矫海楠　王传义　徐秀红等

摘要： 为科学系统评价密集烤房烤后烟叶的香气质量，建立一种感官评吸与数理统计相结合的方法，对烟竿、烟夹、烟筐、大箱4种装烟方式的烤后烟叶进行化学成分分析、电子鼻无损检测和感官评吸。结果表明，利用主成分分析法、线性判别分析法能无损检测并显著区分不同装烟方式烤后烟叶的香气成分，烟夹烘烤与大箱烘烤差异最为显著。感官评吸也显示4种装烟方式以烟夹烘烤的烤后烟叶质量档次最佳，挂竿、烟筐次之，大箱烘烤最差，电子鼻分析结果与感官评吸结果相符合，利用电子鼻与感官评吸综合分析可更科学评价密集烤房不同装烟方式烤后烟香气质量。

关键词： 装烟方式；香气质量；感官评吸；电子鼻分析

中图分类号： TS47 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）08-0290-03

烟草是一种重要的经济作物，目前，烟叶质量评价主要依靠感官评吸，但由于评价人对烟叶的敏感性不同，导致结果受主观因素影响较大，不能完全真实地反映其香气质量 [1]。烟叶的致香成分分析主要采用气相色谱质谱联用（GC-MS）测定法；但GC-MS不仅检测周期长、成本高，且所得具体致香成分的数据很难和样本整体信息及烟叶评吸质量联系起来，缺乏说服力。电子鼻是一个新颖的以传感器阵列形式分析、识别和检测复杂气味和挥发性成分的电化学传感系统。它得到的不是被测样品中某种或某几种成分的定性或定量结果，而是样品中挥发性成分的整体信息，也称“指纹信息” [2]。Yang等利用电子鼻对富含香豆素的日本绿茶进行风味研究，结果显示，电子鼻可以正确区分7种不同香豆素含量的绿茶，并评价其风味特点 [3]。近年来，国内外应用电子鼻研究评价酒类、水果和茶叶等农产品品质时也大多局限于单纯的电子鼻区别或鉴别，电子鼻与感官质量的综合分析较少 [4-9]。我国对于电子鼻的应用起步较晚，在食品工业上最早应用，对于烟草的应用仅仅局限于香料配方和真假烟鉴别上 [8-9]，对于初烤烟叶的应用较少。

随着现代烟草业的发展，过去普通烤房已逐渐被淘汰，取而代之的是更为节能、省工、整体烘烤质量佳的密集烤房 [10-11]；但密集烤房由于强制通风等原因导致其香气及油分明显不如过去的普通烤房 [12]。通过装烟方式及烘烤工艺的改进来改善和提高烤后烟叶香气成为当前烟草调制加工研究的热点。有关密集烤房装烟方式研究虽有报道，但大多局限于单纯的烟叶致香成分含量高低的比较，不能代表样品的整体性，缺乏整体性数据分析方法 [13-16]。

本试验利用电子鼻无损检测技术对不同装烟方式烤后烟叶的致香成分进行主成分和线性判别分析，并与主要化学成分检测和感官评吸质量相结合，以探求更为科学的香气整体评价方式，为评吸质量提供数理统计辅助分析方法，客观地评价不同装烟方式烤后烟叶质量。

1 材料与方法

1 1 材料与设备

供试品种为NC55，供试材料为山东诸城市琅埠烟站同一地块、长势整齐一致、统一采收二棚烟叶。烘烤设备为装烟室大小为270 cm×800 cm的标准化密集烤房。

1 2 试验仪器

仪器为德国 Airsense 公司生产的PEN 3 型便携式电子鼻，主要包括以下硬件部分： 传感器阵列（ 包含10个传感器，具体属性见表1）、采样及清洗通道、数据采集系统及计算机。电子鼻获取的数据为传感器的电导率 G 与基准气体通过时传感器的电导率 G0 的比值。

1 3 试验设计

试验设置4个处理：（1）烟竿烘烤，烟竿长度145 cm；（2）烟夹烘烤，梳式烟夹，长132 cm、外宽14 cm、内宽10 cm；（3）烟筐烘烤，烟筐规格30 cm×43 cm×50 cm；（4）大箱烘烤，大箱规格260 cm×80 cm×180 cm。每种装烟方式按各自的适宜装烟密度进行配置和配套烘烤，各处理烤后烟样品标记竿均放在各烤房的中层中间位置。

1 4 试验方法

主要化学成分测定方法：烟碱、钾、氯含量测定分别参照GB 23225—2008、YC/T 173—2003（使用ICP-OES测定）、YC/T 153—2001进行，总氮、总糖、还原糖含量测定均参照YC/T 33—1996进行。

