传统卷烟和电子烟混合烟气的感官评价—基于模糊数学对跨界型电子烟的研究

李波，张书铭，宋时浩，王明霞，刘震，王辉，张从跃，岳明飞，尹绍锴

青岛颐中科技有限公司，青岛 266021

近年来，受国际控烟形势大环境的影响，传统卷烟的销量在许多西方发达国家出现下降趋势，国外许多烟草公司把目光投向了新型烟草领域[1]（包含加热非燃烧卷烟、无烟气烟草制品、电子烟三大类），投入了大量的资金和人力进行产品研发、技术创新和市场推广。我国虽然起步较晚，但国家烟草专卖局将新型烟草制品产品作为关系行业可持续发展的战略性、全局性、长远性重大课题高度重视，加大研发力度[2]。烟草消费者在通过吸烟得到生理和心理满足感的同时，希望烟草香味多样化，并最大程度减少抽烟的危害。但当前所用的卷烟降焦技术都不同程度地影响了传统卷烟烟气的香味成分，电子烟虽然香味种类丰富、可玩性较强但无法调得传统卷烟独特的烟草香味[3-6]。因此兼具卷烟香味和多样香味种类的“电子烟与传统卷烟相融合的跨界组合产品”（即：跨界型电子烟）成为一个新的研究方向。部分企业开发了此类产品，在小部分指定体验者中测试，体验者抽吸感觉较好。

模糊综合评判是一种基于模糊数学的综合评价方法，可利用模糊数学理论的隶属度及隶属函数，以及模糊关系合成的原理[7-9]，将一些边界不清、不易定量的因素抽象定量化，然后建立一个反应其本质特质和动态过程的、理想化的评价模式，在食品感官评价中有良好的应用先例[10-12]。殷建忠等[13]采用模糊综合评判法对紫甘薯酒进行评价，认为能够弥补传统感官评价普遍采用的加权平均法、总分法等的缺陷。传统卷烟感官质量评价标准将光泽、香气、谐调、杂气、刺激性、余味6 个项目分为3 个区间界定得分范围，采用求和取平均获得评价分值[14]。高同启等[15]论述了采用多级模糊综合评判模型对传统卷烟进行感官评价，认为该方法可以克服现行评价方法的不足，且能与工序质量控制等紧密结合，方法更科学、灵活。

跨界型电子烟具有模糊特性，为了指导此类产品的开发，本研究将模糊综合评价法应用于跨界型电子烟混合烟气的感官质量评价，以期为跨界型电子烟卷烟烟支和电子烟烟液的开发和工艺优化提供理论依据。

1 材料与方法

本研究的整体流程图为：

图1 综合感官评价流程图Fig. 1 Flow chart of comprehensive sensory evaluation

1.1 材料和仪器

1）传统卷烟

样品X（泰山红将军）：焦油量11 mg；烟气烟碱量1.1 mg；烟气CO 量11 mg；

样品Y（泰山新品）：焦油量11 mg；烟气烟碱量1.1 mg；烟气CO 量11 mg。

2）电子烟

电子烟烟液（烟草口味）：样品A（烟碱含量6 mg）、样品B（烟碱含量6 mg）；

电子烟烟液（非烟草口味）：样品C（烟碱含量6 mg）、样品D（烟碱含量6 mg）。

1.2 仪器与设备

所用烟具（图2）为青岛颐中科技有限公司自主研发的跨界型电子烟烟具（第三代），该烟具可实现电子烟与传统卷烟的同时抽吸：抽吸时，传统卷烟仍通过火源点燃；电子烟通过按键开关控制，电池供电加热发热丝雾化产生烟雾。在烟具内，卷烟主流烟气由传统烟气道输送，电子烟烟雾由电子烟气道输送，两者烟气在交汇处混合，通过烟嘴气道被吸入口腔。

图2 跨界型电子烟烟具Fig. 2 Transboundary e-cigarette smoking set

图3 烟气混合图Fig. 3 Smoke mixing diagram

表1 8 款混合烟气样品信息表Tab. 1 Information of eight mix smoke samples

1.3 感官评吸人员的选择及方法

评吸人员应具有专业知识、良好的感觉敏锐性及基本的感官评定知识与技巧，同时拥有传统卷烟感官质量评价经验和电子烟感官质量评价经验。本次实验的感官评定小组由10 名专家人员组成，设置1 名评价组长。

2 分析与结果

2.1 建立模糊数学模型

2.1.1 模糊因素集的确定

对象集：设感官评价的因素集论域为U，U={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8}，评价因素集U 是指对跨界型电子烟混合烟气感官质量集合。分别代表本研究中的8 个评价词，分别为口味、香气、谐调、杂气、刺激性、余味、甜腻感、烟雾量。

2.1.2 模糊评语集的确定

评语集：设感官评价的评语集论域为V，V={v1，v2，v3，v4}，评语集 是指对因素集中某一ui的评判等级。 分别代表非常好、很好、中等、较差四个等级，具体感官评价标准见表2。

