主成分分析研究臭氧處理對煙用香液品質的影響

許春平，趙珊珊，楊志強，李書芳，鄭　凱

（1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南鄭州　450002；2.河南中煙工業有限責任公司許昌卷煙廠，河南許昌　461000）

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主成分分析研究臭氧處理對煙用香液品質的影響

許春平1，趙珊珊1，楊志強2，*李書芳2，鄭凱2

（1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南鄭州450002；2.河南中煙工業有限責任公司許昌卷煙廠，河南許昌461000）

摘要：為研究臭氧處理對煙用香液內在品質的影響，選擇黃金葉（硬帝豪）煙用香液，臭氧處理香液時間依次為0，0.5，1.5，2.5 h，得到4種樣品，采用溶劑萃取和氣相色譜-質譜聯用技術測定4種樣品的香氣成分，并用主成分分析法對4種樣品的香氣成分進行分析。結果表明，①臭氧對香液有影響，4種樣品的香氣成分存在較大差異，從中檢出127種香氣成分，未經臭氧處理的香液特有香氣成分共有13種，經臭氧處理0.5 h的香液樣品特有香氣成分有17種，經臭氧處理1.5 h的香液樣品特有香氣成分有13種，經臭氧處理2.5 h的香液樣品特有香氣成分有9種。經臭氧處理0.5 h后香液的致香成分醇類與酯類的含量顯著升高，其致香成分總含量最高，為7 284.24 μg/mL。②主成分分析結果顯示，臭氧處理香液0，0.5，1.5 h 3個樣品的香味成分有顯著差異，主成分出現變化；臭氧處理香液2.5 h和1.5 h香味成分無顯著差異。③綜合以上分析結果顯示，臭氧處理香液時間為0.5 h時效果較好，特有香氣成分最多，致香的成分含量最高。

關鍵詞：臭氧處理；煙用香液；GC/MS；主成分分析

香液是將選擇的香精香料溶于有機溶劑而成，有機溶劑常用的有乙醇和丙二醇，加香原料常用的有內酯類化合物、吡嗪類化合物、酚苷類化合物、揮發油及樹脂類化合物［1］。改善物質的香氣成分可通過物理和化學方法，目前已經有相關的研究［2-5］。例如，Faezeh Fatemi［2］研究Y輻照對薄荷精油與浸膏的化學成分和抗氧化活性的影響，結果顯示水醇浸膏提取的總香味量經輻照后沒有變化，精油和浸膏的抗氧化活性經輻照后仍然保持較高的水平；Yuko Iwanami［3］研究紫外輻照下水溶液中檸檬香味成分的變化，結果表明在檸檬香味成分中，檸檬醛對紫外輻照反應更穩定，在紫外輻照過程中，檸檬醛的光解作用會影響檸檬香味成分中其他的組分。但是，目前采用臭氧處理樣品改善香液香氣成分的方法還沒有相關研究。

主成分分析（Principal component analysis，PCA）是通過對一組相關變量進行正交旋轉等處理，用維數較少互不相關的新變量來反映原變量提供的大部分信息，通過分析新變量達到解決問題的一種多元統計方法，已經應用在許多領域［6-10］。例如，鐘科軍等人［10］采用GC-MS及主成分分析法對咖啡香精的指紋圖譜分析和微差樣品的識別，結果表明它們之間具有很大的一致性，通過相似度比較和主成分分析的投影顯示法區分微差樣品，該色譜指紋圖譜可用作咖啡香精的品質控制。

本試驗利用臭氧改善香液中的香氣成分構成，采用溶劑萃取和氣相色譜-質譜聯用技術測定樣品的香氣成分，并用主成分分析法對樣品的香氣成分進行分析，以期改善香液的香氣質和香氣量。

1　材料與方法

1.1材料

黃金葉（硬帝豪）煙用香液。

1.2試劑

二氯甲烷，天津市富宇精細化工有限公司產品；無水硫酸鈉（AR）。

1.3儀器與設備

Agilent 6890GC/5973MS型氣質聯用儀，美國Agilent公司產品；WH-H-Y型臭氧發生器；EUV-03型紫外臭氧檢測儀；分液漏斗，鄭州科技玻璃儀器廠產品。

