殷　飞宋诗清 张晓鸣

(1. 江南大学食品学院，江苏 无锡　214122；2. 上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海　201418)



清香型卷烟特征指纹图谱的建立

殷飞1宋诗清 张晓鸣

(1. 江南大学食品学院，江苏 无锡214122；2. 上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海201418)

利用GC—MS 和电子鼻指纹图谱技术对清香型卷烟的品质和风格特色进行质量控制，分别采用同时蒸馏萃取(SDE)结合GC—MS方法及电子鼻，构建清香型卷烟的致香物质标准指纹图谱和电子鼻雷达指纹图谱，并选取非清香型卷烟样品对指纹图谱进行分析，相似度计算结果表明：6个批次的清香型卷烟样品与该标准指纹图谱的相似度极高，程度相似度都在85%以上，而6种非清香型卷烟与该标准指纹图谱的相似度较低。说明清香型与非清香型卷烟的品质和风格特色具有明显差异。通过与建立的电子鼻雷达指纹图谱进行比较，6种非清香型卷烟在统计质量控制分析(SQC)图中都位于可接受区域以外，在宏观上进一步阐明清香型与非清香型卷烟的差异明显，与相似度计算结果一致。综上表明，清香型卷烟的SED/GC—MS 指纹图谱和电子鼻雷达指纹图谱具有较好可用性，能够用于辨别清香型卷烟以及可进行控制质量和特色风格的稳定性。

卷烟；致香物质；指纹图谱；GC—MS；电子鼻

目前，中国卷烟产品类别划分主要包括清香型、中间型、浓香型及混合型的卷烟香型风格，但这些类别更多的是一种感官划分或人为划分，是一些能体会到感受到而又说不清或定量不了的相对模糊的概念。且评吸者的主观因素会对感官评价结果产生较大影响，使得评价结果容易产生误差。因此，探寻客观公正的卷烟类别划分方法就显得尤为重要。

目前，由于现代仪器分析技术的迅速发展，“指纹图谱”技术也取得了长足发展。现代色谱指纹图谱是指先将样品经过适当前处理，如液液萃取、同时蒸馏萃取(SDE)、固相微萃取(SPME)等，然后利用气相色谱、气质联用或液相色谱等分析其中的成分，之后再借以化学计量学、统计学、应用数学等统计学方法而建立的用于鉴别样品品质与衡量质量稳定性的一种模式[1]。早期，该技术主要是以中药材为载体，建立了“中药指纹技术”，应用于中药材质量控制中[2-4]。近年来，指纹图谱在在酒类[5]及茶叶[6]等多个领域得到应用。

在烟草行业中，色谱指纹图谱技术的研究也在逐渐兴起，如在卷烟香精香料质量控制[7-9]、卷烟质量控制[10-11]、真假卷烟鉴别[12-13]中的研究与应用。利用指纹图谱技术的“整体性”和“模糊性”[14]的特点，可对清香型卷烟的质量和特色风格进行鉴定和控制。

另外，作为一种新型气味分析仪器，电子鼻克服了传统色谱指纹分析方法的局限性，以其独特的系统、模糊分析特点，能全面和快速地检测气味的整体信息，用于不同个体之间的总体评判。电子鼻中传感器的灵敏度达10-6～10-9级，因而能更加充分地模拟复杂的鼻子[15]。此外，电子鼻还采用了人工智能技术，能够快速地科学化、系统化进行质量检测、鉴别、判断及分析[16]，可以作为传统分析方法的补充，从宏观上进行产品质量的控制和检测，目前利用电子鼻建立清香型卷烟的质量评价标准还未见报道。

因此，本研究拟以市场公认的某品牌清香型卷烟为研究对象，采用SDE/GC—MS方法建立清香型卷烟的色谱特征指纹图谱；同时以电子鼻分析为辅，建立清香型卷烟的电子鼻雷达特征指纹图谱，以期为清香型卷烟的特色风格定位及质量控制提供重要参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

A品牌卷烟：清香型，云南红塔集团，选取20个不同的加工批次；

卷烟样品a～f：非清香型，购于烟草专卖店；

正十七烷内标：纯度≥99%，美国Sigma公司；

二氯甲烷：色谱纯，国药集团化学试剂有限公司；

氯化钠、无水硫酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2试验仪器

GC-MS：Agilent7890A-5975C型，美国安捷伦公司；

同时蒸馏萃取装置：HB-KJ型，天长市长城玻璃仪器制造厂；

旋转蒸发仪：RE-5299型，上海亚荣生化仪器厂；

分析天平：BS214S型，德国Sartorius公司；

水浴锅：HH-1型，南京晓晓仪器设备有限公司；

电热套：ZNHW-II型，上海越众仪器设备有限公司。

1.3试验方法

1.3.1前处理过程参照文献[17]，修改如下：称取烟丝样品重量为25 g(精确至0.01 g)，同时蒸馏萃取结束在旋转蒸发仪中旋干后，加入1 mL二氯甲烷复溶，过0.22 μm滤膜于进样瓶中，再加入10 μL 9.98 mg/mL的十七烷内标，混匀，进GC—MS分析；