电子鼻检测：取各装烟方式处理烘烤后B2F等级烟叶，分别称取烟末样品5 g，置于300 mL三角烧瓶中，封口膜密封，每个试验样品重复3 次，放置30 min。电子鼻的测定条件：传感器自清洗时间100 s，传感器归零时间10 s，样品准备时间5 s，进样流量300 mL/min，分析采样时间60 s。

烟叶感官质量评吸由农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心按照标准YC/T 138—1998进行评价。

1 5 数据分析

对于电子鼻样品区分分析，提取10个传感器的特征值，然后利用电子鼻自带 WinMuster 软件对数据进行主成分分析和线性判别式分析。对电子鼻不同传感器贡献率，主要采用Loadings分析。对评吸结果使用SPSS 19 0进行方差分析。

2 结果与分析

2 1 不同装烟方式烤后烟叶的主要化学成分

从表2可以看出，密集烤房挂竿烘烤后的烟叶烟碱含量最高，大箱烘烤次之，而烟夹和散叶筐烤后烟叶较低。在糖含量方面，烟夹的总糖和还原糖含量明显高于其他处理，而烟竿处理虽然总糖含量较低，但其还原糖含量较高。此外，除了烟竿处理氯含量和烟夹处理钾含量较高外，其他处理钾、氯含量差异不明显。

2 2 不同装烟方式烤后烟叶电子鼻检测

2 2 1 主成分分析法分析不同装烟方式烤后烟叶香气成分 主成分分析法（principle component analysis，PCA）是一种多元统计方法，是将提取的传感器多指标信息进行转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分析，最后在PCA分析图上呈现主要的两维图。横（PC1）、纵（PC2）坐标分别表示在PCA转换中得到的第1主成分和第2主成分贡献率，贡献率越大，说明主要成分可以较好地反映原多指标信息。若样品在横坐标距离越大，说明它们的差异越大；而2个样品在纵坐标距离即使很大，但由于第2主成分贡献率很小，所以2个样品间的实际差异也不会很明显 [17]。从图1可以看出，2个主成分贡献率分别是90 81%（PC1）和8 38%（PC2），总贡献率为99 19%，能够较好地呈现样品特征，从2个主轴上看，呈现较好的单向趋势。从横坐标的位置上看，烟夹与烟筐、大箱、烟竿处理距离较远，说明烟夹样品香气成分与其他3项差异较大。由于纵轴PC2贡献率仅为8 38%，即使烟筐距离大箱和烟竿在纵轴上较远，也并不一定能说明烟筐跟大箱和挂竿之间有明显差异，而大箱和挂竿之间在PCA分析中则没有明显差异。

2 2 2 线性判别法分析不同装烟方式烤后烟叶香气成分 线性判别法（linear discriminant analysis，LDA）是研究样品所属类型的一种统计方法。LDA分析利用了所有传感器信号，以提高分类的准确性，更加注重样品空间分布状态及彼此的距离分析 [18]。从图2可以看出，在LDA分析中，线性判别函数LD1和LD2的贡献率分别是79 23%和16 20%，总贡献率为95 43%。可以很好地将4个样品区分开，且以烟夹与大箱的差异最为显著，烟夹和烟筐则主要通过LD2来区分（纵坐标跨度），可认定分析的有效性。2 2 3 电子鼻不同传感器贡献率分析 Lodings分析可用来分析电子鼻各传感器的贡献率，帮助区分各传感器的重要性。传感器距离原点越远，其负载参数值就越大，说明传感器贡献越大，反之则贡献越小。从图3可以看出，W5S传感器在第1、第2主成分上的贡献率都较大，W1W（对无机硫化物灵敏）传感器对第1主成分贡献率最大，W5S（对氮氧化物灵敏）传感器次之；W2S（对醇类、醛酮类灵敏）传感器对第2主成分贡献最大，W5S、W1S（对甲基类灵敏）、W3S（对长链烷烃和芳香族灵敏）传感器次之；而其他传感器距离原点较近，且有部分传感器重合，说明其贡献率较小，可以忽略不计。

2 3 不同装烟方式烤后烟叶的感官评吸质量

从各处理烟叶感官评吸结果（表4）：（1）烟夹烘烤的香气质极显著高于大箱烘烤，显著高于烟筐烘烤，而挂竿烘烤与其他3个处理差异不明显；（2）从香气量上看，烟夹烘烤显著高于烟筐和大箱烘烤；（3）在余味得分上，烟夹和挂竿烘烤显著高于大箱烘烤，与烟筐烘烤差异不显著；（4）烟夹处理的杂气极显著高于大箱处理，且显著高于其他2个处理，而大箱处理显著低于其余3个处理；（5）从刺激性来看，烟夹和挂竿烘烤显著高于大箱烘烤，与烟筐烘烤差异不显著；（6）在评吸总得分上，烟夹烘烤极显著高于其他3个处理，大箱烘烤极显著

