醇化是煙葉原料提質(zhì)的重要手段，煙葉醇化過(guò)程中需要氧氣的參與，氧氣濃度的改變會(huì)影響最終的醇化品質(zhì)；同時(shí)，煙葉在醇化中會(huì)放熱，產(chǎn)生易揮發(fā)成分和氣體。故不同包裝方式會(huì)導(dǎo)致煙葉醇化品質(zhì)存在差異。本研究中采用電子眼和超快速氣相電子鼻技術(shù)，對(duì)充氮和常規(guī)包裝下醇化片煙的顏色和揮發(fā)性化學(xué)成分差異進(jìn)行解析。
1.醇化煙葉電子眼檢測(cè)結(jié)果分析.
對(duì)常規(guī)和充氮包裝下醇化片煙樣品進(jìn)行電子眼分析，對(duì)相近顏色歸一化處理，形成顏色分布結(jié)果（圖1）。從圖1可以看出，6個(gè)不同醇化片煙的顏色主要有48種，分布于黃色到褐色范圍，且存在差異。其中，常規(guī)包裝醇化煙葉的黃褐色和橄欖褐色分布較高，而充氮包裝醇化煙葉的深黃色和深橘黃色分布比例較高。
圖1 不同包裝方式醇化片煙的顏色分布
對(duì)樣品的電子眼數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析，結(jié)果如圖2a所示。可以看出，主成分1（PC1）、主成分2（PC2）和主成分3（PC3）之和達(dá)到了82.71%，可代表樣品的絕大部分信息。同時(shí)，判別指數(shù)是用來(lái)表征樣品之間區(qū)分度大小的一種判斷方法。本實(shí)驗(yàn)中煙葉顏色的判別指數(shù)（評(píng)價(jià)選定目標(biāo)的判別質(zhì)量）為100，說(shuō)明通過(guò)電子眼能有效區(qū)分不同包裝樣品的顏色差異，且存在一定可靠性。另外，不同樣品各自聚在一起，說(shuō)明在不同包裝和醇化時(shí)間下樣品顏色分布均存在明顯差異。基于歐氏距離可以判斷不同處理間樣品差異程度。圖2b中CD-12、CD-14、CD-16、CG-12和CG-14處理聚為一組，說(shuō)明其顏色存在一定相似性；而CG-16處理與其他處理距離最遠(yuǎn)，說(shuō)明其顏色與其他樣品差異最大。故從煙葉顏色看，充氮包裝處理在一定程度上延緩了醇化過(guò)程煙葉顏色的褐變加深。
圖2 不同包裝方式醇化片煙電子眼的PCA分析（a）及聚類(lèi)圖（b）
2.醇化煙葉的電子鼻分析結(jié)果
氣味指紋圖譜的建立
對(duì)充氮和常規(guī)包裝的醇化片煙樣品進(jìn)行快速氣相電子鼻分析，得到2根不同極性色譜柱對(duì)應(yīng)的揮發(fā)性成分指紋圖譜，結(jié)果如圖3所示。可以看出，不同包裝片煙的色譜峰在52~68個(gè)之間，其峰面積也不相同，說(shuō)明樣品揮發(fā)性成分種類(lèi)和含量存在一定差異。且不同醇化時(shí)間下，同一包裝片煙的揮發(fā)性成分種類(lèi)和含量也有明顯差別。
圖3 不同包裝方式醇化片煙揮發(fā)性成分的指紋圖譜
3.主成分分析（PCA）及判別因子分析（DFA）
利用PCA統(tǒng)計(jì)方法先找出樣品組間氣相色譜指紋圖譜的差異所在，確定差異性色譜峰（區(qū)分能力>0.900、峰面積>1000且分離效果好的色譜峰），結(jié)果如圖4所示。可以看出，兩個(gè)主成分之和達(dá)到了90.02%，代表了樣品絕大部分信息。判別指數(shù)為93，表明建立的電子鼻PCA模型能區(qū)分不同包裝方式和醇化期的醇化片煙。
圖4 不同包裝醇化片煙電子鼻信號(hào)的PCA分析結(jié)果
為進(jìn)一步分析不同包裝方式醇化片煙香氣成分的差異，對(duì)3個(gè)醇化期不同包裝方式的片煙樣品揮發(fā)性成分指紋圖譜進(jìn)行了判別因子分析（DFA），結(jié)果如圖5所示。電子鼻的判別因子影響值總和為92.67%（DF1為80.76%，DF2為11.91%），驗(yàn)證得分94。從DFA模型圖中可以看出，醇化12、14月時(shí)，兩種包裝煙葉的氣味主要在DF2有明顯區(qū)別；而醇化16月時(shí)，充氮包裝與常規(guī)包裝的片煙在DF1和DF2均有差別。整體來(lái)看，DFA判別模型結(jié)果與氣味指紋圖譜的PCA分析結(jié)果相吻合，說(shuō)明通過(guò)電子鼻能有效區(qū)分不同包裝方式醇化片煙樣品揮發(fā)性成分的差異。
