基于PLSR分析蛋白質與淀粉對市售卷煙感官品質的影響

蘇加坤 羅娟敏 徐 達 趙 娟 沈 寧 于靜洋 夏書芹 蔡繼寶 張曉鳴

（1.江西中煙工業有限責任公司，江西 南昌 330096；2.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122）

影響卷煙感官品質的一個重要因素是卷煙的化學成分及其含量［1］。淀粉在成熟的鮮煙葉中占比約40%，是煙草中一種重要的化合物［2］。經調制、發酵等處理后淀粉大量降解，但少量殘留的淀粉仍對煙葉的感官品質有不利影響［3］。蛋白質同樣是煙草中重要的化學成分，一般認為蛋白質與煙草的感官品質呈負相關，蛋白質在燃吸時產生燒焦羽毛的氣息，并使煙氣苦味增加［4］。因此，淀粉、蛋白質對卷煙品質特征均有重要影響。

偏最小二乘回歸分析（PLSR）是一種新型的多元數據分析方法，主要應用于多因變量對多自變量的回歸建模。它可以較好地解決普通多元線性回歸面臨的諸多問題［5］，在一個算法下，可以同時實現多元線性回歸分析、主成分分析和典型相關分析。近年來，社會科學、化學、化工、食品科學等多個領域均有應用PLSR方法，并取得了不錯的效果［6－9］。

目前，國內外多有報道［10－12］卷煙、煙葉原料中淀粉含量的測定方法，但報道淀粉對成品卷煙感官品質影響的較少。關于煙草中蛋白質的報道，則多集中于研究煙草蛋白質的營養價值、提取方法以及以煙葉蛋白為原料生產功能性食品、香精香料等［13］。筆者擬對國內10種市售成品卷煙進行感官評吸，并對淀粉、蛋白質進行定量分析，然后通過PLSR分析化學參數（淀粉、蛋白質含量）與感官參數（品質特征得分）之間的相關性，從而研究淀粉、蛋白質對卷煙感官品質的影響，為新品卷煙設計開發提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

10種市售成品卷煙：江西中煙工業有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 卷煙感官評吸 采用香味輪廓分析法評吸樣品，并記錄結果。感官品質特征分為舒適感特性（口腔刺激/舌部灼燒、口腔殘留/干燥感、收斂、喉部刺激、喉部干燥、鼻腔刺激）和煙氣特性（香氣、豐富性、細膩/柔和/圓潤、雜氣、煙氣濃度、勁頭）兩部分，共12個指標，依據YC/T 497—2014制定的評分標準見表1。評吸由11名省級以上卷煙感官評吸專家完成，以0.5分為單位增量，采用10分制打分，最后結果取平均值，保留一位小數。

1.2.2 卷煙中淀粉、蛋白質含量測定

（1）淀粉含量的測定：按YC/T 283—2009執行；

（2）蛋白質含量的測定：按YC/T 166—2003執行。

1.2.3 數據分析 基于PLSR方法，通過PLS2分析化學參數（淀粉、蛋白質含量）與感官參數（品質特征得分）之間的相關性，通過PLS1分析化學參數（淀粉、蛋白質含量）對感官參數（品質特征每一項指標）的貢獻。

2 結果與討論

2.1 成品卷煙的感官評吸分析

10種市售品牌卷煙的品質特征感官評吸得分見表2。

由表2可知，1號、6號和8號卷煙樣品得分高，除勁頭外其他指標得分均在8.0分以上，整體品質較好，其中6號樣品在香氣、豐富性、細膩/柔和/圓潤3項指標上較為突出，8號樣品在收斂、鼻腔刺激、細膩/柔和/圓潤3項指標上較為突出；2號、5號和7號樣品得分較高，除勁頭外其他指標得分均在7.5分以上，其中5號樣品在收斂、鼻腔刺激、豐富性3項指標上的得分達到8.5分及以上，品質較好，7號樣品的收斂、香氣較為突出；3號、4號、9號和10號樣品整體得分較低。勁頭即生理強度，以適中為評價標準，過高則導致卷煙刺激性過大，過低則不足以實現消費者的生理滿足。評吸結果顯示，10種卷煙樣品的勁頭得分均在5.0左右，勁頭適中，其中2號、3號、7號樣品勁頭稍高。

表1 舒適感特性及煙氣特性指標評分標準Table 1 Scoring standards of comfort characteristics and smoke characteristics

表2 各卷煙樣品品質特征感官評吸得分Table 2 Sensory scores of 10kinds of cigarette

2.2 成品卷煙的淀粉與蛋白質含量測定

10種市售品牌卷煙的淀粉及蛋白質含量見圖1。

圖1 各卷煙樣品淀粉與蛋白質含量Figure 1 The contents of starch and protein of 10kinds of cigarettes

由圖1可知，2號、4號、10號卷煙樣品的蛋白質含量較高，結合表2可以發現這3個樣品的整體評吸得分相對較低；1號、7號、8號卷煙樣品的蛋白質含量較低，而其評吸得分較高，除勁頭外，1號、8號卷煙所有指標均達到8.0分及以上，7號樣品有兩項指標達到8.5分；說明卷煙的蛋白質含量與其品質特征存在一定的負相關關系。2號、4號、9號卷煙樣品的淀粉含量較高，但評吸得分較低；6號、8號卷煙樣品的淀粉含量較低，而其評吸得分在11項指標上均達到8.0分以上，且有3項指標達到8.5分及以上；說明卷煙的淀粉含量與其品質特征有一定的負相關關系。