1.4方法

1.4.1樣品制備

（1）臭氧處理樣品。將煙用香液均勻鋪在平板上，將平板放入樣品處理瓶，使用臭氧分別處理樣品0（空白對照），0.5，1.5，2.5 h，臭氧質量濃度為538.139 mg/L。每個試驗組設置3個平行試驗。

樣品處理過程見圖1。

圖1　樣品處理過程

（2）溶劑萃取。取輻照后的香液10 mL，加入二氯甲烷50 mL，混合均勻后置于500 mL分液漏斗中靜置2 h，取下層萃取液加入1 mL質量分數為0.8 211 mg/mL的乙酸苯乙酯溶液。將萃取液用無水硫酸鈉干燥后，常溫濃縮至1 mL，過0.22 μm濾膜后轉移至氣相色譜瓶中，于4℃條件下冷藏備用。

1.4.2香味成分分析

（1）色譜條件。HP-5MS型（60 m×0.25 mm i. d.×0.25 μm d.f.）色譜柱；載氣高純氦氣；進樣口溫度280℃；流速3 mL/min；分流比10∶1。升溫程序起始溫度50℃保持2 min，以8℃/min升至200℃，再以2℃/min升至280℃保持10 min。

（2）質譜條件。接口溫度270℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子化方式EI，電子能量70 eV，質量掃描范圍35～550 m/z。

（3）數據分析。運用計算機檢索并與圖譜庫（NIST 05）的標準質譜圖對照，結合有關文獻，確認香氣物質的各個化學成分，使用NIST 02標準圖庫對其定性，采用內標法對其定量，內標選用乙酸苯乙酯，算出樣品中各個組分的含量。

1.4.3數據統計及制圖

主成分分析采用SPSS軟件，根據相關系數列出相關矩陣，求出特征根及其相應的特征向量，從特征根中選出幾個較大的特征根及其特征向量，使其累積貢獻率在90%以上。根據每個品種有關成分相對含量的標準化值及特征根、特征向量計算出各主成分值，并以此作散點圖。

2　結果與分析

2.1臭氧處理不同時間后的香液香氣成分定性與含量分析

臭氧處理香液的4種樣品香氣成分，經計算機譜庫，并結合相關文獻檢索，從中檢出127種成分。

在相同的分析條件下，不同樣品的香味物質種類及其相對含量存在一定差異。未經臭氧處理的香液樣品中檢出香氣成分有57種，經臭氧處理0.5 h的香液樣品中檢出香氣成分有69種，經臭氧處理1.5 h的香液樣品中檢出香氣成分有70種，經臭氧處理2.5 h的香液樣品中檢出香氣成分有70種。

2.1.1臭氧處理不同時間后香液香氣成分定性分析

臭氧處理不同時間后香液香氣成分及其含量見表1。

由表1可知，4種香液樣品共有的香氣成分共有20種。其中，乙基麥芽酚是煙草的香味增效劑，對煙草的香味改善和增強具有顯著效果；香蘭素有濃烈奶香氣息；苯甲酸芐酯具有清淡的類似杏仁香氣，味辣和主要用作人造麝香、香蘭素等香料的溶劑，花香型香精的定香劑及依蘭等香精的調合香料；棕櫚酸乙酯呈微弱蠟香、果爵和奶油香氣。臭氧處理香液不同時間后得到的樣品，香液樣品具有不同的香氣特征。未經臭氧處理的香液特有香氣成分共有13種；經臭氧處理0.5 h的香液樣品特有香氣成分有17種；經臭氧處理1.5 h的香液樣品特有香氣成分有13種；經臭氧處理2.5 h的香液樣品特有香氣成分有9種。由此可見，經臭氧處理0.5 h的香液樣品特有香氣成分最多，其中異胡薄荷醇呈樟腦和薄荷香氣，同時帶有玫瑰葉和香茅香韻；反式-橙花叔醇呈弱甜清柔美的橙花氣息，帶有像玫瑰、鈴蘭和蘋果花的氣息，香氣持久，與橙花醇比較，橙花醇甜而清鮮，橙花叔醇干甜而少清，微帶木香。

