卷烟加料工序化学成分与感官质量的灰色关联分析

赵蓉蓉，邵惠芳*，范 磊 ，张慢慢 ，王杉杉 ，陈芳泉，刘志宏 ，牛桂言 ，许自成

(1. 河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.河南中烟工业有限责任公司 许昌卷烟厂，河南 许昌 461000)



卷烟加料工序化学成分与感官质量的灰色关联分析

赵蓉蓉1，邵惠芳1*，范 磊2，张慢慢1，王杉杉1，陈芳泉1，刘志宏1，牛桂言1，许自成1

(1. 河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002； 2.河南中烟工业有限责任公司 许昌卷烟厂，河南 许昌 461000)

为探究制丝线加料工序对叶丝感官质量有影响的主要化学指标，对总糖、还原糖、烟碱、钾、氯、总氮、糖碱比、氮碱比、和钾氯比与感官质量进行了灰色关联分析。结果表明：还原糖与感官质量的关联最紧密，关联度为0.8994；糖碱比次之，关联度为0.8361；烟碱居于第三，关联度为0.8004；其他指标关联度大小依次为总糖、钾、氯、钾氯比、氮碱比、总氮，关联度分别为0.7169、0.6988、0.6679、0.6174、0.6017、0.5952。因此，可将还原糖、糖碱比和烟碱作为评价制丝线加料工序叶丝质量的重要化学指标。

加料工序；化学成分；感官质量；灰色关联法

卷烟加工工艺中，加料工序是烟片处理段中的一个重要的环节，其加工质量的好坏对卷烟产品的质量有着重要的影响。卷烟企业必须结合自身特点，把产品质量作为研究重点，提高在制品和最终卷烟产品质量的控制精度，以实现企业的质量目标和效益目标[1]。烟叶化学成分是决定烟叶内在质量的重要指标，它与烟叶的质量关系是当前烟草研究工作的热点问题[2-3]。烟叶的感官质量是指烟丝或者烟支燃烧后所产生烟气的特征特性，它是烟叶质量的最终评价，但其主观性强，在工作量过大时评价工作难以实现[4]。近年来，研究者在化学成分和感官质量方面做过不少研究，主要采用的是相关分析、通径分析和回归分析等数理统计方法[5-9]，但这些方法存在着计算量大、数据要求多、精度不高等问题，研究工作效率较低。灰色系统理论能够有效地解决这些问题，它包含了一种新型的相关分析方法——灰色关联分析法。灰色关联法是一种以灰色系统理论为基础的定量评价方法，根据因素间相似或相异的发展态势来衡量因素之间的关联程度，对样本量的大小没有要求，亦无需考虑典型分布[10-14]，它对烟叶质量的评价具有其独到之处。为探究制丝线加料工序叶丝化学成分与感官质量之间的关系，笔者通过对许昌烟厂A制丝线加料工序工艺参数进行实验，采用灰色关联分析方法，找出影响感官质量的主要限制因子，为卷烟企业优质烟叶质量评价体系的建立提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料

在许昌卷烟厂A制丝线加料工序出口处进行取样，先调整好工艺参数，待过程稳定后在加料工序出口处每隔5 min取样1次，共取3次，混合均匀后按4分法取样。实验参数设置如表1所示。

表1　加料工序工艺参数设置

1.2化学成分的测定

还原糖和水溶性总糖含量采用DNS法[15]测定；总氮含量采用浓硫酸-双氧水消化法[16]测定；烟碱含量采用紫外分光光度计(UV2501，日本岛津)测定[17]；钾离子含量采用火焰光度计测定(410型，Sherwood公司)[18]；氯离子含量采用滴定法[19]测定。

1.3感官质量的测定

烟支样品的感官质量评吸由7人组成的评吸专家组完成，主要评价香气特性(香气质、香气量、丰满和杂气的总和)、烟气特性(浓度、劲头、细腻和成团性的总和)和口感特性(刺激性、干燥感、干净、回味和甜度的总和)。为了保证评吸结果的准确性，尽量避免一些主客观因素的干扰，评吸时将3组试验样品分开进行，而且在评吸时，选择一组作为对照组，并指定其各项评吸指标的得分为6分，然后对其他组进行比较性的评吸。比如，以样品0为对照样，在评价的各项指标中，认为指标无变化、有变化、变化较大时，分别以0分、1分(-1分)、2分(-2分)来表征；其中，杂气和刺激性减小记正分、增大记负分，其它指标增大或变好记正分、反之记负分；最后再把7人的评分进行平均，得到该项指标的相对得分。然后，采用简单的“相对差”方法求取各样品指标的最终得分。