圖5 不同包裝醇化片煙電子鼻信號(hào)的DFA分析結(jié)果
4.主要差異化合物定性及感官描述
在PCA分析的基礎(chǔ)上，將各組分的保留時(shí)間轉(zhuǎn)化為保留指數(shù)，再通過(guò)AroChembase數(shù)據(jù)庫(kù)（包括15萬(wàn)種化合物的保留指數(shù)值）進(jìn)行定性，篩選出了18種可能的差異揮發(fā)性成分，并進(jìn)行感官描述。醇化片煙揮發(fā)性差異成分、感官描述信息及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。可以看出，不同包裝方式和醇化時(shí)間片煙中的主要揮發(fā)性差異化合物包括醇類(lèi)（7種）、醛類(lèi)（2種）、酯類(lèi)（2種）、雜環(huán)化合物（2種）和其他化合物（5種）。結(jié)合圖3的峰面積可知，各處理醇化片煙中含量較高的化合物均為醋酸、異丙醇、甲酸甲酯、β-大馬酮和戊醛。
表1 醇化片煙揮發(fā)性差異成分、感官描述信息及相關(guān)系數(shù)
為進(jìn)一步了解不同醇化時(shí)間下充氮包裝與常規(guī)包裝醇化片煙品質(zhì)的差異，對(duì)差異揮發(fā)性成分的峰面積進(jìn)行離差標(biāo)準(zhǔn)化，并進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。
在醇化12月時(shí)，片煙中戊醛和正丙醇的含量較高，而β-大馬酮等揮發(fā)性成分的含量較低。隨著醇化時(shí)間延長(zhǎng)，吡啶、乙醇、β-大馬酮和肉豆蔻醚（類(lèi)胡蘿卜素降解產(chǎn)物）的含量迅速增加后又呈下降趨勢(shì)。醇化14月時(shí)，充氮包裝醇化煙葉在苯乙醇和苯甲醇等香氣成分含量大量增加的同時(shí)，吡啶和間二甲苯的含量也比常規(guī)包裝醇化高。而醇化16月后，常規(guī)包裝醇化片煙中醋酸和吡嗪等可能產(chǎn)生刺激性氣味成分的含量也增加，而充氮包裝醇化片煙中2-甲基-1-丁醇、異丙醇、甲酸甲酯、乙酸丁酯和異丁醛等香氣成分的含量增加。
相關(guān)性分析結(jié)果也表明，不同醇化周期、不同包裝方式與醇化片煙葉揮發(fā)性成分含量存在一定的相關(guān)性，其中，醇化時(shí)間與異丙醇、2-甲基-1-丁醇和甲酸甲酯的含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與正丙醇的含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。
圖6 不同包裝方式下醇化片煙差異揮發(fā)性成分的聚類(lèi)熱圖
5.主要差異化合物的ROAV結(jié)果
為確定差異揮發(fā)性化合物對(duì)醇化片煙氣味的貢獻(xiàn)程度，篩選出的主要差異化合物進(jìn)行ROAV分析，采用面積歸一化法計(jì)算化合物的相對(duì)含量，采用AroChembase數(shù)據(jù)庫(kù)和文獻(xiàn)中檢索到的化合物氣味閾值為嗅覺(jué)閾值。18種主要差異化合物中，β-大馬酮的相對(duì)含量較高，且嗅覺(jué)閾值較低，因此定義CG-14中的β-大馬酮（相對(duì)含量最高）的ROAV值為100。
ROAV值越大的組分對(duì)樣品總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)也越大。一般地，1≤ROAV≤100的組分是樣品的關(guān)鍵風(fēng)味化合物，0.1≤ROAV<1的化合物對(duì)樣品的總體風(fēng)味具有重要的修飾作用。如表2所示，醇化煙葉中ROAV≥0.1的差異化合物有2種，其中，β-大馬酮是關(guān)鍵差異風(fēng)味化合物，主要呈現(xiàn)蘋(píng)果香、玫瑰香、桃子罐頭香、蜜香和甜味；而肉豆蔻醚主要呈現(xiàn)溫和的木頭味和香脂味，是煙葉風(fēng)味差異的重要修飾化合物。醇化16月時(shí)，煙葉中醋酸、異丙醇和甲酸甲酯的含量較高（相對(duì)含量分別大于42%、28%和12%），但因?yàn)闅馕堕撝递^β-大馬酮高，故對(duì)煙草主要風(fēng)味的貢獻(xiàn)率不高。