表1　臭氧處理不同時間后香液香氣成分及其含量　/μg·mL-1

（續表1）　/μg·mL-1

2.1.2臭氧處理不同時間后香液香氣成分定量分析

不同臭氧處理時間對香液各類致香成分含量的影響見表2。

表2　不同臭氧處理時間對香液各類致香成分含量的影響　/μg·mL-1

由表2可知，未經臭氧處理的香液致香成分含量為6 263.98 μg/mL；臭氧處理香液0.5 h時致香成分含量升高，為7 284.24 μg/mL；臭氧處理香液1.5 h時與2.5 h時致香成分含量比0.5 h時降低，分別為6 653.21，6 479.17 μg/mL。經臭氧處理0.5 h后香液致香成分的醇類與酯類含量顯著升高，致香成分總含量最高。

2.2臭氧處理香液不同時間后香氣成分的主成分分析

利用SPSS軟件對臭氧處理的4種樣品香氣成分的相對含量進行主成分分析，得到主成分的特征值和特征向量。

3個主成分的貢獻率見表3。

表3　3個主成分的貢獻率

由表3可知，第1成分的貢獻率為45.05%，第2成分的貢獻率為19.07%，第3成分的貢獻率為16.33%，3個成分的累計貢獻率已經達到90.84%，根據主成分分析一般提取主成分包含90%以上信息的原理［11］，可見此3個主成分足以說明該數據的變化趨勢，故根據其貢獻大小將其命名為第1，第2，第3主成分。

主成分載荷矩陣結果顯示，第1主成分反應的指標主要有1-石竹烯、香茅醇、氧化石竹烯、脫氫甲酯、棕櫚酸乙酯、α-石竹烯、3-丁烯酸-2-氧代-4-苯基甲基酯、鄰苯二甲酸二（-2-乙基）己酯、7-溴甲基十五碳-7-烯，指向烯類和酯類；第2主成分反應的指標主要有3-甲基丁酸戊酯、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯、L-薄荷酮、肉桂酸、（1R，2S，8R，8AR）-8-羥基-1-（2-羥乙基）-1，2，5，5四甲基-反-十氫萘、亞油酸乙酯、十二烯基丁二酸酐、菖蒲酮、（+）-香橙烯、ALPHA-大馬酮，指向羰基類香味物質；第3主成分反應的指標主要有乙基麥芽酚、鄰甲酚、1，7，7-三甲基雙環［2.2.1］庚烷、2，3'-聯吡啶、高香草酸、4，6，10，10-四甲基-5-氧雜三環［4.4.0.0（1，4）］癸-2-烯-7-醇、7-乙氧基-3，7-二甲基-（E）-2-辛烯-1-醇、鄰苯二甲酸二丁酯、2-亞甲基（3β，5α）膽甾烷-3-醇、4-（4-乙基環己基）-1-戊基環己烯、亞麻酸乙酯、4-叔丁基苯丙酮、己二酸二辛酯。

根據表1中4種樣品的127種香氣成分的相對含量、表3中前2個主成分的特征值和127種香氣成分的載荷值計算出4種樣品的第1，第2主成分值，然后以第1主成分值為橫坐標、第2主成分值為縱坐標作散點圖。

