烤煙型卷煙煙氣主要化學成分與感官質量的關系

劉春奎 劉春玲 劉會杰 賈琳 李紫琳 趙文龍 劉強 徐如彥 張正楊 張峻松

摘要：【目的】探究烤煙型卷煙感官質量與煙氣主要化學成分的關系，為烤煙型卷煙生產提供理論依據。【方法】以275份烤煙型卷煙煙氣煙堿量、焦油量、一氧化碳量和感官質量得分為研究對象，進行相關分析、通徑分析、回歸分析、灰色關聯分析和典型相關分析。【結果】烤煙型卷煙樣品焦油量、一氧化碳量和煙氣煙堿量的平均值分別為11.39、12.39和0.96 mg/支，變異系數分別為19.35%、20.02%和21.72%;感官質量指標中雜氣的變異系數最大（10.76%），其余指標的變異系數均小于10.00%。卷煙5項感官質量指標均與煙氣一氧化碳量呈極顯著負相關（P<0.01，下同），與煙氣煙堿量呈極顯著正相關，雜氣得分與焦油量呈顯著負相關（P<0.05，下同）。通過通徑分析，卷煙煙氣煙堿量對各項感官質量指標的直接影響和間接影響均較大。通過回歸分析，感官質量指標與3種煙氣化學成分均有極顯著多重線性回歸關系。卷煙煙氣主要化學成分與香氣、諧調、刺激性和余味得分的灰色關聯系數排序為焦油量>煙氣煙堿量>一氧化碳量，與雜氣得分的灰色關聯系數表現為煙氣煙堿量>焦油量>一氧化碳量。卷煙煙氣主要化學成分與感官質量指標的3組典型變量均達顯著水平。【結論】烤煙型卷煙煙氣煙堿量對感官質量的直接影響較大，焦油量與感官質量指標中的香氣、諧調、刺激性和余味關聯度較大。在烤煙型卷煙生產中，應協調好煙氣主要化學成分與卷煙感官質量的關系，在“降焦減害”的同時，采取措施保持卷煙感官質量的穩定性。

關鍵詞： 烤煙型卷煙;感官質量;焦油量;一氧化碳量;煙氣煙堿量;相關分析;灰色關聯分析

Abstract：【Objective】The relationship between sensory quality and main chemical component of flue-cured cigarette was studied，in order to provide theoretical basis for the production of flue-cured cigarette. 【Method】The contents of smoke nicotine，tar，carbon monoxide，and sensory quality scores of 275 flue-cured cigarette standard samples were researched as the objects，the correlation analysis，regression analysis，path analysis and canonical correlation analysis were conducted. 【Result】The averages of tar，carbon monoxide and smoke nicotine content of flue-cured cigarette were 11.39，12.39 and 0.96 mg/cigarette，and the coefficients of variation were 19.35%，20.02% and 21.72%，respectively. The coefficient of variation of offensive odor in flue-cured cigarette sensory quality index was the highest（10.76%），whereas the coefficient of variation of other indicators were less than 10.00%. The five sensory indicators had extremely significant negative correlation with carbon monoxide content（P<0.01，the same below），which had extremely significant positive correlation with smoke nicotine content. The offensive odor had significant negative correlation with tar content（P<0.05，the same below）. The direct and indirect impact of smoke nicotine content on cigarette sensory indicators were great by the path analysis. There were extremely significant multiple linear regression relationships between sensory indicators and the three smoke chemical components by the regression analysis. The grey correlation order of main smoke chemical components and aroma，humorous，irritation，aftertaste were tar content>smoke nicotine content>carbon monoxide content，whereas the grey correlation order of main smoke chemical components and offensive odor were smoke nicotine content>tar content>carbon monoxide content. The three typical variables of the main smoke chemical components and sensory indexes of cigarette samples were statistically significant. 【Conclusion】The direct impact of smoke nicotine content on cigarette sensory quality of flue-cured cigarette is great，and tar content is closely related to cigarette aroma，humorous，irritation and aftertaste in sensory quality indicators. The relationship between main smoke chemical component and sensory quality should be coordinated in the production of flue-cured cigarette. Moreover，the measures should be taken to maintain stability of sensory quality，while reducing tar content and harm in cigarette production.