從表2中也可以看出，隨時(shí)間延長(zhǎng)，常規(guī)包裝煙葉的醇化進(jìn)度較快，但醋酸和吡嗪等可能產(chǎn)生不良?xì)庀⒌幕衔锖恳苍黾印３涞芊獍b醇化方式的透氣性不佳，可防止一些香氣損失，但吡啶和二甲苯等不良?xì)馕痘衔镆搽S醇化時(shí)間累積。
為確定差異揮發(fā)性化合物對(duì)醇化片煙氣味的貢獻(xiàn)程度，篩選出的主要差異化合物進(jìn)行ROAV分析，采用面積歸一化法計(jì)算化合物的相對(duì)含量，采用AroChembase數(shù)據(jù)庫(kù)和文獻(xiàn)中檢索到的化合物氣味閾值為嗅覺(jué)閾值。18種主要差異化合物中，β-大馬酮的相對(duì)含量較高，且嗅覺(jué)閾值較低，因此定義CG-14中的β-大馬酮（相對(duì)含量最高）的ROAV值為100。
ROAV值越大的組分對(duì)樣品總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)也越大。一般地，1≤ROAV≤100的組分是樣品的關(guān)鍵風(fēng)味化合物，0.1≤ROAV<1的化合物對(duì)樣品的總體風(fēng)味具有重要的修飾作用。如表2所示，醇化煙葉中ROAV≥0.1的差異化合物有2種，其中，β-大馬酮是關(guān)鍵差異風(fēng)味化合物，主要呈現(xiàn)蘋(píng)果香、玫瑰香、桃子罐頭香、蜜香和甜味；而肉豆蔻醚主要呈現(xiàn)溫和的木頭味和香脂味，是煙葉風(fēng)味差異的重要修飾化合物。醇化16月時(shí)，煙葉中醋酸、異丙醇和甲酸甲酯的含量較高（相對(duì)含量分別大于42%、28%和12%），但因?yàn)闅馕堕撝递^β-大馬酮高，故對(duì)煙草主要風(fēng)味的貢獻(xiàn)率不高。
從表2中也可以看出，隨時(shí)間延長(zhǎng)，常規(guī)包裝煙葉的醇化進(jìn)度較快，但醋酸和吡嗪等可能產(chǎn)生不良?xì)庀⒌幕衔锖恳苍黾印３涞芊獍b醇化方式的透氣性不佳，可防止一些香氣損失，但吡啶和二甲苯等不良?xì)馕痘衔镆搽S醇化時(shí)間累積。
表2 醇化片煙主要差異化合物的ROAVs
6.電子眼和電子鼻擬合分析
從前面的研究結(jié)果可以看出，電子眼和電子鼻單獨(dú)分析均可以辨別出不同醇化片煙的顏色和氣味差異。但是煙葉醇化品質(zhì)是一個(gè)綜合概念，包括外觀、物理特性、化學(xué)成分和感官質(zhì)量等方面。相似顏色煙葉的化學(xué)成分和氣味可能會(huì)存在差異。要準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)煙葉的醇化品質(zhì)，就需要綜合考慮煙葉的色澤和氣味等指標(biāo)。
因此，將不同包裝方式的片煙樣品的電子眼和電子鼻數(shù)據(jù)整合，將數(shù)據(jù)歸一化處理后提取特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行DFA判別模型分析，以考察電子眼和電子鼻聯(lián)合分析對(duì)醇化煙葉的鑒別效果，結(jié)果如圖7所示。可知，DF1和DF2之和為82.53%，驗(yàn)證得分為94，說(shuō)明顏色和氣味分析擬合后也能較好地區(qū)分各個(gè)樣品。樣品間距離越遠(yuǎn)，整體的感官差別越大。從圖7可知，不同包裝煙葉分別分布在圖中不同區(qū)域。說(shuō)明不同包裝方式和醇化時(shí)間造成了醇化片煙整體感官的差異；且醇化時(shí)間越長(zhǎng)差異越大，不同醇化時(shí)間片煙樣品的相對(duì)距離越遠(yuǎn)。
圖7 不同包裝方式片煙的電子鼻和電子眼擬合DFA分析結(jié)果
7.結(jié)論
采用IRIS電子眼和Heracles超快速氣相電子鼻研究了不同包裝方式下片煙醇化過(guò)程中顏色和揮發(fā)性成分的差異。結(jié)果表明：
