卷煙加料工序化學成分與感官質量的灰色關聯分析

趙蓉蓉，邵惠芳*，范 磊 ，張慢慢 ，王杉杉 ，陳芳泉，劉志宏 ，牛桂言 ，許自成

(1. 河南農業大學 煙草學院，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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卷煙加料工序化學成分與感官質量的灰色關聯分析

趙蓉蓉1，邵惠芳1*，范 磊2，張慢慢1，王杉杉1，陳芳泉1，劉志宏1，牛桂言1，許自成1

(1. 河南農業大學 煙草學院，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)

為探究制絲線加料工序對葉絲感官質量有影響的主要化學指標，對總糖、還原糖、煙堿、鉀、氯、總氮、糖堿比、氮堿比、和鉀氯比與感官質量進行了灰色關聯分析。結果表明：還原糖與感官質量的關聯最緊密，關聯度為0.8994；糖堿比次之，關聯度為0.8361；煙堿居于第三，關聯度為0.8004；其他指標關聯度大小依次為總糖、鉀、氯、鉀氯比、氮堿比、總氮，關聯度分別為0.7169、0.6988、0.6679、0.6174、0.6017、0.5952。因此，可將還原糖、糖堿比和煙堿作為評價制絲線加料工序葉絲質量的重要化學指標。

加料工序；化學成分；感官質量；灰色關聯法

卷煙加工工藝中，加料工序是煙片處理段中的一個重要的環節，其加工質量的好壞對卷煙產品的質量有著重要的影響。卷煙企業必須結合自身特點，把產品質量作為研究重點，提高在制品和最終卷煙產品質量的控制精度，以實現企業的質量目標和效益目標[1]。煙葉化學成分是決定煙葉內在質量的重要指標，它與煙葉的質量關系是當前煙草研究工作的熱點問題[2-3]。煙葉的感官質量是指煙絲或者煙支燃燒后所產生煙氣的特征特性，它是煙葉質量的最終評價，但其主觀性強，在工作量過大時評價工作難以實現[4]。近年來，研究者在化學成分和感官質量方面做過不少研究，主要采用的是相關分析、通徑分析和回歸分析等數理統計方法[5-9]，但這些方法存在著計算量大、數據要求多、精度不高等問題，研究工作效率較低。灰色系統理論能夠有效地解決這些問題，它包含了一種新型的相關分析方法——灰色關聯分析法。灰色關聯法是一種以灰色系統理論為基礎的定量評價方法，根據因素間相似或相異的發展態勢來衡量因素之間的關聯程度，對樣本量的大小沒有要求，亦無需考慮典型分布[10-14]，它對煙葉質量的評價具有其獨到之處。為探究制絲線加料工序葉絲化學成分與感官質量之間的關系，筆者通過對許昌煙廠A制絲線加料工序工藝參數進行實驗，采用灰色關聯分析方法，找出影響感官質量的主要限制因子，為卷煙企業優質煙葉質量評價體系的建立提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料

在許昌卷煙廠A制絲線加料工序出口處進行取樣，先調整好工藝參數，待過程穩定后在加料工序出口處每隔5 min取樣1次，共取3次，混合均勻后按4分法取樣。實驗參數設置如表1所示。

表1　加料工序工藝參數設置

1.2化學成分的測定

還原糖和水溶性總糖含量采用DNS法[15]測定；總氮含量采用濃硫酸-雙氧水消化法[16]測定；煙堿含量采用紫外分光光度計(UV2501，日本島津)測定[17]；鉀離子含量采用火焰光度計測定(410型，Sherwood公司)[18]；氯離子含量采用滴定法[19]測定。

1.3感官質量的測定

煙支樣品的感官質量評吸由7人組成的評吸專家組完成，主要評價香氣特性(香氣質、香氣量、豐滿和雜氣的總和)、煙氣特性(濃度、勁頭、細膩和成團性的總和)和口感特性(刺激性、干燥感、干凈、回味和甜度的總和)。為了保證評吸結果的準確性，盡量避免一些主客觀因素的干擾，評吸時將3組試驗樣品分開進行，而且在評吸時，選擇一組作為對照組，并指定其各項評吸指標的得分為6分，然后對其他組進行比較性的評吸。比如，以樣品0為對照樣，在評價的各項指標中，認為指標無變化、有變化、變化較大時，分別以0分、1分(-1分)、2分(-2分)來表征；其中，雜氣和刺激性減小記正分、增大記負分，其它指標增大或變好記正分、反之記負分；最后再把7人的評分進行平均，得到該項指標的相對得分。然后，采用簡單的“相對差”方法求取各樣品指標的最終得分。

1.4灰色關聯法

灰色關聯分析法是由我國學者鄧聚龍[20]提出的理論，基本思想是以各因素的數據為基礎形成不同的曲線，根據曲線的相似程度判斷因素之間的緊密程度，其目的是研究系統中各因素的主要關系，找出其中的主要影響因素。關聯度是指母序列與子序列關聯性大小的度量，一般包括原始數據轉換、關聯系數的計算，再根據關聯系數求出關聯度[21]。