0 引言

【研究意義】卷煙煙氣是一種復雜的混合物，其成分種類多，其中一氧化碳、煙氣煙堿和焦油3種主要化學成分必須標識在煙盒上（Rodgman and Green，2003;劉春奎等，2019b），這3項煙氣主要化學成分指標是我國煙草企業關注的重要問題之一（楚文娟等，2019）。卷煙是一種常見的煙草制品，烤煙型卷煙在我國煙草制品生產和消費中占據主導地位（程向紅等，2018;趙賽月等，2019）。卷煙的評吸質量是備受煙草企業和消費者關注的問題（楊松等，2016;Wang et al.，2017），卷煙感官質量主要由卷煙煙氣化學成分種類及其含量決定（余晶晶等，2019），因此，研究卷煙煙氣化學成分與感官質量的關系具有重要意義。【前人研究進展】目前，國內已開展了卷煙煙氣主要化學成分與單項感官質量指標的關系、單項煙氣化學成分指標與卷煙感官質量的關系、煙氣主要化學成分與卷煙感官質量的相關分析、卷煙產品質量和煙氣化學成分適宜性評價等方面研究。于川芳等（2006）研究煙氣主要化學成分與卷煙勁頭的關系，結果表明，煙氣煙堿量對卷煙勁頭的影響較大。王明鋒等（2010）研究烤煙型卷煙主流煙氣中煙堿量對感官舒適性的影響，結果表明，卷煙勁頭與煙氣煙堿量呈顯著正相關，卷煙感官舒適性與游離煙堿量呈顯著負相關。石鳳學等（2013）研究表明，卷煙刺激性、香氣、余味及雜氣得分與焦油量和煙氣煙堿量均呈極顯著正相關。吳成春等（2013）以卷煙光澤、香氣、諧調、雜氣、刺激性和余味等感官質量為研究對象，采用雷達圖面積、周長和面積/周長綜合評價卷煙的感官質量。張國建（2014）采用灰色關聯分析煙絲化學成分與卷煙煙氣化學成分的關系，發現煙絲總糖含量與焦油量的關聯度最高，氯含量與焦油量的關聯度最低。賴燕華等（2017）以卷煙煙氣主要化學成分、煙絲常規化學指標和煙支物理參數為研究對象，采用相似度分析和主成分分析建立了評價卷煙產品質量穩定性的方法。劉春奎等（2019a）以卷煙煙氣主要化學成分為研究對象，采用統計分析篩選煙氣煙堿量、一氧化碳量和焦油量/煙氣煙堿量3項煙氣指標，建立了一種評價卷煙煙氣主要化學成分適宜性的方法。趙賽月等（2019）研究低焦油卷煙煙氣中揮發性成分與卷煙吸食品質的關系，結果表明，卷煙香氣和諧調得分與煙氣中β-大馬酮和β-二氫大馬酮含量呈顯著正相關，卷煙雜氣和刺激性得分與煙氣中二氫獼猴桃內酯含量呈顯著負相關。【本研究切入點】前人關于烤煙型卷煙品質方面的研究集中在卷煙產品質量穩定性評價、卷煙感官評價、卷煙風格特點、煙氣煙堿量與卷煙感官舒適性的關系、卷煙煙氣成分與卷煙感官品質的簡單相關關系及煙氣主要化學成分適宜性評價方法等方面，而應用多種統計方法深入分析烤煙型卷煙感官質量與煙氣化學成分關系的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以烤煙型卷煙感官質量和煙氣主要化學成分為研究對象，分析二者的特點，以及烤煙型卷煙感官質量指標與煙氣焦油量、一氧化碳量、煙氣煙堿量的關系，探究烤煙型卷煙煙氣主要化學成分對感官質量的影響，以期為烤煙型卷煙生產提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 樣品數據

采集275份烤煙型卷煙標準樣品煙氣主要化學成分和感官質量數據（全國煙草標準化卷煙標樣分技術委員會，2004—2018）進行統計分析。烤煙型卷煙標準樣品來自上海煙草集團有限責任公司、云南中煙工業有限責任公司、湖南中煙工業有限責任公司、湖北中煙工業有限責任公司、川渝中煙工業有限責任公司、河南中煙工業有限責任公司、江蘇中煙工業有限責任公司等13家卷煙企業。

1. 2 統計分析

使用DPS v14.50進行典型相關分析和灰色關聯分析（唐啟義，2010），采用SPSS 22.0進行回歸分析和通徑分析（杜家菊和陳志偉，2010;武松和潘發明，2014）。

