4 h;45 ℃，70%，4 h;25 ℃，55%，4 h;35 ℃，55%，14 h）與其他工藝條件的顯著區(qū)別特征。

采用判別分析對不同工藝條件下貯葉樣品致香物質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測分析。由于不同葉組配方中煙葉的品種、等級等存在差異，所以判別模型的建立還需要進(jìn)一步完善。

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