結合表2與圖1分析，可以看出卷煙淀粉、蛋白質含量對卷煙的品質特征有一定的影響，但影響趨勢并不十分明顯。為了研究淀粉、蛋白質含量與品質特征的本質關系（變量之間的數量關系）以及相關程度，采用PLSR方法對淀粉、蛋白質含量與品質特征進行相關性分析。

2.3 淀粉和蛋白質與卷煙感官品質的相關性分析

2.3.1 淀粉和蛋白質與卷煙品質特征指標的相關性分析

為便于分析，將品質特征的12個指標編號，見表3。

表3 品質特征指標編號Table 3 Serial number of sensory characteristics

采用PLSR對淀粉、蛋白質含量與卷煙感官品質特征數據的相關性進行分析，探究這兩種物質與品質特征的相關程度。以淀粉、蛋白質含量為X變量，品質特征12個指標的評吸得分為Y變量，進行PLS2分析，結果見圖2。

圖2 淀粉、蛋白質與品質特征的相關性分析Figure 2 PLSR correlation loadings plot between the starch，protein and sensory characteristics

圖2中的橢圓分別代表擬合度r2＝0.5（小橢圓）和r2＝1.0（大橢圓）。由圖2可知，除勁頭（編號12）外，其他所有指標（編號1～11）均位于相關載荷圖左側，鼻腔刺激在小橢圓外，即在50%的解釋方差外，其他指標較為集中分布在50%解釋方差附近，表明它們呈相關性并能夠較好地被PLSR模型所解釋；淀粉和蛋白質均位于相關載荷圖右側，且有顯著標志（PLSR中自動顯示帶小圓圈的點），說明淀粉、蛋白質與除勁頭外的11個品質特征指標均呈明顯的負相關。

2.3.2 淀粉和蛋白質與卷煙品質特征指標的貢獻性分析

為考察淀粉、蛋白質與卷煙品質特征12個指標的相關性程度，將淀粉、蛋白質對品質特征各個指標的影響進行PLSR分析。

（1）淀粉和蛋白質對品質特征中舒適感特性的貢獻性分析：舒適感特性包括口腔刺激/舌部灼燒、口腔殘留/干燥感、收斂、喉部刺激、喉部干燥、鼻腔刺激6個指標。淀粉、蛋白質對品質特征中舒適感特性的貢獻性分析見圖3。

由圖3可知，蛋白質、淀粉與舒適感特性所有指標的回歸系數均小于零，即蛋白質、淀粉與舒適感特性的所有指標呈負相關，其中蛋白質、淀粉均對收斂、喉部刺激、鼻腔刺激的影響達到顯著水平（PLSR分析中自動顯示斜杠灰色標記，P＜0.05）。通過對表2的分析可知，6～8號樣品的收斂、喉部刺激和鼻腔刺激得分均在8.0分及以上，2號、4號、9號和10號樣品在這3個指標上得分較低。而與此對應的7號、8號樣品淀粉和蛋白質含量低，2號、4號、9號和10號樣品的淀粉和蛋白質含量高。說明降低卷煙中淀粉、蛋白質的含量，可以有效降低卷煙的收斂性，降低鼻腔刺激和喉部刺激。這是因為燃吸時煙葉中的蛋白質會使煙氣苦味增加，并有燒羽毛的氣味。而淀粉在卷煙燃吸時會產生焦糊氣味，掩蓋了煙氣的香味，影響卷煙的口感［2］。

（2）淀粉和蛋白質對品質特征中煙氣特性的貢獻性分析：煙氣特性包括香氣、豐富性、細膩/柔和/圓潤、雜氣、煙氣濃度、勁頭6個指標，淀粉、蛋白質對品質特征中舒適感特性的貢獻性分析見圖4。

圖3 淀粉、蛋白質對舒適感特性各個指標的顯著性影響分析Figure 3 The significance analysis of starch and protein on each index of comfort characteristics

圖4 淀粉、蛋白質對煙氣特性各個指標的顯著性影響分析Figure 4 The significance analysis of starch and protein on each index of smoke characteristics

由圖4可知：淀粉、蛋白質與勁頭的回歸系數大于零，與其他5個指標的回歸系數小于零，但均未達到顯著水平。說明淀粉、蛋白質含量與勁頭呈正相關，與其他5個指標呈負相關，但影響不顯著。

3 結論

本研究基于PLSR方法對10種市售成品卷煙的淀粉及蛋白質含量與感官評吸得分進行了相關性分析。結果表明：蛋白質、淀粉與勁頭呈正相關，與口腔刺激/舌部灼燒、口腔殘留/干燥感、收斂、喉部刺激、喉部干燥、鼻腔刺激、香氣、豐富性、細膩/柔和/圓潤、雜氣、煙氣濃度11個品質特征指標均呈負相關，說明適當降低卷煙中淀粉、蛋白質含量，可以提高煙草的感官品質；淀粉、蛋白質與收斂、喉部刺激、鼻腔刺激呈顯著負相關，說明降低卷煙中淀粉、蛋白質的含量，可以有效提高卷煙的收斂性，降低鼻腔刺激和喉部刺激。

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