2 結果與分析

2. 1 烤煙型卷煙煙氣化學成分的數量特征

由表1可知，275份烤煙型卷煙樣品焦油量的平均值為11.39 mg/支，變幅為4.20～15.70 mg/支，變異系數為19.35%;一氧化碳量均值為12.39 mg/支，變幅為5.10～19.20 mg/支，變異系數為20.02%;煙氣煙堿量的平均值為0.96 mg/支，變幅為0.42～1.56 mg/支，變異系數為21.72%。從峰度系數來看，烤煙型卷煙煙氣焦油量和一氧化碳量的峰度系數大于0，為尖峭峰;煙氣煙堿量的峰度系數小于0，為平闊峰。從偏度系數來看，焦油量、一氧化碳量和煙氣煙堿量的數據分布均為負偏峰。

根據煙草行業標準GB 5606.6—2005《卷煙 質量綜合判定》，煙氣一氧化碳量≤10 mg/支，其檔次為低;煙氣一氧化碳量>15 mg/支，其檔次為高。由表2可知，焦油量>15.00 mg/支的卷煙樣品占樣品總量的1.82%，焦油量≤10.00 mg/支的卷煙樣品占卷煙樣品總量的18.54%;10.91%的卷煙樣品煙氣一氧化碳量相對較高，89.09%的卷煙樣品煙氣一氧化碳量處于中、低檔次;94.18%的卷煙樣品煙氣煙堿量低于1.25 mg/支。

2. 2 烤煙型卷煙樣品感官質量的統計分析結果

烤煙型卷煙樣品感官質量得分的統計描述見表3。結果表明，275份烤煙型卷煙樣品香氣得分為22.00～30.50分，諧調得分為3.50～6.00分，雜氣得分為7.00～11.50分，刺激性得分為13.00～19.00分，余味得分為16.00～23.00分。卷煙樣品中僅有雜氣的變異系數略高于10.00%，其余感官質量指標的變異系數均小于10.00%，變異相對較小。從峰度系數可看出，卷煙樣品感官質量指標中，諧調、刺激性和余味的峰度系數大于0，為尖峭峰，香氣和雜氣的峰度系數小于0，為平闊峰，其中余味峰度系數的絕對值最大、且變異系數最小，數據分布較集中;從偏度系數來看，感官質量各指標均為負偏峰。

2. 3 烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分的相關分析結果

煙氣煙堿、一氧化碳和焦油3種煙氣成分對卷煙感官質量有重要影響。烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分之間的相關系數見表4。結果表明，卷煙5項感官質量指標得分均與煙氣一氧化碳量呈極顯著負相關（P<0.01，下同），與煙氣煙堿量呈極顯著正相關;雜氣得分與焦油量呈顯著負相關（P<0.05，下同）。

2. 4 烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分的通徑分析結果

在研究烤煙型卷煙香氣（y1）、諧調（y2）、雜氣（y3）、刺激性（y4）、余味（y5）與焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）、煙氣煙堿量（x3）的逐步回歸分析時，分別計算出焦油量、一氧化碳量、煙氣煙堿量與感官質量的標準回歸系數，即為卷煙煙氣指標與感官質量的直接通徑系數（表5）。從卷煙煙氣指標與各項感官質量指標的直接通徑系數可看出，3個自變量中煙氣煙堿量與各項感官質量指標的直接通徑系數均為正值、且絕對值最大，說明卷煙煙氣煙堿量對各項感官質量指標的直接作用最大，而焦油量對卷煙香氣、諧調、雜氣和刺激性的直接作用最小。

采用相關統計方法計算間接通徑系數，任一自變量（xi）對y的間接通徑系數=簡單相關系數（rij）×直接通徑系數（Pjy）（杜家菊和陳志偉，2010），分析結果見表6和表7。焦油量（x1）通過一氧化碳量（x2）對卷煙香氣（y1）的間接通徑系數為：焦油量與一氧化碳量的簡單相關系數乘以一氧化碳量與卷煙香氣之間的直接通徑系數，即r（x1-x2）×P（x2-y1）=0.765×（-0.483）= -0.369，說明焦油量通過一氧化碳量對卷煙香氣產生一定負值的間接作用。焦油量（x1）通過煙氣煙堿量（x3）對卷煙香氣（y1）的間接通徑系數為：r（x1-x3）×P（x3-y1）=0.822×0.933=0.767，說明焦油量通過煙氣煙堿量對卷煙香氣產生一定正值的間接作用。3個自變量與各項感官質量指標的間接通徑系數合計一致表現為：︱x3間接通徑系數合計︱>︱x1間接通徑系數合計︱>︱x2間接通徑系數合計︱，說明煙氣煙堿量對各項感官質量指標的間接影響較大，但表現為負的影響。