表2 混合烟气感官评定指标Tab.2 Mixed smoke sensory evaluation indexes

2.1.3 权重集的确定

2.1.3.1 构造判断矩阵

利用层次分析法确定混合烟气各评价指标的权重，首先构造判断矩阵，然后对判断矩阵进行的一致性检验，最后利用原理公式确定各评价因素的权重[16-20]。

层次分析法的一个重要特点就是用两两重要性程度之比的形式表示出两个方案的相应重要性程度等级。如对某一准则，对其下 个方案进行两两对比，并按其重要性程度评定等级。记 为第 和第 方案的重要性之比，表3 给出了9 个重要性等级及其赋值。重要性由专家感官评价员确定赋值。

表3 9 比例标度表Tab. 3 Nine scale table

按两两比较结果构成的矩阵R = (rij)n×n，称作判断矩阵。易见rij＞O，rij=1 且rij=1 /rij( i, j= 1, 2, …, n)，即R 为正互反矩阵。判断矩阵如下：

2.1.3.2 判断矩阵的一致性检验

在实际应用过程中，由于专家在进行两两比较时的价值取向和定级技巧以及重要性等级赋值的非等比性，当判断矩阵的阶数大于2 时，通常难于构造出满足一致性的矩阵。但判断矩阵偏离一致性又应有一个度，为此，必须对判断矩阵进行一致性检验，若检验结果不满足要求，则可以确定新的判断矩阵，直至满意为止。经计算，该判断矩阵的最大特征值λmax=8.1911，计算一致性指标：

CI =（λn-n）/（n-1）=（8.1911-8）/（8-1）=0.0273

然后计算一致性比值：

CR = CI/RI = 0.0273/1.42 = 0.0192 ＜0.1

其中： 为平均一致性指标，经查表，当n = 8 时， RI=1.42。因此判断矩阵具有满意的一致性，该判断矩阵可以用来确定权重。

2.1.3.3 各评价因素权重值的确定

根据公式：

2.1.4 单一样品重复性试验

选取8 种样品中的任一款采用模糊综合评判方法进行重复性试验。

2.1.4.1 模糊综合评判方法

表4 6#样品连续3 天混合烟气评分结果表Tab. 4 6# Table of mixed smoke score results of samples for 3 consecutive days

以6#样品第一天Date1 测试的混合烟气为例，可建立口味、香气、谐调、杂气、刺激性、余味、甜腻感、烟雾量8 个单因素的模糊评价矩阵，将6#样品混合烟气的上述8 个单因素评价结果写成1 个评判关系矩阵，即：

对评语集论域V 中的四个评价因素进行赋值打分，非常好为100 分，很好为80 分，中等为60 分，较差为40 分，可以建立感官特殊性数集Z=[100 80 60 40]T，则样品的模糊综合评判总分用公式：

SCORE6i= B6i×Z（i=1, 2, 3）。可以得到6#样品日期Date1 混合烟气的总得分为：

其中6#样品的口味得分计算如下：

同理可以得到各分项香气、谐调、杂气、刺激性、余味、甜腻感、烟雾量的得分，总分既为各分项之和。

2.1.5 6#样品方差分析

根据表5 数据，应用方差分析比较不同日期感官评价得分的差异性,结果显示Df = 2，F = 0，P = 1，无显著差异，即模糊综合评判方法总分及各指标之间无明显差异，该评价方法一致性较好。

2.2 8 款样品的模糊综合评判方法

评判小组对8 款样品从口味、香气、谐调、杂气、刺激性、余味、甜腻感、烟雾量8 个因素逐个进行评判，得到8 个样品的感官评定结果，见表6。

表5 6#样品连续3 天模糊综合评判得分表Tab.5 6# Table of fuzzy comprehensive evaluation scores of samples for 3 consecutive days

表6 混合烟气评分结果表Tab. 6 Table of mixed smoke scores

以1#样品为例，把1#混合烟气的上述8 个单因素评价结果写成一个评判关系矩阵，即：

同理，可以得到样品2#～8#混合烟气的模糊评判矩阵，此处不一一列举。对于权重A = [0.31 0.31 0.14 0.06 0.06 0.06 0.03 0.03]，取模糊算子为M (, +)合成运算，按照2.1.4.1 的计算方法，可以得到样品1#-8#混合烟气的总得分为：

由以上模糊综合评判得分可知，以上8 个样品的混合烟气感官评价排序为：8#＞7#＞4#＞3#＞5#＞6#＞2#＞1#。

3 讨论

本研究参考传统卷烟感官技术要求，以跨界电子烟混合烟气的口味、香气、谐调、杂气、刺激性、余味、甜腻感、烟雾量8 个因素为出发点，对不同混合烟气的质量分数梯度进行感官评价，应用模糊综合评判的方法对统计的数据进行矩阵运算，能够客观地从8 个样品中选出较好的混合烟气，通过具有感官评价经验的专业人士筛选和制定感官评价指标,利用层次分析法确定混合烟气各评价指标的权重，保证了评价结果的准确性。通过单一样品重复性试验证明了模糊综合评判在混合烟气的感官评价中数据并未出现显著差异，证明了其可靠性和稳定性。本研究方法可以应用在跨界电子烟混合烟气感官质量评价上，也可以单独应用在电子烟感官质量评价，本方法可以给烟草行业电子烟、加热不燃烧卷烟等产品质量和感官特性评价提供一条新的途径，为后续研究提供参考。