1.3.2GC—MS分析色谱柱：DB-5MS(J&W 122-5532：30 m×250 μm×0.25 μm)；分析条件：参照文献[18]。

1.4相对保留时间和相对峰面积的计算

参照文献[17]。

1.5指纹图谱的相似度分析

以相关系数、夹角余弦、欧氏距离及程度相似度为指标进行相似度评价。

1.6数据处理

运用SPSS 18.0和EXCEL软件进行数据的统计分析。

2　结果与讨论

2.1清香型卷烟SDE/GC—MS色谱指纹图谱的建立

2.1.1内标物的确定加入内标的目的主要是在利用组分的相对峰面积(Sr)进行一些量化数据的计算时，可以减少由前处理方法重现性和仪器精密度问题带来的误差。选择正十七烷作为内标物，在1.3.2的色谱试验条件下测定加入内标物的样品，其保留时间为53.93 min，出峰位置、峰形、分离度和稳定性均较好，且不与样品峰重叠，可以作为该样品的内参照峰。

2.1.2方法学的考察

(1) 重复性考察：同一个清香型卷烟样品按照确定好的前处理方法进行处理后，在最优的相同的色谱条件下进行 GC—MS 分析，重复5次，记录总离子流图，5次重复统计有83个共有峰，利用内标物对挥发性成分进行半定量计算。然后分别对卷烟的共有峰的保留时间和物质半定量计算结果进行统计分析，见表1。计算共有峰半定量结果的相对标准偏差(RSD)，由表1可知，物质峰的RSD大于10%的有8个，5%～10%的有 25个，小于5%的有50个，说明该方法的重现性较好，能够满足建立指纹图谱的要求。

(2) 稳定性考察：同一清香型卷烟样品按照确定好的前处理方法完成处理后，在优化好的色谱条件下进行 GC—MS分析，分别于0，2，4，8，16，24 h进样，考察样品在24 h内的稳定性，见表1。计算共有峰半定量结果的RSD，结果显示物质峰的RSD大于10%的有7个，5%～10%的有26个，小于5 %的有50个，表明该方法的稳定性较好，能够满足指纹图谱建立的要求。

(3) 精密度考察：同一清香型卷烟样品按照确定好的前处理方法进行处理后，在优化好的色谱条件下进行 GC—MS分析，对处理好的同一样品，连续GC—MS分析5次，结果见表1。结果显示物质峰的RSD大于10%的有2个，5%～10%的有39个，小于5 %的有44个，说明该方法的精密度也较高，可以满足指纹图谱建立的要求。

2.1.3清香型卷烟挥发性物质标准指纹图谱的建立选取6个不同批次的清香型卷烟样品，按照确定好的相同前处理方法进行处理，采用GC—MS进行挥发性物质分析，结果发现6个样品具有83个共有峰(除正十七烷内标)，其共有峰率为100%。计算共有指纹峰的相对保留时间和相对峰面积，并按保留时间的大小顺序列表见表2，将这83个共有色谱峰作为特征指纹峰。为了消除83个共有的挥发性物质中存在极值的影响，可以采用中位数法计算6个样品的挥发性物质的相对峰面积，将得到的中位数作为该清香型挥发性物质的标准指纹图谱。

2.1.4清香型卷烟指纹图谱的相似度分析为了对所构建的清香型卷烟的标准色谱指纹图谱进行稳定性及可用性分析，将来自于不同批次、销售区域不同的6个清香型卷烟样品看作以共有峰的个数为维数，以相对峰面积为对应数值的空间向量，计算比较6个样品指纹图谱与标准指纹图谱的相似度结果，见表3。

6个清香型卷烟样品的欧氏距离在12.465 9～27.175 1，相关系数在0.998 2～0.999 9，夹角余弦也在0.998 2～0.999 9，程度相似度在0.885 3～0.895 2。说明6个清香型卷烟样品的相似度较高，该清香型卷烟的标准指纹图谱的可应用性应该较强。

不同类型卷烟的风格特色一般都不相同，烟叶质量和致香成分也不相同。为了考察及验证该标准指纹图谱对清香型卷烟和其他风格卷烟的可用性和准确性，分别选取6种非清香型的卷烟样品进行SDE/GC—MS分析，计算相似度，见表3。通过对所选取的非清香型卷烟样品的指纹图谱相似度进行计算，无论是相关系数、夹角余弦还是欧式距离都不在清香型卷烟指纹图谱的相似度范围内，表明该指纹图谱可以用于判断清香型和非清香型卷烟的类别。