2. 5 烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣化學成分的回歸關系

對卷煙香氣（y1）、諧調（y2）、雜氣（y3）、刺激性（y4）和余味（y5）等感官質量得分與焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和煙氣煙堿量（x3）進行曲線估計，分別構建線性、二次項、復合、增長、對數、立方、S、指數、Logistic、冪和逆模型等函數關系，從中選出P<0.05且R2最大者，得到煙氣化學成分指標與感官質量指標的最優回歸方程（表8）。結果表明，煙氣焦油量與卷煙香氣得分呈三次回歸關系;煙氣一氧化碳量與卷煙諧調得分呈二次回歸關系，與卷煙香氣、雜氣、刺激性和余味得分均呈三次回歸關系;煙氣煙堿量與卷煙香氣、諧調、雜氣、刺激性和余味得分均呈三次回歸關系。

為探究幾種煙氣化學成分與卷煙感官質量得分的關系，對卷煙感官質量指標與焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和煙氣煙堿量（x3）進行逐步回歸分析，得到焦油量、一氧化碳量、煙氣煙堿量與感官質量指標得分的多重線性回歸方程（表9）。結果表明，烤煙型卷煙5項感官質量指標分別與3種煙氣主要化學成分有極顯著回歸關系。

2. 6 烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分的灰色關聯分析結果

烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣化學成分的灰色關聯分析見表10。結果表明，在卷煙煙氣3種主要化學成分中，焦油量與余味、刺激性、諧調和香氣得分的關聯系數較大，一氧化碳量與余味、刺激性、諧調和香氣得分的關聯系數較小;煙氣煙堿量與雜氣得分的關聯系數較大，而一氧化碳量與雜氣得分的關聯系數較小。

2. 7 烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分的典型相關分析結果

以烤煙型卷煙焦油量（x1）、一氧化碳量（x2）和煙氣煙堿量（x3）為第1組變量，以烤煙型卷煙香氣（y1）、諧調（y2）、雜氣（y3）、刺激性（y4）和余味（y5）為第2組變量進行典型相關分析。分析所得的3組典型變量中，第Ⅰ組和第Ⅱ組典型變量均達極顯著水平，具有統計學意義;第Ⅲ組典型變量的相關系數為0.1867，該組典型變量達顯著水平（表11）。

根據典型變量得分與原始變量的相關系數（表12）可知，第Ⅰ組典型變量中卷煙煙氣一氧化碳量與諧調和余味得分呈極顯著負相關;第Ⅱ組典型變量中卷煙煙氣一氧化碳量與雜氣、刺激性和余味得分呈極顯著負相關;第Ⅲ組典型變量中卷煙焦油量與諧調、雜氣和刺激性得分呈顯著正相關。

對3組典型變量進行典型冗余分析，從表13可看出，第Ⅰ典型變量U1可解釋煙氣主要化學成分18.26%的組內變異，并解釋卷煙感官質量48.81%的組間變異;典型變量V1可解釋卷煙感官質量88.57%的組內變異，并解釋煙氣主要化學成分10.06%的組間變異。第Ⅱ典型變量U2可解釋煙氣主要化學成分76.54%的組內變異，V2可解釋煙氣主要化學成分6.52%的組間變異。第Ⅲ典型變量U3可解釋煙氣主要化學成分5.21%的組內變異，V3可解釋卷煙感官質量1.52%的組內變異。

3 討論

烤煙型卷煙是以烤煙煙葉為主要原料，經加工而形成的一種煙草制品（閆克玉和趙銘欽，2008），其產量和銷量占我國煙草制品總量的95%以上，占據主導地位（趙賽月等，2019）。本研究結果表明，我國烤煙型卷煙煙氣焦油量超過15.00 mg/支的卷煙樣品僅占樣品總量的1.82%，而98.18%的卷煙樣品為中、低焦油卷煙，說明近十年來我國中、低焦油卷煙已占據較大優勢，可能與我國煙草行業長期緊緊圍繞“降低卷煙危害性”這一主線和及時調控卷煙煙氣焦油量有密切關系（中國科學技術協會和中國煙草學會，2010;謝劍平，2017）。有研究報道，近年來日本和英國卷煙焦油量低于10.00 mg/支（謝劍平，2017）。本研究中，我國烤煙型卷煙樣品煙氣焦油量平均為11.39 mg/支，高于英國和日本卷煙焦油量。另外，低焦油卷煙比例不到20.00%，降焦減害仍是卷煙生產中需要關注的問題。烤煙型卷煙樣品煙氣煙堿量的平均值為0.96 mg/支，略高于趙賽月等（2019）的研究結果（0.92 mg/支）。