（1）兩種包裝方式醇化片煙的顏色相似，主要集中在黃色到褐色之間，但充氮包裝方式可以延緩煙葉顏色褐變。
（2）對(duì)比不同包裝方式醇化片煙的揮發(fā)性成分指紋圖譜，發(fā)現(xiàn)6個(gè)樣品中揮發(fā)性成分的種類(lèi)和含量存在差異，片煙中含量較高的化合物是醋酸、甲酸乙酯和異丙醇等。
（3）快速氣相電子鼻從不同包裝及醇化期的片煙中篩選出了乙醇、正丙醇和吡啶等18種主要的揮發(fā)性差異化合物，其中醇類(lèi)化合物的種類(lèi)較多；通過(guò)差異化合物的ROAVs分析，發(fā)現(xiàn)β-大馬酮是醇化片煙的關(guān)鍵差異香氣成分，主要呈現(xiàn)果香和花香，肉豆蔻醚對(duì)煙葉氣味具有重要修飾作用。
（4）包裝方式和醇化時(shí)間均會(huì)影響醇化片煙的化學(xué)品質(zhì)，且醇化時(shí)間的影響更顯著。常規(guī)包裝方式片煙的醇化速度較快，在醇化14月時(shí)，β-大馬酮和肉豆蔻醚的含量最高；但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，片煙中正丙醇和異戊烯醇等香氣成分含量迅速降低，醋酸和吡嗪等不良?xì)馕冻煞执罅吭黾印６涞b方式有助于片煙香氣成分的積累，能在一定程度上提高片煙品質(zhì)，但不利于吡啶和間二甲苯等化合物的逸散。
（5）通過(guò)PCA和DFA模型分析，表明電子眼、電子鼻及二者擬合均能較好地區(qū)分不同包裝方式和醇化周期的片煙。
來(lái)源：感官科學(xué)與評(píng)定，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。文章封面圖片來(lái)源于創(chuàng)客貼會(huì)員。
參考文獻(xiàn)：查天,張承吉,朱磊,等.基于電子眼和電子鼻的不同包裝片煙醇化品質(zhì)差異分析[J].煙草科技,2024,57(12):15-24.
提醒：文章僅供參考，如有不當(dāng)，歡迎留言指正和交流。且讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專(zhuān)業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動(dòng)，因此導(dǎo)致的損失，此運(yùn)營(yíng)方不負(fù)責(zé)。如文章涉及侵權(quán)或不愿我平臺(tái)發(fā)布，請(qǐng)聯(lián)系小編。
（1）兩種包裝方式醇化片煙的顏色相似，主要集中在黃色到褐色之間，但充氮包裝方式可以延緩煙葉顏色褐變。
（2）對(duì)比不同包裝方式醇化片煙的揮發(fā)性成分指紋圖譜，發(fā)現(xiàn)6個(gè)樣品中揮發(fā)性成分的種類(lèi)和含量存在差異，片煙中含量較高的化合物是醋酸、甲酸乙酯和異丙醇等。
（3）快速氣相電子鼻從不同包裝及醇化期的片煙中篩選出了乙醇、正丙醇和吡啶等18種主要的揮發(fā)性差異化合物，其中醇類(lèi)化合物的種類(lèi)較多；通過(guò)差異化合物的ROAVs分析，發(fā)現(xiàn)β-大馬酮是醇化片煙的關(guān)鍵差異香氣成分，主要呈現(xiàn)果香和花香，肉豆蔻醚對(duì)煙葉氣味具有重要修飾作用。
（4）包裝方式和醇化時(shí)間均會(huì)影響醇化片煙的化學(xué)品質(zhì)，且醇化時(shí)間的影響更顯著。常規(guī)包裝方式片煙的醇化速度較快，在醇化14月時(shí)，β-大馬酮和肉豆蔻醚的含量最高；但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，片煙中正丙醇和異戊烯醇等香氣成分含量迅速降低，醋酸和吡嗪等不良?xì)馕冻煞执罅吭黾印６涞b方式有助于片煙香氣成分的積累，能在一定程度上提高片煙品質(zhì)，但不利于吡啶和間二甲苯等化合物的逸散。
（5）通過(guò)PCA和DFA模型分析，表明電子眼、電子鼻及二者擬合均能較好地區(qū)分不同包裝方式和醇化周期的片煙。
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