表1　方法学考察的试验结果

表2　清香型卷烟挥发性物质标准指纹图谱

续表2

序号名称相对保留时间相对峰面积123456中位数45巨豆三烯酮0.86321.46223.90024.77925.38325.40425.04524.91246异松油烯0.8770.7820.9210.9480.9120.9110.9600.91647柏木脑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-羟基-β-大马酮0.9000.2810.5020.3830.8300.7660.6730.58851巨豆三烯酮0.90922.69325.19625.53328.68428.75825.52125.52752柠檬酸三乙酯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苯甲酸苄酯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螺岩兰草酮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金合欢基丙酮1.1953.0033.1432.7663.6853.7423.5183.33168棕榈酸甲酯1.21319.65421.93218.56525.08825.21123.24522.58869植物呋喃1.2463.7795.0993.3955.3455.1525.5655.12670棕榈酸1.25625.17435.72914.10853.71669.87050.85443.29171棕榈酸乙酯1.2745.7436.2784.7767.5526.3315.6096.01072黑松醇1.2991.3341.5091.2262.0722.0422.0271.76873亚油酸甲酯1.3555.2937.7604.4897.2987.7147.0847.19174亚麻酸甲酯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亚麻酸1.3942.8903.7962.4227.08617.7147.0455.42178亚麻酸乙酯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角鲨烯1.9050.1750.1990.1290.3300.3520.1590.18784二十八烷1.9280.1820.1740.0890.3430.4820.4380.263欧氏距离19.594213.500827.175112.465920.090413.5824相关系数0.99950.99980.99820.99990.99880.9997夹角余弦0.99940.99980.99820.99990.99880.9997程度相似度0.89190.89500.88530.89520.88780.8873

表3　不同风格卷烟指纹图谱的相似度评价

2.2电子鼻雷达指纹图谱的建立

2.2.1雷达指纹图谱分析图1为上述6个清香型卷烟以及新增加的12个不同批次的清香型卷烟样品的电子鼻雷达指纹图谱。由图1可知，卷烟样品A1到A20分别在18根传感器上的响应值变化不大，20个卷烟样品雷达图谱几乎完全吻合，因此，通过电子鼻分析可以准确快速的反映不同卷烟样品的整体风味轮廓，宏观上可以作为评价未知样品是否属于清香型卷烟。

2.2.2清香型卷烟雷达指纹图谱的应用在实际应用中，另外一种用于快速判断样品质量的评价手段是统计质量控制模型，即利用标准样品来建立样品的统计质量控制分析(SQC)。SQC计算的是占样品总数量95%的样品分布的置信区间，因此SQC图中给出的就是置信区间为95%计算所得到的阈值区间，它和所测样品的分布是有关的，对于同一样品，如果测定值越集中则阈值区间就越小，样品所具有的相似特性就越多。本研究将清香型卷烟样品作为质量控制的基础，找出清香型卷烟正态分布的置信区间，最后作出质控图判断待测卷烟是否在质量控制的范围内，若位于可接受阈值之外，则被识别为风格类型异常的样品。

A1～A20代表20个不同批次清香型卷烟

试验中，以清香型卷烟样品作为标准样品建立质量控制模型，用此SQC模型对6种非清香型卷烟进行分析，结果见图2。由图2可知，非清香型卷烟样品a～f的6种样品都位于可接受阈值外(投影在阴影区域之外)，此结果与消费者感官评价定位的实际情况吻合。由此可知，可以根据SQC模型对清香型卷烟进行鉴定及质量控制。

s. 清香型卷烟　a～f. 6种非清香型卷烟

3　结论

本试验采用SDE/GC—MS方法，以中位数为指标构建了清香型卷烟挥发性物质的标准指纹图谱。通过相似度分析，6批次清香型卷烟样品与标准指纹图谱的相似度较高。同时又选取6种中国产的非清香型卷烟样品对建立的清香型卷烟标准指纹图谱进行验证，结果表明6种非清香型卷烟样品的相似度值都不在清香型卷烟指纹图谱的相似度范围内，说明该清香型卷烟的标准指纹图谱对样品判断的准确性较高。最后，通过电子鼻分析建立了清香型卷烟的电子鼻雷达指纹图谱，对选取的6种国产非清香型卷烟样品进行判断，发现6种非清香型卷烟在SQC图中都位于可接受区域以外，在宏观上进一步阐明清香型与非清香型卷烟的差异明显，与相似度计算结果一致。综上表明，清香型卷烟的SED/GC—MS指纹图谱和电子鼻雷达指纹图谱具有较好实用性，能够用于辨别清香型卷烟的特征及进行质量和特色风格的稳定性控制，具有较好的应用前景。

然而，该标准指纹图谱仅仅对清香型卷烟的整体风格特色进行了分析，后续研究中还需据清香型卷烟更具体的内在质量指标建立标准指纹图谱，如香气风格、劲头等标准指纹图谱的构建等，以期对清香型卷烟进行更深层次的质量控制。

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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

殷飞，男，江南大学在读博士研究生。

张晓鸣 (1965-)，男，江南大学教授，博士。

E-mail:xmzhang@jiangnan.edu.cn

2016—06—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.08.008