1.4灰色关联法

灰色关联分析法是由我国学者邓聚龙[20]提出的理论，基本思想是以各因素的数据为基础形成不同的曲线，根据曲线的相似程度判断因素之间的紧密程度，其目的是研究系统中各因素的主要关系，找出其中的主要影响因素。关联度是指母序列与子序列关联性大小的度量，一般包括原始数据转换、关联系数的计算，再根据关联系数求出关联度[21]。

假设有m个时间序列

这m个序列代表m个变量，N代表各序列的长度也称数据个数。另设定时间序列为：

该序列为母序列；将上述m个序列称为子序列，关联度就是指这两个序列的关联性的大小。根据这一概念，给关联度一个量化模型，计算方法与步骤如下。

1.4.1原始数据转换系统中各因素的量纲不一定相同(如本文中常规化学成分与感官质量的量纲不同)，故应先消除原始数据的量纲，转化为可进行比较的数据序列。常见的数据转换有均值化、初值化、标准化，本文采用初值化变换，即用同一序列的第1个数据除以后面的源数据，可得到新的数列，其特点为量纲为1，各值均大于0，且数列具有共同的起点。

(1)

1.4.3求关联度r0i关联度分析实质上是对数据序列进行的几何关系的比较，若比较数列在每个时刻都重合，则关联系数均为1，那么关联度也必为1。两个比较数列也不可能垂直，故关联系数不可能为0，故关联度亦不可能为0。因此，被比较数列的关联度是指该数列在各个时刻的关联系数的平均值，见公式(2)：

(2)

式中，N是指比较序列的长度或数据个数，r0i为子序列i与母序列0之间的关联度。

2　结果与分析

2.1加料工序烟叶常规化学成分的描述统计分析

加料工序烟叶常规化学成分的描述统计见表2。从表2可以看出，总氮含量偏高，还原糖、钾、氯等化学指标整体在适宜范围内，糖碱比和氮碱比协调性较好，钾氯比偏低；由变异分析可知，总糖、钾、氯、总氮变异系数较大，还原糖居中，烟碱变异系数较小，相应的糖碱比和氮碱比变异系数较小，钾氯比变异系数较小；还原糖和总氮的偏度系数小于0，使得糖碱比和氮碱比亦小于0，表现为负态偏向峰，其他均表现为正态偏向峰；钾、氯、烟碱和钾氯比的峰度系数较大，表现为尖峭峰，其余的为平阔峰。

在感官质量方面，各个指标评分表现比较均衡，最大值均在6之上，最小值亦不低于5；从感官质量的变异系数可以看出，刺激性和杂气的变异系数较大，香气量和浓度的变异系数较小，其他指标的变异系数居中；除细腻程度外，其他指标均表现负态偏向峰；香气量和丰满程度的峰度系数较大，表现为尖峭峰，其余的均表现为平阔峰。

表2　加料工序烟叶常规化学成分和感官质量的描述统计

2.2基于灰色关联的化学成分与感官质量的数据分析

加料工序常规化学成分的检测结果和感官质量的评吸数据如表3所示。为消除不同指标量纲的影响，将测得的常规化学物质和感官质量得分进行初值化处理，化学成分作为子序列，感官质量作为母序列，进行灰色关联分析。取Δmin=0，分辨系数ρ为0.1，将初值化的数据代入公式(1)，求出子序列和母序列的关联系数，再代入公式(2)，求出子序列和母序列的关联度，得到的关联度矩阵见表3～表4。

常规化学成分与感官质量的灰色关联度矩阵及效应排序见表4。由常规化学成分与香气特性的灰色关联度矩阵可知，各化学指标与香气特性的关联度从大到小依次为：还原糖、糖碱比、烟碱、总糖、钾、氯、钾氯比、氮碱比、总氮。以化学成分与香气特性的关联度临界值为0.8，与香气质关系较为密切的有还原糖、糖碱比、烟碱；与香气量较为密切的有还原糖、糖碱比；与丰满程度较为密切的有还原糖、糖碱比、烟碱；与杂气较为密切的只有还原糖；与香气特性较为密切的有还原糖和糖碱比。