假設有m個時間序列

這m個序列代表m個變量，N代表各序列的長度也稱數據個數。另設定時間序列為：

該序列為母序列；將上述m個序列稱為子序列，關聯度就是指這兩個序列的關聯性的大小。根據這一概念，給關聯度一個量化模型，計算方法與步驟如下。

1.4.1原始數據轉換系統中各因素的量綱不一定相同(如本文中常規化學成分與感官質量的量綱不同)，故應先消除原始數據的量綱，轉化為可進行比較的數據序列。常見的數據轉換有均值化、初值化、標準化，本文采用初值化變換，即用同一序列的第1個數據除以后面的源數據，可得到新的數列，其特點為量綱為1，各值均大于0，且數列具有共同的起點。

(1)

1.4.3求關聯度r0i關聯度分析實質上是對數據序列進行的幾何關系的比較，若比較數列在每個時刻都重合，則關聯系數均為1，那么關聯度也必為1。兩個比較數列也不可能垂直，故關聯系數不可能為0，故關聯度亦不可能為0。因此，被比較數列的關聯度是指該數列在各個時刻的關聯系數的平均值，見公式(2)：

(2)

式中，N是指比較序列的長度或數據個數，r0i為子序列i與母序列0之間的關聯度。

2　結果與分析

2.1加料工序煙葉常規化學成分的描述統計分析

加料工序煙葉常規化學成分的描述統計見表2。從表2可以看出，總氮含量偏高，還原糖、鉀、氯等化學指標整體在適宜范圍內，糖堿比和氮堿比協調性較好，鉀氯比偏低；由變異分析可知，總糖、鉀、氯、總氮變異系數較大，還原糖居中，煙堿變異系數較小，相應的糖堿比和氮堿比變異系數較小，鉀氯比變異系數較小；還原糖和總氮的偏度系數小于0，使得糖堿比和氮堿比亦小于0，表現為負態偏向峰，其他均表現為正態偏向峰；鉀、氯、煙堿和鉀氯比的峰度系數較大，表現為尖峭峰，其余的為平闊峰。

在感官質量方面，各個指標評分表現比較均衡，最大值均在6之上，最小值亦不低于5；從感官質量的變異系數可以看出，刺激性和雜氣的變異系數較大，香氣量和濃度的變異系數較小，其他指標的變異系數居中；除細膩程度外，其他指標均表現負態偏向峰；香氣量和豐滿程度的峰度系數較大，表現為尖峭峰，其余的均表現為平闊峰。

表2　加料工序煙葉常規化學成分和感官質量的描述統計

2.2基于灰色關聯的化學成分與感官質量的數據分析

加料工序常規化學成分的檢測結果和感官質量的評吸數據如表3所示。為消除不同指標量綱的影響，將測得的常規化學物質和感官質量得分進行初值化處理，化學成分作為子序列，感官質量作為母序列，進行灰色關聯分析。取Δmin=0，分辨系數ρ為0.1，將初值化的數據代入公式(1)，求出子序列和母序列的關聯系數，再代入公式(2)，求出子序列和母序列的關聯度，得到的關聯度矩陣見表3～表4。

常規化學成分與感官質量的灰色關聯度矩陣及效應排序見表4。由常規化學成分與香氣特性的灰色關聯度矩陣可知，各化學指標與香氣特性的關聯度從大到小依次為：還原糖、糖堿比、煙堿、總糖、鉀、氯、鉀氯比、氮堿比、總氮。以化學成分與香氣特性的關聯度臨界值為0.8，與香氣質關系較為密切的有還原糖、糖堿比、煙堿；與香氣量較為密切的有還原糖、糖堿比；與豐滿程度較為密切的有還原糖、糖堿比、煙堿；與雜氣較為密切的只有還原糖；與香氣特性較為密切的有還原糖和糖堿比。

由常規化學成分與煙氣特性的灰色關聯度矩陣可知，各化學指標與煙氣特性的關聯度從大到小依次為：還原糖、糖堿比、煙堿、總糖、鉀、氯、鉀氯比、氮堿比、總氮。以化學成分與煙氣特性的關聯度臨界值為0.8，化學成分與濃度的關聯度均小于0.8；與勁頭關系密切的有還原糖和糖堿比；與細膩程度關系密切的為還原糖和糖堿比；與成團性關系密切的有還原糖和糖堿比；與煙氣特性關系密切的有還原糖和糖堿比。

表3　加料工序煙葉化學成分和感官質量的平均表現

由常規化學成分與口感特性的灰色關聯度矩陣可知，各化學指標與口感特性的關聯度從大到小依次為：還原糖、糖堿比、煙堿、總糖、鉀、氯、鉀氯比、氮堿比、總氮。以化學成分與口感特性的關聯度臨界值為0.8，與刺激性關聯密切的有還原糖和糖堿比；與干燥感關聯密切的只有還原糖；與干凈程度關聯密切的有還原糖和糖堿比；與甜度關聯密切的有還原糖和糖堿比；與回味程度關聯密切的有還原糖、煙堿和糖堿比；與口感特性關聯密切的有還原糖和糖堿比。