低于其他3个处理，而挂竿和烟筐烘烤差异不显著；（7）综合质量档次上，烟夹烘烤得分极显著高于大箱烘烤，与其他2种方式没有显著差异，大箱烘烤显著低于挂竿和烟筐烘烤，且以烟夹烘烤的质量档次为“中等+”，大箱烘烤为“中等-”，挂竿和烟筐烘烤均为“中等”。

3 讨论与结论

密集烤房较传统的普通烤房由于强制通风等原因经常造成烟叶香气不足，油分较少，而密集烤房中烟夹烘烤与挂竿烘烤相比，烟夹装烟密度大，烟叶间隙略小，水分散失较慢，烟叶生理生化反应较为完全 [10-11]。从化学分析结果上看，烟夹烘烤较其他3种方式还原糖含量较高，且含氮量适中，其香气吃味较醇和，在4种装烟方式中香吃味较好，这也与评吸结果相符。而大箱烘烤由于装烟密度过大，且烟叶排列较为散乱，在烘烤过程中容易倒伏，导致烟叶排湿不顺畅，棕色化反应程度高，影响烟叶外观质量和化学成分协调性 [10-13]。评吸综合质量档次也以烟夹为最佳，挂竿和烟筐次之，大箱最差，本结论与徐秀红等的研究结果 [19]相符。虽然大箱烘烤的评吸质量较差，但是其杂气显著低于其他几种处理，说明大箱烘烤还是能够起到改善烟叶青杂气的作用。卢贤仁等研究了几种不同装烟方式的中性致香物质总量 [14]，其结果与本试验结果有所不同，说明烟叶中的中性致香成分并不都提升烟叶的香吃味，某些成分可能会削弱烟叶的香吃味，有必要继续深入研究主要致香成分的功能及相互作用。

烟叶和烟气中的化学成分总数达8 400多种 [20]，目前能够确定其成分的有4 000多种，但这些化学成分对香气的贡献程度则不同。近年来，对于香气贡献的研究也仅仅局限于香气的定量检测分析上，通过Loadings分析不同装烟方式的烤后烟叶样品，可以确定氮氧化物类传感器，醇类、醛酮类传感器和无机硫化物类传感器对烤后烟叶的香气成分较为敏感。相关研究表明，醇类、醛酮类物质有平衡酸碱、醇和烟气的作用，对于烟叶的香吃味有较大的提升作用，但是由于氮氧化物范围较广，无法确定其中哪些致香成分有提升作用，可以通过进一步细化氮氧化物传感器等技术进行探索；而无机硫化物在相关烟叶香气的研究中则鲜有报道，这可以为烤后烟叶致香成分的研究提供新思路。

从PCA和LDA分析结果可以看出，烟夹烘烤和大箱烘烤的差异最为明显，烟夹烘烤的香气贡献率在第1、第2主成分上均明显高于大箱烘烤，这与评吸结果相符，二者的评吸质量档次分别为“中等+”和“中等-”。而烟竿烘烤和烟筐烘烤在PCA分析中主要差异在第2主成分，但由于第2主成分贡献率较低（8 38%），所以并不能说明二者的差异显著性，这也与评吸结果大致相吻合，二者评吸质量档次均为中等。在以往的电子鼻检测中，其作用大多是单纯的证明样品间气味的差异性，而本研究结果则说明电子鼻在研究烟叶香气质量中可作为样品整体性分析的辅助手段，与感官评吸等其他研究方式相结合，可有效提高相互间的真实性和可靠性，为电子鼻在烟草上的进一步应用提供借鉴。

化学成分分析及评吸结果表明，密集烤房不同装烟方式烤后烟叶质量以烟夹烘烤的化学成分协调性为最佳，大箱烘烤最差，4种装烟方式烤后烟叶的评吸质量以烟夹质量档次为最高，烟竿、烟筐次之，大箱最低。经电子鼻无损检测，密集烤房不同装烟方式下烤后烟叶的香气成分对氮氧化物传感器，醇类、醛酮类传感器和无机硫化物传感器最为敏感，可以以这3类传感器作为烤后烟叶电子鼻的传感器阵列。PCA和LDA分析表明，电子鼻能够明显区分出4种装烟方式的烤后烟叶香气成分，且烟夹烘烤和大箱烘烤分别与其他2处理差异最为显著，PCA和LDA分析结果与感官评吸结果相吻合，说明电子鼻分析可以作为一种烟叶香气质量评价的辅助手段，为感官评吸提供科学分析的依据。

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