由常规化学成分与烟气特性的灰色关联度矩阵可知，各化学指标与烟气特性的关联度从大到小依次为：还原糖、糖碱比、烟碱、总糖、钾、氯、钾氯比、氮碱比、总氮。以化学成分与烟气特性的关联度临界值为0.8，化学成分与浓度的关联度均小于0.8；与劲头关系密切的有还原糖和糖碱比；与细腻程度关系密切的为还原糖和糖碱比；与成团性关系密切的有还原糖和糖碱比；与烟气特性关系密切的有还原糖和糖碱比。

表3　加料工序烟叶化学成分和感官质量的平均表现

由常规化学成分与口感特性的灰色关联度矩阵可知，各化学指标与口感特性的关联度从大到小依次为：还原糖、糖碱比、烟碱、总糖、钾、氯、钾氯比、氮碱比、总氮。以化学成分与口感特性的关联度临界值为0.8，与刺激性关联密切的有还原糖和糖碱比；与干燥感关联密切的只有还原糖；与干净程度关联密切的有还原糖和糖碱比；与甜度关联密切的有还原糖和糖碱比；与回味程度关联密切的有还原糖、烟碱和糖碱比；与口感特性关联密切的有还原糖和糖碱比。

综合香气特性、烟气特性和口感特性与常规化学成分的关联分析，各化学指标与感官质量的关联度从大到小依次为：还原糖、糖碱比、烟碱、总糖、钾、氯、钾氯比、氮碱比、总氮。同样以化学成分与感官质量的关联度临界值为0.8，还原糖、糖碱比和烟碱与感官质量的关联较为密切，关联度分别为：0.8994、0.8361、0.8004。

表4　常规化学成分与香气特性的灰色关联度矩阵及效应排序

3　讨论

本文采用灰色关联分析方法，对制丝线加料工序出口处的9组烟样的常规化学成分和感官质量进行了灰色关联分析，结果表明：常规化学成分与香气特性、烟气特性、口感特性和感官质量的关联度一致表现为：还原糖>糖碱比>烟碱>总糖>钾>氯>钾氯比>氮碱比>总氮。除浓度外，还原糖与其他感官质量指标的关联度均大于0.8，这说明还原糖与感官质量具有高度关联性；糖碱比和烟碱与大多数的感官指标有高度的关联性；氮碱比和总氮与感官指标的关联度相对较小；其他化学指标居中。由此可将还原糖、糖碱比和烟碱作为评价叶丝质量的重要化学指标。所有烟叶样品的化学指标和感官质量通过正态分布检验和方差分析，各指标均符合正态分布并达到了极显著的水平，证明灰色关联分析法的可靠性。在研究化学指标与感官质量的关联关系时，首先要明确关联度的大小并非等同于贡献率的大小[22-23]，而是指标之间的关联紧密程度，它限制着叶丝质量的进一步提升。

针对制丝线加料工序烟叶的感官质量，选择烟碱、还原糖和糖碱比作为化学成分的评价指标，从原评价指标体系的9个指标缩减至3个指标。应用灰色关联度分析法对烟叶的化学成分与感官质量的关系进行分析，可找出与感官质量关系最密切的化学指标，这不仅可以简化化学评价指标，而且能够找到影响感官质量的关键指标，它能有效地解决烟叶质量评价体系中指标众多、关键指标难以确定等问题[22]，对烟叶质量评价体系具有重要的指导意义。

4　结论

本文采用灰色关联分析方法，根据烟叶化学成分与感官质量的关联度大小可得，还原糖与感官质量的关联度为0.8994，居于首位；糖碱比次之，与感官质量的关联度为0.8361；烟碱与感官质量的关联度为0.8004，居于第3位；氮碱比和总氮与感官质量的关联度最小，分别为0.6017、0.5952。因此，可将还原糖、糖碱比和烟碱作为评价制丝线加料工序叶丝质量的重要化学指标。

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(责任编辑：许晶晶)

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

河南中烟工业公司“基于多层智能建模的烟丝质量综合评价技术研究”项目(HNZY04201)。

赵蓉蓉(1990─)，硕士研究生，主要从事烟草品质生态与烟叶质量评价研究。*通讯作者：邵惠芳。

S572

A

1001-8581(2016)10-0036-05