綜合香氣特性、煙氣特性和口感特性與常規化學成分的關聯分析，各化學指標與感官質量的關聯度從大到小依次為：還原糖、糖堿比、煙堿、總糖、鉀、氯、鉀氯比、氮堿比、總氮。同樣以化學成分與感官質量的關聯度臨界值為0.8，還原糖、糖堿比和煙堿與感官質量的關聯較為密切，關聯度分別為：0.8994、0.8361、0.8004。

表4　常規化學成分與香氣特性的灰色關聯度矩陣及效應排序

3　討論

本文采用灰色關聯分析方法，對制絲線加料工序出口處的9組煙樣的常規化學成分和感官質量進行了灰色關聯分析，結果表明：常規化學成分與香氣特性、煙氣特性、口感特性和感官質量的關聯度一致表現為：還原糖>糖堿比>煙堿>總糖>鉀>氯>鉀氯比>氮堿比>總氮。除濃度外，還原糖與其他感官質量指標的關聯度均大于0.8，這說明還原糖與感官質量具有高度關聯性；糖堿比和煙堿與大多數的感官指標有高度的關聯性；氮堿比和總氮與感官指標的關聯度相對較小；其他化學指標居中。由此可將還原糖、糖堿比和煙堿作為評價葉絲質量的重要化學指標。所有煙葉樣品的化學指標和感官質量通過正態分布檢驗和方差分析，各指標均符合正態分布并達到了極顯著的水平，證明灰色關聯分析法的可靠性。在研究化學指標與感官質量的關聯關系時，首先要明確關聯度的大小并非等同于貢獻率的大小[22-23]，而是指標之間的關聯緊密程度，它限制著葉絲質量的進一步提升。

針對制絲線加料工序煙葉的感官質量，選擇煙堿、還原糖和糖堿比作為化學成分的評價指標，從原評價指標體系的9個指標縮減至3個指標。應用灰色關聯度分析法對煙葉的化學成分與感官質量的關系進行分析，可找出與感官質量關系最密切的化學指標，這不僅可以簡化化學評價指標，而且能夠找到影響感官質量的關鍵指標，它能有效地解決煙葉質量評價體系中指標眾多、關鍵指標難以確定等問題[22]，對煙葉質量評價體系具有重要的指導意義。

4　結論

本文采用灰色關聯分析方法，根據煙葉化學成分與感官質量的關聯度大小可得，還原糖與感官質量的關聯度為0.8994，居于首位；糖堿比次之，與感官質量的關聯度為0.8361；煙堿與感官質量的關聯度為0.8004，居于第3位；氮堿比和總氮與感官質量的關聯度最小，分別為0.6017、0.5952。因此，可將還原糖、糖堿比和煙堿作為評價制絲線加料工序葉絲質量的重要化學指標。

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(責任編輯：許晶晶)

Analysis of Grey Correlation between Chemical Components and Sensory Quality of Cigarette Silk in Casing Process

ZHAO Rong-rong1, SHAO Hui-fang1*, FAN Lei2, ZHANG Man-man1, WANG Shan-shan1,CHEN Fang-quan1, LIU Zhi-hong1, NIU Gui-yan1, XU Zi-cheng1

(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2. Xuchang Cigarette Factory, China Tobacco Henan Industrial Company Limited, Xuchang 461000, China)

In order to explore the main chemical indexes which affect the sensory quality of cigarette silk in casing process, we analyzed the grey correlations between sensory quality and total sugar, reducing sugar, nicotine, potassium, chlorine, total nitrogen, sugar-nicotine ratio, nitrogen-nicotine ratio, potassium-chloride ratio. The results showed that reducing sugar had the closest correlation with sensory quality, and the correlation degree was 0.8994; sugar-nicotine ratio had the second closest correlation with sensory quality, and the correlation degree was 0.8361. The correlation degree between sensory quality and nicotine, total sugar, potassium, chlorine, potassium-chloride ratio, nitrogen-nicotine ratio, total nitrogen was 0.8004, 0.7169, 0.6988, 0.6679, 0.6174, 0.6017, 0.5952, respectively. Therefore, reducing sugar, sugar-nicotine ratio and nicotine could be used as the main chemical indexes for the evaluation of cigarette silk quality in casing process.

Casing process; Chemical components; Sensory quality; Grey correlation analysis

2016-04-25

河南中煙工業公司“基于多層智能建模的煙絲質量綜合評價技術研究”項目(HNZY04201)。

趙蓉蓉(1990─)，碩士研究生，主要從事煙草品質生態與煙葉質量評價研究。*通訊作者：邵惠芳。

S572

A

1001-8581(2016)10-0036-05