臭氧處理香液4種樣品的主成分見圖2，127種香氣成分的主成分見圖3。

圖2　臭氧處理香液4種樣品的主成分

由圖2可知，4種樣品根據距離遠近分為3個區域，其中臭氧處理香液1.5 h樣品與臭氧處理香液2.5 h樣品距離接近，臭氧處理香液0 h與0.5 h相距較遠。

圖3由127種香氣成分的第1主成分值為橫坐標、第2主成分值為縱坐標作散點圖而得。圖3結合圖1可知，影響臭氧處理0 h樣品香氣組成的香氣成分主要集中在第1主成分的正半軸和第2主成分負半軸，按影響力從大到小依次為5-甲基-3-（1-甲基乙烯基）-反式-（-）-環己烯（44），2-（1-甲基-2-吡咯烷基）吡啶（8），4-亞甲基-1-甲基-2-（2-甲基-1-丙烯-1-甲基）-1-乙烯基環庚烷（42），蛇床子素（46），2-（1，1-二甲基-2-丙烯基）-3，6-二甲基酚（19）；影響臭氧處理0.5 h的樣品的香氣組成的香氣成分主要集中在第1主成分的正半軸和第2主成分正半軸，按影響力從大到小依次為6，10，14-三甲基-2-十五烷酮（31），5-甲基-2-（1-甲基乙基）-（1α，2β，5α）-（+/-）-環己醇（65），異胡薄荷醇（63），苯甲酸芐酯（29），十二烯基丁二酸酐（83）；影響臭氧處理1.5，2.5 h樣品香氣組成的香氣成分主要集中在第1主成分的負半軸，按影響力從大到小依次為薄荷腦（94）、（R）-（+）-β-香茅醇（95）、異戊酸異戊酯（93）、2，4-二羥基-6-苯甲基甲酸乙酯（27），胡椒醛（97）。

圖3　127種香氣成分的主成分

3　結論與討論

臭氧對香液有顯著影響，4種樣品的香氣成分存在較大差異，采用溶劑萃取和氣相色譜-質譜聯用技術測定4種樣品的香氣成分，從中檢出127種香氣成分，4種香液樣品的香氣成分共有20種，未經臭氧處理的香液特有香氣成分共有13種，經臭氧處理0.5 h的香液樣品特有香氣成分有17種，經臭氧處理1.5 h的香液樣品特有香氣成分有13種，經臭氧處理2.5 h的香液樣品特有香氣成分有9種。經臭氧處理0.5 h后香液致香成分的醇類與酯類含量顯著升高，其致香成分總含量最高，為7 284.24 μg/mL。

主成分分析結果顯示，臭氧處理香液0 h，臭氧處理香液0.5 h與臭氧處理香液1.5 h 3個樣品的香味成分有顯著差異，主成分出現變化；臭氧處理香液2.5 h與處理香液1.5 h香味成分無顯著差異。

綜合以上分析結果顯示，臭氧處理香液時間為0.5 h時效果較好，特有香氣成分最多，為17種；致香成分含量最高，為7 284.24 μg/mL。

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Effect of Ozone Treatment on the Quality of Tobacco Casing by Principal Component Analysis

XU Chunping1，ZHAO Shanshan1，YANG Zhiqiang2，*LI Shufang2，ZHENG Kai2
（1.College of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou，He'nan 450002，China；2.Xuchang Cigarette Factory，China Tobacco He'nan Industrial Co.，Ltd.，Xuchang，He'nan 461000，China）

Abstract：In order to investigate the effects of ozone treatment on the intrinsic quality of tobacco casing，tobacco casing samples selected from Huangjinye（hard Dihao）are treated by ozone for 0，0.5，1.5，2.5 h，respectively.Then，the aroma components of four samples are by extracted by solvent extraction and determined by gas chromatography-mass spectrometry GC-MS and then analyzed by principal component analysis.The results show that①ozone had an effect on the tobacco casing，and there is a big difference between the aroma components of four samples，127 kinds of aroma components are detected totally and 13 kinds of unique components are observed in the casing without ozone，while 17，13 and 9 kinds of unique aroma components are observed in the casing with ozone treatment for 0.5，1.5，2.5 h，respectively.After the ozone treatment for 0.5 h，the alcohol and ester contents increased significantly and the total aroma components reached the highest content of 7 284.24 μg/mL.②The principal component analysis showed that there is a significant difference among the casings by the ozone treatment for 0，0.5，1.5 h.There was no significant difference between the casings by the ozone treatment for 2.5 h and 1.5 h.③Based on the above results，it is indicated that ozone treatment for 0.5 h has better effect，the number of unique aroma components is most and the aroma content is the highest.

Key words：ozone treatment；tobacco casing；GC/MS；principal component analysis

中圖分類號：TS411

文獻標志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.05.042

文章編號：1671-9646（2016）05b-0046-06

收稿日期：2016-03-31

作者簡介：許春平（1977—），男，博士，教授，研究方向為煙草工程。

*通訊作者：李書芳（1975—），男，本科，工程師，研究方向為工藝質量檢驗。