基于香气贡献值的卷烟辅助调香模型

2015-02-08许式强张丽娜储国海许利平吴兆明

烟草科技 2015年8期

许式强，张丽娜，储国海，高阳，许利平，吴兆明

浙江中烟工业有限责任公司技术中心，杭州市西湖区科海路118 号 310024

香气是人的嗅觉器官所感受到的令人舒适、愉快的气味［1-2］，卷烟的香气轮廓就是卷烟燃烧后所表现出的所有香气的总和，它有如卷烟的“指纹”一样，详细地描述出卷烟的风格特征。调香师调配的香精添加到卷烟后可增加卷烟的某种或某些香气，从另一角度来讲，调香可让卷烟增加调香师所期望的香气。这些新增加的香气，就是香精对卷烟的香气贡献。因此，可以将各香原料或香基加入卷烟后对某一香韵和总体香气量的增值程度定义为其对卷烟的香气贡献值。

烟草香精香料配方设计是各类型卷烟产品设计开发的重要内容［3］。调香师根据叶组配方的表现、烟用材料的特点以及目标产品的品质和风格要求，选择适当的香原料品种并确定适当比例，形成香精香料配方，施加后赋予卷烟特征的香气风格并修饰、改善烟草品质［4］。传统的卷烟调香整个过程主要依靠调香师的经验和喜好，没有一个量化的标准可以依据，每一个配方的适用性，都需要通过反复多次实物添加和评吸验证，这不但对调香师水平要求高，而且调香过程试验量大，周期长［5］。近几年，有关卷烟目标化、智能化调香研究报道较多［5-8］，主要是通过建立香味定量描述数据库并利用GC/MS 联用技术、色谱指纹图谱技术和化学计量学方法建立智能辅助调香系统，为计算机辅助调香提供依据。也有人提出基于具有特定功能的“结构化组分”，针对目标卷烟进行组分组合、搭配筛选及修饰来进行调香［9］，但也只是处于初步研究阶段，并没有可实际操作的方法。在数字调香方面，国外已有利用计算机软件进行调香的程序，如Cabella 的EXDIS［10］以及Brugger 编写的PERFORM 程序、Maleeny 编写的INFORM Ⅱ和Mitron 编制的FORMPACK 程序［11］，国内也已开发出基于Windows 系统的perwin 调香软件［12］和全自动智能调香机［13］。上述研究需利用编程软件、专业仪器分析和数据分析进行，针对性强，应用面狭窄。香味轮廓法是卷烟香气风格特征评价常用方法，在分析卷烟口感特征、香气特征方面优势明显，对调香工作具有重要意义［14-15］。因此，以香味轮廓法为基础，建立了以香气贡献值为依据的卷烟辅助调香模型，通过香原料的香气贡献值预测所调香精香料最终的香气表现，减少了实验次数，简化了调香过程，可为提高卷烟调香的效率提供方法参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

未加香加料“利群”品牌烟丝（经过500 kg/h 中试验线处理）、未加香加料目标叶组配方烟丝均由浙江中烟工业有限责任公司提供。

乙基麦芽酚（99.7%，北京天利海香精香料有限公司）；叶醇、肉桂油、乙酸异戊酯（食用香精级）以及香荚兰豆酊、可可提取物、吐鲁浸膏（广州华芳烟草香料有限公司）；食用酒精（一级，杭州捷敏香精香料有限公司）。

XS204 电子天平［感量0.000 1 g，梅特勒-托利多（上海）仪器有限公司］；KBF720 恒温恒湿箱（德国Binder 公司）；CiJector 注射加香机（德国Burghart 公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷烟加香实验

将乙基麦芽酚、叶醇、肉桂油和乙酸异戊酯分别配制成质量分数为1%（95%乙醇水溶液稀释）的母液。以一定添加比例用注射加香机加入卷制好的未加香加料“利群”烟支中，在温度（22±2）℃、相对湿度（60±5）%的恒温恒湿箱内平衡48 h。