已有研究表明，卷煙煙氣煙堿量、焦油量與卷煙感官指標呈極顯著正相關，一氧化碳量與卷煙感官指標呈極顯著負相關（石鳳學等，2013）。本研究結果表明，烤煙型卷煙5項感官質量指標均與煙氣煙堿量呈極顯著正相關，與一氧化碳量呈極顯著負相關，而焦油量僅與卷煙雜氣得分呈顯著負相關，與石鳳學等（2013）的研究結果略有不同。本研究以13家卷煙企業的多個卷煙品牌為研究對象，而石鳳學等（2013）的研究對象為某煙草集團的4個卷煙品牌，可能由于不同卷煙企業生產的卷煙煙氣化學成分、感官質量得分存在較大差異，因而在分析卷煙感官質量與煙氣化學成分的關系時，所得出的結論存在一定差異。

灰色系統理論提出了關聯分析目的是通過一定方法理清各種系統中各因素間的主要關系，把握矛盾的主要方面（唐啟義，2010）。本研究結果表明，焦油量與卷煙諧調、香氣、余味和刺激性得分的關聯度較大，煙氣煙堿量與雜氣得分的關聯度較大。已有研究表明，卷煙焦油量與煙絲總糖含量的灰色關聯系數較大，煙氣煙堿量與煙絲總煙堿的關聯系數較大，煙氣一氧化碳量與煙絲總氮的關聯系數較大（張國建，2014）。典型相關分析是研究兩組變量間相關關系的一種統計方法（賈琳等，2016），在自然科學和社會科學的研究實踐中，兩個變量集團之間的關系非常復雜，而運用典型相關分析方法可闡明兩個變量集團之間的關系（唐啟義，2010），能較全面地反映變量組間的內在聯系。本研究也有兩組變量，即卷煙煙氣主要化學成分3項指標和卷煙感官質量5項指標，卷煙煙氣主要化學成分與卷煙感官質量的典型相關分析結果顯示，第Ⅰ組典型相關系數為0.7423，大于卷煙煙氣主要化學成分與卷煙感官質量指標間任意一個簡單相關系數的絕對值，表明典型相關分析效果優于簡單相關分析（王建民等，2014）。

為探究2004—2018年烤煙型卷煙感官質量得分與煙氣主要化學成分的關系，本研究采用簡單相關分析、回歸分析、通徑分析、灰色關聯分析和典型相關分析等多種統計方法對數據進行分析，各種統計方法研究的側重點不同。進行簡單相關分析主要通過計算卷煙煙氣指標與各項卷煙感官質量指標的簡單相關系數，分析卷煙煙氣指標是否對卷煙感官指標有影響。回歸分析旨在構建卷煙感官各項指標與單項卷煙煙氣指標以及卷煙感官質量各項指標與3項煙氣指標的關系模型。通徑分析是研究自變量與因變量關系的一種統計方法，可研究自變量對因變量的直接影響和間接影響（杜家菊和陳志偉，2010）。通過灰色關聯分析研究煙氣焦油、一氧化碳和煙氣煙堿量分別與各項卷煙感官指標的關聯排序和關聯程度。

4 結論

采用多種統計方法分析2004—2018年烤煙型卷煙樣品煙氣焦油、一氧化碳和煙氣煙堿量與感官質量的關系，通過通徑分析得出卷煙煙氣煙堿量對各項感官質量指標的直接影響和間接影響均較大;卷煙感官質量與煙氣主要化學成分之間存在極顯著的多重線性回歸關系和典型相關關系;卷煙煙氣焦油量與卷煙香氣、諧調、刺激性和余味的關聯度較大，煙氣煙堿量與卷煙雜氣的關聯度較大。在烤煙型卷煙生產中，應協調好煙氣主要化學成分與卷煙感官質量的關系，在“降焦減害”的同時，采取其他措施保持卷煙感官質量的穩定性。

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（責任編輯 羅 麗）