1.2.2 卷烟感官质量评价方法

组织浙江中烟技术中心感官评吸专家（具有专业资格证）7 人以上，按照卷烟感官技术要求，参照香味轮廓法［14］，以未加香加料“利群”烟支作为空白对照样进行针对性定量描述，见表1。本研究中的评价方法与香味轮廓法相比有如下区别:①质量特征指标减少丰富性和劲头两项，增加谐调、透发和成团性3 项；②香气风格指标减少花香，增加烟草本香。分值判定上质量特征分值分为-2、-1、0、1 和2 分，分别对应品质降低较为明显、品质降低不明显、品质无明显改善、品质得到一定改善和品质得到较好改善。总香气贡献值以叶组配方香气总量（计为10 分）为基准对样品香气总量增值打分；各香韵贡献值分值按其占总香气量的比值进行单项打分。

1.2.3 香气贡献值匹配度

香原料或香基加入卷烟中后，某一香型的香气贡献实际评价结果与根据辅助调香模型预测的结果及产品目标值肯定存在一定差距。为了评价其相似度，在本研究中，将实际评价的贡献值数据与模型预测值的相似程度定义为香气贡献值匹配度，用b 表示，并按照公式（1）计算。

式中:b—香气贡献值匹配度，%；a2—香气贡献实际评价值，指香原料或香基加入卷烟中后实际感官评价的香气贡献值；a1—香气贡献预测值，指根据香气贡献值评价数据库（已根据浙江中烟工业有限责任公司现有的香原料库初步建立了各香原料和香基在基准卷烟中3 个添加梯度以上的香气贡献数据库）预测最接近目标值的香原料或香基添加比例对应的香气贡献值；a0—香气贡献目标值，指目标配方所需的各香韵的香气贡献值（配方人员根据目标叶组配方评吸结果与卷烟产品品质要求相比的差距而提出的增加值）。

2 结果与讨论

2.1 基于香气贡献值的辅助调香模型

2.1.1 设定的香气基准值

“利群”烟丝的评价结论为香气量中等略偏少，香气谐调，稍有木质杂气，略有些毛刺，余味尚干净，香气以烟草本香为主。评价结果表明，此叶组比较适合用作加香加料试验的载体。因此选取该烟丝作为加香加料评价的载体，设定香韵表现为烟草本香，香气分值为10 分，此香气量作为后续香气贡献值评价的基准值。

2.1.2 确定的香韵

香韵是用来描述发香物质（包括加香产品）所表现出来的某种香气韵调［16］，如果香、辛香等，香精香料添加到烟草制品中，会增加烟草制品的某种或某些香韵，增加的香韵即为该香原料的香气贡献，参考《中式卷烟风格感官评价方法》［17-18］，结合“利群”产品风格特征，确定以烟草本香、果香、辛香等14 种香韵作为基准香韵，见表1。

2.1.3 香气贡献值的评价结果

以“利群”烟丝为母体，添加各种香原料（可以是单体香料或功能性香基），评价其增加的香韵；打分原则是以母体香气量为10 分作为基准，增加的香气量为衡量尺度，各种增加的香韵分别计分，最终形成该香原料香气贡献值的轮廓图。本研究中，选用7 种香原料分别以3 种添加比例加入“利群”烟丝母体中进行评价，结果见表1。

为更直观地展现各香原料加入“利群”烟丝中的香气贡献，对7 种香原料各选取某一添加比例加入母体烟丝中，其香气贡献值的雷达图见图1a～图1g。

表1 不同香原料不同添加量时香气贡献值评价结果（分）

由图1 可知，乙酸异戊酯对果香和甜香香韵有香气贡献，且对果香香气贡献值较大；肉桂油对辛香和甜香香韵有香气贡献，且对辛香香气贡献值较为显著；叶醇对青香香韵香气贡献值显著；乙基麦芽酚对焦甜香和甜香香韵有香气贡献，其中对焦甜香贡献值最大；香荚兰豆酊对奶香和豆香香韵均有较大香气贡献；可可提取物对烘焙香、焦甜香、甜香、可可香和膏香均有香气贡献，其中对可可香和焦甜香香气贡献值显著；吐鲁浸膏对甜香和膏香有香气贡献，其中对膏香香气贡献值最大。

2.1.4 确定的修正因子

图1 7 种香原料某一浓度下的香气贡献值雷达图

在进行调香时，本研究中所选的叶组配方与目标叶组配方不尽相同，两个配方的香气表现存在不确定性的差异。因此，有必要引入一个修正因子（h）在两者之间进行修正:

式中:S目标叶组—目标叶组的香气量；S基准叶组—基准叶组的香气量。

2.1.5 香气贡献值数学模型

通过对各种香原料香气轮廓的评价，可以得到香原料的香气贡献值，以f（x）表示某一香韵的香气贡献值，x 表示具体香韵。因此，可以建立香精的香气贡献值的数学模型:

2.2 辅助调香模型的验证结果

2.2.1 香原料按比例组合后的香气贡献值匹配度验证结果

选取乙酸异戊酯、肉桂油、叶醇和乙基麦芽酚，分别以3.0、1.0、3.0 和300.0 mg/kg 的添加比例组合成1#香基；选取乙酸异戊酯、香荚兰豆酊、乙基麦芽酚和可可提取物，分别以2.0、8.0、100.0 和300.0 mg/kg 的添加比例组合成2#香基；选取乙酸异戊酯、香荚兰豆酊、吐鲁浸膏、可可提取物，分别以1.0、10.0、100.0、100.0 mg/kg 的添加比例组合成3#香基。将1#～3#香基分别加入“利群”烟丝中，卷制成烟支。模型预测与实际评价对比结果见表2。

按香气贡献值的数学模型，由4 种香原料按一定比例组成的香精配方，其对香气的贡献值与理论贡献值雷达图（图2a～图2c）的对比发现:1#～3#香基的香韵表现与其香原料的香韵存在较好的匹配性，香原料的香韵可以在香精中得到良好表征。同时也可以从香原料的香韵表现，大致预测出其在香精中的香韵表现。

2.2.2 香气贡献值预测模型在卷烟香精配方中的应用

未加香加料目标叶组配方经感官评价后，计算得修正因子h=1.1，即该叶组配方烟草本香为11.0 分。目标配方要求在此基础上增加果香1.5分、焦甜香3.0 分、辛香2.5 分、青香2.5 分、甜香2.5分、可可香2.5 分、膏香1.5 分、烘焙香1.0 分。从表1 中可选择符合目标配方要求的香原料及其添加比例:

表2 1#～3#香基的香气贡献值匹配度

图2 预测模型与实际评价香气贡献值匹配度雷达图

由此得出的理论目标配方为乙酸异戊酯2.0 mg/kg、肉桂油1.0 mg/kg、叶醇2.0 mg/kg、乙基麦芽酚200 mg/kg、可可提取物300 mg/kg、吐鲁浸膏50 mg/kg 及溶剂若干。将香料理论目标配方加入该叶组配方烟丝中的感官评价结果见表3。

根据以上配方对各香原料添加量微调后，得出的最终香精配方果香、焦甜香、辛香、青香、甜香、可可香、膏香、烘焙香各香气均衡丰富，烟气细腻柔和，余味干净，回甜明显，总体能较好满足目标配方要求。由表3 可知，基于香原料的香气贡献值数学模型可以较好地表征出香精的香气贡献值，两者之间的匹配度较好。

表3 基于数学模型建立的香料理论目标配方与实际评价的匹配度

3 小结与讨论

（1）本辅助调香模型可对香精配方的香气表现进行定性和定量表征。在卷烟香精配方设计时，采用此模型进行香精配方的香气风格预测，可大大减少调配试验次数，提高卷烟调香效率。

（2）本次验证所用的香原料香型单一，线性关系显著，香气贡献值匹配度较高，按模型预测的配方能较好地实现目标要求；但对于香型复杂的香基，如吐鲁浸膏等天然提取成分，线性关系显著性不强（膏香香韵香气贡献值匹配度只有32.7%）。这是由于香原料间会不断发生缓慢的、十分复杂的化学反应［19］，存在谐香等情况，在客观上造成了本模型的误差，也是本模型需优化与改进的方向。

综上，本模型的基础是香味轮廓的表征，只有香味轮廓描述得更加详细、准确，模型的适用性才会更好。因此，需要建立一个基于大数据量的香气贡献值数据库。同时为确保数据库的稳定性，建议组成7 人以上固定卷烟评吸团队完成该数据库的建立。

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